NO145202B - Fremgangsmaate og anordning ved fremstilling av staal fra forredusert jernholdig materiale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av stål fra forredusert, opphakket, findelt, jernholdig materiale, spesielt pellets eller malmstykker hhv. jernsvamp, i en elektrisk ovn hvor det tilførte materialet smeltes under opprettholdelse av en sump med definert tverrsnitt gjennom et slaggsjikt oppvarmet med neddyppede elektroder og tas ut som flytende stål.

For fremstilling av stål fra forredusert materiale, spesielt

fra jernsvamp, anvendes det lysbueovner.

0

Lysbueovnenes virkningsgrad er imidlertid generelt ikke til-■ fredsstillende; særlig for sluttreduksjonen er lysbuen ikke egnet. På grunn av elektrodediameteren er ovnens ydelse be-grenset. Ut over dette belastes utmuringen særlig på>grunn av den åpne lysbue samt temperatursvingningen ved chargedrift, idet. ildfastf6ringens slitasje blir sterkere jo større andelen av den forreduserte jernsvamp er i forhold til stålavfallet i besjikkingen.

På grunn av besjikkingens art oppstår det dessuten en høy støv-andel som inneholder FeO, som virker som flussmiddel på utmuringen. Likeledes forårsaker det forhøyede FeO-innhold i slagget en rask slitasje på f8ringen.

Dessuten kan man i lysbueovner bare forarbeide jernsvamp som

er fremstilt fra jernmalm med spesielle egenskaper. Disse malmer må ha et høyt Fe-innhold og inneholde lite forurensninger. Slike malmer forekommer imidlertid bare i få land slik at det kan oppstå en uønsket avhengighet.

Det har tidligere vært foreslått fremgangsmåter som skal unngå de kjente ulempene ved lysbueovnen.

Således forarbeides ifolge en kjent fremgangsmåte (US-PS

2 805 930) et forredusert materiale, spesielt jernsvamp

- evtl. med tillegg av skrapjern - til stål. Herved benyttes det dels en åpen lysbue som gjennom slaggsjiktet går over til smeltebadet, dels dykkes elektrodene ned i slaggsjiktet. Varmen overfores fra slagget til badet ved hjelp av varmeledning. Den ifolge denne fremgangsmåte anvendte ovn er utstyrt med grafitt-elektroder som er anordnet i en likesidet trekant. Driften skjer chargevis.

Videre er det foreslått en fremgangsmåte (DE-AS 1 914 635) ifolge hvilken jernmalmen som er forredusert til jernsvamp, fores til en smelteovn som arbeider med en motstandsoppvarmning. I den trauformede ovn er det anordnet en renne med definert tverrsnitt, som under drift konstant er fylt med et bad av flytende stål. Stromtilforslene er anbragt i front-sidenes område. Den elektriske strom ledes gjennom smeltebadet p°å hvilket det befinner seg et slaggsjikt.

Det har også vært foreslått en fremgangsmåte for smelting av stål i en lukket elektromotstandsovn under anvendelse av et slaggsjikt som tildekker det smeltede metall, i hvilket slaggsjikt elektrodene dykkes ned (DE-Patentanmeldung P 2415 967. 9-24). Ved denne fremgangsmåte anvendes det en oksydasjons-charge slik som f.eks. jernsvamp og forreduserte malmer eller agglomerater slik som pellets, briketter eller lignende. Det arbeides med et tykt slaggsjikt. Slaggsjiktet har en avkar-boniserende, avfosforerende og avsvovlende virkning. Ovnbeholderen er konstruert slik at det opprettholdes et dypt metallbad hvis mengde tilsvarer en lengre produksjon.

Ved alle hittil kjente fremgangsmåter for fremstilling av stål fra forredusert, jernholdig materiale kan det ikke oppnåes noen optimal prosessforlop fordi muligheten for å regulere prosess-betingelsene under prosessens forlop er innskrenket. Dessuten skjer driften chargevis. Av disse grunner er de kjente fremgangsmåter ikke tilfredsstillende når det gjelder teknologi og okonomi.

Oppfinnelsens oppgave er således å foreslå en forbedret fremgangsmåte for utvinning av flytende stål fra forredusert materiale, som muliggjor bedre prosessbetingelser. En ytterligere oppgave av oppfinnelsen består i å oppnå en kontinuerlig prosessforing. Valget i de anvendte forreduserte malmer kan utvides betraktelig med hensyn til kvalitet, forreduksjons-grad og herkomst. Endelig kan prosessens virkningsgrad for-bedres. Ovnen kan ved forhoyet levetid også bringe hoyere ydelser enn de hittil kjente ovner av denne art.

