SE444120B - Sett vid raffinering av en smelta - Google Patents

Description

7807053-9 2 avsikt att inblâsa det pulverformade materialet och bärgasen i sus- pensionen med stor hastighet i smältan, men härvid har pulvret mycket snabbt nedslitit munstyckena. Man har fördens skull nedsänkt lanser i smältan, vilka har utbildats raka och med stor diameter, varvid dock uppkommer ofördelade stora gasbubblor i smältan, inuti vilka det fasta materialet kan stiga upp till smältans yta utan att komma i beröring med smältan. De stora bubblorna förorsakar därtill kraftigt skvalp vid ytan.

Man känner även ett blandningssätt, vid vilket pulverartad reagens inblåses uppifrån nedåt i smältan via en i sänkan nedsänkt lans sam- tidigt som smälta hälles i sänkan. Härvid befrämjar smältans turbu- lens i sänkan omblandningen av reagensen med smältan. Lansen kan dock icke nedsänkas alltför nära sänkans botten utan att det pulver- 'artade materialet börjar nöta på sänkans botten. Också i detta fall uppstår det i smältan en stänkning som dock kan förmildras genom an- vändande av ett specialmunstycke såsom visas i det finska patentet 52.741, vilket munstycke dock kostar mera än en vanlig lans.

Avsikten med denna uppfinning är att åstadkomma ett sätt och en an- ordning för effektiv och snabb uppblandning av en pulverartad rea- gens och/eller gas med en het smälta utan stora inblâsningshastig- heter och med dessa förknippad snabb förslitning av munstyckena och utan nämnvärd skvalpning eller stänkning vid smältans yta.

De huvudsakliga kännetecknen för uppfinningen framgår av det bi- fogade patentkravet l.

Uppfinningen skall nedan beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka figur l visar det teoretiska bland- effekttalet Pt såsom en funktion av smältans höjdnivå h, figur 2 visar en avskuren sidovy av en blandningsanordning enligt uppfin- ningen och figur 3 visar en skuren sidovy av en alternativ utförings- form avsedd för tillämpande av sättet enligt uppfinningen.

På figurerna 2 och 3 har en såsom reaktionskärl använd kippbar sänka märkts med hänvisningssiffran l och en hällningssänka med hänvis- ningssiffran 2. Enligt figur 2 inmatas pulverartad reagens ovanifrån i sänkan l med hjälp av en nedsänkbar väsentligen vertikal lans 3, vars undre ände 4 är riktad i stort sett horisontellt åt sidan i och för utblåsning av den pulverartade reagensen utmed sänkans l 3 7887053-9' v x botten 6 mot dess motstående vägg 5.

Såsom klart framgår av figurerna 2 och 3, hälles het smälta ned från en höjd h räknad från ytan 8 av smältan i sänkan l, så att den nedfallande strålen 7 av smälta infaller nära den vägg 5 hos sänkan l, på vars motsatta sida den pulverartade reagensens inblås- ningsställe befinner sig, så att strömmen av smälta som svänger sig i riktning med sänkans l botten träffar den mot densamma strömmande reagensstrålen. Härvid övergår smältans hällningsenergi och reagensens inblåsningsenergi relativt fullständigt till omblandningsenergi och utsläcker varandra så, att väsentligen ingen skvalpning eller stänk- ning kan ske vid ytan 8.

Inblåsningen av den pulverartade reagensen påbörjas fördelaktigt sam- 'tidigt som smältan hälles, ty det har konstaterats, att utnyttjandet av smältans hällningsenergi är effektivast vid begynnelseskedet av smältans nedhällning. Till en början kan man nedhälla smältan från hällningssänkan 2 närmare smältans yta och så småningom kan hällnings- höjden ökas, så att den nedfallande strålen av smälta tränger djupare in i smältan och effektivt uppsöker färsk reagens.

