CZ2000755A3 - Způsob výroby železa a oceli - Google Patents
Způsob výroby železa a oceli Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2000755A3 CZ2000755A3 CZ2000755A CZ2000755A CZ2000755A3 CZ 2000755 A3 CZ2000755 A3 CZ 2000755A3 CZ 2000755 A CZ2000755 A CZ 2000755A CZ 2000755 A CZ2000755 A CZ 2000755A CZ 2000755 A3 CZ2000755 A3 CZ 2000755A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- iron
- liquid
- furnace
- reduced iron
- carbon
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 584
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 184
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 66
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 58
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims description 40
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims description 40
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 161
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 132
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 132
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 131
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 70
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 44
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 206
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 153
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 153
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 106
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 claims description 12
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 9
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 8
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 6
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 102
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 15
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 106
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 description 31
- 239000000047 product Substances 0.000 description 30
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 22
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 20
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 20
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 20
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 18
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 14
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 13
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 13
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 12
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 10
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 9
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003009 desulfurizing effect Effects 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 4
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 4
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 3
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 3
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 2
- -1 iron ores Chemical compound 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 208000035699 Distal ileal obstruction syndrome Diseases 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000003113 alkalizing effect Effects 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000003185 calcium uptake Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229960004424 carbon dioxide Drugs 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000002716 delivery method Methods 0.000 description 1
- 238000010511 deprotection reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000010814 metallic waste Substances 0.000 description 1
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 210000004197 pelvis Anatomy 0.000 description 1
- 230000026731 phosphorylation Effects 0.000 description 1
- 238000006366 phosphorylation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011555 saturated liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 150000003463 sulfur Chemical class 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture Of Iron (AREA)
Abstract
Výroba železa podle navrhovaného řešení spočívá v tom, že se
(a) použije oxid železnatý a uhlíkové redukční činidlo, (b) z
uhlíkového redukčního činidla a oxidu železnatého se připraví
vytvarovaný produkt (2) a (c) z vytvarovaného produktu se
připraví pevné vyredukované železo (3), přičemž pevné
vyredukované železo vykazuje stupeň metalizace alespoň 60
%, měrnou hmotnost alespoň 1,7 kg/m3 a obsah uhlíku
alespoň 50 % teoretického množství potřebného k redukci
oxidu železnatého zbývajícího v pevném vyredukovaném
železe a (d) před ochlazováním se provádí ohřev (4a, 46)
pevného vyredukovaného železa v taviči peci obloukového
typu na vysokou teplotu.
Description
Postup výroby železa a oceli
Oblast vynálezu
Vynález se týká zdokonalení postupu výroby železa a postupu výroby oceli pň produkci kovového železa tepelně redukčními oxidy železa (např. železnými rudami) spolu s uhlíkovým redukčním činidlem (např. materiálem obsahujícím uhlík). Konkrétněji se vynález týká zdokonalení postupu výroby železa oceli a postupu výroby oceli, pflčemž tekuté železq. se vyrábí z vytvarovaných produktů obsahujících tepelně redukční oxidy železa spolu s uhlíkovým redukčním činidlem (peletami či briketami) v pevném stavu, a jejich následnou redukcí a roztavením. Těmito postupy lze sérií kroků od tepelné redukce až po redukční tavení zvýšit tepelnou účinnost a účinně provádět separaci složek hlušiny.
Dosavadní stav techniky
Jako přímý redukční proces sloužící k výrobě výre dukovaného železa redukci oxidů železa, jako jsou železné rudy nebo pelety z oxidu železnatého, uhlíkovým materiálem nebo redukčním plynem je dosud znám postup využívající šachtové pece, jehož typickým představitelem je postup zvaný MIDREX. V postupu přímé výroby železa tohoto typu se vyredukované železo získává foukáním redukčního plynu vytvořeného ze zemního plynu atp. přes výfučnu šachtové pece ve spodní části šachtové pece a redukčního oxidu železnatého s využitím redukční síly redukčního plynu. Dále byl v nedávné doně zmiňován postup výroby vyredukovaného železa s využitím materiálu obsahujícího uhlík, např. uhlí, jako redukčního činidla místo zemního plynu, a konkrétně prakticky použit již byl tzv. postup SURN tepelně redukčních spékaných pelet železných rud společně s rafinovaným uhlím v rotační peci.
• 9 • · · • · * ·· ··«
-2Patent Spojených států č. 3 443 931 dále ukazuje postup výroby vyredukovaného železa, který zahrnuje smíchání uhlíkového materiálu a oxidu železnatého do hrudek a jejich tepelnou redukci v rotační nístěji. V tomto procesu je železná ruda a rafinované uhlí smícháno do hrudek, které jsou pak zpracovány tepelnou redukcí při vysoké teplotě.
Vyredukované železo vytvořené výše uvedeným postupem se využívá jako zdroj železa tak, že se dodá přímo nebo po zformování do tvaru brikety při atmosférické teplotě do elektrické obloukové pece. Protože vyredukované železo obsahuje méně kovových složek nečistot, jako jsou kovové příměsky, bylo vyredukované železo uváděno v nedávných letech, kdy nabývala na aktuálnosti recyklace kovových odpadů, jako ředidlo pro kovové příměsky obsažené v odpadech.
Protože však složky strusky, jako je SIO2, AI3O3 a CaO, obsažené jako hlušina v oxidech železa (železné rudě atp.), narušují uhlíkové materiály (uhlí atp.) a snižuje se kvalita železa produktů (čistota u kovového železa). Ačkoli jsou při praktickém použití pivky strusky v dalších krocích tavení odděleny a odstraněny, nárůst množství strusky snižuje výtěžek roztaveného tekutého železa a zároveň má značný nežádoucí vliv na provozní náklady elektrické obloukové pece.
Je třeba získat vyredukované železo s vysokým obsahem železa a nižším obsahem strusky. Avšak při plnění této potřeby se ve stávajícím procesu výroby vyredukovaného železa, jak je popsán výše, musí jako suroviny pro výrobu vyredukovaného železa používat železné rudy s vysokým obsahem železa, což značně zužuje rozsah výběru materiálů pro výrobu železa, které lze prakticky použít.
Výše popsaný postup z předcházejícího stavu techniky se dále zaměřuje na získání vyredukovaného pevného výrobku jako meziproduktu a musí obsahovat kroky , jako je briketování, chlazení, transport a uložení, dokud produkt nedospěje ke kroku redukčního tavení, což v praxi následuje. Během něho dochází k velké energetické ztrátě, případně si další zařízení či energii vyžádá briketování.
Na druhé straně je znám postup získávání vyredukovaného železa v přípravné fázi přímou redukcí oxidů železa redukčním tavením, což je např. metoda DIOS. Tento postup zahrnuje přípravnou redukci oxidů železa s ·· • · • · • «ι
-3předredukčním poměrem 30 až 50 % a následnou redukci na kovové železo přímou redukční reakcí s pevným uhlíkem a (nebo) oxidem uhelnatým v železné lázni, vytvoření strusky a její roztavení. Protože však tento postup vytváří recyklační systém produkující redukční plyn potřebný pro krok přípravné redukce v taviči redukční nádobě a zavádění do přípravné redukční pece, je v tomto procesu problematické a nesmírně náročné dosáhnout rovnováhy. Jelikož navíc v tekutém stavu přicházejí do kontaktu tekuté oxidy železnaté (FeO) a žáruvzdorný materiál, poukazuje se na problém velké koroze žáruvzdorného materiálu.
Japonská patentová publikace Hei 3-60883 popisuje další postupy míchání železných rud a uhlíkového materiálu, jejích tvarování do aglomerátů, přípravnou redukcí v ohřívací pecí typu rotační nístěje, sázení takto získaných produktů přípravné redukce bez ochlazení do tavící pece, jejich roztavení, přípravnou redukci s přidáním uhlíkového materiálu a následné vyfukování kyslíku při tavení. Protože produkty z procesu přípravné redukce jsou při tomto odesílány do taviči pece a podrobovány redukci a tavení bez chlazení, vyvolává tento postup pravděpodobně menší ztráty energie, umožňuje nepřetržitý provoz a je účinný také z hlediska produktivity.
Při tomto postupu výroby železa je kyslík (nebo vzduch) vyfukován s velkým množstvím materiálu obsahujícím kyslík do taviči pece, kde dochází k zahřátí a tavení. Jak je popsáno výše, je v železné rudě a uhlíkovém materiálu v produktech přípravné redukce posílaných do taviči pece hodně hlušiny, a proto je velké množství strusky vystaveno intenzivnímu pohybu tekutého železa v tavící peci. Protože do strusky proniká mnoho oxidů železnatých (FeO), vzniká velký praktický problém silné eroze žáruvzdorných materiálů ve vyzdívce, takže je obtížné aplikovat tento postup v průmyslové praxi.
Každopádně pfati, že aby se zajistil dostatečný redukční potenciál redukčního plynu potřebný v peci pro přípravnou redukci v horním proudu taviči pece, a protože je nutné dodávat velké množství kyslíku a uhlíkového materiálu (několik set kgrtmi, přičemž zkratka tmi = total molten iron, tj. celkové množství tekutého železa, které má být vyrobeno) do tavící pece, kde se spalují, je tepelná zátěž na taviči pec nesmírně vysoká a žáruvzdorné materiály ve vyzdívce podléhají při prudkém pohybu tekutého železa a strusky silné erozi. Dále je pro stabilní dodávání redukčního plynu ve vhodném složení a množství potřebném v • · · · · · » · · » · · ·· • · • · • ·
-4peci pro přípravnou redukci nesmírně problematické dosáhnout rovnováhy celého zařízení a je třeba mít řídicí systém pracující na vysoké úrovni.
Podstata vynálezu
Vynález byl sestaven v kontextu následujících situací. Cílem vynálezu je nabídnout postup výroby oceli využívající zdroj oxidu železnatého s vysokým obsahem železa nebo využívajíc! železné rudy s poměrně nízkým obsahem železa, aniž by docházelo k erozi žáruvzdorného materiálu. Tímto postupem výroby železa je navíc možno získat tekuté železo jednoduchým zařízením ί obsluhou a lze jej také použít pro výrobu oceli s využitím tekutého železa získaného výše uvedeným postupem.