Ifølge oppfinnelsen løses denne oppgave ved at det i en eneste ovnsbeholder frembringes en rettet, uavbrutt, i det vesentlige vannrett materialstrøm fra.et matningssted anordnet i den ene beholdersiden til et utløp for stålsmelten anordnet i den motsatte beholdersiden, i hvilken retning elektrodene er anordnet, idet de enkelte elektroder, hhv. elektrodepar tilføres den elektriske energi i et slikt strøm-spennings-forhold og i en slik mengde som i materialstrømmens matningsområde er nødvendig for innstillingen av de termiske betingelser for smeltingen og reduksjonen i et første materialstrømområde som etterfølger matningsområdet i materialstrømmens retning for innstilling av de termiske betingelser for adskillelse av smelte og slagg og i et andre materialstrømområde som etterfølger adskillelsessonen i materialstrømmens retning for innstilling av de termiske betingelser for stålfremstillingen og hvorunder foruten det innmatede materialet tilføres karbonholdige materialer hhv. tilsetnings- og/eller korrekturstoffer for reduksjonen i materialstrømmens matningsområde, en del av slagget som kommer fra materialstrømmens reduksjonsområde fjernes i adskillelses-området og i dette området samt det etterfølgende stålfrem-stillingsområdet tilsettes materiale for dannelse av et oksyderende slagg hhv. tilsetnings- og/eller korrekturstoffer.

Den frembragte materialstrøm kan ha en rettlinjet form eller en kretsform. Her er det hensiktsmessig om materialstrømmen fra besjikningsstedet til uttapningen frembringes i fritt fall

mellom besjikningsstedet og uttapningsområdet.

For gjennomføring av fremgangsmåten ovenfor anvendes et elektroreduksjonsovnsanlegg ifølge oppfinnelsen med en ovnsbeholder, idet matningsanordningene er anordnet på én ende og uttaksanordninger for stål og slagg på den motsatte ende av ovnsbeholderen og elektroder er anordnet i en rekke som løper i et plan som er lagt liggende gjennom beholderens lengdeakse eller løper parallelt med dette planet, hvor beholderen har et eneste, ikke-oppdelt arbeidsrom og det langs ovnen er anordnet flere tilførselsanordninger for tilsetnings- og/eller korrek-turmateriale■samt flere slagguttaksanordninger i ovnens sidevegger, hvor ved den avrundede eller sirkelformede beholder er matningsområdet og uttaksområdet; umiddelbart nær hverandre.

Ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen øker beholderens dybde i retning fra matningsstedet til uttaket. Ovnbeholderens dybde kan eventuelt øke trinnvis. Bunnen kan imidlertid også utføres uten helning.

Ved en avlang beholder kan det i ovnsrommet være anordnet flere på tvers av beholderens lengdeakse anbragte skillevegger eller vertikalvegger; ved en kretsformet beholder er skilleveggene eller vertikalveggene anordnet radialt.

Videre kan det langs ovnen anordnes flere tilførselsinretning-er for tilleggs- og/eller korreksjonsmaterialet. Sideveggene kan være forsynt med flere slagguttapningsinnretninger som er anordnet høyere enn metall-uttapningen.

Endelig kan kapasiteten og/eller høydeinnstillingen av hver elektrode resp. hvert elektrodepar være regulerbar.

Den vesentlige fQrdel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ligger i at de prosessbetingelser som for hver fase i prosessen er mest gunstig, kan innstilles i de enkelte ovnssoner i materialstrømmen som går fra besjikningsstedet til uttapningen. Varmen tilføres materialstrømmen praktisk over sin hele lengde gjennom de i rekke anordnede elektroder hvis ydelse enkelt eller parvis kan innstilles slik at det kan opprettholdes forskjellige temperaturer i materialstrommens enkelte avsnitt. Ved materialstrommens inngangsområdet oppvarmes materialet

ved hjelp av en motstandsoppvarmning til ca. 1400°C. Om nod-vendig så reduseres besjikningsmaterialet ytterligere ved denne temperatur. Derefter behandles materialet i den efterfolgende midterste ovnssone, hvor det skjer en overgang fra reduksjonsdrift til stålovnsdrift. Således arbeides det her med noe hoyere temperaturer enn i reduksjonsområdet. I denne sone overfores energien til slaggbadet delvis ved ohmsk oppvarmning og dels ved lysbuedannelse. Metallbadet oppvarmes av slaggsjiktet. I materialstrommens lop tappes i dette område slagget som dannes på forhånd i reduksjonssonen, og er-stattes ved et nytt slaggsjikt som danner seg i prosessens forlop, hvilket slaggsjikt ved hjelp av tilforsel av tilleggsstoffene som f.eks. kalk og kvarts, innstilles til den onskede basisitet.

