SE517296C2 - Sätt vid tillverkning av stål i ljusbågsugn under användande av granulerat tackjärn - Google Patents

Description

517 296 2, Nämnda DRl/FegC medför emellertid även vissa negativa effekter för ljusbågsugns- processen järnfört med skrot. Relativt höga halter av gångart och järnoxid kräver mer energi. En uppskattning visar att varje ytterligare procent syre som ersätter l % jäm kostar 48 kWh/ton, vilket i sin tur ger ökad elektrodförbrukning, tap-to-tap-tid och kräver en extra mängd kol på 6.8 kg/ton. Sammantaget krävs för att producera flytande t, stål från DRI 240 kWh/ton mer än för att producera samma stål av skrot.

Det är med andra ord uppenbart att användningen av DRI/Fe3C i ljusbågsugn är vanligast då tillverkningen av DRl/FegC är billig, t ex då naturgas är lättillgänglig, vanligen i kombination med brist på skrot av hög kvalitet och/eller vid tillverkning av restärrmes- känsliga stålkvaliteter, huvudsakligen i flera utvecklingsländer, där användningen av DRI kan representera 10-100% av det tillsatta materialet i vissa ljusbågsugnar.

Ett mer lättillgängligt substitut för skrot än DRI/FeSC är tackjärn. I själva verket tillsätts tackjäm redan idag i många ljusbågsugnar, varvid tackjämet består av konventionella former som tillverkas i giutmaslciner för tackjärn, sandfodrade gjutformar eller liknande.

Dessa tackjärnsprodukter har emellertid inte former som särskilt väl uppfyller kraven på råmaterial för en ljusbågsugn och i synnerhet befrämjar de inte styrningen av de smältnings-, färsknings- och reduktionsprocesser som utförs i ljusbågsugnen.

KORT FIGURBESKRIVNING I följande redogörelse för uppfinningen kommer att hänvisas till bifogade ritningsfigurer, av vilka , F ig. 1 I form av ett diagram illustrerar hur halten av residuala metaller härrörande från skrot kan minskas vid tillverkning av stål enligt Uppfinningen, och Fig. 2 och Fig. 3 i fonn av ett diagram illustrerar effektema av förvämming respektive efterförbränning.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att erbjuda ett förbättrat sätt vid tillverkning av stål i en ljusbågsugn, innefattande smältning av chargerad råvara samt företrädesvis även färsk- ning genom injektion av syrgas i metallsmältan. Uppfinningen kännetecknas härvid av att x-100 vikts-% av chargerad stålråvara utgörs av granulerat tackjäni, här benämnt GPI.

Företrädesvis uppfyller nämnda GPI följande villkor nämligen, 517 296 3 . .IV ..'... "" a) att det har en kemisk sammansättning som innehåller 02-3 % Si, 2-5 % C, 0.1-6 % Mn, rest väsentligen endast järn samt föroreningar som normalt kan förekomma i råjäm framställt i masugn, eller liknande schaktugnsprocess, t.ex.

Capola-ugn, b) att det har en smältpunkt < 1350 °C, och c) att det består av väsentligen homogena partiklar med huvudsakligen rund eller avrundad form, erhållbar genom granulering av en smälta med ovan nämnda samman- sättning, innefattande desintegrexing av en stråle av nämnda smälta till droppar, vilka avkyls i ett vattenbad till att bilda ett granulat.

För framställning av granulatet kan mer bestämt användas den metod vars allmänna principer beskrivs i US-patentet 3,888,956. Genom denna kända metod kan framställas råjämsgranulat, i vilket åtminstone 90 vikts-% av granulatet består av partiklar med former som varierar från huvudsakligen runda eller ovala skivor till droppar och sfärer med storlekar varierande från l mm upp till 25 mm mätt över granulernas längsta utsträckning. GPI:n kan användas i denna form, men företrädesvis siktas finandelen bort (denna finare fraktion kan användas som dopingmedel i en skummande slagg i ljusbågs- ugnen, som skall förklaras mer i det följande), så att den GPI som enligt ovan tillsätts för att bilda en smälta och/eller som tillsätts till bildad eller kvarvarande smälta utgörs av ett granulat som till åtminstone 80 vikts-% består av partiklar med en partikelstorlek mellan 2 och 25 mm, räknat i partiklarnas största utsträckning.

