NO743247L - - Google Patents

Description

Metallurgisk metode.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en metallurgisk metode omfattende en direkte reduksjon av metall fra et metalloksyd som tilsettes til smeltet metall i en metallurgisk konverter. Oppfinnelsen angår mer spesielt en fremgangsmåte ved anvendelse av emulsjonsmetallurgi for direkte reduksjon av et metall fra et metalloksyd.

Det eksisterer flere metallurgiske prosesser som innebærer innsprøyting i det smeltede metall av en eller to faser som er emulgert og dispergert i en fluid matrisefase. Et område hvor slike prosesser er spesielt viktige er kjent under betegnelsen emulsjonsmetallurgi. Prosesser på dette området drar fordel av den intime kontakt mellom smeltet metall, faste stoffer og gass som kan oppnås i fullstendig dispergerte systemer og ér spesielt nyttig for jern- og stålfremstillingsprosesser, samt raffineringsprosesser. Slike prosesser hvor suspensjoner av pulvere i fluide faser innføres under overflaten av det smeltede metall gir således større reaksjons-flater sammenlignet med prosesser hvor midlet som skal innføres anbringes på toppen av smeiten.

" Emulsjonsmetallurgi kan med fordel anvendes for reduksjon av metalloksydpulvere, dvs. reduksjon av jernoksydpulvere for fremstilling av råjern og/eller for. avkullingsformål. Et av hoved-problemene ved drift av slike reduksjonsprosesser er imidlertid opprettholdelsen av temperaturen i det smeltede metall fordi inn-føringen av det smeltede metalloksydpulvér og reaksjonene mellom oksydet og reduksjonsmidlet, vanligvis karbon, bevirker betydelig temperaturnedsettelse i metallet. Det er naturligvis mulig, som også foreslått i den senere tid, å møte dette problem ved å anvende behandlingskar i form av konvensjonelle lysbueovner. Konvensjonelle lysbueovner bruker imidlertid ikke den elektriske energi på en effektiv måte. Det er også foreslått å oppvarme hele metallmassen som behandles i elektriske induksjonsoppvarmings-beholdere som på

en mer effektiv måte enn de elektriske lysbueovner nyttegjør den elektriske energi. Induksjonsoppvarming av hele innholdet i en konverter ville imidlertid kreve kapitalforbruk av en slik størrelses-orden som ville være vanskelig å berettige i industrill målestokk. Den forholdsvis høye elektriske effektivitet til induksjonsoppvarmede beholdere krever dessuten en tynn.foring i beholderen. En tynn foring i en reaksjonsbeholder er imidlertid av praktiske grunner ikke ønskelig på grunn av risikoen for skade som forårsakes av slitasje på foringen under drift. Dersom foringens tykkelse økes vil på den annen side den høye elektriske effektivitet gå'tapt.

Det er nå funnet at det er mulig å dra fordel av nytte-virkningene ved elektrisk reduksjonsoppvarming uten å støte på problemene med tynt forede konvertere, som er omgitt av induksjons-varmespoler. Ifølge et trekk ved oppfinnelsen anvendes en konverter som er forsynt med minst en utragende del med en kanal i væskeforbindelse med konverterbeholderen, hvor kanalen har minst en oppvarmingssone i avstand fra beholderen, og hvor kanalen munner inn i beholderen i et nivå som vil være under overflaten på det smeltede metall under drift, idet oppvarmingssonen har en ildfast foring som er betydelig tynnere enn foringen i beholderen og har adnord-ninger for oppvarming av innholdet i sonen ved elektrisk induksjonsoppvarming i en slik utstrekning at en temperaturgradient kan opprettes mellom innholdet i sonen og innholdet i beholderen.

De eksakte dimensjoner på oppvarmingssonen er ikke av-gjørende, men det er nødvendig at en relativt liten fraksjon av den totale mengde smeltet metall i apparatet befinner seg i oppvarmingssonen slik at den kan induksjonsoppvarmes til en temperatur som er tilstrekkelig over den til hovedmassen av smeltet metall,

for derved å tilveiebringe en tilstrekkelig temperaturgradient for opprettholdelse eller heving av massen av smeltet metall ved eller til den ønskede temperatur.