I materialstrommens endeområde opprettholdes en temperatur på ca. 1600°C. Energien tilfores slaggsjiktet som i dette område er holdt forholdsvis tykk, via lysbuer, d.v.s. elektrodene dykkes ned i slagget. På grunn av tilforsel av egnede tilleggsstoffer oppnår slagget ferskningsegenskaper. Det smeltede materiale tappes kontinuerlig i ovnens endeområdet.

Fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen muliggjor opprettholdelsen av et omfangsrikt metallbad hvor forskjellen i sammensetningen av den tilforte charge kan utjevnes slik at det frembragte

stål har en jevn sammensetning. På grunn av det tykke slaggsjikt som dekker materialstrommen i metallbadets endeområdet, opptar stålet neppe noe nitrogen fra luften. På grunn av den hbye slaggandel muliggjores også i dette område det nodvendige slaggarbeide. For å påvirke ferskningen i endeområdet,

kan det tilfores en oksygenholdig gass, under visse omstendig-heter rent oksygen.

På grunn av den forminskede stråling i de områder hvor elektrodene dykker ned i slaggsjiktet eller er dekket av chargen som ligger på metallbadet, blir ovnbeholderens sterke termiske belastninger betydelig redusert.

Ved kontinuerlig drift bortfaller de vekslende varmepåkjen-ninger som opptrer ved den diskontinuerlige driftsmåte. Således oppnåes en vesentlig hoyere levetid for ovnbeholderens foring. Likeledes bortfaller de sterke skif.tningene i ener-gitilførselen på grunn av den kontinuerlige drift. På grunn av den kontinuerlige drift som medforer en jevn belastning av energikilden, muliggjores i de fleste tilfeller ved for-syning av elektrisk energi utenifra en stromlevering for en lavere pris enn hittil. Det opptrer ingen belastningstopper og ovnsdriften kan bedre tilpasses elektrisitetsforsyningen. Frem for alt bortfaller enhver dodtid slik at det oppnåes

en betraktelig hoyere utnyttelsesgrad.-

Den kontinuerlige arbeidsmåte har også en gunstig innvirkning på de efterfolgende viderebearbeidelsesanlegg fordi deres drift ikke lengre er avhengig av den intermitterende drift av en ovn av tradisjonell type. Ovnsbeholderen blir i forster-ket grad kjolt ned i slaggspeilets området. Således nedset-tes vesentlig slaggangrepet i denne særlig utsatte sone av ovnens murverk, fordi murverket her beskyttes av det nedkjol-te slagg.

Endelig belastes omgivelsen overfor stålsmelten i lysbueovnen vesentlig mindre med forurensninger, idet fordampningen av metall på de såkalte "brennflater" ved fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen unngåes i stor grad og ovnen kan forsynes med et gasstett lokk. Ved den faste anordning av ovnlokket anvendes en lukket avgassledning slik at ovnen kan kjores med under-trykk for å unngå ethvert stovutslipp.

I tegningen vises skjematisk et eksempel av en anordning til gjennomfbring av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen.

Reduksjonsovnen (fig. 1) viser en firkantet, avlang beholder som tildekkes av et ovnlokk 2. I nærheten av beholderens 1 side la er det anordnet besjikningsrør 4. Uttapnings-innretningene 6, 6' er plassert i området for den motsatte frontside av beholderen lb, hvor slagguttapningen 6 ligger hoyere enn metalluttapningen 6'.

Beholderens 1 bunn heller nedover slik at beholderens dybde oker i retning fra besjikningssiden la til uttapningssiden lb. På denne måte fremmes det smeltede materialets flyte-bevegelse fra besjikningssiden til uttapningssiden.

Seks elektroder 3 strekker seg inn i ovnbeholderen 1. På grunn av - det overfor lysbueovner vanlige elektrodeantall - okede antall elektroder oppnåes at ovnydelsen ikke begrenses av elektrodegjennomsnittet. Elektrodene 3 er anordnet i en rett linje som forloper parallelt til ovnbeholderens lengdeakse .