Postup výroby železa podle vynálezu, jímž lze řešit tento úkol, spočívá v postupu výroby železa, kdy se získává tekuté železo dodáním pevného vyredukovaného železa, vyrobeného z vytvarovaných produktů obsahujících oxid železnatý ve spojení s uhlíkovým redukčním činidlem jako hlavního materiálu pro výrobu vyredukovaného železa při vysoké teplotě bez významného chlazení v tavící peci obloukového typu. Redukční železo se v tavící peci zahřeje, přičemž postup zahrnuje předcházející metalizaci pevného vyredukovaného železa na 60 % nebo více, regulaci obsahu uhlíku v pevném vyredukovaném železe na 50 % nebo více vzhledem k teoretickému ekvivalentnímu množství potřebnému k redukci oxidu železnatého zbývajícího v pevném vyredukovaném železe a měrné tíhy pevného vyredukovaného železa na hodnotu 1,7 nebo vyšší a zahřátí pevného vyredukovaného železa tavící pecí obloukového typu za účelem získání tekutého železa s obsahem uhlíku od 1,5 do 4,5 %.
V praxi se výše popsaný vynález používá, tak že při efektivní přípravě tavení a redukce a při minimalizaci eroze žáruvzdorných materiálů ve vyzdívce taviči pece obloukového typu je pevné vyredukované železo v tavící peci obloukového typu položeno na tekutou strusku, přičemž zásaditost tekuté strusky je přednostně regulována v rozsahu od 1,0 do 1,8 a obsah oxidu železnatého v tekuté strusce je přednostně omezen na 9 % či méně a dále je přednostně počítáno s 5 % nebo menším množstvím Fe.
• · · · · · • · · • · · · · • · · • · · c· ··♦
Když je dodatečně přidáno uhlíkové redukční činidlo za účelem kompenzace nedostatečností taviči pece obloukového typu, je žádoucí dodat uhlíkové redukční činidlo do zavóžecí pozice pevného vyredukovaného železa, neboř takto může redukční tavení probíhat efektivněji.
Množství uhlíkového redukčního činidla aplikovaného dodatečně do lavicí pece obloukového typu je důležité při nastavování obsahu uhlíku v tekutém železe získaném redukčním tavením rozsahu od 1,5 do 4,5 % specifikovaném ve vynálezu. Pro regulaci množství uhlíkového redukčního činidla, jež bude vkládáno dodatečně, se doporučuje následující postup:
1) Postup odebrání vzorku tekutého železa v tavící peci obloukového typu, přímá analýza tekutého železa a řízení přidaného množství uhlíkového redukčního činidla tak, aby obsah uhlíku byl v rozsahu popsaném výše nebo
2) postup změření složení a množství výfukových plynů uvolněných z tavící pece obloukového typu, stanovení obsahu uhlíku v tekutém železe výpočtem na základě ekvivalentního množství kyslíku ve výfukovém plynu vypočítaném z naměřené hodnoty a řízení přidaného množství uhlíkového redukčního činidla.
Hlavní technická vlastnost vynálezu dále spočívá v regulaci obsahu uhlíku v tekutém železe ve výše popsaném rozsahu, takže lze získat tekuté železo s obsahem 0,05 % nebo méně Si, 0,1 %nebo méně Mn, 0,1 % nebo méně P a 0,20 % nebo méně S. Tekuté železo je odsířeno a odfosfořeno postupem, který bude popsán níže. Obsah S je snížen na cca 0,050 % nebo méně a obsah P je snížen na cca 0,040 % nebo méně a lze získat tekuté železo s menším množstvím nečistot, které je vhodné jako surovina pro výrobu oceli v elektrické obloukové peci (zde dále označované jako EAF) nebo v zásadité kyslíkové peci (zde dále zkracované jako BOF).
Pro odsíření a (nebo) odfosfoření se zde ve vynálezu přednostně doporučuje následující postup: přenesení tekutého železa vytvořeného v tavící peci obloukového typu do oddělené nádoby, odsíření tekutého železa s přidáním vápnitého odsiřujícího tavidla (nebo vstříknutí společně s plynem) a (nebo) odfosfoření vyfouknutím vápnitého tavidla obsahujícího zdroj pevného kyslíku (oxid železnatý atp.) a plynného oxidu.
V postupu podle vynálezu je redukční potenciál při redukci oxidu železnatého, jako jsou železné rudy, nižší v porovnání s výrobou železa ve • · · · • · » · • ·
-Θvysoké peci a SiO2 ve složce hlušiny je zformován do strusky jako SIO2 bez redukce. Jelikož je tedy obsah Si v získaném tekutém železe nízký (0,05 %) nebo nižší, není potřebné žádné zvláštní opatření pro odstranění křemíku. Kromě toho, jelikož je obsah Si v tekutém železe nízký, lze snadno získat tekuté železo s nízkým obsahem P odfosfořením, jak je popsáno výše, aniž by bylo třeba použít určitý předběžný postup pro zbavení křemíku.
Takto získané tekuté železo s menším obsahem nečistot lze dodat v tekutém stavu do EAF nebo BOF umístěnými u materiálu pro výrobu oceli, čímž lze systém uvést do praxe jako kontinuální průběh výroby železa a oceli. Jinak lze vytvořené tekuté železo odstranit mimo pec a kovové železo ochlazené na pevné skupenství dodat do EAF nebo BOF jako materiál pro výrobu oceli. Zejména postup výroby oceli, kdy se dodává tekutého železo při vysoké teplotě s menším množstvím nečistot podle výše uvedeného postupu v tekutém stavu jako materiál pro výrobu oceli do BOF nebo EAF se doporučuje jako nesmírně účinný též z ekonomického hlediska, neboť tepelnou energii tekutého železa lze efektivně využít jako zdroj tepla pro rafinaci.
Přehled obrázků na výkresech
Obrázek 1 znázorňuje typický příklad kontinuálního průběhu redukce vytvarovaného produktu obsahujícího oxid železnatý ve spojení s uhlíkovým materiálem, tavení obloukového typu a výrobu oceli podle vynálezu.
Obrázek 2 vysvětluje charakter redukčního tavení pevného vyredukovaného železa dodaného na tekutou strusku v lavicí peci obloukového typu.
Obrázek 3 je graf, znázorňující příklad vztahu mezi rychlostí redukce a dobou redukce pevného vyredukovaného železa získaného během experimentu.
Obrázek 4 je graf znázorňující příklad vztahu mezi rychlostí redukce a spotřebou energie v obloukové taviči peci pro pevné vyredukované železo.
Obrázek 5 je graf znázorňující příklad metalizace a jejího rozptylu v pevném vyredukovaném železe.
Obrázek 6 je graf znázorňující vztah mezi obsahem uhlíku v pevném vyredukovaném železe a oxidem železnatým (T - Fe) v tekuté strusce.
> · · · · • · • · · · • · • · • · • fc
-7Obrázek 7 je graf, znázorňující vztah mezí rychlostí tavení jednoho kusu pevného vyredukovaného železa a limitní rychlostí tavení pn kontinuálním dodávání.
Obrázek 8 je graf znázorňující vztah mezi obsahem uhlíku a poměrem odsíření v tekutém železe.
Obrázek 9 je graf znázorňující vztah mezi zásaditostí a teplotou tavení strusky.
Obrázek 10 je graf znázorňující hmotnost jednoho pevného kusu vyredukovaného železa a měrnou tíhu pevného vyredukovaného železa.
Příklady.provedení vynálezu :
Celá konstrukce vynálezu bude schematicky popsána prostřednictvím celkového vývojového diagramu znázorňujícího preferované provedení, přičemž budou konkrétně vysvětleny důvody vymezení podmínek při každém kroku.
Obrázek 1 je schematický vývojový diagram znázorňující kontinuální průběh postupu výroby železa a výroby železa/oceli podle vynálezu, kde je znázorněn výrobní úsek materiálu vytvarovaného produktu 1, zařízení na výrobu vyredukovaného železa 2, tavící pec obloukového typu 3 a pec na výrobu oceli 4. Série kroků znázorněných šipkou A odpovídá výrobě železa (výrobě vyredukovaného železa) a kroky znázorněné šipkou B odpovídají postupu výroby oceli.
Při postupu výroby železa se nejprve vytvářejí vytvarované produkty obsahující oxid železnatý s uhlíkovým materiálem (peletou či briketou) s využitím zdroje oxidu železnatého, jako jsou železné rudy, a práškového uhlíkového redukčního činidla, jako je jemné uhlí nebo koks jako surovina pro výrobní úsek materiálu vytvarovaného produktu 1. Vyrobené vytvarované produkty jsou pak postupně odeslány do výrobního zařízení na vyredukované železo. Jako výrobní zařízení na vyredukované železo 2 lze použít jakékoli zařízení, má-li zařízení funkci zahřívání vytvarovaného produktu obsahujícího oxid železnatý ve spojení s uhlíkovým materiálem (který je zde někdy uváděn jako vytvarovaný produkt) a přípravné redukce složky oxidu železnatého ve vytvarovaném produktu redukční silou uhlíkového materiálu a redukční silou plynu CO vytvořeného spalováním, • · · · • ·
-8• · · · · • · « » « « « · · ·· ·
► * · « • · · !
» · · 1
Β · · 1 • · ♦· přičemž se podstatě zachová pevná fáze v původním stavu. Lze použít např. zařízení mající strukturu rotační pece nebo pece s rotační nísiějí. Zařízení 2 je vybaveno dopravním prostředkem pro vytvarované produkty a je též vybaveno tepelným zdrojem, např. hořákem, částí pro spalování uhlíku a volitelně částí pro dodávání redukčního plynu a dále obsahuje teploměr nebo zařízení pro měření teploty tak, aby bylo možno řádně řídit stav předcházející redukce. Obrázek 1 znázorňuje zařízení typu rotační nístěje sloužící pro tepelnou redukci vytvarovaných produktů dodávaných ze vstupní části 2a, přičemž se budou pohybovat spolu s pohybem rotační nístěje a v pevném stavu se odebírají tak, jak přicházejí z následující výstupní části 2b v okamžiku, kdy dosáhnou předem stanoveného redukčního poměru.
Pevné vyredukované železo prošlé redukci a odebrané z výrobního zařízení na vyredukované železo 2 je dále odesláno bez významného ochlazení do taviči pece obloukového typu 3, v níž dochází k přípravě tepelné redukce oxidů železa zbývajících ve vytvarovaných produktech v nevyredukovaném stavu a vyredukované železo je současně roztaveno. Protože pevné vyredukované železo odebrané z výrobního zařízení na vyredukované železo 2 obvykle dosáhne teploty 700 až 1300°C a toto teplo je využito jako zdroj tepla pro tavící pec obloukového typu 3, může takto napomáhat ke snížení spotřeby energie v taviči peci.