Det låga yt-/volyniförhållandet hos de runda eller avrundade partiklarna i GPI:n minskar oxidationen under förvaring och hantering, vilket har visat sig utgöra ett problem med DRI med dess porösa struktur. GPI:s yt/volymförhållande är dock högre än hos tackjärn och grovt skrot, samt avsevärt mer väldefinierat, vilket ger bättre och mer reproducerbar värmning och smältningsegenskaper. Den runda eller avrundade formen hos GPI:n ger även en förhållandevis hög bulkdensitet, cirka 4.5 kg/l, med utmärkta free-flow-egen- skaper. De flesta kommersiella skrotkvaliteter, såsom knippen, klipp och svarvspån, har en bulkdensitet på 0.7-l .2 kg/l, Tabell 1. Formen hos GPI:n möjliggör även lätt penetre- ring genom slaggskiktet, då jämet injiceras i ljusbågsugnen. Slutligen har GPI:n, då den har siktats såsom angetts ovan, även en liten finfraktion och är förhållandevis hård, vilket i kombination ger små materialförluster vid hantering. 4 s u . v s. .u ' Tabell 2: Bulkdensitet och restelementnivåer hos GPI, DRI och några skrotkvaliteter.

Bulkdensitet Hcg/il) % (Cu+Ni+Mo+Sn) Granulerat tackjärn (GPI) 4.5 0.05 Direktreducerat jäm (DRI) 1.6-2.7 0.05* Nr 1 Knippen 1.1 0.16 Nr 2 Knippen 0.85-1.0 0.72 Nr 1 HMS 0.7-0.8 0.50 Nr 2 HMS 0.65-0.8 1.01 Klipp 1.o-1.1 0.56 * Innefattar elementen Pb, Sn, Mo, Zn, W, As, Sb, Co, Ni och Zr.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen tillsätts till ljusbågsugnen som stålråvara, förutom GPI, även skrot som innehåller föroreningar i form av någon eller några av de metaller som tillhör den grupp av residuala metaller som består av exem- pelvis koppar, nickel, molybden och tenn. Härigenom uppnås en värdefiill utspädning av andra residuala metaller i den färdiga stålsmältan genom att GPlin innehåller väsentligt lägre halter av residuala (Cu, Sn, Ni, etc.) än skrot, Tabell 1. Utspädningseíïekten hos GPI-tillsatsen på halten restämnen i ljusbågsugnen visas i Fig. 1.

De låga restelementhalterna hos GPI gör det möjligt för ljusbågsugnsoperatören att använda enklare skrotkvaliteter, Fig. 1. Vid användning av GPI och skrot enligt upp- finningen uppgår tillsatsen av GPI typiskt till åtminstone 10%, företrädesvis mer än 25%, eller till och med mer än 40% av tillsatta råmaterial, varvid resterande stålråvara huvud- sakligen är skrot. Emellertid kan tillsats av GPI som enda, 100% stålråvara, tänkas, i synnerhet vid tillverkning av stål avsett för plana produkter, för vilka jungfruligt råmaterial är särskilt fördelaktigt.

GPI har högre kolhalt än skrot och DRI. Då kol avkolas genom injektion av syre, sänker spelningen med CO (g) kvävehalten i stålet vaxjämte kemisk värme genereras. Förutom att skölja stålet kan CO-bildningen under syreinjektionen utnyttjas för att bilda en skummande slagg. Om en kolinjektion av 12 kg/ton stål används under normal drifi i detta syfte, kan ungefär 30-40% av chargerat material ersättas av GPI enbart för att balansera kolinjektionen. En ytterligare fördel med att tillsätta kol i form av GPI istället för injicerat kol är möjligheten att uppnå tidig kokning, dvs. GPI möjliggör tidig slagg- 517 296 bildning, vilket ökar värmeeíïektiviteten och eliminerar effektsänkning beroende på termisk överbelastning.

Den kemiska sammansättningen hos GPI:n skiljer sig även med avseende på vissa ytter- ligare egenskaper jämfört med skrot, DRI och FegC. GPI har sålunda en mycket låg oxidhalt. DRI/Fe3C innehåller däremot en förhållandevis stor mängd gångart och oreducerade järnoxider, vilka kräver tillsatts av ytterligare energi. GPI har vidare relativt hög kiselhalt. Detta kisel oxideras vid smältning och syreinjektion och kräver en extra tillsatts av kalk for att kontrollera slaggsammansättningen. Denna kalk kräver extra energiinsats för att värma och smälta slaggbildaren. I fallet GPI kompenseras det extra energibehovet mer än väl av den kemiska värme som utvecklas vid kilseloxidationen och kan till och med tillåta tillsats av DRI tillsammans med GPI utan att extra elektrisk energitillförsel behövs jämfört med fallet 100% skrotcharge. Enligt en aspekt på upp- finningen tillsätts därför, förutom GPI till ljusbågsugnen, även direktreducerat järn, DRI, som "innehåller i vikts-% 75-90 % metalliskt järn, 02-3 % C, 2-7 % gångartsmaterial, huvudsakligen SiOg + AlgOg, och resten huvudsakligen jämoxid, FeO, varvid GPI tillsätts åtminstone i så hög halt att dess innehåll av kisel och kol jämte kolet i tillsatt DRI reducerar jämoxiden i nämnda DRI till metalliskt jäm, samtidigt som oxidationen av kisel och kol i nämnda GPI och DRI genererar värme i tillräcklig grad för att kompensera den kylverkan som orsakas av gångartsmaterialet och jämoxiden i tillsatt DRI och företrädes- vis även kompenserar kylverkan på grund av tillsatt kalk eller annan basisk slaggbildare (Mg och/eller Ca bärare) för kontroll av slaggsarrirnansättningen.