Mellom elektroden 3 er det nesten i beholderens hele lengde anordnet ytterligere ror 5, gjennom hvilke innfores besjikningen og/eller tilleggs- og/eller korreksjonsstoffene.

Ovnen ifolge dette eksempel har en ydelse på 60 - 70 MW,

noe som tilsvarer en dagsproduksjon på ca. 1200 t stål. Som besjikningsmateriale anvendes en til 70 % forredusert charge med tillegg på karbon.

Fremgangsmåtens forlop er som folger:

Besjikningsmaterialet tilfores ovnen gjennom besjikningsror 4. Det tilforte materiale reduseres ytterligere i en reduksjons-sone A som befinner seg i ovnens inngangsparti. Badets temperatur i reduksjonssonen er ca. 1400°C. Varmetilforselen skjer ved motstandsoppvarmning. For dette er det anordnet to elektroder 3a, 3b i reduksjonsområdet, hvilke elektroder er dykket ned i chargen. Nedenfor disse avdekkede elektroder danner seg slagg og metall ved 1400°C, som separerer seg på grunn av for-skjellig spesifisk vekt. Til de i chargen neddykkede elektroder 3a, 3b fores en lavere spenning enn til elektrodene i de efterfolgende soner.

Besjikningsmaterialet - eller en del derav - kan tilfores utmuringen også langs ovnsveggene for kjøling. Til dette er besjikningsrorene 14 og rorene 15 resp. 5 - i det minste delvis - anordnet langs lengdeveggene.

I materialstrommens retning, d.v.s. fra veggen la til frontveggen lb, folger efter reduksjonssonen en ovnsone B

hvor overgangen skjer fra reduksjonsdrift til stålovndrift.

I denne sone B kan badet ennu være dekket med et tynnere chargeskikt. Elektrodene 3c, 3d er innstilt slikt at de berorer slaggsjiktet eller er neddykket i dette. I dette tilfelle overfores en del av energien gjennom lysbuedanneIse. Den storste del av varmen overfores imidlertid via konveksjon fra slaggsjiktet til metallet. I prosessens forlop blir slagget resp. en del av slagget som på forhånd har dannet seg i reduksjonssonen A, tappet gjennom åpningene 8 som er anordnet i beholderens sidevegger. Derefter tilfores tilleggsstoffene gjennom rorene 5 resp. hulelektroden 3d for at de kan danne seg et slaggsjikt som er egnet for stålproduksjonen. Dette slagg skal ha en basisitet på 1,6 til 2. Hertil tilfores kalk og kvarts i tilsvarende forhold. I sonen A kan gjennom de hule elektrodene 3a og 3b også tilfores fint materiale (under 5 mm korn). Således kan der anvendes finandelen som ikke kan chargeres ved besjikningen gjennom rorene 4. Dette medfbrer store besparelser fordi man kan anvende materialet uten at det forst må oppdeles. Dessuten blir sammensetningen direkte påvirket av den direkte tilforsel av chargen og tilleggs- eller korreksjonsstoffene i materialstrommen over det hele ovnsom-råde (d.v.s. gjennom elektrodene 3e og 3f) fordi det tilforte materiale når straks reaksjonen, mens det tok meget lengre tid for materialet nådde reaksjonen og prosessen ble påvirket ved de hittil vanlige fremgangsmåter.

Ovnsbeholderen kjoles ned sterkt i hele område av slaggspeilet. Murverket beskyttes av en nedkjolt slaggskorpe som danner seg.

I endesonen C som befinner seg i uttapningens område, opprettholdes en temperatur på ca. 1600°C. Badets oppvarmning skjer her over lysbuer som produseres av elektrodene 3e og 3f. Hvis prosessen krever det, blir elektrodene også neddykket i slagget.

Fra slagget overfores varmen til metallbadet gjennom konveksjon.

I denne endesone C forloper en intensiv reaksjon mellom slagget

og det flytende metall, idet uonskede metaller oksyderes. Gjen-

nom elektrodene 3e og 3f resp. gjennom rorene 5 tilfores denne sone også tilleggsstoffer slik at det innstilles et slagg med friskvirkning. Det smeltede materiale tappes kontinuerlig i uttapningsområdet, d.v.s. slagget ved uttapning 6 og metallsmelte-massen gjennom uttapning 6'. Av fig. 1 fremgår at uttapningen 6 for slagget er anordnet hoyere enn metalluttapningen 6<1>.

