CZ293564B6 - Způsob výroby tekuté oceli s použitím recyklace strusky v konvertoru a pomocné zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Struska z konce procesu výroby oceli v konvertoru se použije znovu na počátku zkujňování oceli, přičemž po zoxidování křemíku se struska odtahuje a nahrazuje novou struskou, vznikající po přidání vápna. Struska tedy není odstraňována na konci procesu výroby oceli, ale uprostřed procesu. Dosahuje se tím snížení množství strusky a zachování požadované jakosti kovu při zvýšení výtěžnosti kovu. Pomocné zařízení (3, 9) usnadňuje stažení strusky (4).ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení k výrobě tekuté surové oceli v konvertoru s horním dmýcháním. Vynález řeší omezení ztráty železa ve strusce při vylévání strusky z konvertoru, a to změnou technologického postupu zkujňování oceli. K zajištění této technologie je možno konvertor rozšířit o technické zařízení usnadňující stažení strusky.

Dosavadní stav techniky

Je znám způsob výroby tekuté oceli v konvertorech. Tento způsob je v mnoha případech modifikován na místní podmínky a zejména surovinové zdroje, které určují vlastnosti, zejména chemické složení tekutého surového železa.

Obvyklý postup při výrobě oceli ze směsí tekutého surového železe s chemickým složením 0,3 až 1,2 % Si, nízkým obsahem fosforu a ostatních příměsí kromě uhlíku s obsahem větším než 4 % je následující: Po ukončení sázení a postavení konvertoru do pracovní polohy začíná proces zkujňování. Horní kyslíková tryska pracuje zpočátku v horní poloze (není to však podmínkou) a po dobu zhruba 2 až 3 minuty oxiduje křemík a také železo, což kladně působí na vznik aktivní strusky. Po ukončení úvodní etapy se horní tryska zpravidla přibližuje lázni a při souběžném dmýchání se dodává v jednotlivých dávkách vápno. V procesu vzniká velké množství strusky s poměrně vysokým obsahem oxidů železa rovněž drobných granálií kovového železa. Celkový obsah železa ve strusce je vyšší než 15 %. Tato hodnota je ovlivněna požadovaným obsahem uhlíku v lázni. Vyšší obsahy uhlíku vedou k nižším obsahům železa ve strusce. Při velmi nízkých obsazích uhlíku v surové oceli je obsah železa ve strusce podstatně vyšší. Pro nízké konečné obsahy uhlíku přesahuje někdy hodnotu 30 %. Nízké obsahy uhlíku jsou požadovány zejména u značek oceli s požadovanou nízkou hodnotou fosforu.

Jsou známy i jiné procesy vycházející například ze surového železa s vysokým obsahem fosforu v rozmezí 1,5 až 2,2 % nebo pro nižší obsahy 0,5 až 1,0 %. Podstatnou vlastností je odfosfoření surového železa při poměrně vysokých obsazích uhlíku v roztaveném kovu. Proces a hlavně manipulace se struskou musí zajistit dosažení požadovaných hodnot fosforu na konci procesu. Ve světě jsou známy procesy pro zpracování fosfomatého surového železa pod následujícími zkratkami LD-AC (proces uplatňovaný v Belgii a okolních státech, proces OLP (Francie) a proces PL uplatňovaný zejména v Německu. Tyto procesy postupně upadají se zánikem ložisek železné rudy s vysokým obsahem fosforu. Podstatou těchto procesů je práce se dvěma nebo více struskami v konvertoru. Po úvodní etapě zkujňování Je první struska s vysokým obsahem fosforu stažena z konvertoru (obsah oxidů fosforu dosahuje 25 %) a následně je vytvořena další struska, která postupně odstraňuje zbývající fosfor až na hodnoty fosforu v kovu pod 0,02 %. V případě velmi vysokých obsahů fosforu v surovém železe jsou známy případy, ve kterých se provádí dvojí stažení strusky v průběhu zkujňování.

Některé procesy pracují se souběžným dmýcháním kyslíku shora společně s prachovým vápnem.

V Japonsku se v širší míře používá předzpracované surové železo se sníženým obsahem křemíku, fosforu a síry Ve vlastním ocelářském procesu není třeba odstraňovat tyto doprovodné prvky a proto je možno pracovat s minimem strusky.