Zde používaná taviči pec obloukového typu 3 slouží k zahřívání tekutého železa bez vynuceného pohybu při využití obloukového zahřívání a k efektivní přípravě redukce a tavení při současném omezení eroze žáruvzdorného materiálu ve vyzdívce do nejvyšší možné míry, přičemž ponořený oblouk vzniká na základě vložení elektrod 3a do strusky plovoucí na tekutém železe v taviči peci 3 a takto indukovaným elektrickým proudem. Dále je do blízkosti části obloukového ohřívání (tzn. do úseku vkládání elektrody 3a) umístěn vstupní úsek pro materiál 3b (pevné vyredukované železo), takže pevné vyredukované železo dodané do tavící pece obloukového typu 3 je rychle redukováno a roztaveno vlivem obloukového zahřívání. Pak je umístěn další vstupní úsek 3c pro uhlíkové redukční činidlo tak, že je protilehlá k poloze dodávání pevného vyredukovaného železa.
Pak se v taviči peci obloukového typu 3 vytvoří redukcí a roztavením dodaného pevného vyredukovaného železa A tekuté žeiezo (někdy též
9
-99 · * · 9
99 označované jako tekutý kov nebo tekuté železo), které je dále spojeno a sloučeno s již vzniklým tekutým železem, a prvky hlušiny vyskytující se v pevném vyredukovaném železe A se zformují do tekuté strusky a spojí se s tekutou struskou plovoucí na tekutém železe. V okamžiku, kdy se tedy v taviči peci obloukového typu 3 nahromadí předem stanovené množství tekutého železa a tekuté strusky, může být tekuté železo postupně odčerpáno ze spodní polohy boční stěny tavící pece 2 nebo může být tekutá struska řádně odčerpána z polohy poněkud nad hranicí mezi tekutou struskou a tekutým železem.
Takto získané tekuté železo je po vyčištění, tj. podle potřeby odsíření a odfosfoření, odesláno do pece na výrobu oceli 4 jako materiál pro výrobu oceli. Jako pec na výrobu oceli 4 se používá EAF 4a nebo BOF 4b, v nichž se provádí tavení v příměsi s železným odpadem či surovým železem, V tomto případě se z hlediska tepelné účinnosti nejvíce preferuje, je-li pec na oceli 4 umístěna vedle taviči pece obloukového typu 3. neboř tekuté železo při vysoké teplotě lze takto dodávat bezvýznamného snížení teploty jako materiál pro pec na výrobu oceli 4, čímž lze využít teplo tekutého železa v tomto stavu jako zdroj tepla pro tavení. V závislosti na povrchu lze tekuté železo získané v tavící peci obloukového typu 3 dodat do licí formy atp., ochladit za účelem ztuhnutí a vytvarovat do formy komerčního zboží jako mezisurovina pro výrobu oceli nebo je lze poslat jako materiál pro výrobu oceli do pece na výrobu oceli na vzdáleném místě.
Protože tekuté železo získané podle vynálezu obsahuje méně kovových nečistot v porovnání s výše popsaným odpadem, lze jej účinně využít jako ředidlo pro kovové nečistoty v odpadech, kombinuje-li se v přiměřeném množství s odpady.
Základní kroky vynálezu jsou popsány výše a pro úspěšnou aplikaci těchto kroků v průmyslu je nesmírně důležité regulovat metalizaci pevného vyredukovaného železa, obsah uhlíku v pevném vyredukovaném železe a měrnou tíhu pevného vyredukovaného železa ve výrobním zařízení na vyredukované železo a je též nesmírně důležité správně regulovat obsah uhlíku v tekutém železe vytvořeném redukčním tavením v tavící peci obloukového typu 3. Konkrétní popis bude uveden.
Nejprve, když jsou vytvořeny vytvarované produkty obsahující oxid žeieznatý dodávané do výrobního zařízení na vyredukované železo 2, smíchá se zdroj oxidu železnatého, jako je nap. železná ruda, a každé z práškových
-10uhlíkových redukčních činidel, uhlí nebo koks, jakožto tvarovací materiál, volitelně s přiměřeným množstvím pojivá, smíchané produkty jsou vytvarovány pomocí zvoleného paletizačního zařízení nebo peletizéru do volitelného tvaru i jsou podrobeny přípravnému spékání podle potřeby a použití. Pro výrobu vytvarovaných produktů je žádoucí efektivně provést fázi předcházející redukci ve výrobním zařízení pro vyredukované železo 2, smíchat uhlíkové redukční činidlo potřebné k získání cílového množství reziduálního uhlíku spoíu se zdrojem oxidu železnatého při uvážení teoretického ekvivalentního množství potřebného pro redukci oxidu železnatého a vlastnostech redukční reakce výrobního zařízení na vyredukované železo. K získání pevného redukčního železa s metalizací 60% nebo vyšší, což je důležité pro stabilní průběh postupu podle vynálezu, je přimíchán uhlíkový materiál potřebný k dosažení získání předem stanovené cílové metalizace, čímž lze řádně řídit atmosférickou teplotu a dobu reakce v redukční peci.
Ve vynálezu je poté důležitým faktorem přípravná metalizace pevného vyredukovaného železa získaného v kroku přípravné redukce ve výrobním zařízení na vyredukované železo 2 o hodnotě 60 % nebo vyšší. To znamená, že pro efektivní a stabilní vedení a kontinuální průběh přípravné redukce výrobním zařízením na vyredukované železo 2 až po redukci tavením v taviči peci obloukového typu 3 v následujícím kroku je nutné minimalizovat rozptyl metalizace pevného vyredukovaného železa dodávaného z výrobního zařízení na vyredukované železo 2 do tavieí pece obloukového typu 3. Je-li metalizace do velké míry variabilní, je obtížné řídit provozní podmínky, jako je např. dodatečné vkládání uhlíkového redukčního do lavicí pece 3, i provozní podmínky typu tepelných poměrů, a tím se ztěžuje rychlé redukční tavení pevného vyredukovaného železa, aíe vzniká též problém s řízením obsahu uhlíku v tekutém železe.
To znamená, že je-li metalizace pevného vyredukovaného železa dodávaného do lavicí pece obloukového typu 3 rovna 60 % či je-li nižší, musí být do tavící pece 3 přiváděno velké množství tepla za účelem kompenzace tepla potřebného pro redukci (endotermická reakce) nevyredu kované ho oxidu železnatého zbývajícího v pevném vyredukovaném železe. Konkrétně musí být na elektrodu při obloukovém zahřívání přiváděno velké množství elektrické energie, což podstatně zvyšuje redukční zátěž na taviči povrch, jelikož vzrůstá • 9 ♦ · ··
-11 eroze žáruvzdorného materiálu ve vyzdívce v tavícím povrchu, což má za následek dramatické zkrácení životností taviči pece 3, a proto je obtížné toto aplikovat v průmyslové praxi. ZvýšHi se však metalizace pevného vyredukovaného železa na 60 % či více, přednostně na 70 % a výše, není na taviči pec obloukového typu 3 kladena žádná nadbytečná zátěž, je možno se vyhnout následujícím problémům a lze řídit hladký průběh redukčního tavení.
Neexistují žádná specifická omezení konkrétních prostředků ke zvyšování metalizace pevného vyredukovaného železa, získaného ve výrobním zařízení na vyredukované železo 2 na 60 % a více. Toho lze dosáhnout správným řízením množství příměsi uhlíkového redukčního činidla při výrobě vytvarovaných produktů (ekvivalentní poměr vzhledem ke složce oxidu žeieznatého)a podmínek přípravné redukce ve výrobním zařízení na vyredukované železo 2 (teploty, redukčního potenciálu, doby zpracování atp.). Pokud se jedná o podmínky, když je předem prověřen v přípravném experimentu vztah mezi podmínkami a metalizací, a toto je aplikováno na skutečný provoz, lze snadno zajistit předem stanovenou metalizací bezvýznamného rozptylu.
Dále je pro pevné vyredukované železo dodávané do taviči pece obloukového typu 3 důležité reguíovaí měrnou tíhu pevného vyredukovaného železa, aby měla hodnotu 1,7 nebo více, a obsah uhlíku v pevném vyredukovaném železe byl 50 % či více vzhledem k teoretickému ekvivalentnímu množství potřebnému k redukci oxidu železnatého zbývajícího v pevném vyredukovaném železe.
Důvody vymezení výše zmíněných faktorů jsou popsány níže. Pevné vyredukované železo A, které má být vsazeno do taviči pece obloukového typu 3, je položeno např. tak, jak ukazuje obrázek 3 (schematické znázornění), na tekutou strusku S již vytvořenou v tavící peci 3 a plovoucí na tekutém kovu. Pro rychlou přípravu redukce účinným zahřátím pevného vyredukovaného železa A obloukovým zahříváním je nutné, aby pevné vyredukované železo A bylo ponořeno v tekuté strusce S a přijímalo teplo z celého povrchu. Různé experimenty potvrdily, že pak se pevné vyredukované železo rychle ponoří do tekuté strusky a redukce může rychle pokračovat tím, že se měrná tíha pevného vyredukovaného železa A nastaví na hodnotu 1,7 nebo větší, a obsah uhlíku v pevném vyredukovaném železe A bude 50 % nebo vyšší vzhledem k ·· 00
0 «
0 1
0 1
0 <
• 0 00 «« ···« • · · • 0 0 · 0
-12požadovanému teoretickému množství pro redukci oxidu železnatého zbývajícího v pevném vyredukovaném železe A.
Měrná tíha strusky je obecně asi 2,4 až 2,7 a důvod, proč se pevné vyredukované železo A s měrnou tíhou asi 1,8 ponoří do tekuté strusky S je uveden níže. Konkrétně platí, že pevné vyredukované železo A dodané do tekuté strusky S v tavící peci 3 přijímá teplo z povrchu tekuté strusky S a na okraji pevného vyredukovaného železa A se redukční reakcí uvolní větší množství plynného CO a menší množství CO2, což je vyvoláno uhlíkovým redukčním činidlem zůstávajícím uvnitř, poté se plyny smíchají v tekuté strusce S do pěnové formy, dochází k vyfukování (viz obr. 2A) a snížení měrné tíhy tekuté strusky S. Jak se pak pevné vyredukované železo A dále ponořuje do tekuté strusky S (obr. 2B), množství plynu generované z pevného vyredukovaného železa A se dále zvyšuje, a protože se dále zvyšuje množství plynu uvolněného z pevného vyredukovaného železa A, dochází k dalšímu rychlému vyfukování, Čímž se zrychluje vyfukování tekuté strusky S. Měrná tíha dále klesá a pevné vyredukované železo A se více ponořuje do tekuté strusky S. V okamžiku poté, co se pevné vyredukované železo A zcela potopí do strusky S, bude teplo přijímáno celým povrchem vyredukovaného železa A (obr. 2C) a dojde k rychlé redukci a roztavení pevného vyredukovaného železa A. Tekuté železo se pak postupně přechází na tekuté železo Fe a složky strusky jako vedlejší produkt na tekutou strusku S.