GPI:n kan tillsättas såväl i korg som genom kontinuerlig tillsats, exempelvis via skrot- ränna med störtschakt eller genom injektion. Vid tillsättning i korg bör GPI finnas i den korg som först chargeras i ljusbågsugnen, varigenom snabbt bildas en smälta på grund av GPI:ns låga smälttemperatur. Vid tillsättning genom injektion kan GPI-tillsättningen eliminera åtminstone en skrotkorg. Detta minskar ugnens tomgångstid jämte värmeför- luster. Dessutom ger kontinuerlig matning av material till ljusbågsugnen en mycket jämnare drift av ugnen jämfört med satsvis tillsättning av skrot. Vid kontinuerlig matning kan skummande slaggpraxis i kombination med maximal energitillförsel tillämpas. Den höga bulkdensiteten hos GPI är även en fördel då enbart korgchargering tillämpas.

Sammanfattningsvis är möjligheten till kontinuerlig tillsättning av råmaterial till ljusbågs- ugnen från praktisk synpunkt ett starkt argument att använda GPI.

Den förhållandevis höga kolhalten hos GPI ger en lägre smältpunkt, dvs. tidig smältning uppnås i ugnen. Så snart en flytande stålpöl finns i ugnen kan injektionen av GPI starta 517 296 genom ugnstaket. Om därvid en skummande slagg bildas på toppen av stålet och en konstant (maximal) elektrisk effekt appliceras kan den utvecklade värmen från de elektriska ljusbågama balanseras av GPLns injektionshastighet. Detta gör det möjligt att hålla ståltemperaturen konstant och minimerar de tenniska gradienterna i ugnsvolymen, en av nackdelarna vid» en "normal ljusbågsugn".

Regleringen av ståltemperaturen under smältningen ökar även möjligheterna att utföra raffineringsoperationer på ett tidigt stadium i ugnen samt gör det möjligt att köra ljus- bågsugnen halvkontinuerligt, dvs. med en förhållandevis stor smältasump, kontinuerlig matning av råmaterial och satsvis bottentappriing.

Om en ännu mer energieffektiv produktion önskas kan den CO (g) som bildas under slaggskumningen utsättas för efterförbränning ovanför stålbadet. Dessutom kan GPI:n förvärmas av ugnsavgasema vid höga temperaturer utan risk för miljöfarliga emissioner, vilket ytterligare ökar ugnens värmeelfektivitet. Dessa förhållanden kommer att diskuteras ytterligare nedan.

För att illustrera de termiska fördelarna med att använda GPI har energibehovet för smältning och värmning beräknats för de materialtyper som redovisas i Tabell 3.

Beräkningama är baserade på antagandet att all C och Si utsätts för oxidation, att bildad CO inte efierförbränns, och att all bildning av SiOz vid smältning neutraliseras genom tillsätts av CaO eller annat neutraliseringsmedel. Den energi som krävs för smältning av CaO eller motsvarande och den energi som utvecklas då CaO, SiO2 och andra oxider blandas, antas vara lika.

Tabell 3 redovisar även det teoretiska energibehovet för att smälta och överhetta materialen till en temperatur av l600°C. Angivna sifiror är per ton producerad ren Fe.

Såsom framgår av tabellen kräver GPI den lägsta mängden elektrisk energi beroende på den latenta kemiska värme som är tillgänglig i materialet. Det skall även inses av Tabell 3 att den relativt stora skillnaden mellan GPI#l och #2 beror på skillnaden i % Si; 0.5, respektive 1.2. 517 296 Tabell 3: Materialsammansättningar och energibehov lör olika material då olika slaggbasiciteter eftersträvas.