Medelst den apparatur som visas på figur 2 uppnås en lika god om- blandningseffekt som medelst apparaturen enligt figur 3, men appara- turen enligt figur 3 är billigare. Den på figur 2 visade inblåsnings- lansen kräwæfen separat lyft- och sänkningsanordning och lansen ut- står icke länge under kontinuerlig drift de höga temperaturer (över l00OOC) som råder i det smälta metallbadet. Även om den på figur 3 visade sänkan l med den genom väggen 10 an- ordnade lansen 9 icke i och för sig är ny, utan endast det sätt på vilket den användes, bör dock märkas, att man vid dylika kända typer av sänkor tidigare varit tvungen att använda olika slags mekaniska tillslutningsorgan eller att luta sänkan innan inblåsningen av pul- verartad reagens avslutas, för att smältan icke skall rinna ned i lansen 9. Vid sättet enligt uppfinningen behöver man dock inša spe- ciella tillslutningsorgan för lansen 9 eller lutning av°sänkan.l,~ Q ty lansen 9 tillslutes genom att man såsom pulverartad reagens eller beståndsdel av densamma använder material, vilket smälter eller_ 9 sintras vid temperaturen hos smältan som befinner säg-i sänkan 1 och vilket då inmatningen av bärgas avslutas bildar en propp 1 in- blåsningsriórets eller lansens 9 öppning. Då sänka: har tömts kan a 'T _: « ' ' _ å . > _ ' ' ' f? 7807053-9 4 proppen i lansens mynning avlägsnas genom knackning eller slagning.

Kurvorna på figur l har beräknats och utritats enligt följande: Totalmängden smälta lO t ferrokrom Hällningstid 10 min Fallhöjd (från hällnings- sänkan till avsvavlingssänkans botten) 2,9 m Inblåsningsmunstyckets inner- diameter 12 mm Bärgasmängd 30 m3/h luft Reagensmängd 25 kg/min CaO I och för bestämning av smältans omblandning kan man såsom ett mått 'anse den acceleration (a) som ges åt den smälta massan (ml). Då man därtill definierar en dimensionslös storhet (Pt) såsom förhållandet mellan accelerationen (a) och jordens dragningskrafts acceleration (g), kan man med hjälp av såväl den uthällda smälta strömmens (ml) som för jämförelsens skull den genom munstyckena inmatade fastämnes- gassuspensionsmängdens (mgs) "impulser" (Fl = mlwll, Fgs = mgswgs) angiva följande beroenden: = mlwll _ ml V/ššš? - (1) l mlg mlg . Å 2 A pt _ mgswss (l + M9 Aø wgs (2) QS mlg mlg Ptl ml fišír? (3) P = = ¿ Ptgs (l + xhpgzxøwgs där w = V 2gAh är smältastrålens7 hastighet vid nedfallet på ll smältans yta 8 beräknad enligt formeln för fri fallrörelse för fallhöjden Ah = avståndet från hällningssänkan 2 till smältans yta (8), wgs = suspensionsstrålens hastighet vid avgång från munstycket 4, 9, Aø = munstyckets fria tvärsnittsarea,<9g = bärgasens täthet och K = ms/mg = reagensbelastningen i bärgasen (kg/kg).

På figur l har beräknats och utritats effektivitetstalen Ptl och =Ptgs såsom funktion av smältans nivå h i sänkan l. 5 i 7&ß7053*~9.->.

Det kan konstateras, att den effekt (Ptl) som smältastrålen ger i det exemplifierade fallet är ua 4 gånger den effekt (Ptgs) som reagens~gas-suspensionsstrålen ger.

Ifall man vill ha effekttalet (Ptgs) som förorsakas av gas-reagens- strålen lika stort som det av smältastrålen förorsakade effektivite' talet (Ptl), uppnås detta i det exemplifierade fallet (h = l m) genom minskande av munstycket från ø 12 mm till ø 5,8 mm, varvid wgs växer från 56,3 m/s till 238 m/s. Denna situation är dock icke i~praktiken realistisk på grund av munstycksstorlekens förminskning och hastighetens mångfaldiga ökning enär pulvrets frammatning för- svåras och nötningsverkan ökar.