V tomto případě, je-li měrná tíha pevného vyredukovaného železa menší než 1,7, nebude se pevné vyredukované železo A položené na tekutou strusku S v tavící peci 3 dále ponořovat do tekuté strusky S, bude však v tomto stavu na tekuté strusce S plovat, jak ukazuje obrázek 2A. Tím se zmenší dotyková plocha s tekutým železem S, a sníží se tak tepelná účinnost a zkrátí se rychlost redukční reakce a zpracováni tedy bude trvat déle. V důsledku toho podstatně poklesne produktivita a je obtížné tento proces prakticky aplikovat z technického i ekonomického hlediska.
Je-li naopak měrná tíha pevného vyredukovaného železa A rovna 1,7 nebo je větší, přednostně 1,8 či větší, nebo ještě lépe 1,9 či vyšší, ponoří se pevné vyredukované železo A položené na roztavenou strusky S do tekuté strusky S v důsledku rozdílu měrné tíhy v nesmírně krátkém okamžiku, jak ukazují obrázky 2B, 2C. Bude přijímat teplo tekuté strusky S po celém povrchu a
0 0· • 0
-1300 00
0 0 · • * · 1
0 0 · ·· 00* dojde k rychlé redukci, takže se podstatně zvýší účinnost redukce a redukční reakce proběhne rychle. Množství oxidu železnatého roztaveného v tekuté strusce Θ je také minimalizováno a lze též minimalizovat erozí žáruvzdorných materiálů ve vyzdívce.
Pro účinnost redukce pevného vyredukovaného železa A je, velice důležitá účinnost vedení tepla obloukového zahřívání, přenášeného tekutou struskou S, jak je popsáno výše, I když je měrná tíha přiměřená, je-li množství uhlíkového redukčního činidla obsaženého v pevném vyredukovaném želez A nedostatečné, nelze provést uspokojující redukci. V tavičí peci 3 je také možné dodatečně přidat uhlíkové redukční činidlo potřebné pro redukci odděleně od pevného vyredukovaného železa A, ale uhlíkové redukční činidlo přidané dodatečně je v podstatě dodáváno na okraj vyredukovaného železa A. Dávka tedy nezasahuje dovnitř pevného vyredukovaného železa A, takže pokud není pevné vyredukované železo A roztaveno, nelze efektivně dosáhnout redukční síly a redukční rychlost v pevném vyredukovaném železe A závisí na množství uhlíkového redukčního činidla, které je přítomno v pevném vyredukovaném železe A.
Z hlediska popsaného výše byly studií množství uhlíkového redukčního činidla obsaženého v pevném vyredukovaném železe A zjištěny další faktory pro účinné zpracování tepelné redukce pevného vyredukovaného železa A dodaného do taviči pece 3 v krátkém časovém okamžiku: redukce oxidu železnatého v pevném vyredukovaném železe A postupuje rychle přijetím vnějšiho tepla za účelem dosažení vysoké účinnosti redukce a tavení, jestliže je obsah uhlíku v pevném vyredukovaném železe A vymezen na 50 % nebo více, lépe 70 % nebo více, vzhledem k teoretickému ekvivalentnímu množství potřebnému k redukci oxidů železa zůstávajících v pevném vyredukovaném železe A.
Volitelně se definuje obsah uhlíku jako 100 % nebo vyšší. Avšak potvrdilo se, že je-li obsah uhlíku cca 50 %, jen zřídka dochází v praxi k problémům s jeho nedostatkem, protože oxid železnatý, které v nevyredukovaném stavu vyplave při tavení pevného vyredukovaného železa A, se při nedostatku uhlíkové složky rychle redukuje po dalším dodání uhlíkového redukčního činidla. Pokud je tedy obsah uhlíku v pevném nevyredukovaném železe A dodávaném do tavící pece obloukového typu pro teoreticky ekvivalentní složku potřebnou pro redukci oxidu ·« ·00· • *
0 ·♦
-140· • 0 0 • ·0
0· • 0 0 • W žeieznatého zbývajícího v nevyredukovaném stavu menší než 100 %, lze obsah železa při jeho nedostatečnosti doplnit dodatečně jako uhlíkové redukční činidlo v blízkosti části, kde se dodává pevné vyredukované železo A.
Protože měrná tíha pevného vyredukované ho železa vyrobeného v zařízení na výrobu pevného vyredukovaného železa se liší v závislosti na vlastnostech a směsném poměru suroviny dodávané do výrobního zařízení na vyredukované železo a redukčních podmínkách ve výrobním zařízení na vyredukované železo (zejména atmosférické teplotě a času), vztah mezi podmínkami a měrnou tíhou je předem potvrzen přípravným experimentem, na jehož základě lze nastavit vhodné podmínky.
Dále lze přizpůsobit zbytkové množství uhlíku v pevném vyredukovaném železe úplnou analýzou redukčních vlastností ve výrobním, zařízení na vyredukované železo, stanovením množství směsi při posouzení vlastností redukční reakce na základě druhu a složení materiálů směsi a správnou regulací podmínek pro redukci (teploty, času, složení atmosférického plynu).
Pak je třeba vysvětlit, proč se obsah uhlíku v tekutém železe A získaném v tavící peci obloukového typu 3 stanovuje v rozsahu od 1,5 do 4,5 %.
V případě vyredukovaného železa vyrobeného z vytvarovaných produktů s obsahem oxidu železnatého spolu s uhlíkovým redukčním činidlem zůstane obvykle ve vyredukovaném žeieze asi 70 % obsahu síry obsažené v uhlíkovém redukčním činidle, jako je např, uhlí. Když je pak v tavící pecí vyredukované železo roztaveno, zejména je-li roztaveno vyredukované železo s nízkou metalizaci, v taviči peci obvykle nedochází k odsíření, takže většina síry obsažené v taviči peci přechází do tekutého železa, čímž vzniká tekuté železo s vysokým obsahem S.
Obsah síry v tekutém žeieze lze odstranit po odčerpání z taviči pece v licí pánvi zejména s využitím vápnitého tavidla. Je-li však obsah uhlíku (C) v tekutém železe menší než 1,5 %, zvýší se hladina obsahu kyslíku 0 přítomného v rovnovážném stavu v tekutém železe a značně poklesne účinnost následujícího odsíření. Aby tedy vzrostla účinnost odsíření a bylo možno vyrobit tekuté železo s nízkým obsahem S, je nutné zvýšit obsah (C) v tekutém železe vytvořeném v taviči peci obloukového typu 3 na 1,5 % nebo více. Avšak (C) v tekutém žeieze je v podstatě saturováno kolem 4,5 % a pro stabilní získávání tekutého žeieza se saturovaným (C) je nutné dodat do tavící pece velký nadbytek uhlíkového ·· ···· • · · • « · ·· • · · · ·· ··· • · · ♦ · ·
-15redukčního činidla. Ve strusce v peci je pak vždy přítomno uhlíkové redukční činidlo v množství asi 10 % či větším, což zvyšuje náklady na uhlíkové redukční činidlo a při následujícím tavení roste dekarbonizační zátěž, což není žádoucí. Ke zvýšení operační stability je nejvíce preferována dolní hranice obsahu uhlíku v tekutém železe ve výši 2,0 %, zatímco preferovaná horní hranice je 3,5 %.
Neexistuje žádné zvláštní omezení konkrétního postupu regulace obsahu uhlíku v tekutém železe vytvořeném tavící pecí obloukového typu 3 v rozsahu 1,5 až 4,5 % popsaném výše. Je možné předem stanovit optimální podmínky pro zajištění obsahu uhlíku přípravným experimentem (množství uhlíkového materiálu použitého při výrobě vytvarovaných produktů, podmínky přípravné redukce ve výrobním zařízení na vyredukované železo, množství dalšího dodávaného uhlíkového redukční činidla a provozní podmínky, v taviči peci obloukového typu) a řídit celou operaci v takto stanovených podmínkách. Kvalita zdroje oxidu železnatého a uhlíkového redukčního činidla jako suroviny pro tvarované produkty však není vždy stabilní, aie obvykle značně koiísá, takže je žádoucí aplikovat např. následující postupy, jimiž lze získat tekuté železo se stabilním obsahem uhlíku v přiměřeném rozsahu nezávisle na tomto faktoru fluktuace.
1. Postup odebrání vzorku tekutého železa v taviči peci obloukového typu, regulace přidaného množství uhlíkového redukčního činidla na základě analýzy tekutého železa a skutečné změření obsahu uhlíku v tekutém železe.
2. Postup změření složení a množství výfukových plynů z tavící pece obloukového typu, stanovení obsahu uhlíku v tekutém železe na základě ekvivalentního množství kyslíku ve výfukových plynech vypočítaného ze změřené hodnoty stanoveného výpočtem a regulací množství uhlíkového redukčního činidla, které bude přidáno dodatečně podle obsahu uhlíku.
Když je pevné vyredukované železo vyredukováno a současně roztaveno v tavící peci obloukového typu, tekutá struska vzniklá na složce hlušiny v pevném vyredukovaném železe plove na tekutém železe. V praxi je velmi účinné vhodně regulovat zásaditost a obsah železa v tekuté strusce za účelem zvýšení efektivity redukce a separace tekuté strusky v tavící peci a potlačení eroze žáruvzdorných materiálů v tavící peci. Při aplikaci vynálezu v praxi je žádoucí, aby byla zásaditost tekuté strusky regulována v rozsahu 1,0 až 1,8 (více preferována je spodní hranice 1,1a horní hranice1,5). Celkový obsah železa (zde zkracováno • · ·· · • · ♦ • · ·
-1β9 99 * 9 · fc · · • · · • 9 9 jako T-Fe), tzn. celkové množství obsahu železa přítomného ve formě oxidu železnatého v tekuté strusce, je řízen tak, aby dosáhl 9 % či nižší hodnoty, raději však 5 % či nižší hodnoty.