Ren Fe DRI FegC GPI (Midrex) #1 #2 Samman- %C 0 1.5 0 4.2 4.6 sättning %Si 0 0 0 0.5 1.2 %FeO 0 6 6.6 0 O %SiO2 0 1.5 1.2 0 0 %A1203 o 0.8 1.2 o o %CaO 0 1.2 . O 0 0 %MgO 0 0.3 O 0 O %Fe3C 0 0 90 O 0 %Fe 100 88.7 1 95 .3 94.2 [kWh/ton B = 1.2 378 438 335 266 217 ren Fe] B =1.5 378 439 337 268 220 B = 1.8 378 440 338 269 223 Möjligheten att utnyttja skrotförvärmning illustreras i Fig. 2, som visar en energi- behovskalkyl vid olika grader av törvärmning for materialen enligt Tabell 3. Det skall noteras att forvärmningen av skrotet begränsas till 300°C beroende på miljöskäl.

Förvärmning av DRI kan även begränsas beroende på dess antändlighet.

Om efierförbränriing utförs i ljusbågsugnen kan bildad CO (g) vid färskningen oxideras och den latenta kemiska vännen hos GPI användas än mer effektivt. Fig. 3 visar de teoretiska energibehoven som fimktion av mängden efterlörbränd CO (g) som bildar C02 (g) (l0O% utbyte av producerad värme). Tillsatt material förvärms till 200°C.

Uppfinningen är särskilt lämpad att tillämpas vid tillverkning av stål i en ljusbågsugn, innefattande bildandet av en skummande toppslagg med en temperatur av 1400-1800°C i ugnen över badytan och tillförsel av syrgas till smältan för att oxidera åtminstone en del av i smältan existerande kisel for att generera värme och for att oxidera åtminstone en del avi smältan förekommande kol för att generera värme och för att generera gas i form av CO och/eller C02 som bidrag till slaggskumningen, varvid tillfórseln av syrgas till 517 296 f; .s":= 8 . . 2 '.' '..' .L '..' smältan även medför oxidation av andra metallelement än kisel i smältan, är gemensamt benämnda värdefulla metallelement, vilka går i toppslaggen och där reduceras genom tillsats av reduktionsmedel till toppslaggen för att till väsentlig del återföras till smältan.

Enligt denna aspekt på uppfinningen tillsätts under åtminstone någon fas av tillverknings- förloppet ett dopingmedel i form av en partikelformig, granulerad produkt till topp- slaggen i syfte att dopingmedlet skall skapa förbättrade förhållanden för återreduktion av de oxiderade, värdefulla metallelementen som finns i toppslaggen, själv delta i reduk- tionsprocessen, bidraga till och/eller underhålla slaggskumningen samt ge ett tillskott av metall till smältan, varvid nämnda dopingmedel uppfyller följande villkor, nämligen: a) att det har en kemisk sammansättning som innehåller 02-3 % Si, 2-5 % C, O. 1-6 % Mn, rest väsentligen endast jäm samt föroreningar som normalt kan förekomma i råjäm framställt i masugn, eller snarlik schaktugnsprocess. b) att det har en smältpunkt < 1350 °C, och c) att det består av väsentligen homogena partiklar med huvudsakligen rund eller avrundad förrn, erhållbar genom granulering av en smälta med ovan nämnda samman- sättning, innefattande desintegrering av en stråle av nämnda smälta till droppar, vilka avkyls i ett vattenbad till att bilda ett granulat.

Företrädesvis utgörs nämnda dopingmedel av GPI av samma allmänna slag som används som stålråvara och som smälts for att bilda ett smältabad, såsom beskrivits i det före- gående. Företrädesvis har emellertid den GPI som tillsätts som dopingmedel till slaggen en mindre partikelstorlek än den GPI som tillsätts som råvara till ugnen enligt det före- gående. Mer bestämt är det lämpligt att som dopingmedel använd-a GPI som till åtminstone 80 vikts-% består av partiklar med en partikelstorlek varierande mellan 0.5 och 5.5 mm räknat i partiklarnas största utsträckning. Dopingmedlet kan sålunda utgöra en finfraktion av granulerat tackjäm, varvid huvuddelen av granulatet med betydligt större partikelstorlek, 2-25 mm, chargeras med korg i ugnen eller injiceras i den efter _ hand bildade smältan, Ett granulat med nämnda mindre partikelstorlek har förmåga att 517 2% :rff penetrera slaggen i önskvärd grad och hålla sig svävande i slaggen tillräckligt länge för att inte endast smälta, vilket går förhållandevis snabbt, utan även för att granulatets innehåll av kol och kisel skall hinna reagera med oxiderna av de värdefiilla metall- elementen i slaggen, för att så småningom agglomerera till större agglomerat av smält metall, vilka sjunker ned genom slaggen för att förena sig med smältan. Ju rundare partiklarna är, desto gynnsammare är de med avseende på sin förmåga att penetrera slaggen. I motsats härtill har oregelbundet formade flisor (chips), flagor, glödskal etc. mycket liten penetreringsförmåga, liksom även fint pulver, samt ger vid injektion stora förluster till rökgassystemet.