Por å oppnå maksimal nyttevirkning av temperaturgradienten og for å gjøre det mulig at de ønskede reduksjonsprosesser kan finne sted på en effektiv måte i alle deler av beholderen, innføres eller innsprøytes metalloksydet, i form av pulver suspendert i en bær ergas s,- i det smeltede metall i beholderen gjennom en blestform som rager gjennom beholderens foring og avsluttes i beholdren i en avstand fra kanalåpningene, idet suspensjonen innføres gjennom nevnte blestform slik at de faste metalloksydpartikler i suspensjonen, i alt vesentlig uten å komme inn i oppvarmingssonen, vil bevirke at det varmere metall på utsiden av kanalåpningen(e) hurtig transporteres sammen med metalloksydet til alle deler av det smeltede metall i beholderen hvor de ønskede reduksjonsprosesser herved effektivt kan finne sted ved en riktig temperatur. Samtidig vil den effektive transport av varmt metall fra kanalen(e) eliminere eller i det minste vesentlig redusere risikoen for stivning av det smeltede metall i området ved blestformen.

Vi har funnet det hensiktsmessig å anvende oppvarmingssonen som end.del av en sløyfe dannet av kanalen mellom to endeområder (åpninger) i beholderveggen eller -bunnen og av metallet i beholderen som forbinder de to kanal-endeområder. Kanal-ende-områdene gjennomtrenger beholderveggen eller -bunnen fortrinnsvis i samme nivå. Det er også mulig å operere med mer enn en sløyfe eller å anvende en enkel forlengelse av selve hovedkonverteren med en enkelt væskeforbindelse til hovedkonverteren. Uten hensyn til den eksakte fysiske form på oppvarmingssonen, er det fordelaktig ha oppvarmingssonen fullstendig omsluttet av de induksjonsoppvarmede viklinger.

Beholderen og oppvarmingsanordninene kan ellers konstrueres og dimensjoneres konvensjonelt. Dette betyr at beholdren har en tilstrekkelig foringstykkelse til å motstå kraftig slitasje under operasjon. Videre har beholderen et tilstrekkelig fribord over overflaten av det smeltede metall til å tillate spruting og skumming av slagg og metall under drift. Fribordhøyden er fortrinnsvis minst slik dybden av det smeltede metall under drift. Konverteren er fortrinnsvis vippbar på en slik måte at det smeltede metall kan fjernes fra beholdren uten å fjerne smeltet metall fra oppvarmingssonen. Oppvarmingssløyfen eller annen oppvarmingskanal kan konstrueres ifølge prinsippene som er generelt beskrevet'i "Elektrougnar og Induktiva Omrorare" (kapittel 5) 1969 av Yngve Sundberg, Ugnsbyrån, ASEA, Våsterås, Sverige.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes f.eks. for direkte reduksjon av pulverformig oksydisk jernmalmkonsentrater med karbon til råjern og/eller rstål. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også anvendes til fremstilling av høyverdig stål, idet oksydet ikke nødvendigvis er jernoksyd, men med fordel i det minste delvis er andre metalloksyder som kan reduseres av karbon i det smeltede metall, hvori de aktuelle metaller skal innføres som legeringselementer i det stål som fremstilles.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en teknikk ved emulsjonsmetallurgisk bearbeidelse som er meget fleksibel hvilket innebærer at den kan anvendes på de forskjelligste områder innen metallurgien, dvs. ikke bare innen den metallurgi som gjelder jern, men også i den metallurgien som gjelder andre metaller.