En annen utfbreise av ovnen ifolge fig. 2 viser beholderen 11

i form av en ringformet renne. Elektrodene 13a til 13f er anordnet på rennens akse. I besjikningsområdet er det anordnet flere besjikningsrbr 14. Mellom to ved s<e>iden av hverandre liggende elektroder 13 befinner seg et ror 15 gjennom hvilket chargen, tilleggs- eller korreksjonsstoffene tilfores material-strbmmen. Beholderens bunn 17 heller nedover fra besjikningsområdet til uttapningsområdet slik at beholderens dybde oker langsomt. Mellom besjikningssonen A og den i dette tilfelle til-stbtende uttapningssone C er det anordnet en vertikal vegg 19

som strekker seg over rennens hele tverrsnitt. På beholder-

veggen på siden er det anordnet slagguttapninger 18. Slagguttapningen 16 er anordnet hoyere enn metalluttapningen 16<1>.

Forøvrig er driften i denne ovn slik som i ovnen ifølge fig. 1.

Ovnsbeholderne kan også ha et annet, f.eks. trekantet grunnriss.

Beholderens bunn kan være utformet slik at beholderens dybde

oker trinnvis.

I en firkantet beholder kan det i ovnsrommet være anordnet flere skille- eller vertikalvegger som er anordnet på tvers av beholderens lengdeakse og som ikke rekker ned til beholderbunnen,

hvilke vegger adskiller delvis de enkelte ovnssoner. Ved en ringformet ovn er skilleveggene eller vertikalveggene anordnet radialt.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av stål fra forredusert, opphakket, findelt, jernholdig materiale, spesielt pellets eller malmstykker hhv. jernsvamp, i en elektrisk ovn hvor det tilførte materialet smeltes under opprettholdelse av en sump med definert tverrsnitt gjennom en slaggsjikt oppvarmet med neddyppede elektroder og tas ut som flytende stål, karakterisert ved at det i en eneste ovnsbeholder frembringes en rettet, uavbrutt, i det vesentlige vannrett material-strøm fra et matningssted anordnet i den ene beholdersiden til et utløp for stålsmelten anordnet i den motsatte beholdersiden, i hvilken retning elektrodene er anordnet, idet de enkelte elektroder, hhv. elektrodepar tilføres den elektriske energi i et slikt strøm-spennings-forhold og i en slik mengde som i material-strømmens matningsområde er nødvendig for innstillingen av de termiske betingelser for smeltingen og reduksjonen i et første materialstrømområde som etterfølger matningsområdet i materialstrømmens retning for innstilling av de termiske betingelser for adskillelse av smelte og slagg og i et andre materialstrømområde sam etterfølg-er adskillelsessonen i materialstrømmens retning for innstilling av de termiske betingelser for stålfremstillingen og hvorunder foruten det innmatede materialet tilføres karbonholdige materialer hhv. tilsetnings- og/eller korrekturstoffer for reduksjonen i materialstrømmens matningsområde, en del av slagget som kommer fra materialstrømmens reduksjonsområde fjernes i adskillelsesom-rådet.og i dette området samt det etterfølgende stålfremstillings-området tilsettes materiale for dannelse av et oksyderende slagg hhv. tilsetnings- og/eller korrekturstoffer.

2. Anordning for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1 bestående av et elektroreduksjonsovnsanlegg med en ovnsbeholder (11), idet matningsanordningene (4, 14) er anordnet på én ende og uttaksanordninger (6, 6', 16, 16') for stål og slagg på den motsatte ende av ovnsbeholderen (11) og elektroder (3, 13) er anordnet i en rekke som løper i et plan som er lagt liggende gjennom beholderens (1, 11) lengdeakse eller løper parallelt, med dette planet, hvor beholderen har et eneste, ikke-oppdelt arbeidsrom og det langs ovnen er anordnet flere tilførselsanordninger (15) for tilsetnings- og/eller korrekturmateriale samt flere slagguttaksanordninger (8, 18) i ovnens sidevegger, karakterisert ved at ved den avrundede eller sirkelformede beholder (11) er matningsområdet og uttaksområdet umiddelbart nær hverandre.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at beholderens (1, 11) dybde øker i retning fra matningsstedet (4, 14) til uttaket (6, 16).