Tillsatsen av dopingmedlet kan ske genom lans med gasbäraren, där lansen kan placeras genom slagglucka, ugnsvägg eller ugnsvalv, eller genom mekanisk matning från en position över slaggen, i ugnsvägg eller ugnsvalv. I den heta slaggen smälter de tillfiârdai dopingpartildarna snabbt och bildar små droppar med stor gränsskiktsyta mellan flytande metallfas och slagg, vilket kinetiskt gynnar reduktion av metalloxider. Dopingmedlet innehåller verksamma halter av inlöst kol och kisel, som i smältadroppama deltar i reduktionsreaktionerna. Inlöst kol bildar COlCOg-gas, vilken i sin tur skapar och/eller underhåller den skummande slaggen samt medverkar till att hålla bildade små metall- droppar svävande i slaggen, vilket medför en rad processfördelar vilka i vissa fall kan vara avgörande för att erhålla en ekonomiskt acceptabel ugnsdrifr. Den i dopingmedlet inlösta kolen har sålunda flera fimktioner; dels bidrar den till och/eller underhåller bildandet av den skummande slaggen, dels bidrar den till att hålla bildade små smälta- droppar svävande i slaggen, dels deltar den i reduktionsprocessema. Även den kisel som är inlöst i dopingmedlet har flera funktioner, dels bidrar kisel i reduktionen av oxiderade värdefulla metallelement, dels bidrar kisel, åtminstone anses detta som högst sannolikt, till att sänka gränsskiktsspänningen mellan slagg och doping- medel, vilket ytterligare accelererar reduktionsreaktionen. Dessutom genereras värme genom oxidationen av inlöst kol och kisel. Oxidation av inlöst kisel bidrar även till slaggbildningen i ugnen. Slutligen bidrar dopingmedlet med en icke oväsentlig tillsats av järn till smältan efter det att merparten av reduktionsmedlen, C och Si, i dopingmedlet 517 296 /0 reagerat med slaggen och ett flertal mindre droppar slagits samman till större droppar som därmed sjunker genom slaggskiktet ner till smältan.

För att dopingmedlet skall kunna utgöra en högvärdig handelsvara, med vars hjälp toppslaggen i en ljusbågsugn kan döpas, så att man reproducerbart får önskat resultat charge efter charge, är det önskvärt att halterna av kol och kisel i dopingmedlet hålls inom förhållandevis snäva gränser inom de angivna yttre gränsema. Sålunda bör kol- och kiselhaltema inte variera mer än +/- 0,5 %, företrädesvis inte mer än +/- 0,3 % utgående från något åsatt riktvärde inom nämnda yttre gränser. Sålunda bör kolhalten i doping- medlet uppgå till (CX +/- 0,5) %, där CX är ett tal mellan 3 och 4,5. F öreträdesvis bör kolhalten vara (CX +/-0,3) %. På motsvarande. sätt bör kiselhalten vara (Six +/-0,5) %, företrädesvis (Six +/-0,3) %, där Six är ett tal mellan 1 och 2,5. De önskade kol- och kiselhaltema kan erhållas genom att legera råjämet med kol och kisel efter eventuell svavelrening eller annan behandling av råjämet.

Mängden tillsatt dopingmedel kan varieras inom vida gränser beroende på smältans sammansättning, dopingmedlets sammansättning med flera faktorer. Normalt kan mängden dopingmedel som tillsätts toppslaggen enligt uppfinningen uppgå till mellan och 60 kg dopingmedel per ton tillverkat stål, vilket tillsätts i slaggen genom att injiceras i slaggen eller på annat sätt för att underhålla slaggskumning och reduktion.

Samtidigt injiceras syrgas i balanserad mängd i stålet för att oxidera främst Si och C i stålet för att erhålla värme och gas för slaggskumningen. Även andra metallelement i stålet, t ex Fe och Cr, oxideras härvid till viss del för att återreduceras då de når slaggen.

Eventuellt tillsätts även annat reduktionsmedel än dopingmedlet enligt uppfinningen, t ex C eller Si, till slaggen för att tillsammans med dopingmedlet enligt uppfinningen säker- ställa reduktionen. Företrädesvis utgörs nämnda reduktionsmedel dock helt av doping- medlet enligt uppfinningen, vilket är fördelaktigt av flera skäl. Dels har dopingmedlet enligt uppfinningen klara ekonomiska meriter, dels underlättas processtyrningen om antalet olika tillsatsmedel begränsas. 517 296 // Den GPI som används enligt uppfinningen, i första hand för att bilda ett smältabad och som chargeras med korg eller injiceras i smältan, liksom den GPI som eventuellt injiceras som dopingmedel vid skumslaggpraxis kan framställas på flera olika sätt innefattande granulering av en tackjärnsmälta med ovan nämnda sammansättning, innefattande desintegrering av en stråle av nämnda smälta till droppar, vilka avkyls i ett vattenbad till att bilda ett granulat. En användbar teknik, känd under namnet GRANSHOT, beskrivs som nämnts i US-patentet 3 888 956, som även beskriver hur storleken och formen hos det granulat som framställs kan regleras genom variation av smältastrålens fallhöjd innan strålen desintegreras till droppar och/eller av droppamas fallhöjd innan de träffar vatten- ytan i kylbadet. Som komplettering och/eller som ett altemativ kan det erhållna granula- tet siktas, så att man får önskad storleksfraktion, respektive önskade storleksfraktioner enligt ovan.