Det er også et viktig formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte hvorved de billigste råmaterialer alltid kan benyttes for fremstilling av høyverdig stål eller fremstilling av meget rent stål, som ifølge den tidligere teknikk har vært fremstilt ifølge den sure Siemens-Martin-prosessen eller ved elektroslaggjensmelting. Videre er det et formål å tilveiebringe en teknikk som er spesielt nyttig for spesialisert arbeid innen •fremstilling av høyverdige metallurgiske produkter. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan f.eks. med fordel tilpasses fremstilling av verktøystål-, hurtig stål, martensitisk kromstål, kulelagerstål, nikkelstål for kryogeniske formål, og siliciumstål for elektriske formål osv. Det er også mulig å benytte foreliggende fremgangsmåte i alle trinn ved fremstillingen av rustfritt stål helt fra reduksjon av jernmalm og krommalm til den sluttlige avkulling av den rustfrie stålsmelte. Foreliggende fremgangsmåte kan imidlertid også kombi-neres med andre behandlinger enn reduksjon av metalloksyder som i og for seg kjent, i konverteren eller andre behandlingsbeholdere.

I det sistnevnte tilfelle vil reduksjonsprosessen ifølge oppfinnelsen utgjøre et trinn i en to-trinns eller flertrinns prosess.

På tegningene viser figur 1 et vertikalt snitt gjennom

en konverter som anvendes for utførelse av foreliggende fremgangsmåte. Figur 2 viser et snitt II-II gjennom sanne konverter.

Figur 3 er.et diagram som skjematisk viser fremstilling

av et ulegert stål ifølge foreliggende fremgangsmåte.

Figur 4 er et diagram som skjematisk viser fremstilling

av et verktøystål inneholdende krom og

figur 5 er et diagram som skjematisk viser fremstilling

av et lavlegert verktøystål inneholdende krom og wolfram.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares mer detaljert under henvisning til figurene 1 og 2.

Konverteren, generelt betegnet 1, har sidevegger 6 omfattende en skråttstilt bunndel 7a og, motsatt i forhold til bunndelen Ja, skrå hunndeler 7b og 7c. Selve konverteren består av et stålhus 2 foret på innsiden med en ildfast foring 3- Tykkelsen av foringen 3 er tilstrekkelig til å motstå slitasjen under drift av apparatet. Akselstenger 4 er anbragt i lågere (ikke vist) slik at konverteren kan vippes omkring en akse som går gjennom akse-'stengene 4.

En smeltekanal 8 er anordnet ved den nedre ende av

den skråttstilte bunndel 7a, hvor den ildfaste foring er fjernet for dannelse av en svakt konisk utsparing 5 i bunndelen 7a.

Kanalen 8 danner en 'sløyfe mellom to åpninger 9 og 10 i konverterens hovedlegeme i området av utsparingen 5> Åpningene 9 og 10 er i samme nivå i utsparingen 5> Kanalen 8 er omsluttet av induksjons-viklinger 12 for oppvarming av innholdet i kanalen 8. Kanalen har en ildfast foring, som ikke er vist på tegningen og som er vann-avkjølt og betydelig tynnere enn foringen 3 i beholderen for å

sikre høy varmeeffektivitet fra induksjonsenheten.

Bléstformen 14 er anbragt i bunndelen 7b motsatt i

forhold til kanalen 8. Blestformen 14 har åpning perpendikulært på den skråttstilte bunndel 7b og er rettet mot den motsatte bunndel 7a hvor utsparingen 5 befinner seg. Beholderen 1 er forsynt med et fribord 18 over overflaten på det smeltede metall på grunn av spruting og skumming som er uunngåelig'under de metallurgiske reaksjoner. Ifølge den viste utførelse har fribordet en-.høyde <>

som er omkring to ganger dybden av det smeltede metall under drift.

Et tappehull 15 er anordnet i konverterveggen over den forventede slagglinje og på samme side av konverteren som sløyfen 8. Dette tappehull kan holdes lukket med en skyveport 16 mens konverteren er i drift. Toppen av konverteren har en påfyllingsåpning 17.

En pulverdispenser (ikke vist) fluidiserer metalloksyd-pulveret som skal innføres i konverteren og en suspensjon av pulver transporteres deretter av bærergassen og fluidiserende gass til blestformen 14. Den fluidiserende gass kan være av samme type som bærergassen eller en annen gass. Det er også mulig å benytte dispensere hvori-all bærergassen anvendes til å fluidisere metalloksydpulvere.

