WO2014169888A1 - Verfahren und anlage zur hersteilung von ferrolegierungen mit niedrigem kohlenstoffgehalt in einem vakuum-konverter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ferrolegierungen, insbesondere von FeCr und FeMn Legierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in einem Vakuum-Konverter. Dabei wird in dem Vakuum-Konverter in der ersten Stufe die Entsilizierung und die Hauptentkohlung der Schmelze auf Basis des Konverter-Verfahrens unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt, wobei über eine Toplanze Sauerstoff und über die Unterbaddüsen, insbesondere Ringspaltdüsen, Sauerstoff und C02 in die Schmelze eingeblasen werden, und anschließend wird im selben Konverter in einer zweiten Stufe die Tiefentkohlungsphase unter Vakuum durchgeführt, wobei auf der Schutzgasseite der Unterbaddüsen zusätzlich C02 oder CmH2m+2 injiziert werden.

Description

Verfahren und Anlage zur Hersteilung von Ferrolegierungen mit niedrigem Kohlenstoff gehallt in einem Vakuum-Konverter

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ferrolegierungen, insbesondere von FeCr und FeMn Legierungen, mit niedrigem Kohlenstoffgehalt im AOD Konverter, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Der Entkohlungsprozess für die Herstellung von Ferrolegierungen mit niedrigsten

C-Gehalten findet heute im AOD-Konverter (Argon-Oxygen-Decarburisation), CLU Konverter (Creusot Loire Uddeholm) oder in einer VOD-Anlage (Vacuum Oxgen Decarburisation) statt.

Die Nachteile dieser bekannten Konverterverfahren AOD und CLU bestehen darin, dass tiefe C-Gehalte nur bedingt über sehr lange Behandlungszeiten unter atmosphärischen Druck erreicht werden können. Wegen der hohen Start Si- Gehalte und der hohen Start C- Gehalte müssen bei den konventionellen Konverterverfahren große Kühlmittelmengen während der Entsilizierungs- und Hauptentkohlungsphase zugesetzt werden.

Die erreichbaren Grenzwerte für Kohlenstoff zur Produktion von FeCr und

FeMn liegen bei den konventionellen Verfahren bei ca.:

Teilt man bei der Erzeugung von Ferrolegierungen die Raffination zu niedrigsten C-gehalten in zwei Prozessstufen mit Konverter und Vakuumanlage (d. h. Entsilizierung und

Hauptentkohlung im Konverter und Tiefentkohlung in der VOD- Anlage) wird die Zykluszeit der einzelnen Anlagenkomponenten deutlich verkürzt und tiefere Kohlenstoffgehalte können erreicht werden. Über diese Aufteilung der Prozessschritte verkürzt man die

Behandlungszeit in den einzelnen Behandlungsstufen und erhöht damit die Produktion der Gesamtanlage. Der VODC Konverter (Vacuum Oxygen Decarburisation Converter) verbindet diese beiden Prozessschritte bereits in einem Aggregat. Der Prozess ist aus der Stahlerzeugung, insbesondere für die Produktion von Edelstahl und Spezialstähle, bekannt.

Vakuum-Konverter wurden u.a. bereits von GHH, Leybold Heraus, Daido und Demag gebaut.

Bei einem VODC Konverter wird Sauerstoff über eine Toplanze in ein Konvertergefäß mit Bodenspülen (Ar oderN₂) unter Vakuum in eine Stahlschmelze zur Raffination eingeblasen. Die dafür verwendeten Technologien und Anlagenkomponenten wurden im Laufe der Zeit wesentlich verbessert (Vakuum-Pumpen, Lanzeneinsatz unter Vakuum, Vakuum-Bunker, Abgasanalyse usw.).

Der Nachteil dieses Prozesses ist, dass der Entkohlungsprozess, wie bei der VOD- Anlage, nur über eine 0₂ Toplanze mit sehr niedrigen Blasraten bei niedriger

Durchmischungsenergie über den gesamten Prozessverlauf, nur sehr langsam fortschreitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren zu vereinfachen.

Erfindungsgemäß wird der Prozess in 2 Prozessstufen in einem Aggregat gefahren.

Die erste Stufe umfasst die Entsilizierung und die Hauptentkohlung der Schmelze und wird auf Basis des AOD-Verfahrens unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt. In der Ensilizierungs.- und Hauptentkohlungsphase wird über eine Toplanze Sauerstoff und über die Unterbaddüsen Sauerstoff und CO2 in die Schmelze eingeblasen.

Als Unterbaddüsen werden insbesondere Ringspaltdüsen verwendet.

Auf der Schutzgasseite der Ringspaltdüsen werden alternative Gase wie C02, CmH2m+2, Ar oder N2 zusätzlich zum Inertgas injiziert. Speziell das C02 bzw. die Carbonhydrate rufen beim Zusammentreffen mit den flüssigen Ferrolegierungen eine stark endotherme Reaktion hervor. Außerdem kann Inertgas mit Sauerstoff gemischt werden. Bei dieser Fahrweise werden Ansätze von erstarrtem Metall an der Düsenspitze kontrolliert abgebrannt. Auf der Prozessgasseite der Ringspaltdüse wird Sauerstoff mit Inertgas wie C02, Argon oder Stickstoff alternative gemischt. Die Verwendung der Gase C0₂oder CmH2m+2 auf der Prozess.- und Schutzgasseite hat zur Folge, dass der Kühlmittelbedarf während der Entsilizierung und der Entkohlung reduziert wird. In der zweiten Stufe, der Tiefentkohlungsphase, wird der Prozess im Konvertergefäß unter Vakuum gefahren.