Beträffande GPI som chargeringsmaterial, dvs. som stålråvara - häri inkluderas icke ovan i nämnda dopingmedel - i elektrostålugnar gäller sålunda följande, vilket kan utnyttjas enligt olika aspekter på uppfinningen: l. GPI ersätter helt eller delvis andra stålråvara, som exempelvis skrot, konventionellt tackj ärn, DRI och/eller FegC, och kan enligt en aspekt på uppfinningen chargeras genom användandet av skrotkorgar och/eller utrustning för kontinuerlig chargering. 2. GPI har mycket bra egenskaper för förvärmriing, företrädesvis då av ugnens avgaser som en följd av dess form och kemiska stabilitet, vilket utnyttjas enligt en annan aspekt på uppfinningen, som kännetecknas av att GPI som chargeras i ugnen fiárvärms av ugnens avgaser före tillsats. Denna möjlighet föreligger inte, åtminstone icke alls i samma grad med skrot, dels på grund av dettas form, dels på grund av dioxinbildning, eller med direktreducerat järn, DRI, på grund av dettas pyrofora karaktär. 3. GPI har goda ”free flouW-egenskaper, vilket underlättar kontinuerlig chargering, vilket kan tillämpas enligt en ytterligare aspekt på uppfinningen. Härigenom kan ett flertal väsentliga fördelar vinnas, såsom 517 296 /Z ' - Mindre värmeförluster pga. utsvångt valv vid chargering av korg.

- Mindre power-oli' tid pga. korgchargering.

- Mjukare processgång (=högre energiutbyte) då ljusbågama kontinuerligt stabilt slår mot ett Stålbad - Möjlighet till kontinuerlig skumslaggpraxis, dvs. högre utbyte på tillsatt energi.

- Möjlighet att kontrollera stålets temperatur under nedsmältningen och därmed påbörja raflineríngsoperationer under ett tidigt stadium.

- Högre produktivitet pga. kortare tap-to-tap tider, dvs. kortare behandlingstider minskar alla tidsberoende förlustposter.

- Möjlighet att köra ugnen kontinuerligt eller sernikontinuerligt, vilket ytterligare ökar ugnens produktivitet.

. GPI har hög bulkdensitet vilket är en fördel vid alla moment i hantering av materialet, från transport till chargering. _ GPI har en låg smältpunkt ( möjlighet som också utnyttjas enligt ett antal ytterligare aspekter på uppfinningen, vilka redovisas i det föregående, i de efterföljande patentkraven och/eller nedan. _ GPI:s relativt höga halter av C och Si möjliggör syrgasinjektion, och därmed kemiskt vänne då CO/COZ och SiOz bildas, i metallsmältan utan någon större risk för oxida- tion av andra legeringselement. Detta är ofta fallet idag då lastat Si ej återfinns i stålet förrän efter en viss tid, då oxidation av legeringselementet redan skett. Syrgasinjektion innebär också att en flytande, företrädesvis skummande, slagg kan skapas tidigt i PTOCCSSCII.

. Om syrgas tillförs till smältan, vilket sker enligt en föredragen uttöringsfonn av uppfinningen, innebär oxidationen av C och Si i GPI en mycket låg energiåtgång för att smälta GPI, varvid den genom oxidationen av C och Si genererade värmen även kan utnyttjas som bidrag till att smälta eventuellt tillsatt skrot, DRI och/eller för att kompensera för värmeförluster pga. reduktion av j ärnoxid i eventuellt tillsatt DRI, tillsättning av kalk eller annan basisk slaggbildare för att reglera slaggens basicitet. etc. 517 296 /3 8. Några fördelaktiga kemiska egenskaper hos GPI förutom de höga C och Si halterna, som nämnts ovan, även följande: - Låga halter av residualer (Cu, Sn, Zn, Ni, etc. ) vilket enligt en aspekt på uppfinningen kan utnyttjas t ex för att utspäda halten av sådana residuala metallen' metallsmältan, då även skrot ingår som råvara i chargen.

- Mycket liten eller ingen andel oxidiskt material.