Selv om det ovenfor beskrevne apparat har en enkelt smeltesløyfe er det mulig å forsyne en konverter med mer enn én sløyfe av den type som er illustrert i figurene 1 og 2. Det er dessuten ikke vesentlig at induksjonsoppvarmingssonen er i form av en sløyfe med to kanalender ved konverterveggen; det kan være en enkelt .induksjonsoppvarmingssone med en enkel åpning ved konverterveggen. Det er også mulig å anvende mer enn en blestform i veggen eller bunnen av konverteren i kombinasjon med en eller flere kanaler som hensiktsmessig er anordnet på motsatt side i forhold til blestformen, idet minst en blestform er rettet mot hver av kanalene som ender i konverterveggen eller bunnen. Oppvarmingssløyfen 8 holdes normalt fylt med smeltet metall som bibeholdes smeltet mellom operasjonssekvensene, dvs. sløyfen tømmes ikke når massen av smeltet metall i;'/.:konverteren uttappes gjennom tappehullet 15.

En typisk operasjonssekvens for apparatet ved utførelse

av foreliggende fremgangsmåte er følgende.. En passende mengde smeltet metall fylles i. konverteren 1 gjennom åpningen 17- Temperaturen i det smeltede metall måles og, om nødvendig for den ønskede reduksjonsprosess, heves ved justering av tilførselen av elektrisk

kraft til induksjonsviklingene 12. Når den ønskede temperatur er nådd innføres eller innsprøytes metalloksydpulver-suspensjonen gjennom blestformen 14. Først blir imidlertid suspensjonen preparert i en pulverdispenser og ført gjennom en ledning til tslest-formen 14. Blestformen 14 siktes inn mot den motsatt stilte bunndel hvor smeltesløyfen 8 er anbragt. Dette i kombinasjon med en passende injeksjonshastighet av de faste oksydpartikler muliggjør en hurtig utskiftning av det varmere metall i utsparingen 53dvs.

i området utenfor kanalåpningene 9 og 10, vesentlig uten at noen faste metalloksydpartikler fra blestformen kommer inn i kanalen 8. Således vil det varme metall i utsparingen 5 utenfor kanalende-åpningene 9 og 10 effektivt bli erstattet av kaldere metall fra andre deler av massen av smeltet metall i konverteren 1, hvilket forbedrer utvekslingen av varme mellom kanalen 8 og massen av smeltet metall i konverteren 1. Metalloksydpulvere, innsprøytet gjennom blestformen 14, sammen med det varme metall fra oppvarmingskanalen 8, blir dessuten fordelt hurtig gjennom hele massen av smeltet metall i konverteren hvilket er viktig for kinetikken av den ønskede reduksjonsprosess og gjør at denne prosess kan finne sted ved reaksjon mellom metalloksydet og et reduksjonsmiddel i alle deler av beholderen ved en riktig temperatur. En ytterligere fordel med virkningen mellom det varme metall fra oppvarmingskanalen 8 og suspensjonen som innføres gjennom blestformen 14, er at metallet fra oppvarmingskanalen 8 hindrer at blestform-munningen tilstoppes ved stivning mens avkjølingseffekten som bevirkes av den injiserte suspensjon beskytter foringen i utsparingen 5 slik at foringen i området av kanalåpningene ikke eroderes for hurtig.

Karbon blir vanligvis benyttet som reduksjonsmiddel i reduksjonsprosessen. Karbonet kan være oppløst fra begynnelsen av i det smeltede metall i konverteren eller det kan tilføres suksessivt under drift. Karbon i form av kullstøv kan f.eks. være sammen-blandet med metalloksydpulvere og innføres med oksydet gjennom blestformen og/eller tilføres fra toppen av det smeltede metall.