Ein Vakuumdeckel wird über die Konvertermündung gefahren und mit Hilfe der Seitendüsen unter Vakuum gefrischt.

Die Partialdruckabsenkung von CO erfolgt zu Einem über das Einblasen von Inertgas und parallel über eine Druckreduzierung im Gefäß. Auf der Schutzgasseite der Unterbaddüsen werden zusätzlich die Gase C0₂ oder CmH2m+2

injiziert, die wiederum eine endotherme Reaktion hervorrufen und bei der Anwendung von C0₂ die Boudouard Reaktion (Der Kohlenstoffgehalt der Schmelze liegt in dieser Phase noch deutlich über 1 %) nutzen.

Als Boudouard-Gleichgewicht bezeichnet man das temperaturabhängige chemische Gleichgewicht zwischen Kohlenstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid.

Auf der Prozess.- und Schutzgasseite der Ringspaltdüse kann Sauerstoff mit C0₂ gemischt werden. Die Verwendung dieser Gase hat auch in dieser Prozessphase zur Folge, dass der Kühlmittelbedarf reduziert werden kann.

Nach Erreichen des Zielkohlenstoffgehalts wird die Schlacke mit Hilfe von konventionellen Reduktionmittel und Schlackenbildner reduziert. Bei dem neuen Prozess wird hierbei auch C0₂ verwendet. Das CO2 wird in der Schmelze mit dem Kohlenstoff (Boudouard Reaktion) zu CO reagieren. So erzeugtes CO unterstützt die Reduktion der Schlacke, was zu niedrigsten Chromoxid/ Manganoxid Gehalten in der Sclacke und damit zu höheren Ausbringungen der jeweils reduzierten Metalle führt.

Als Spülgas kann auch Inert Gas in Form von Ar oder N₂ verwendet werden. Die Reduktion der Schlacke kann sowohl unter Vakuum als auch unter atmosphärischen Bedingungen stattfinden.

Der Vakuumkonverter ist mit einer Ventilstation ausgerüstet, die ein Mischen der zum Einsatz kommenden Prozess.- und Inertgase für die Toplanze und Unterbaddüsen erlaubt. Dabei werden insbesondere bei den Unterbaddüsen auf der Prozess.- und Schutzgasseite die Gase wie folgt gemischt

Die Bedingungen für das Frischen unter Vakuum im AOD Konverter bei gleichzeitigen Einblasen von großen Inertgasmengen zur Absenkung des Partialdrucks von CO sind deutlich günstiger als in einer VOD/ VODC-Anlage, weil der Reaktionsraum, die spezifische Blasraten und die Durchmischungsenergie das Reaktionspotenzial für die Entkohlung im Konvertergefäß deutlich vergrößern. Aus diesem Grund ist die Entkohlungsgeschwindigkeit im Vakuum Konverter deutlich größer, als in einer VOD.- oder VODC Anlage.

Der Feuerfest-Verbrauch einer konventionellen VOD/ VODC-Anlage ist Aufgrund längerer Behandlungszeiten deutlich größer als bei einem Vakuum Konverter.

Die Vorteile, die sich aus der erfindungsgemäßen Kombination ergeben, lassen sich wie Folgt zusammenfassen:

• Herstellung von Ferrolegierungen mit niedrigem C Gehalt

9 reduzierter Argon Verbrauch

β minimale Verdünnung mit Inertgas

© verbesserte Entkohlungsgeschwindigkeit

• weniger Kühlmaterial

• verbesserte Produktvielfalt

s hohe Produktionsflexibilität

• kürzere Zyklen

» höhere Produktionskapazität

• geringere Wärmeverluste

® verringerte Investitionskosten verringerte Verfahrenskosten

reduzierter Verbrauch von Feuerfestmaterial, Reduktionsmittel reduzierter Anzahl an operativem Personal

erhöhte Ausbringung

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Ferrolegierungen, insbesondere von FeCr und FeMn Legierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in einem Vakuum - Konverter,

dadurch gekennzeichnet,

dass in dem Vakuum -Konverter in der erste Stufen die Entsilizierung und die

Hauptentkohlung der Schmelze auf Basis des Konverter -Verfahrens unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt wird, wobei über eine Toplanze Sauerstoff und über

Unterbaddüsen, insbesondere Ringspaltdüsen, Sauerstoff und C0₂ in die Schmelze eingeblasen werden,

und

dass anschließend im selben Konverter in einer zweiten Stufe

die Tiefentkohlungsphase unter Vakuum durchgeführt wird, wobei

auf der Schutzgasseite der Unterbaddüsen zusätzlich C0₂ oder CmH2m+2 injiziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass in der ersten Stufe auf der Schutzgasseite der Ringspaltdüsen C02, CmH2m+2, Ar oder N2 zusätzlich zum Inertgas injiziert werden.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass auf der Prozessgasseite der Ringspaltdüse Sauerstoff mit Inertgas wie C0₂, Argon oder Stickstoff injiziert wird.

4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Konverters mit Unterbaddüsen,

und eine oberhalb des Konverters angeordnete, relativ zu diesem quer verschiebbare und auf diesen aufsetzbare, Konverter sowie VOD Haube.

5. Anlage nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Unterbaddüsen als Ringspaltdüsen ausgebildet sind.