Om man för åskådlighetens skull tänker sig pulvret helt utelämnat '(J{= 0) och inblåser ren gas i ovan givna mängder, erhålles på det visade sättet P = l då munstyckets diameter minskas från ø 12 mm till ø 0,93 mm, varvid gasens hastighet skulle växa (wg = V9/Aø) från 56,3 m/s till 9447 m/s, dvs. också med ren gas kommer man till alltför höga krav.

Det ovan angivna beräkningsexemplet torde ge en klar bild av hur stor "omblandningshjälp" det är fråga om, då man utnyttjar smältans "hällningsenergi".

Ett sätt att påvisa fördelaktigheten hos sättet enligt uppfinningen är att betrakta omblandningsföreteelsen på basen av inträngningen, varmed avses en utredning av hur djupt gasstrålen inom förnuftiga gränser överhuvudtaget kan intränga i smältan. För att erhålla en referensbild kan man av ett flertal möjligheter utnyttja formlerna i litteraturreferensen V.A. Frolov: Izv.Vyss. Uceb. Zav. Cernaja Metallurgija (l96ll: 3 pp. 37-40 beträffande horisontell inblåsning: i? W L/d = 1,2 Ar = 1,2 (fl-f--q -åí- (4) (Ql gs g 2 0,47 ,47 W s W s s/a = 1,9 Ar = 1,9 (,--_-¶--> -9- (s) »Dl (Dgs gd där L och S närmast anger strålens inträngningsgränser. 7807053-9 e" Med hjälp av värdena i exemplet wš = 56,3 m/s, ø = 12 mm och K = 0 (dvs. wgs = mg = 1,69 kg/m3) erhåller man genom insättning i formeln (4) och (5) L = 37 mm och S = 55 mm. Genom inverkning av pulverin- matningen (H = 38,7) växer tätheten ( = 67 kg/m3), av vilken orsak W även inträngningsdjupet växer eller L :S233 mm och S = 312 mm. På detta sätt kan man fortsätta att tänka sig tätheten ytterligare växa, varvid även inträngningsdjupet växer. Då i formlerna (4) och (5) slutligen insättes "gränsdjupet“ mgs en stråle av smälta, erhålles LR1Sef«>. Detta gäller givetvis icke i-verkligheten, men det torde ge en klar anvisning om att den ut- hällda strålen 7 av smälta har avsevärt bättre möjligheter att ut- = ml, dvs. strålen ersättes med breda sig i smältan i sänkan än reagens-gasstrålen eller en ren gas- stråle, dvs. det är lättare att föra den färska smältan i kontakt med suspensionen än tvärtom.

Sättet enligt uppfinningen skall nedan beskrivas närmare under hän- visning till figur 3 och tillämpat i det fall att smältan utgöres av en ferrokromsmälta, från vilket svavel avlägsnas under användande av kalciumoxid såsom en pulverartad avsvavlingsreagens. Det är klart, att man istället för ferrokromsmälta kan behandla även andra metall- smältor, såsom exempelvis förorenad koppar.

Efter slaggningsâtgärder och övriga nödvändiga åtgärder hälles ferro- kromsmältan i en s.k. inblåsningssänka l, i vars vägg 10 möjligast nära sänkans botten 6 fastmonterats ett injektionsmunstycke 9, vilket är riktat tillnärmelsevis horisontellt mot strömmen av den ankommande, på den relativt munstycket motsatta väggsidan 5 uthällda strålen av smälta.

Den slaggfria ferrokromsmältan uthälles i en stråle 7 med lämplig hastighet från en bestämd höjd i inblåsningssänkan l. Det är att märka, att en höjning av hällningshastigheten och höjden ökar smälta- strålens 7 impuls, vilket i sin tur effektiverar omblandningen. Allt- för stor höjning av hällningshastigheten förorsakar avbrytning av smältastrålen 7 och försämrar sålunda slutresultatet.