Når reduksjonsprosessen eller reduksjonsprosessene er ferdig avbrytes eller stoppes innsprøytingen av metalloksydpulvere og etter justering av den kjemiske sammensetning, blir konverteren dreiet slik at metallet kan avtappes gjennom tappehullet 15- Før tapping fjernes vanligvis slagget gjennom åpningen 17, idet fortsatt blåsing av luft eller annen gass gjennom blestformen 14 letter slaggfjerningen. Smeltet metall holdes vanligvis tilbake i kanalen 8 og i utsparingen 5 slik at endeåpningene 9 og 10 i kanalen står i forbindelse med hverandre og danner en lukket sløyfe. Før tapping kan også det smeltede metall bli raffinert ved vakuumbehandling samtidig som metalloksydpulvere innføres gjennom blestformen 14. Også andre behandlinger inkludert i og for seg kjente raffinerings-operasjoner kan være aktuelle.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares under henvisning til nedenstående eksempler.

1. Fremstilling av råjern.

Direkte reduksjon av jernmalm kan ifølge foreliggende metallurgiske metode utføres satsvis eller kontinuerlig. En satsvis arbeidende direkte reduksjonsprosess for fremstilling av jern kan utføres i en konverter av den type som er beskrevet under henvisning til figurene 1 og 2. En mulig behandlingssekvens. er følgende. Til konverteren tilføres først en utgangssmelte, fortrinnsvis smeltet råjern. Også smeltet stål kan anvendes.

Helst bør imidlertid det smeltede metall være rikt på karbon, hvilket betyr at minst J>% (vekt-%) karbon er tilstede for opp-nåelse av et lavt likvidus punkt hvilket er en betingelse som forut må oppfylles for en lav behandlings-(reduksjons-)temperatur som igjen er en forutsetning for en meget liten foringsslitasje. Omfanget av utgangssmelten bestemmes av reaksjonsbeholderens dimensjoner forsåvidt som utgangssmelten bør ha en tilstrekkelig dybde for at den ønskede reduksjonsreaksjon skal kunne finne sted, idet man utnytter de passende eller riktige kinetiske betingelser som prosessen og utstyret tillater.

Etter dette startes reduksjonsreaksjonen ved innsprøyting av pulverformet jérnmalmkonsentrat inn i det smeltede metall i konverteren gjennom blestformen 14 ved hjelp av en bærergass. Ytterligere jernmalm kan tilføres ovenfor inn i konverteren i form av et agglomerat, f.eks. i form av pellets. Karbon blir også til-satt suksessivt til det smeltede metall i vesentlig støkiometriske mengder for befordring av følgende reduksjonsreaksjon i det tilfelle malmen er hematitt: og reaksjonen:

i det tilfelle malmen er magnetitt.

Også blandinger av forskjellige malmer kan komme i betraktning, idet karbon i disse tilfeller tilføres i et vesentlig støkiometrisk forhold til det kombinerte malmkonsentrat slik at alt jern i det kombinerte konsentrat frigjøres gjennom reduksjon.

Karbon kan tilføres i form av et fast karbonmateriale,

slik som grafitt, kullprodukter (antracitt og trekull) og koks,

men også i form av forbrennbare karbonholdige forbindelser, slik som brenselolje og gassformige hydrokarboner. Karbonet tilføres imidlertid hensiktsmessig i form av kull og helst som kull i form av koks. Kullet kan tilføres ovenfra. Det er også mulig å inn-

føre det i smeiten via en eller flere separate blestformer, hvilket ikke er vist på tegningene. En blanding av findelt pulverisert malmkonsentrat og findelt pulverisert karbonmateriale blir imidlertid hensiktsmessig preparert på forhånd, idet blandinge inneholder i det minste støkiometriske mengder av karbon og malm for nevnte reduksjonsreaksjon. Ved blanding av malm og kull på forhånd unngås reguleringsproblemer. Blandingen blåses inn i det smeltede metall ved hj.elp av en bærergass gjennom blestformen 14. Ytterligere malm og karbon kan også tilføres ovenfra.