Kromě konvertorů s horním dmýcháním jsou známy konvertory s kombinovaným dmýcháním. I v těchto konvertorech lze s určitými úpravami zpracovávat výše uvedené suroviny.

-1CZ 293564 B6

I

Vzhledem k rozdílným cenám šrotu (kovonosný odpad) a tekutého surového železa (produkt procesů ve vysoké peci) je snahou snížit měrnou cenu vsázky zvýšením podílu šrotu. Tohoto se dosahuje přísadou uhlí nebo koksu v úvodní etapě procesu zejména pak při sázení nebo nalévaní 5 surového železa. Takto přisazený uhlík při spalování kyslíkem uvolňuje teplo a toto teplo je využito pro pokrytí tepla potřebného pro tavení tuhé vsázky případně pro ohřev taveniny.

Další způsob snížení měrné ceny vsázky je přísada různých odpadů, které šetří pálené vápno a nebo obsahují větší množství železa, a to jak v oxidické, tak i v metalické formě. Úspory náhra10 dou odpady jsou aplikovány rovněž v jiných agregátech. Příkladem je recyklace strusky z konvertoru ve vysoké peci jako náhrada vápence. Tento postup vedle nesporných výhod má i nevýhody. Hlavní nevýhodou je redukce fosforu ve vysoké peci a následné zvýšení obsahu fosforu v surovém železe. Tento fosfor je v oceli nepřijatelný a musí být v ocelářském procesu odstraněn.

V někteiých případech je část strusky ponechána v konvertoru. Tato struska je, po možné úpravě chemického složení, horní tryskou rozstříknuta na stěny konvertoru a slouží jako její ochrana v dalším procesu.

V Japonsku byl také vyvinut proces umožňující odfosfoření surového železa v konvertoru s následným zkujněním. Tento proces byl vyvinut firmou Nippon Steel Corporation a byl patentován pod číslem US 5 868 817 a v Evropě pod číslem EP 0 714 989. Tento proces využívá stažení minimálně 60 % strusky po odkřemičitění a odfosfoření. Celý proces úvodního zkujňování je veden tak, aby teplota na jeho konci nepřesáhla 1200 až 1450 °C. Toto teplotní omezení snižuje 25 množství zpětné redukce fosforu ze strusky. Po odkřemičení a odfosfoření Je struska stažena a je vytvářena nová struska. Nová struska je využita v konvertoru v průběhu následného oduhličení a zůstává v konvertoru i po odpichu oceli. Množství strusky k recyklaci můře být až 30 kg/t. Pro kontrolu bazicity strusky je v úvodní etapě přidáváno malé množství páleného vápna jako tavidlo nebo vápence pro ochlazení strusky. Bazicita této strusky je od 0,7 do 2,5. Cílem uvedeného 30 postupu je zejména zjednodušit rafinaci surového železa odstranit potřebu dodatkového zařízení pro odfosfoření surového železa.

Uvedená technologie řeší problematiku odfosfoření surového železa, nepředpokládá možnost předehřevu šrotu. Množství použitého šrotu Je omezeno 25 % při obsahu křemíku kolem 1 %.

Jsou známy dále patenty US 5 417 740, US 5 286 277 a WO95/35394 popisující předehřev šrotu v ocelářské peci. Tyto patenty jsou zejména zaměřeny na rozšíření možnosti zpracování šrotu v konvertoru. I tyto patenty popisují recyklaci strusky v konvertoru. Struska z konce jedné tavby je použita v druhé a tato struska napomáhá vzniku nové strusky. Podmínky pro stažení první 40 strusky jsou stanoveny následovně: je zoxidováno nejméně 60 % křemíku ze surového železa a je nadmýcháno maximálně 50 % celkového kyslíku. Bazicita strusky před prvním stažením je minimálně 1,4 a optimálně 2,2. Teplota taveniny v okamžiku stažení strusky je minimálně 111 °C a optimálně 222 °C pod žádanou teplotou při odpichu oceli. I v tomto případě je chemismus strusky upravován přísadou bazických složek strusky před sázením šrotu. Protože cílem patentu 45 je zvýšit průsadu šrotu, je zde kladen důraz na vyšší stupeň spálení zejména CO na CO₂.