Samtidigt med uthällningen påbörjas inblåsningen av reagens-gassus- pension. Detta säkerställer att munstycket 9 hälles öppet och sam- tidigt är omblandningen genast i begynnelseskedet effektiv (jmf. figur 1). 1 vsovosz-9 Uthällningen av smältan sker således på motsatta sidan relativt injektionsmunstycket 9, varvid smältan och reagensen omblandas effektivt och förorsakar en god avsvavling och verkningsgrad hos reagensen. Då processen fortlöper ökar mängden av smälta (dvs. också smältans nivå h), varvid omblandningseffektiviteten sjunker.

Genom strömningsteknisk optimering får man dock den nya smältan och den nya reagens-gassuspensionen att kontinuerligt blanda sig med varandra, enär smältan kan föras mot suspensionsstrålen och delvis in i densamma sålunda "dödande" dess impuls och dämpande ytans skvalpning, vilket kan konstateras efter någon stund efter att häll- ningen avslutats. Ifall utblåsningen ännu fortsättes, börjar det upp stå en kraftig stänkning av smälta, vilket icke uppträder under häll ningen.

Då den till injektionsmunstycket 9 inmatade bärgasens strömning av- slutas genom stängning av såväl inmatningen av den med den pulver- artade reagensen kommande bärgasen som av en till munstycket even- tuellt inmatad tilläggsgas, stannar i detta fall CaO-pulvret i mun- stycket 9 och hindrar sålunda smältan från att strömma ut ur sänkan varvid pulvrets transportrör (icke visat) kan lösgöras från mun- stykcet 9 och sänkan l är klar för transport.

Efter det att inblåsningssänkan l har tömts kan kalktappen lätt av- lägsnas från injektionsmunstycket 9 och sänkan l är färdig för ny användning.

I tabell l har sammanställts svavelhaltens nedgång (AS) och reagense verkningsgrad (qr), då man använder: I - en rak, rörartad lans och inmatning av reagens i en charge av smälta, II - en lans enligt det finska patentet 52.741, där den via centrum röret inmatade gas-reagenssuspensionen sprides med hjälp av separata, effektiva spridargasstrâlar i en charge av smälta, III - en i smältastrålens riktning anordnad i smältan nedsänkt rak rörartad lans, IV - en mot riktningen av den uthällda smältan svängd, in i smältan nedsänkt rörartad lans enligt denna uppfinning (figur 2), V - ett sätt enligt denna uppfinning och en anordning såsom visas på figur 3. 7807053-9 8 Av tabellen kan klart konstateras, att resultatet ( S,Qr) förbättras då man övergår från en rak lans mot sättet enligt föreliggande upp- finning.

Tabell 1 Förfarande Referens Exempel Si AS/S1 nr utgång % % I rak lans, charge finska pat. 52.741 l 0,055 34,5 1,1 II spridarlans, chare 2 0,044 47,8 4,0 3 0,042 64,3 1,4 III rak lans, hällning föreliggande ansökan l 0,068 58,8 2,6 IV krökt lans, hällning 2 0,071 64,8 3,1 _V vägglans, hällning 3 0,091 80,2 5,2 4 0,095 65,3 4,4 I-III kända sätt, IV-V sätt enligt uppfinningen Uppfinningen skall nedan beskrivas närmare med hjälp av exempel: Exempel l (jämförelse) På ovan angivet sätt III (tabell l) utfördes avlägsnande av svavel ur ferrokrom (ca 16000) genom inblåsning av CaO-pulver genom en rak vertikal lans i inblåsningssänkan. Inblåsningen påbörjades då nivån hos ferrokromsmältan som kontinuerligt hälldes i sänkan hade nått lansens undre ände (ca 400 mm). Denna likariktade inblâsning fort- sattes tills hållningen avslutats. Mängd- och analysförhållandena var vid försöket följande: Metallmängd 8,6 t Reagensmängd 31,8 kg bränd kalk/l t FeCr Injektions- hastighet 31 kg/min Luftmängd 28 m3/h Metallanalyser Cr Si C S ASM/SM (utgång) % % % % I % Före inblås- ningen 52,1 2,2 6,9 0,068 Efter inblås- _ ' ningen 52,0 2,0 6,9 0,028 58,8 Reagensens verkningsgrad med avseende på Ca0 var 2,6 %. 9 7807053-9 Exempel 2 CaO-pulver inblåstes på ovan beskrivet sätt IV och medelst en anord- nign som visas på figur 2 via en krökt lans i en sänka, i vilken tillnärmelsevis samtidig inhällning av ferrokromsmälta påbörjades.