Av økonomiske grunner blir hensiktsmessig luft benyttet

som bærergass for utførelse av foreliggende reduksjonsprosess.

Dette krever et ekstra tillegg av karbon tilsvarende mengden av oksygen som tilføres med luften. Istedenfor luft kan også reduserende gasser anvendes, eksempelvis visse hydrokarboner, samt inerte gasser slik som argon. Luft blir imidlertid foretrukket.

Reduksjonsprosessen for bruker store mengder av varme-energi fra det smeltede metall i beholderen. Det er derfor en tendens for et meget hurtig temperaturfall i massen av smeltet metall. Temperaturen opprettholdes derfor vesentlig konstant under reduksjonsprosessen ved å tilføre tilstrekkelig elektrisk energi til induksjonsviklingene 12 som omgir kanalen 8. Det varmere metall fra kanalen "pumpes ut" i utsparingen 5 hvorfra det bringes sammen med strømmen fra blestformen 14 til alle deler av beholderen. På denne måte kan reduksjonsprosessen foregå i alle deler av massen av smeltet metall ved den ønskede temperatur. Temperaturen holdes fortrinnsvis ved et nivå', like over likvidustemperaturen til metallet i konverteren, spesielt innen et temperaturområde mellom likvidustemperaturen og 200°C over denne temperatur, fortrinnsvis ikke over 100°C over likvidustemperaturen, hvilket tilveiebringes ved å regulere tilførselen av elektrisk energi til induksjonsenheten. Innføringen eller innsprøytingen av malmkonsentrat og kull fortsettes inntil den ønskede mengde jern er oppnådd. Deretter kan det smeltede metall, avhengig av foringstypen, raffineres for svovel ved innsprøyting av CaO eller andre avsvovlingsmidler gjennom den samme blestform 14 som har vært benyttet for innføring av malm/kull. Før støping heves temperaturen i det smeltede metall til en egnet støpetemperatur ved å øke den elektriske kraft som tilføres til induktoren som er forbundet med oppvarmingskanalen 8.

2. Fremstilling av ulégerté stal.

Ved fremstilling av ulegert stål ifølge foreliggende oppfinnelse tilføres konverteren først en tilstrekkelig mengde smeltet råjern. Alternativt fremstilles en tilstrekkelig mengde råjern in situ i konverteren ifølge de ovenfor beskrevne prinsipper. Temperaturen i det smeltede metall heves deretter til omkring 1500°C ved hjelp av de elektriske viklinger som omgir kanalen 8. Deretter innføres jern-malm-pulveret sammen med luft gjennom blestformen 14. I den første innsprøytingsperibde oksyderes silicium og mangan. En viss mengde karbon blir også samtidig fjernet avhengig av smeltens temperatur. Når silicium og mangan er oksydert, fjernes slagget fra overflaten av det smeltede metall hvoretter hovedkarbon-avkullingen kan begynne. I fortrinnsvis et enkelt trinn bringes smeiten til det ønskede karboninnhold ved hjelp av jernoksydpulver som innføres gjennom blestformen. Luft benyttes vanligvis som bærergass. Når det ønskede karboninnhold er nådd, blir luft byttet med argon og nødvendige legeringstil-setninger tilføres, vanligvis ovenfra. Argon anvendes bare for å sikre en hurtig homogenisering av smeiten. Under avkullingen holdes temperaturen ved et ønsket nivå ved å regulere kraften som til-føres til de elektriske viklinger 12. Ettersom likvidustemperaturen til metallet avhenger av karboninnholdet i den smeltede jern-karbon-legering, bør temperaturen fortrinnsvis suksessivt økes ved passende regulering av den kraft som tilføres til de elektriske viklinger 12j slik at temperaturen opprettholdes mellom likvidustemperaturen og 200°C over denne temperatur, fortrinnsvis mellom likvidustemperaturen og 100°C over likvidustemperaturen.