Stahování strusky v ocelářském procesu je známý postup, který byl uplatňován i na siemensmartinském procesu i na elektrických obloukových pecích v případě vyšších obsahů fosforu v surovém železe i v konvertorech. Potřeba stažení strusky vychází z protichůdných požadavků 50 na strusku v různých fázích ocelářského procesu. Nejsnadnějším způsobem jak dosáhnou změny vlastností strusky je její alespoň částečná výměna.

Všechny výše uvedené patenty upravují bazicitu strusky před nalitím surového železa, nezasahují do toku materiálu v ocelárně, a to zejména do výměny materiálu mezi vysokými pecemi a kon

-2CZ 293564 B6 vertorem a neřeší problematiku rozpadavosti vzniklé strusky a následného využití strusky. Výše popsané patenty dále neřeší problematiku jímání plynu. Dalším nedostatkem uvedených technologických postupů je nevyřešená stabilizace složení strusky v procesu a možnost řízení bazicity strusky při stahování strusky a při odpichu oceli. Navržené postupy nepočítají s konečnou úpravou kovu v závěru dmýchání kyslíku. Výše uvedené důvody vedou pravděpodobně k omezenému využívání technologie stahování strusky uprostřed konvertorového procesu.

Množství strusky tvořené v LD procesu je podle BAT (Best Available Technique) mezi 85 až 110 kg/t, což představuje 8,5 až 11 %. Toto množství strusky neobsahuje strusku z předchozího odsíření surového železa a strusku ze sekundární metalurgie.

Podstata vynálezu

Hlavní výhodou způsobu dle vynálezu je zlepšení využití železa ze vsázky, a to současně dvojím způsobem. Za prvé snížením množství strusky a za druhé snížením obsahů oxidů železa ve strusce. Navrženým postupem lze ušetřit více než jedno procento kovu ve vsázce.

Proces je určen pro zpracování nízko fosfomatých surových želez v konvertoru s horním dmýcháním nebo v konvertorech s horním dmýcháním v kombinaci se spodním mícháním. Pro proces s kombinovaným dmýcháním je proces použitelný, jestliže je soustavným dmýcháním zabráněno průniku kovu nebo strusky do spodních dmyšen.

Odstranění doprovodných prvků v konvertoru je prováděno odlišně od současného procesu. Změna spočívá ve stažení strusky po úvodní oxidaci křemíku a fosforu. V následující etapě procesu je vytvořena nova struska s vysokou bazicitou a vysokým obsahem oxidů železa. Tato struska je společně se zbytkem surové oceli zanechána v konvertoru a je recyklována v další tavbě. Dalšího snížení fosforu je možno dosáhnout omezením recyklace strusky z konvertoru přes vysokou pec a tím i podstatným omezením přísunu fosforu do vysoké pece a následně i do konvertoru jako součást surového železa.

Vlastní proces v konvertoruje možno popsat takto:

Na konci obvyklého technologického postupuje v konvertoru surová ocel s obsahem uhlíku pod 0,1% a požadovanou teplotou například kolem 1640 °C, současně je v konvertoru až 15% strusky s bazicitou vyšší než 2,5. Tato struska je při novém postupu stažena jen částečně a je z poloviny ponechána v konvertoru. Na tuto strusku a tekutý zbytek je nasypán šrot.

Je možno provést předehřev šrotu přisazeným uhlím nebo koksem. Po nalití surového železa je možno pokračovat ve dmýchání kyslíku samostatně nebo společně s antracitem či koksem. V této etapě je vzhledem k nízké teplotě a poměrně reaktivní strusce z předchozí tavby zahájena oxidace křemíku a po jejím skončení i oxidace fosforu. Struska postupně snižuje bazicitu a tím klesá i její viskozita. Po zoxidování křemíku a větší části fosforu je proces dmýchání kyslíku přerušen. Horní tryska je z konvertoru vytažena tak, aby se umožnilo sklopení konvertoru do polohy kdy je možné provést stažení strusky. Stažení strusky je možné samovolným vytečením strusky nebo některým technickým prostředkem. Vytékání strusky lze podpořit napěněním strusky přidáním uhlí s velkým podílem těkavých složek. Toto řešení může vyvolat následné problémy s manipulací s vyteklou struskou z důvodů velkého objemu strusky. Vhodnější řešení je mechanické stažení nebo vyfoukání strusky pomocnou tryskou.