Denna simultanitet förverkligades av den orsaken att den 900 åt sida krökta lansen skulle kunna nedsänkas nästan ända till sänkans bottez varvid väsentligen ingen dylik damning av reagensmjölet skulle ske som uppträder i begynnelseskedet i det ovan angivna exemplet. I övr: var förfarandet detsamma som i exemplet l. Betingelserna vör följan< f' Metallmängd 9,2 t Reagensmängd 30,5 kg bränd kalk/l t FeCr Injektionshastighet 30,5 kg/min Luftmängd 31 m3/h Metallanalys Cr Si C S ASM/SM (utgång) % % % % % Före inblåsningen 52,4 2,4 7,6 0,071 Efter inblåsningen 52,2 2,3 7,0 0,025 64,8 Reagensens verkningsgrad med avseende på CaO var 3,1 %.

Exempel 3 Med användande av injektionssättet V enligt uppfinningen och en sån) enligt figur 3 utfördes svavelavlägsning ur ferrokrom genom injekte- ring av bränd kalk medelst luft i smältan. FeCr-slaggen hade avlägs- nats från metallen möjligast noggrant.

Metallmängd 8,6 t FeCr-slagg med i inblåsningen 7,0 kg/t FeCr Reagens 29 kg/t FeCr bränd kalk kornstorlek - 1,5 mm Injektionshastighet 32,4 kg/min Lufunänga 30 m3/h Metallanalys (%) _ Cr Si C S ASM/SM (utgång) Före inglåsningen 52,4 1,6 7,0 0,091 Efter inblåsningen 52,2 2,0 6,7 0,018 80,2 Reagensens verkningsgrad med avseende på CaO var 5,2 %. 7807053-9 10 Exemgel 4 Avlägsnande av svavel ur ferrokrom utfördes på sättet enligt exempel 3, med undantag av att FeCr-slaggen icke noggrant avlägsnats från metallytan.

Metallmängd 7,9 t FeCr-slagg med i inblåsningen 71 kg/t FeCr Reagens 29,1 kg/t FeCr bränd kalk Injektionshastighet 29,8 kg/min LÉff-.mänga 21 m3/h Metallanalys (%) Cr Si C S -êñfl--f-'l00 M utgang Före inblåsningen 53,0 1,8 6,7 0,095 'Efter inblåsningen 52,8 1,4 6,7 0,033 65,3 Reagensens verkningsgrad med avseende på CaO var 4,4 %.

I och för avlägsnande av föroreningar ur smält metall förefinnes tvenne huvudsätt: l. överförande av föroreningarna i en annan smält fas, vanligtvis i slaggen l 2. indunstning av föroreningarna Raffinering av oren koppar har beskrivits exempelvis i artikeln (l) J.E. Stolarzyk et al., Journal of the Institute of Metals, §§ (1957), 49-58; (2) A. Asgari et al., Metallurgie, lå (l973) 68-77.

I referensen (l) beskrives bl.a. behandling av blyhaltig koppar i en anodugn genom tillförande av sand på den smälta kopparn och inblås- ning av för bildande av blysilikat erforderligt syre via rör. Behand- lingen tar upp till 48 timmar.

I referensen (2) beskrives bl.a. raffinering av bly innehållande koppparskrot i en konverter under användning av på ytan tillfört _.d kol såsom bränsle och reduktionsmedel så, att blyet överföres i gas- fasen, från vilken det kan separeras såsom finfördelat damm. Den i 0 försöken använda behandlingstiden i smält tillstånd var t.ex. 90 min, varvid metallens Pb-halt sjönk från 3,5 till 0,30. 11 7807053-9 Man känner även förfaranden,'víd vilka ett slaggbildande pulver- artat fast material injekteras med hjälp av en bärgas i smältan.