- Homogen sammansättning; inga praktiska skillnader inom samma batch eller från batch till batch.

Speciellt fördelaktig är uppfinningen då GPI används såväl som chargenlngsmaterial, företrädesvis i form av en grovfraktion av ett tackjämsgranulat enligt ovan (80 vikts-% av GPI:n med partikelstorlekar mellan 2 och 25 mm), som dopingmedel i skummande slagg, företrädesvis i form av en finfraktion av tackjämsgranulat (80 vikts-% med stor- lekar mellan 0.5 och 5.5 mm). Då GPI chargeras och smälts i ugnen säkerställs en C- och Si-buflert i smältan. Om chargeringen av GPI till smältan dessutom sker kontinuerligt, minskar oxidationen av legeringsämnen ytterligare. Detta skapar förutsättningar för att värdefulla metaller, i första hand järn och eventuellt andra förekommande, oxiderade metaller, helt kan återreduceras genom tillsats av endast GPI i dess funktion av doping- medel till slaggen för att säkerställa en fiillständig slaggreduktion.

Claims (18)

l0 15 20 25 30 517 29% ' M _. PATENTKRAV

1. Sätt vid tillverkning av stål i en ljusbågsugn innefattande smältning av chargerad stålråvara, huvudsakligen järnbärare, k ä n n e t e c k n at av att åtminstone 5 vikts-%, företrädesvis åtminstone 10 vikts-% av chargerad järnbärare utgörs av granulerat tackjärn, här benämnt GPI.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda GPI uppfyller följande villkor nämligen: a) att det har en kemisk sammansättning som innehåller 0.2-3 % Si, 2-5 % C, 0.1-6 % Mn, rest väsentligen endast järn samt föroreningar som normalt kan förekomma i råjärn framställt i masugn, eller annan schaktugnsprocess b) att det har en smältpunkt < 1350 °C, och c) att det består av väsentligen homogena partiklar med huvudsakligen rund eller avrundad form, erhållbar genom granulering av en smälta med ovan nämnda samman- sättning, innefattande desintegrering av en stråle av nämnda smälta till droppar, vilka avkyls i ett vattenbad till att bilda ett granulat.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n at av att det innefattar farskning genom syrgasinjektion i bildad smälta i ugnen.

4. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n at av att kislet i nämnda GPI oxideras vid farskningen till kiseldioxid, S102, som väsentligen ansarnlas i en toppslagg i ugnen, for kontroll av slaggsammansättningen, tillsätts någon basisk slaggbildare, i huvudsak innehållande Ca- och/eller Mg-bärare, i sådan mängd av slaggsarnmansättningen kommer att uppfylla villkoret S S 3,6 , företrädesvis villkoret 3,1 S S102 SiOz 28 7 _<. 3,3 10 15 20 25 30 517 296 -= /5 . ._ .

5. Sätt enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n at av att stålet produceras batchwise i ljusbågsugnen, och att nämnda GPI tillsätts till ljusbågsugnen initialt i chargeringsprocessen för att snabbt bilda ett smältabad i ugnen.

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n at av att nämnda stålråvara åtminstone delvis tillsätts med korg, varvid åtminstone GPI tillsätts med den forsta korgen i chargerings- pfOCCSSCn.

7. Sätt enligt krav 5 eller 6, k ä n n et e c k n a t av att nämnda GPI injiceras i den smältapöl som initialt bildats eller tillsatts och/eller i det smältabad som efter hand bildas i ugnen.

8. Sätt enligt något av kraven 1-4, k ä n n et e c k n at av att ugnen drivs halv- kontinuerligt, dvs. med satsvis bottentappning av en del, företrädesvis 40-60 %, av stålsmältan, och att GPI tillsätts kontinuerligt eller semikontinuerligt till kvarvarande smältapöl och/eller till det efter hand tillväxande smältabadet.

9. Sätt enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n at av att nämnda GPI till åtminstone 80 vikts-% består av partiklar med en partikelstorlek mellan 2 och 25 mm räknat i partiklamas största utsträckning.

10. Sätt enligt något av kraven 1-9, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda GPI har en bulkdensitet av 3.5-5.5, företrädesvis 4-5 kg/l.

11. Sätt enligt något av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n at av att nämnda GPI förvärms av ugnsavgaserna före chargering, företrädesvis att nämnda GPI förvärms kontinuerligt av avgaserna fore kontinuerlig eller serni-kontinuerlig chargering.

12. Sätt enligt något av kraven l-l 1, k ä n n e t e c k n a t av att som stålråvara tillsätts till ugnen, förutom nämnda GPI, även skrot som innehåller föroreningar i förrn av någon eller några av de residuala metaller som tillhör den grupp av metaller som består av Cu, 10 15 20 25 30 517 296 /6 Ni, Mo, Zn och Sn, varvid tillsatsen av nämnda GPI späder ut halten av nämnda residuala metaller i den stålsmälta som bildas.