Zásaditost strusky je jednou ze základních a typických vlastností charakterizujících vlastnosti strusky a reprezentuje ji poměr CAO a SiO2 jako typických složek obsažených v tekuté strusce, konkrétně (CaO)(SiO2). Přesáhneli zásaditost tekuté strusky 1,8, vzroste rychle bod tavení strusky, čímž se sníží tekutost a vazkost přípravné redukce a pokud se teplota tekuté strusky záměrně nezvyšuje, je tavení v tavící peci. Dále platí, že je-li zásaditost menší než 1,0, bude docházet k rozsáhlé erozi žáruvzdorných materiálů ve vyzdívce. Eroze žáruvzdorných materiálů ve vyzdívce tavící pece také roste s tím, jak se v tekuté strusce zvyšuje množství oxidu železnatého. Tento trend se evidentně vyvíjí, přesáhne-li (T-Fe) tekuté strusky 9 %. Aby tedy redukce a tavení pevného vyredukovaného železa v tavící peci proběhlo efektivně v krátkém časovém intervalu a prodloužila se životnost tavící pece při minimalizaci eroze žáruvzdorných materiálů ve vyzdívce taviči pece, je žádoucí správné odebrání vzorku tekuté strusky v průběhu kroku redukčního tavení pevného vyredukovaného železa v tavící peci obloukového typu, změření zásaditostí a množství (T-Fe), správné řízení zásaditostí strusky ve vhodném rozsahu dodáváním činidel určených k regulaci zásaditostí strusky (CaO nebo SiO2) nebo regulace množství přidávaného uhlíkového redukčního činidla k potlačení množství (T-Fe) v tekuté strusce.
Redukcí a roztavením v tavící peci obloukového typu 3, jak je popsáno výše, lze získat tekuté železo s obsahem uhlíku 1,5 až 4,5 % a obsahem Sí asi 0,05 % či nižším. Poněkud odlišně, v závislosti na obsahu (C) v tekutém železe, lze tekuté železo v tekutém stavu dodávat do tavící pece na výrobu oceli, např. EAF nebo BOF, při teplotě asi 1350°C čí vyšší, nebo je lze vyjmout do formy a ochladit tak, aby ztuhlo, a využít jako meziprodukt pro výrobu oceli, jak vysvětluje odkaz na obrázek 1. Protože však při výše uvedeném postupu bude v tekutém železe obsaženo příliš mnoho síry a fosforu, je žádoucí tuto síru a fosfor před fází výroby oceli odstranit.
Jako preferovaný postup odsíření aplikovaný v tomto případě ize zmínit např. metodu odčerpání tekutého železa vyrobeného v taviči peci 3 do licí pánve atp., přičemž se za účelem odsíření dodává vápnité tavidlo přednostně tak, že se ·· • · · • · · • · · • · · • *
-17···· • * • · ·Φ • · ·· · • · · • · · · • · ··»· • * ·
9· · vstříkne společně s inertním plynem do tekutého železa, přičemž se použije foukací přívodní trubka ponořená tak, aby tavidfo zachycovalo síru, která se pak oddělí a odstraní jako struska na tekutém železe. Dále lze jako preferovaný postup odsíření zmínit např. postup, kdy se dodává pevný zdroj kyslíku (oxidu železnatého atp.) nebo plynný zdroj kyslíku (kyslíku jako takového, vzduchu atp.) spolu s vápnitým tavidlem do tekutého železa odčerpaného do licí pánve atp., složka fosforu se přednostně okysličí, zachytí tavidlem a pak bude plovat na tekutém železe za účelem separace. Na výše popsaný postup odsíření a odfosfoření nejsou kladena žádná zvláštní omezení, je však samozřejmě možné aplikovat jiné známé postupy odsíření a odfosfoření. Preferuje se však použití druhého z uvedených postupů odfosfoření, protože obsah (Si) v tekutém železe vzniklém v tavící peci je na rozdíl od surového železa pouze 0,05^% či nižší, jak je popsáno výše, a lze zajistit vysokou rychlost odfosfoření bez speciálního odstraňování křemíku.
Výše popsaným postupem odsíření a odfosfoření lze docílit tekutého železa vysoké čistoty, které obsahuje 1,5 až 4,5 % (C), asi 0,05 % nebo nižší procento (Si), asi 0,1 % nebo nižší procento (Mn), asi 0,05 % nebo nižší procento (S), asi 0,04 % nebo nižší procento (P) a v podstatě rovnováhu Fe, jehož lze využít nesmírně efektivně jako surovinu na výrobu oceli. Zejména proto, že tekuté železo, získané tímto postupem vyniká vysokou čistotou s velmi nízkým obsahem kovových složek ve formě nečistot, pak využívá-li se jako materiál pro výrobu oceli, např. ve 20 až 50 % spolu s dalšími zdroji železa (odpadového nebo čistého železa), působí jako ředidlo pro kovové složky nečistot pronikající z odpadu, čímž lze získat ocel s nižším obsahem kovových složek nečistot. Je samozřejmé, že poměr vyredukovaného železa, jež bude použito v této kombinaci lze zvolit z výše uvedeného rozsahu v závislosti na obsahu kovových složek nečistot v odpadech, s nimiž bude používáno. K vytvoření oceli o vysoké čistotě je také možno použít 100 % vyredukovaného železa a dále budou v konečné fázi kroku výroby ocele dodávány další kovové složky s využitím EAF či BOF k produkci ocelových slitin .
V každém případě platí, že jelikož vyredukované železo, získané postupem podle vynálezu má tu stěžejní vlastnost, že obsah kovových nečistot je extrémně nízký, lze toto obecně aplikovat při výrobě oceli nebo různých druhů ocelových slitin s využitím výhod daných těmito vlastnostmi.
··*« • ···· ·
-18Pak bude uveden podrobnější popis na základě stanovení “metalizace pevného vyredukovaného železa: 60 % nebo vyšší, obsahu uhlíku v pevném vyredukovaném železe: 50 % nebo více teoreticky ekvivalentního množství potřebného k redukci oxidu železnatého zbývajícího v pevném vyredukovaném železe (zde někdy označovaného jako obsah uhlíku pro redukční ekvivalentní množství FeO), měrné tíhy pevného vyredukovaného žeieza: 1,7 nebo vyšší a obsahu uhlíku v roztaveném železe vyrobeném v tavící peci obloukového typu: 1,5% až 4,5 %.
Základ pro stanovení “metalizace pevného vyredukovaného žeieza: 60 % nebo vyšší
Křivka metalizace pevného vyredukovaného železa vyrobeného ve výrobním zařízení na pevné vyredukované železo se přirozeně různí v závislosti na složení a směsném poměru suroviny oxidu železnatého a uhlíkového redukčního činidla, které budou smíchávány, a dále na podmínkách redukce. Křivka metalizace má např. průběh znázorněný na obrázku 3.
Na křivce 1 na obrázku 3 znázorňuje bod A bod metalizace 76 % a zbytkového množství 4,8 % uhlíku a bod B znázorňuje bod metalizace 85 % a zbytkového množství 1,6 % uhlíku. Zbytkové množství uhlíku je v bodě A rovno 142 % a v bodě B je 63,5 % vzhledem k obsahu uhlíku redukčního ekvivalentu FeO a zbytkové množství uhlíku klesá se snižováním redukční doby. Křivka 2 na obrázku 3 je příkladem restrikce metalizace pevného vyredukovaného železa změnou směsného poměru surovin. V každém případě metalizace rychle roste v prvé řadě s průběhem doby redukce a růstová křivka se mění, jak se s průběhem času zvyšuje metalizace.
V kontinuálním procesu výroby pevného vyredukovaného železa a jeho redukčního taveni aplikovaného ve vynálezu má metalizace pevného vyredukovaného žeieza vzniklého ve výrobním zařízení na pevné vyredukované železo významný účinek na práci tavící pece obloukového typu (dále označovanou jako obloukovou tavící pec). Např. na obrázku 4 je graf znázorňující vztah mezi metalizací pevného vyredukovaného železa a spotřebou energie v redukčním tavení oxidu železnatého v obloukové taviči peci. Při kontinuální práci výrobního zařízení na vyredukované železo a obloukové tavící pece je důležité zajistit stabilitu fungování obloukové tavící pece. Jak se zvyšuje
-1944 «··· • 4 4 • · 4 »4 • · · · « ·
999
9 ·9 • · ·
4 4
4 «44 >4
4 4 • 4 4 ♦ 4 4
4 elektrický příkon obloukové tavící pece, roste i tepelná zátěž elektrody a zvyšují se tepelné šoky působící na žáruvzdorné materiály ve vyzdívce tavícího povrchu. Proto je třeba zvýšit velikost tělesa pece, aby se zmírnily tepelné šoky na zařízení elektrod a stěnu pece, což je z praktického i ekonomického hlediska nevhodné.
V obvyklé peci obloukového typu se tento problém zřetelně projeví, přesáhne-li energetická spotřeba 800 kWh/tmi. Aby bylo tedy možné eliminovat výše uvedený problém, je metalizace pevného vyredukovaného železa dodávaného do obloukové tavící pece regulována tak, aby činila 60 % nebo více, lépe však 70 % nebo více.
Rozptyl metalizace pevného vyredukovaného železa vyrobeného ve výrobním zařízení na vyredukované železo dále značně trpí vlivem absolutní hodnoty metalizace a rozptyl se zvyšuje s společně s tím, jak klesá metalizace. Na obrázku 5 je graf, znázorňující výsledek studie metalizace pevného vyredukovaného železa se střední hodnotou metalizace 62,8 % a 80,2 %. Lze potvrdit, že rozptyl je znatelný s tím, jak klesá metalizace. V praxi, protože cílená metalizace je při zvětšování rozptylu při metalizací sama o sobě nestabilní, je důležité k zajištění stabilní cílové metalizace slanovíf vyšší metalizací. V důsledku různých experimentů bylo potvrzeno, že střední hodnota metalizace by měia být 60 % či vyšší, lépe však 70% či vyšší, aby se omezil rozptyl metalizací v míře, kdy je možno skutečné fungování.