Exempel 5 (jämförelse) För jämförelsens skull utfördes avlägsnande av bly från smält koppar genom injektering i densamma av sand med hjälp av syreanrikad luft via ett rör. Syreanrikningen hade beräknats så, att smältans tempera- tur med tiden ändrade sig på ett med tanke på kopparns raffinering fördelaktigt sätt. Raffineringen utfördes i en i och för sig känd med inblåsningsrör försedd tippbar sänka, varvid röret före injekte- ringen kunde hållas ovanför smältans nivå. Efter hällningen svängdes Sänkän till inblåsningsläge och injekteringen börjades på normalt sätt.

-I tabell 2 har jämförts raffinering av koppar enligt exemplen 5 och 6.

Injekteringstiden var i bägge fallen 10 minuter, varefter chargen tilläts sänka sig 5 minuter före provtagning.

Exempel 6 (enligt uppfinningen) Injekteringen utfördes enligt figur 3 under hällning av den orena kopparn. Av tabell 2 framgår att den av hällningen förorsakade effek- tiveringen av omblandningen har befrämjat speciellt den genom av- dunstning skeende blyavgången.

Tabell 2 exempel 5 exempel 6 förorenad Cu mängd/kg 1250 1140 Pb/% 0,68 0,79 S/% 0,49 0,41 O/% 0,15 0,13 Cu/% 98,8 98,6 gas luftmängd/Nmâ 42,0 40,7 syremängd/Nm 9,2 9,0 syreanrikning/% 35,2 34,7 sand mängd/kg 10 10 renad Cu mängd/kg l220 _ lll0 Pb/% 0,23 0,12 _ S/% ' ' 0,005 0,003 - I O/% 0,9 l l cu/2 . 98,8 _ ssfv --...~......, _., ___" ____ 4 slagg mängd/kg Pb/% Cu/% SiO2/% fördelning/% förorenad Cu fënad Cu slagg damm fördelning/% _förorenad Cu renad Cu slagg damm (exempel 5) (exempel 6) ,áëd%dš3;èW l2_ Ta5ë11_g'(f0rts.> Cu 100 97,1 2,9 100 97,4 2,6 exempel 5 Pb 100 33,0 12,5 54,5 100 14,8 14,4 70,8 exempel 6 100 1,0 99,0 100 0,6 99,4

Claims (5)

1.3 7807053-9 P a t e n t k r a v

1. l. Förfarande för raffinering av en smälta med hjälp av ett reagens som i huvudsak består av ett fast pulverformigt material under användning av ett reaktionskärl med sidoväggar och en botten, _k ä n n e t e c k n a t a v att man tappar i smältan i reaktions- kärlet nära en av dess sidoväggar och samtidigt blåser in reagenset under smältans yta från den sida av reaktionskärlet som är motsatt den nära vilken smältan itappas, i en riktning i huvudsak parallell med reaktionskärlets botten och därigenom åstadkommer att strömmen av det inblâsta reagenset och strömmen av smältan som itappas stö- ter emot varandra från i huvudsak motsatta riktningar i reaktions- kärlet och utnyttjarwsmältans kinetiska energi för blandning av rea- genset med smältan och växelvis omrörning av smältans yta.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att man ökar smältans fallhöjd från reaktionskärlets botten allteftersom smältans yta i reaktionskärlet stiger.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t a v att man börjar inblåsningen av reagenset i reaktions- kärlet samtidigt eller först efter det att itappningen av smältan redan påbörjats.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a t a v att man avslutar inblåsningen av reagenset i reaktions- kärlet samtidigt eller redan innan itappningen av smältan avslutats.

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k- n a t a v att man såsom reagens använder ett material eller en materialkomposition, som sintrar och täpper till insprutningsöpp- ningen då tillförseln av bärgasen bryts medan den heta smältan ännu befinner sig i reaktionskärlet.