13. Sätt enligt något av kraven 1-1 1, k ä n n e t e c k n at av att som stålråvara tillsätts till ljusbågsugnen, förutom nämnda GPI, även direktreducerat järn, här benämnt DRI, som innehåller i vikts-% 75-90 % metalliskt järn, 0.2-3 % C, 2-7 % gångartsmaterial, huvudsakligen SiO2+Al2O3 och resten huvudsakligen järnoxid, FeO (oxidiskt bundet jäm), varvid GPI tillsätts åtminstone i så hög grad att dess innehåll av kisel och kol jämte kolet i tillsatt DRI reducerar järnoxiden i nämnda DRI till metalliskt jäm, samtidigt som oxidationen av Si och C i nämnda GPI genererar värme i åtminstone tillräcklig mängd för att kompensera den kylverkan som orsakas av gångartmatexialet och järnoxiden i tillsatt DRI.

14. Sätt enligt krav 13 och 14, k ä n n e t e c k n a t av att som stålråvara tillsätts till ugnen, förutom GPI, dels även skrot som innehåller föroreningar i form av någon eller några av de residuala metaller som tillhör den grupp av metaller som består av Cu, Ni, Mo, Zn och Sn, varvid tillsatsen av nämnda GPI späder ut halten av nämnda residuala metaller i den stålsmälta som bildas, dels även direktreducerat jäm, här benämnt DRI, som innehåller i vikts-% 75-90 % metalliskt järn, 02-3 % C, 2-7 % gångartsmaterial, huvudsakligen SiO2+Al2O3 och resten huvudsakligen jämoxid, FeO (oxidiskt bundet jäm), varvid GPI tillsätts åtminstone i så hög grad att dess innehåll av kisel och kol jämte kolet i tillsatt DRI reducerar jämoxiden i nämnda DRI till metalliskt järn, samtidigt som oxidationen av Si och C i nämnda GPI genererar värme i åtminstone tillräcklig mängd för att kompensera den kylverkan som orsakas av gångartsmaterialet och järnoxiden i tillsatt DRI.

15. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att 10 - 20 %, företrädesvis 30 - 50 % av stålråvaran utgörs av nämnda GPI.

16. l6.ASätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at av att stålråvaran till 100 % utgörs av nämnda GPI. 10 15 20 25 30 517 296 /7 i' n no uno

17. Sätt enligt krav 1, innefattande bildandet av en skummande slagg med en temperatur av 1500-17 50°C i ugnen över badytan och tillförsel av syrgas till smältan för att oxidera åtminstone en del av i smältan existerande kisel for att generera värme och for att oxidera åtminstone en del av i smältan förekommande kol för att generera värme och för att generera gas i form av CO och/eller C02 som bidrag till slaggskumningen, varvid till- forseln av syrgas till smältan även medför oxidation av andra metallelement än kisel i smältan, här gemensamt benämnda värdefulla metallelement, vilka går i toppslaggen för att därifrån åtminstone till väsentlig del återforas till smältan genom tillsats av reduk- tionsmedel till toppslaggen, k ä n n e t e c k n at av att under åtminstone någon fas av tillverkningsförloppet tillsätts ett dopingmedel i form av en partikelforrnig, granulerad produkt till toppslaggen i syfte att dopingmedlet skall skapa förbättrade förhållanden for återreduktion av de oxiderade, värdefiilla metallelementen som finns i toppslaggen, själv delta i reduktionsprocessen, bidraga till och/eller underhålla slaggskumningen samt ge ett tillskott av metall till smältan, varvid närrmda dopingmedel uppfyller följande villkor, nämligen: a) att det har en kemisk sammansättning som innehåller 0.2-3 % Si, 2-5 % C, 0.1-6 % Mn, rest väsentligen endast jäm samt föroreningar som normalt kan förekomma i råjäm framställt i masugn, eller annan schaktugnsprocess för framställning a råj ärn, b) att det har en smältpunkt < 1350 °C, och c) att det består av väsentligen homogena partiklar med huvudsakligen rund eller avrundad form, erhållbar genom granulering av en smälta med ovan nämnda samman- sättning, innefattande desintegrering av en stråle av nämnda smälta till droppar, vilka avkyls i ett vattenbad till att bilda ett granulat.

18. Sätt enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a t av att de partiklar som tillsätts till slaggen utgörs av partiklar som till åtminstone 80 vikts-% består av partiklar med en partikel- storlek varierande mellan 0.5 och 5.5 mm räknat i partiklamas största utsträckning.