Základ pro stanovení obsahu uhlíku v pevném vyredukovaném železe: 50 % nebo více obsahu uhlíku pro redukční ekvivalentní množství FeO
Na obrázku 6 je graf znázorňujíc! výsledek studující vztah mezi obsahem uhlíku pro redukční ekvivalentní množství FeO v pevném vyredukovaném železe a obsahem uhlíku v tekuté strusce, což se týká pevného vyredukovaného železa vyrobeného za různých podmínek. V tomto experimentu se používá pevné vyredukované železo s metalizací od 78 do 82 %, mající různá množství uhlíku redukčního ekvivalentního množství FeO a obsah oxidu železnatého (T-Fe) v tekuté strusce při tavení užitím 20- tunové EAF. Jak vyplývá iaké z obrázku, lze potvrdit, že když je v pevném vyredukovaném železe obsah uhlíku odpovídající redukčnímu ekvivalentnímu množství FeO (teoretické ekvivalentní množství uhlíku pro redukci neredukovaného oxidu železnatého), (T-Fe) v tekutém železe
-20je omezeno na nízkou hodnotu, zatímco když je obsah uhlíku menší než 50 % obsahu uhlíku pro redukční ekvivalentní množství FeO (množství uhlíku pro redukční ekvivalentní množství FeO x 0,5), poroste rychle (T-Fe) v tekuté strusce, čímž se výrazně projeví eroze žáruvzdorných součástí ve vyzdívce. Pro minimalizací eroze žáruvzdorných součástí ve vyzdívce k zajištění stabilního fungování by měl obsah uhlíku v pevném vyredukovaném železe činit 50 % nebo více obsahu uhlíku pro redukční ekvivalentní množství FeO.
V tomto experimentu je pro regulaci obsahu uhiíku v tekutém železe vyrobeném v obloukové taviči peci v rozsahu od 2,1 do 2,4 do obloukové tavící pece dodatečně přidán uhlíkový materiál, čímž se vyrovná jeho nedostatek. Obsah (T-Fe) v tekuté strusce však nelze dostatečně redukovat, pokud zbytkové množství uhlíku v pevném vyredukovaném železe nedosáhne 50 % nebo vyššího procenta množství uhlíku pro redukční ekvivalentní množství FeO, a to v podstatě nezávisle na tomto množství přidaného uhlíkového materiálu. Lze samozřejmě považovat za možné redukovat (T-Fe) v tekuté strusce dalším dodáním uhlíkového materiálu v množstvím dostatečném k zajištění obsahu uhlíku redukčního ekvivalentního množství a cílového množství uhlíku v pevném vyredukovaném železe do oxidu železnatého zbývajícího v pevném vyredukovaném železe. Je však nesmírně obtížné udržet konstantní hodnotu obsahu uhlíku v tekutém železe, aby byla menší než nasycené množství uhlíku. Obsah uhlíku v tekutém železe se zvyšuje postupně s průběhem doby zpracováni, a proto neni možné získat tekuté železo se zamýšleným množstvím uhlíku, což je nežádoucí.
Základ pro stanovení “měrné tíhy pevného vyredukovaného železa: 1,7 či vyšší
V případě aplikace postupu podle vynálezu k získání pevného vyredukovaného železa přípravnou redukcí vytvarovaného produktu z oxidu železnatého s uhlíkovým materiálem v pevném stavu je měrná tíha pevného vyredukovaného železa podstatně nižší v porovnání s měrnou tíhou železa z přípravné redukce vytvořeného např. postupem MIDREX. Důvodem je to, že uvnitř každého z vytvarovaných produktů se při míchání uhlíkového materiálu s dalším materiálem v přípravné redukci tvoří značné dutiny.
Na druhé straně však, jak znázorňuje např. obrázek 2, se účinnost redukce a tavení pevného vyredukovaného železa při redukci a tavení pevného • 0
-21 vyredukovaného železa v obloukové peci zvyšuje tak, že pevné vyredukované železo dodané do obloukové taviči pece se rychle potopí do tekuté strusky na tekutém železe a účinně přijímá teplo oblouků po celém povrchu. Z tohoto hlediska má měrná tíha pevného vyredukovaného železa velký efekt. Na obrázku 7 je graf znázorňující prověřování účinku měrné tíhy pevného vyredukovaného železa na rychlost redukce a tavení při provádění redukce a tavení v obloukové tavící peci užitím pevného vyredukovaného železa s měrnou tíhou od 1,60 do 1,75 (průměrná měrná tíha: 1,65) a od 1,8 do 2,3 (průměrná měrná tíha: 2,1), kde vodorovná osa představuje rychlost tavení, když jednotlivé kusy pevného vyredukovaného železa jsou dodávány na tekutou strusku samostatně a svislá osa představuje mezní rychlost tavení, při níž lze jednotlivé kusy pevného vyredukovaného železa pro redukční tavení dodávat kontinuálně. Jak je zřejmé z obrázku, v případě pevného vyredukovaného železa se střední měrnou tíhou 1,65, je-ii pevné vyredukované železo na tekutou strusku vkládáno kontinuálně, není pozorován jev ponořování pevného vyredukovaného železa do tekuté strusky, dojde však k redukci většiny pevného vyredukovaného železa a tavení na povrchu tekuté strusky. Rychlost tavení pn kontinuálním odebírání pevného vyredukovaného železa je tedy asi 100-násobná v porovnání s tím, když je pevné vyredukované železo dodáváno jednotlivě. Při této rychlosti tavení nelze v praxi provádět redukci a tavení kontinuálním dodáváním. A naopak, pro pevné vyredukované železo se střední měrnou tíhou 2,1 se pevné vyredukované železo položené na tekutou strusku rychle potopí do strusky a bude účinně probíhat redukce a tavení, takže rychlost tavení se při kontinuálním dodávání pevného vyredukovaného železa rychle zvýší v porovnání se samostatným dodáváním, a lze tak docílit asi 300-násobné rychlosti kontinuálního tavení. Při této hodnotě rychlosti tavení lze kontinuální redukční tavení účinně prakticky aplikovat v průmyslové sféře.
Pokud se jedná o účinek měrné tíhy pevného vyredukovaného železa, zrněni se situace v souvislosti s tavením významně pro střední měrnou tíhu 1,7 jako hraniční hodnotu, při níž dojde k rychlé změně rychlosti kontinuálního tavení. Je-li pak střední měrná tíha menší než 1,7, nelze dosáhnout rychlosti tavení uspokojující potřeby kontinuálního provozu v průmyslové sféře a rychlost tavení postačující k vedení kontinuálního provozu lze zajistit, když je střední měrná tíha 1,7 nebo vyšší, přednostně 1,9 nebo vyšší.
-22Základ pro stanovení obsahu uhlíku v tekutém železe vyrobeném v tavící peci obloukového typu: 1,5 % - 4,5 %
Obecně existuje těsný vztah mezi množstvím uhlíku a rozpuštěným množstvím kyslíku v tekutém železe. Množství rozpuštěného kyslíku v tekutém železe se zvyšuje s tím, jak klesá obsah uhlíku v tekutém železe. Když je tedy množství rozpuštěného kyslíku vyšší, je vyšší i kyslíkový potenciál v tekutém žeieze, což představuje nevýhodu pro odsíření. Spolu s tím se také zvyšuje kyslíkový potenciál tekuté strusky v rovnováze s tekutým žeiezem a roste obsah FeO v tekuté strusce a reaktivita se žáruvzdorným materiálem, čímž dochází k velké erozi žáruvzdorného materiálu ve vyzdívce tavící pece. Proto je třeba stanovit poněkud vyšší obsah uhlíku v tekutém železe za účelem zvýšení poměru odsíření při provádění odsíření a potlačení eroze žáruvzdorných materiálů ve vyzdívce taviči pece, aby se tak prodloužila její životnost.
Na obrázku 8 je graf souhrnně znázorňující vztahy mezi obsahem uhlíku a poměrem odsíření v tekutém železe získané na základě různých experimentů. V tomto experimentu se používá metoda vstříknutí CaO jako odsiřovacího činidla do tekutého žeieza v íicí pánvi a data odpovídající situaci, kdy je konstantní spotřeba odsiřovacího činidla. Jak vyplývá z obrázku, je-ii obsah uhiíku v tekutém železe nižší než 1,5 %, je třeba k zajištění cíleného poměru odsíření vsfříknout odsiřovací činidla. V důsledku toho se do strusky dostává velké množství kovového železa, a tímto velkým množstvím se zvyšuje ztráta žeieza. To znamená, že aby bylo možno vynález prakticky realizovat, je také iřeba zvážit další problémy, jako je např. zpracování strusky po odsíření, přičemž obsah uhlíku v tekutém železe by měl být 1,5 % či vyšší, přednostně 2,0 % či vyšší tak, aby bylo správně řízeno odsíření v licí pánvi s menší spotřebou materiálu k odsíření.
Obsah uhlíku v tekutém žeieze však dosáhne nasycení při asi 4,5 % a k získání tekutého železa s nasyceným obsahem uhlíku je třeba nadbytek množství uhlíkového redukčního činidla, což není hospodárné. Protože navíc roste i neoxidační zátěž na následující rafinaci, je žádoucí omezit obsah uhlíku na 4,5 % nebo méně, raději však na 3,5 % nebo méně.
• · • · · ·
·· ··* ·· · ·» ··
-23Zásaditost tekuté strusky 1,0 -1,8
Zatímco zásaditost (poměr CaO/SíO2) není základní podmínkou vynálezu, ovlivňuje účinnost redukčního tavení pevného vyredukovaného železa v obloukové tavící peci a má velký vliv na erozi žáruvzdorných materiálu ve vyzdívce tavícího povrchu.
To znamená, že zásaditost tekuté strusky má také významný vliv na její tekutost a jak ukazuje např. obrázek 9, kiesá teplota tavení strusky s tím, jak klesá zásaditost. Tím se docílí preferovaného oviívnění účinnosti redukčního tavení pevného vyredukovaného železa, přičemž se však zvyšuje reaktivita se žáruvzdorným materiálem a síií eroze žáruvzdorných materiálů. Na druhé straně současně s růstem zásaditost! roste i teplota tavení strusky a k roztavení strusky je tedy třeba podstatně zvýšit tepíotu v peci, což je nevhodné z hlediska spotřeby energie a kromě toho také v důsledku vysoké tepoty síií tepelné účinky ns těleso pece. Tento trend, znázorněný na obrázku 9, je průkazný, když je zásaditost menší než 1,0 nebo přesáhne 1,8, takže zásaditost tekuté strusky v tavící obloukové peci by měla být regulována, aby se pohybovala v rozsahu od 1,0 do 1,8, přednostně od 1,3 do 1,6.
Níže jsou popsány příklady vynálezu. Vynáiez se neomezuje na následující příklady, může však být realizován s příslušnými úpravami, pokud jsou v rozsahu vynálezu a jsou obsaženy v technickém vymezení vynálezu.