Po stažení strusky je pokračováno ve zkujňování dmýcháním kyslíku shora. Současně je vytvářeno malé množství nové strusky s vysokou bazicitou. V závěru procesu je při nízkém obsahu uhlíku dokončeno odfosfoření. Vzniklá struska je po odlití kovu ponechána v konvertoru a slouží

-3CZ 293564 B6 jako základ pro vytvoření strusky pro první část procesu. Takto může proces pokračovat podle potřeb provozu a technického stavu konvertoru.

Přehled obrázků na výkrese

Pomocné zařízení k vynálezu, které však není nezbytnou součástí způsobu výroby dle vynálezu, je blíže osvětleno na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je znázorněno zařízení pro stahování strusky. Na obrázku č. 2 je alternativní zařízení využívající trysky pomáhající stáhnou strusku ío z konvertoru.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1 (Přechod ze stávající technologie při aplikaci technologie bez předehřevu)

Pro objasnění způsobu dle vynálezu je uveden příklad výroby tekuté oceli v konvertoru s hmotností taveniny 2001. V konvertoruje ponechána část strusky z předchozí tavby vyráběné obvyk20 lou technologii v množství 10 až 12 t, případně je zvýšena bazicita. Část strusky z předchozího procesu je ponechána v konvertoru společně se zbytkem surové oceli v množství asi 5 t. Na tuto strusku je možno přisadit šrot pomocí transportního koryta. Množství šrotuje cca 501 a množství surového železa je 1601. Při zkujňovaní je nejprve oxidován křemík ze surového železa. Produkty oxidace reagují se struskou a snižují její bazicitu. S poklesem bazicity klesá i viskozita strus25 ky. Množství nově vzniklé strusky je kolem tří tun. Část oxidů železa je ze strusky redukována křemíkem a uhlíkem ze surového železa. Tím se kromě bazicity snižuje i obsah lehce redukovatelných oxidů. Proces zkujňování je přerušen při teplotě nižší než 1590 °C, optimálně 1530 °C. Vzniklá struska v množství 12 až 14 t je stažena z konvertoru. Po ustavení konvertoru zpět do pracovní polohy se pokračuje ve zkujňování. Do procesuje přisazeno kusové vápno a případně 30 další struskotvomé přísady, v množství 4 t. Toto vápno společně se zbytky strusky, kterou se nepodařilo stáhnout tvoří novou strusku. Proces je ukončen při dosažení požadované koncentrace uhlíku a teplotě. Následuje odpich oceli a ponechání celého objemu strusky v konvertoru.

Příklad 2 (Přechod mezi tavbami s recyklací strusky při aplikaci předehřevu šrotu)

V konvertoru byla ponechána veškerá struska v množství 8 až 10 t z předchozí tavby vyráběné technologií s recyklací strusky. Struska z předchozího procesu je částečně ponechána v konvertoru společně se zbytkem surové oceli v množství asi 5 t. Na tuto strusku je možno přisadit šrot 40 pomocí transportního koryta. Množství šrotu je cca 75 t. Konvertor je přesunut do pracovní polohy a je dmýcháno uhlí společně s kyslíkem. Tím je dosaženo předehřevu šrotu. Následně je do konvertoru naléváno surového železo v množství 135 t. Při zkujňování je nejprve oxidován křemík ze surového železa. Produkty oxidace reagují se struskou a snižují její bazicitu. S poklesem bazicity klesá i viskozita strusky. Množství nově vzniklé strusky je kolem 2,5 tun. Část 45 oxidů železa je ze strusky redukována křemíkem a uhlíkem ze surového železa. Tím se kromě bazicity snižuje i obsah lehce redukovatelných oxidů. Proces zkujňování je přerušen při teplotě nižší než 1590 °C optimálně 1530 °C. Vzniklá struska v množství 8 až 11 t je stažena z konvertoru. Po ustavení konvertoru zpět do pracovní polohy se pokračuje ve zkujňování. Do procesuje přisazeno kusové vápno, v množství 3 t. Toto vápno společně se zbytky strusky, kterou se 50 nepodařilo stáhnout tvoří novou strusku. Proces je ukončen při dosažení požadované koncentrace uhlíku a teplotě. Následuje odpich oceli a ponechání celého objemu strusky a částí kovu v konvertoru. Proces výroby oceli pak pokračuje podle potřeb dále.