Příklady
Použijí se jednotlivé produkty pulverizace železné rudy, uhlí a malé množství pojivá (bentonitu), které se smíchají tak, aby uhlík v uhlí byl v teoreticky ekvivalentním množství k oxidu železnatému v železných rudách. Materiál by! v peletizačním zařízení vytvarován do zhruba kulového tvaru o průměru 13 až 20 mm a jako surové vytvarované produkty byly použity vytvarované produkty obsahující oxid železnatý ve spojení s uhlíkovým materiálem. Příklad použitého složení železné rudy a uhlí je uveden níže.
Složení železné rudy:
T - Fe = 65%, FeO = 0,7%, SiO2 = 2,5%
AI2O3 = 2,10%, CaO = 0,04%
Složení uhlí:
Celkové množství uhlí = 77,6 %, pevný uhlík = 71,2% ······ · · · ·· · · • · · · · · 4«·γ>
Í· * · · · ··· « « · · • · · 4 «······ ·· « • · · · · * ···« ·* ··· 4 4 4 ·· 4 ·
-24«
Prchavá složka = 17,0%, popel = 11,8%
Vytvarované produkty (čerstvé pelety) byly dodány do výrobního zařízení na vyredukované železo typu rotační nístěje a byla provedena redukce při teplotě 1250 až 1350°C při střední době 7 až 9 minut v rotační peci za účelem vytvoření vyredukovaného železa. Množství nevyredukovaného oxidu železnatého a množství reziduálního uhlíku ve výsledném pevném vyredukovaném železe se liší v závislosti na podmínkách tepelné redukce. V tomto příkladu byly podmínky tepelné redukce řízeny tak, že metalizace oxidu železnatého v pevném vyredukovaném železe činila v každém případě 60%. Tabulka 1 ukazuje příklad metalizace a složení pevného vyredukovaného železa. Hmotnost a měrná tíha pevného vyredukovaného železa získaná obdobným experimentem je dále např.na obrázku 10, kde je střední měrná tíha v intervalu 1,7 až 2,5 bez vyjádřeného vztahu k hmotnosti najeden kus.
Tabulka 1
| 7ϊ | Metalizace | Celkem Fe | Střední hodn. Fe | FeO | Ceq | Ceq/2 |
| 1 | 92 | 85,1 | 78,8 | 8,9 | 1,5 | 0,7 |
| 2 | 90 | 84,4 | 76,0 | 11,0 | 1,8 | 0,9 |
| 3 | 80 | 80,8 | 64,7 | 21,1 | 3,5 | 1,8 |
| 4 | 70 | 77,5 | 54,3 | 30,3 | 5,1 | 2,5 |
| 5 | 60 | 74,5 | 44,7 | 38,8 | 6,5 | 3,2 |
| 6 | 50 | 71,7 | 35,9 | 46,7 | 7,8 | 3,9 |
| 7 | 40 | 69,1 | 27,6 | 54,0 | 9,0 | 4,5 |
Poznámka: Ceq: množství uhlíku pro redukční ekvivalentní množství FeO
Ceq/2 : 1/2 množství, odpovídajícího množství uhlíku pro redukční ekvivalentní složku FeO.
Pevné vyredukované železo získané z výrobního zařízení na vyredukované železo bylo kontinuálně vkládáno v takovém stavu, aby pokud možno nedošlo ke kontaktu s atmosférickým vzduchem a bylo udržováno ph ► · · · « • · • * · ♦
-25vysoké teplotě (v tomto experimentu 1000°C) v obloukové tavící peci umístěné u výrobního zařízení na vyredukované železo a podrobeno vystaveno další redukci a tavení. V tomto případě bylo v tavící peci udržováno předem stanovené množství tekutého železa, zásaditost tekuté strusky plovoucí na tekutém železe byla nastavena na rozsah 1,0 až 1,8, byl dodáván elektrický proud ponořením elektrod pro obloukové zahřívání do tekuté strusky, přičemž byl využit systém ohřívání zanořeným obloukem. Pak byio pevné vyredukované železo dodáno do blízkosti úseku, kde probíhalo obloukové zahřívání, do pozice pro dodávku pevného vyredukovaného železa byio dále vloženo uhií a byla provedena příprava redukčního tavení obloukovým zahříváním.
Pevné vyredukované železo ve fázi redukčního tavení obsahuje větší množství SiO2 než jiných oxidů při tvorbě strusky. Pokud jde o zásaditost, sníženou v předcházejícím kroku tavení vyredukovaného železa v tavící peci, přidává jako činidlo ovlivňující zásaditost tavidlo obsahující zejména oxid vápenatý a volitelně pálený dolomit, jímž se reguluje zásaditost tekuté strusky v rozsahu od 1,0 do 1,8. Potvrdilo se také, že přesáhne-li zásaditost tekuté strusky 1,8%, jak je popsáno výše, stane se tekutá struska viskózní a pevné vyredukované železo se ponoří méně do strusky, čímž se sníží efektivita redukce. Je-li na druhé straně zásaditost menší než 1,0, projeví se eroze žáruvzdorných součástí ve vyzdívce.
V tepelně redukční fázi tavení přijímalo pevné vyredukované železo položené na tekutou strusku v doteku s tekutou síruskou teplo z obiouků, přičemž před redukcí oxidu železnatého zbýval ve strusce uhlík, na povrch pevného vyredukovaného železa se uvolňoval plynný CO a pevné vyredukované železo se vlivem CO rychle pohybovalo po tekuté strusce. Pevné vyredukované železo se pak v důsledku snižování měrné tíhy způsobeném vyfukováním a sníženou redukci tepla ponořtio do tekuté strusky, čímž došlo k podstatné redukci nevyredukovaného železa a roztavení vlivem uhlíkového redukčního činidla aplikovaného na jeho okraj, které se pak stalo součástí spodního tekutého železa.
V tomto případě se dodané pevné vyredukované železo po položení z horní částí tekuté strusky rychle ponořilo do tekuté strusky a byla-li měrná tíha dodávaného pevného vyredukovaného železa 1,7 nebo vyšší, přednostně 1,8 nebo vyšší, ještě lépe 1,9 nebo vyšší, došlo k efektivní tepelné redukci v krátkém
-26• · · · » 0 • · · · · « ·
0 0 0 • · · • · Ν · · • · 0 0 0 ,· ί časovém okamžiku. Byia-ii měrná tíha menší než 1,7, pevné vyredukované železo se méně ponořovalo do tekuté strusky, takže tepeiné vedení z tekuté strusky bylo nedostatečné, došlo ke snížení vyfukování a podstatnému prodloužení doby potřebné pro tepelnou redukci. S tím souvisí zvýšení roztaveného množství oxidu železnatého v tekuté strusce a tendence k erozi žáruvzdorných materiálů ve vyzdívce tavícího povrchu.
Účinnost redukce byla nedostatečná a rychlost redukce nízká dále také v případě, kdy byl obsah uhlíku v pevném vyredukovaném železe menší než 50% teoretického množství uhlíku potřebného pro redukci nevyredukovaného oxidu železnatého v pevném vyredukovaném železe, i když bylo do tavící pece přidáno dodatečně uhlíkové redukční činidlo, přičemž se značně zvýšil obsah oxidu železnatého v tekuté strusce zvýši! a způsobil erozi žáruvzdorných součástí ve vyzdívce.
Dále byly ve fázi tepelné redukce periodicky odebírány vzorky tekutého železa ke změřeni obsahu uhlíku a množství přidaného uhlíkového redukčního činidla bylo regulováno tak, aby obsah uhlíku byl v rozsahu 1,4 až 4,5%.
Krok tavení spočívající v tepeiné redukci byl prováděn kontinuálně a v případě, že předem stanovené množství tekutého žeieza v tavící peci stagnovaio, bylo odstraněno z odpichového otvoru, umístěno do spodní části pece k licí pánvi a ve stejném okamžiku bylo za účelem řízení množství strusky, zbývajícího v peci, otvorem pro vývod strusky na boční stěně tavící pece odstraněno přiměřené množství tekuté strusky.
Konkrétní podmínky vedení tohoto tavení tepelnou redukcí a jeho výsledky jsou uvedeny v příkladech dole:
(Vlastnosti vyredukovaného železa)
Složení pevného vyredukovaného železa atp.: Č. 8 (metalizace: 80%) v Tabulce 1
Teplota dodáváni do taviči pece obloukového typu: 1Q00°C
Metoda dodávání: kontinuální (Provozní stav taviči pece obloukového typu)
Energetická spotřeba elektrody obloukového zahřívání:
Asi 5S5 kWh/tmi (mi = tekuté železo, které má být vytvořeno, í - celkem) (Druh a množství vkládaného materiálu)
Oxid vápenatý: 92,2 kgňmi, pálený dolomit: 21,5 kgAmi • · · · » · 9
9 9 9· ·
·
-27• 9 ···· 9
99 < · 9 ·
9 9 ·
9 « 9
Další vkládané množství uhlí: asi 20 kg/ími Jednotková spotřeba vyredukovaného železa: 1227 kgAmi (Cílové složení pro tekuté železo a sírusku)
Tekuté železo:
C: 2,0%, Si; 0,03% nebo méně, Mn: 0,05% nebo méně
P: 0.043%, S: 0,137%, teplota: 1550°C Vytvořená struska: CaO. 36,5%, SiO2:26,1%, AI2O3:18,2%, MgO: 10,0%
T-Fe: 6,3%, zásaditost: 1,4
Jak plyne z předcházejícího, obsah Si v tekutém železe se ve fázi redukčního tavení dostatečně snížil, a protože obsah S a obsah P je v surovině pro výrobu oceli příliš vysoký, bylo v licí pánvi provedeno odsíření a odfosfoření k získání tekutého železa následujícího složení. . .
Materiál pro odsíření: vápnité tavidlo
Složení: CaO: 83 - 90%, CaF2:6 - 10%, C: 4,0%
Spotřeba: asi 12 kgAmi Materiál pro odsíření: vápnité tavidlo + Fe2O3
Složeni: CaO: 44 - 45%, CaF2:7 - 8%, Fe2O3:47 - 48 %
Spotřeba: asi 20 kg/tmi
Složení tekutého železa po odsíření a odfosfoření
C: 1,8 - 2,0 %, Si: stopové množství, Mn: 0,02 %, P: 0,032 %, S: 0,038 %
Tekuté železo (1450°C) po odsíření a odfosfoření bylo dodáno společně s železnými odpady a surovým železem s následující směsí do EAF a bylo provedeno tavení v elektrické peci při dodání následujících materiálu a vyfouknutí malého množství kyslíku za účelem vytvoření tekuté oceli následujícího složení. (Materiál dodaný do elektrické obloukové pece)
Odsířené a odfosfořené tekuté železo: 40 %
Odpad: 50 %, surové železo 10 % (Další materiál)
Oxid vápenatý: 50,2 kgAmi, pálený dolomit. 10 kg/tmi
Křemičitý kámen: 15,1 kg/tmi
Vyfouknuté množství kyslíku: asi 18 NmMmi (Složení získané tekuté oceli)
C: 0,10%, Mn: 0,06 %, Si: stopové množství, S: 0,022 %, P = 0,018 %
-28Následující experimenty ukazují příklady dodávání tekutého železa, připravovaného v taviči peci obloukového typu a podrobeného odsíření a odfosfoření, do EAF v tekutém stavu, konkrétně ve stavu, kdy je udržováno při vysoké teplotě a používá se jako materiál pro výrobu železa. Tekuté železo však lze dodávat také do BOF jako materiál pro výrobu oceli, kdy lze tekuté žeiezo vyjmout do licí formy, ochladit a účinně využít jako dílčí materiál pro výrobu oceli.
Nakonec bychom měli poznamenat, že ve smyslu výše uvedených postupů lze provádět různé modifikace a variace předloženého vynálezu. Proto je třeba mít na paměti, že v rámci připojených patentových nároků ize vynález realizovat i jinak, než jak je zde konkrétně popsáno.
Tato přihláška je založena na japonské patentové přihlášce č. Hei 9236214 podané v Japanese Patent Office v září 1997 a veškerý její obsah je zde zahrnut v odkazech.
Průmyslová využitelnost
Vynález byl sestaven tak, jak je uvedeno výše. Je tedy schopný udržet stálou efektivitu redukce, minimalizovat erozi žáruvzdorných materiálů ve vyzdívce provozované pece a prodloužit životnost pece a spolu s výše uvedenými účinky je schopen efektivně docílit výroby redukované ocelí užitím vytvarovaných produktů obsahujících oxid ve spojení ve spojení s uhlíkovým redukčním činidlem jakožto hlavního materiálu a výroby tekutého železa vysoké čistoty další redukcí a tavením získaného pevného vyredukovaného železa v průmyslovém měřítku s malou energetickou ztrátou. Protože vyredukované železo získané tímto postupem má menší obsah kovových nečistot, užití vyredukovaného železa jako materiálu pro výrobu železa nejenže umožňuje výrobu ocelových materiálů o vysoké čistotě, napomáhá však také při regulaci složek při výrobě ocelových slitin. Když je pec na výrobu oceii umístěna u taviči pece obloukového typu a tekuté železo vytvořené tavící pecí nebo tekuté odsířené a odfosfořené žeiezo je dodáno v roztaveném stavu, kdy obsahuje velkou tepelnou energii, do pece na výrobu oceli jako surovina pro výrobu oceii, pak protože teplo obsažené v tekutém železe ize efektivně využít jako tepelný zdroj pro výrobu oceli, lze dále redukovat tepelnou energii a ize tak aplikovat z ·· ·» * « • » « · • » · · • · · * • · fl ·
-29praktického hlediska velmi efektivní postup jako plynulý systém od výroby vyredukovaného železa až po výrobu oceli.
Claims (21)
- PATENTOVÉ NÁROKY (pozměněné)1. Postup výroby železa pro přípravu tekutého železa obsahujícího 1,5 až 4,5 % uhlíku, vyznačující se tím, že zahrnuje kroky:a) použije se oxid železnatý a uhlíkové redukční činidlo,b) z uhlíkového redukčního činidla a oxidu železnatého se připraví vytvarovaný produkt,c) z vytvarovaného produktu se připraví pevné vyredukované železo, přičemž pevné vyredukované železo má metalizaci alespoň 60 %, měrnou tíhu alespoň 1,7 a obsah uhlíku alespoň 50 % teoretického množství potřebného k redukci oxidu železnatého zbývajícího v pevném vyredukovaném žeieze ad) před významným ochlazením bude provedeno ohřátí pevného vyredukovaného železa v tavící peci obloukového typu na vysokou teplotu, čímž se připraví tekuté železo obsahující 1,5 až 4,5 % uhlíku.
- 2. Postup podle nároku 1, vy značující se tím, že vyredukované železo teploty od 700 do 1300°C je zahřáto v lavicí peci obloukového typu.
- 3. Postup podle nároku 1, vy značující se tím, že do zavážecí pozice pevného vyredukovaného žeieza v taviči peci obloukového typu se přidává uhlíkové redukční činidlo.
- 4. Postup podle nároku 1, vy značující se tím, že pevné vyredukované železo se dodává do tekuté strusky v taviči peci obloukového typu.
- 5. Postup podle nároku 4, vyznačující se tím, že zásaditosí tekuté strusky je v rozsahu od 1,0 do 1,8.
- 6. Postup podle nároku 4, vyznačující se tím, že tekutá struska obsahuje 9 % či menší množství oxidu železnatého.„ZMĚNĚNÝ LIST’ .yv..mor^r..• * 0 • · ··· • · 0 · • 0 000 0000 0 00 0 0 00 000000 0 00* 00 0 0 «0 0 0 0 ·0 0 0 00* 00-31
- 7. Postup podle nároku 6, vyznačující se tím, že tekuté síruska obsahuje 5 % či menší množství oxidu železnatého.
- 8. Postup podle nároku 4, vyznačující se tím, že v tavící peci obloukového typu je odebrán vzorek tekutého železa a tekuté železo je analyzováno za účelem řízení dodávaného množství uhlíkového redukčního činidla, čímž je řízen obsah uhlíku v tekutém železe.
- 9. Postup podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsah uhlíku v tekutém železe je řízen měřením složení a množství plynů odvedených z tavící pece obloukového typu a na základě ekvivalentního množství kyslíku ve výfukových plynech vypočítaného z naměřených jiodnot se v požadovaném množství přidává uhlíkové redukční činidlo.
- 10. (Vynechán)
- 11. Postup podle nároku 1,vyznačující se tím, že tekuté železo v tavící pecí obloukového typu je převedeno do jiné nádoby a odsířeno.
- 12. Postup podle nároku 1, vyznačující se tím, že tekuté železo v tavící peci obloukového typu je převedeno do jiné nádoby a odfosfořeno.
- 13. (Vynechán)
- 14.(Vynechán)
- 15. (Vynechán)
- 16. (Vynechán)
- 17. Postup výroby oceli, vyznačující se tím, že zahrnuje dodání roztaveného železa připraveného v nároku 1 do pece na výrobu oceli, čímž se bude připravovat ocel.„ZMĚNĚNÝ LIST’ • · · · · » • · · · · ♦ * • ···« · · ·· ·-32QV^co ·« Jr«· ·· » • 4 » 4 4 44I 4 « » 4 «44 4444 ·4 44*
- 18. Postup podle nároku 17, vy znacující se tím, že pec na výrobu oceíi je elektrická oblouková pec (EAF) nebo zásaditá kyslíková pec (BOF).
- 19. Postup výroby oceli, vyznačující se tím, že zahrnuje:a) ochlazení tekutého železa připraveného v nároku 1, čímž se připraví koagulované železo ab) dodání koagulovaného železa to pece na výrobu železa, čímž se připraví ocel.
- 20. Postup výroby ocelí podle nároku 19, vyznačující se tím, že pec na výrobu oceli je elektrická oblouková pec (EAF) nebo zásaditá kyslíková pec (BOF).
- 21. Postup podle nároku 1, vyznačující se tím, že tekuté železo obsahuje 0,05% nebo menší množství Si, 0,1 % nebo menší množství P a 0,20 % nebo menší množství S.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2000755A CZ2000755A3 (cs) | 1998-08-28 | 1998-08-28 | Způsob výroby železa a oceli |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2000755A CZ2000755A3 (cs) | 1998-08-28 | 1998-08-28 | Způsob výroby železa a oceli |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2000755A3 true CZ2000755A3 (cs) | 2001-07-11 |
Family
ID=5469792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2000755A CZ2000755A3 (cs) | 1998-08-28 | 1998-08-28 | Způsob výroby železa a oceli |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2000755A3 (cs) |
-
1998
- 1998-08-28 CZ CZ2000755A patent/CZ2000755A3/cs unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1021570B1 (en) | Method of making iron and steel | |
| KR102830692B1 (ko) | Dri 제품으로 액상 선철의 제조 방법 | |
| RD et al. | The slag foaming practice in EAF and its influence on the steelmaking shop productivity | |
| AU1810400A (en) | Method of producing molten iron in duplex furnaces | |
| EP2248916A1 (en) | Process for removal of copper contained in steel scraps | |
| AU6016801A (en) | Process for manufacturing molten metal iron | |
| JP4249417B2 (ja) | 鉄浴でのスラグ又はスラグ混合物の処理方法 | |
| JP3509072B2 (ja) | 製鉄・製鋼法 | |
| US6582491B2 (en) | Method for producing molten iron in duplex furnaces | |
| JP2003520899A5 (cs) | ||
| CN113056566A (zh) | 增碳材及使用了其的增碳方法 | |
| KR100516732B1 (ko) | 탄소강 제조를 위한 제강로 운전 방법 | |
| JP3750589B2 (ja) | 脱炭炉スラグの製造方法及び製鋼方法 | |
| CZ2000755A3 (cs) | Způsob výroby železa a oceli | |
| KR910009962B1 (ko) | 황농도가 낮은 함크롬 용철의 제조방법 | |
| RU2813429C1 (ru) | Способ получения жидкого чугуна из продукта dri | |
| RU2820427C1 (ru) | Способ рафинирования жидкого чугуна | |
| RU2818100C1 (ru) | Способ рафинирования жидкого чугуна | |
| JP2020100889A (ja) | 溶銑の脱硫方法 | |
| JPH0730385B2 (ja) | 溶鉄の脱Ｃｕ方法 | |
| JP2003171713A (ja) | 加炭材およびそれを用いた製鋼方法 | |
| JPS60106943A (ja) | ステンレス鋼の製造方法 | |
| MXPA00002121A (en) | Method of making iron and steel | |
| SU1726531A1 (ru) | Способ выплавки стали в мартеновской печи | |
| CN120989321A (zh) | 一种铁水包加废钢脱硫工艺方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD00 | Pending as of 2000-06-30 in czech republic |