-4CZ 293564 B6

Příklad 3 (Řešení problému při nedodržení obsahu fosforu v oceli)

Jestliže je zjištěna příliš vysoká koncentrace fosforu v kovu při kontrole chemického složení surové oceli, je možno řešit tuto situaci dodatečným dofukem kyslíku. Konvertor je uveden zpět do pracovní polohy podle požadovaného snížení fosforu je proveden krátký dofuk kyslíku. Při tomto dofuku probíhá další oxidace lázně a tím jsou podpořeny podmínky pro oxidaci fosforu. Při tomto řešení je třeba počítat s nárůstem teploty. Při nadmýchání 300 Nm³ kyslíku vzroste teplota o cca 5 °C.

Příklad provedení zařízení

Podle obr. 1 může být konvertor alternativně doplněn manipulátorem stahovače strusky. Pomocné zařízení k provádění způsobu dle vynálezu sestává z manipulátoru L, ramena 2 manipulátoru a hrabla 3, které odvádí strusku 4 z konvertoru 5 přes hrdlo 6 konvertoru.

Stahování strusky lze také urychlit pomocnou tryskou znázorněnou na obrázku č. 2. Alternativní pomocné zařízení k provádění způsobu dle vynálezu sestává z manipulátoru 4 trysky, ramena 8 trysky a trysky 9, které pomocí proudu plynu odvádí strusku 4 z konvertoru 5 přes hrdlo 6 konvertoru.

Claims (8)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby tekuté oceli v konvertoru, vyznačující se tím, že se do konvertoru obsahujícího veškerou strusku nebo její většinový podíl z předchozího cyklu nasazuje vsázka tvořená šrotem se struskotvomými přísadami, případně tuhým uhlíkatým palivem pro předehřev, a tekutým surovým železem s obsahem fosforu pod 0,2 %; po sázení a předehřevu je zahájeno zkujňování, které vede v počáteční fázi k oxidaci především křemíku a případně i dalších složek vsázky, s postupným poklesem bazicity, s výhodou na hodnoty kolem 1,2; následně se proces zkujňování přerušuje a konvertor se sklápí a struska z procesu se odlévá samovolným vytékáním nebo pomocí trysky či hrabla, struska v tomto okamžiku obsahuje méně než 20 % oxidů železa a celkové množství strusky je menší než 8 % vzhledem k množství taveniny; struska se stahuje v průběhu procesu při teplotě taveniny nižší než 1590 °C; po stažení strusky je tvořena nová struska přídavkem vápna případně dalších přísad jako například dolomitu a pokračováním procesu zkujňování, nově vzniklá struska má vyšší bazicitu než 3, proces zkujňování se přeruší při dosažení požadovaného obsahu uhlíku a teploty; a následně se provádí odpich surové oceli z konvertoru a v konvertoru se ponechá veškerá procesní struska nebo její většinový podíl a tím je konvertor připraven pro nové sázení.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v procesu se ponechá malé množství kovu zlepšující jakost bezstruskového odpichu.

3. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že stažená struska neobsahuje žádné volné vápno.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyrobená struska je v převážné většině tvořena monokalciumsilikátem, kteiý je stabilní a struska je tedy použitelná pro stavební účely.

-5CZ 293564 B6

5. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím,žev případě potřeby dosažení nízkých koncentrací fosforu se omezí spotřeba ocelářské strusky do vysoké pece.

6. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1,vyznačující se tím,že konvertor je doplněn manipulátorem stahovače strusky, který se skládá zvláštního manipulátoru (1), ramena (2) manipulátoru a hrabla (3), které odvádí strusku (4) z konvertoru (5) přes hrdlo (6) konvertoru, nebo je konvertor osazen pomocnou tryskou sestávající z manipulátoru (7) trysky, ramena (8) trysky a trysky (9), která pomocí proudu plynu odvádí strusku (4) z konvertoru (5) přes hrdlo (6) konvertoru.

7. Zařízení kprovádění způsobu podle nároku 6, vyznačující se tím, že přídavné stahovací zařízení (3) je samostatně výměnné.

8. Zařízení kprovádění způsobu podle nároku 6, vyznačující se tím, že pomocná tryska (9) je samostatně výměnná.