Det er også mulig å benytte apparaturen som vist i figurene 1 og 2 for smelting av skrapjern ved stålfremstilling. Hvis karboninnholdet er for høyt når alt skrapjernet er smeltet, kan overskudd karbon elimineres ved innsprøyting av pulverformig jernmalmkonsentrat på den ovenfor beskrevne måte samtidig som temperaturen i smeiten holdes over likvidustemperaturen ved hjelp av induksjonsenheten.

Et eksempel vil i det følgende bli beskrevet under henvisning til diagrammet på figur 3 som illustrerer avkulling av råjern ifølge foreliggende fremgangsmåte. Konverteren som vist i figurene 1 og 2 ble forsynt med omkring 4,5 tonn smeltet råjern. Rommet eller utsparingen 5 og kanalen 8 inneholdt før dette 800 kg smeltet stål. Det kombinerte smeltede metall hadde følgende omtrentlige vektsammensetning: 3,8$ C, 1,4$ Si, 0,3$ Mn. Resten var jern og tilfeldige urenheter. En suspensjon av magnetittmalmkonsentrat (Fe-^0^) i luft ble innført gjennom blestformen 14. En total mengde på omkring 1000 kg Pe^O^-konsentrat ble innført og emulgert i det smeltede råjern i konverteren. I diagrammet på figur 3 illustrerer kurven I det akkumulerte malmkonsentrat innført i løpet av denne tid. Temperaturkurven viser hvordan temperaturen i det smeltede metall heves under innføringsperioden fra ca. l480°C til omkring 1550°C. De andre kurvene viser hvordan innholdet av krabon, silicium og mangan forandres under innføringen av jernoksydet. Således blir vesentlig alt silicium og mangan i løpet av den inn-ledende periode oksydert, hvoretter hovedavkullingsperioden til-synelatende finner sted. Når 1000 kg malmkonsentrat er innsprøytet, er karboninnholdet redusert til omkring 1%. Malmkonsentratet inneholdt omkring 90% Fe^O^. Når det ønskede karbonnivå er nådd, tilsettes mangan og silicium til det smeltede metall ovenfra og homogeniseres ved innføring av argon gjennom blestformen 14. Samtidig heves temperaturen i det smeltede metall til omkring l600°C hvilket er en egnet avtappingstemperatur.

3. Fremstilling av legerte stål.

Stål inneholdende middels store mengder krom, dvs. omkring 1- 15% krom, kan fremstilles ifølge foreliggende oppfinnelse på følgende måte. Først tilføres en jernsmelte som er rik på karbon til konverteren som vist på figurene 1 og^2. Som et alternativ prepareres jernsmelten in situ i beholderen som beskrevet ovenfor. Temperaturen i det smeltede metall^h^ves ved hjelp av induksjonsviklingene 12 til en temperatur mellom 1600

og 1750°C, fortrinnsvis mellom l600 og 1700°C. Når den ønskede temperatur er nådd innsprøytes gjennom blestformen 14 en suspensjon av et oksydisk krommalmkonsentrat suspender i luft. Den oksydiske krommalm er fortrinnsvis kromitt, dvs. et oksyd av jern og krom, FeO, Cr^O^. Det pulveriserte malmkonsentrat fordeles til alle deler av beholderen og bringer med seg det varmere metall i rommet 5 utenfor kanalåpningene 9 og 10. Temperaturen under denne innsprøyting av kromitt opprettholdes i temperaturområdet 1600-175'0°C, fortrinnsvis l600-1700°C ved å regulere gassinntaket til de elektriske viklinger 12. Hvis karboninnholdet i smeiten er tilstrekkelig høyt vil følgende reaksjon (3) forløpe mot høyere:

Ifølge utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for fremstilling av stål med middels krominnhold, må karboninnholdet være minst 1% under innføringen av kromoksydet. Dette betyr at ekstra karbon må tilsettes til smeiten dersom karboninnholdet reduseres til 1% før det ønskede krominnhold er nådd.

Det er også godt mulig å tilsette karbon under kromoksyd-innsprøyt-ingen, enten ovenfra eller sammen med oksydpulveret. Karboninnholdet opprettholdes fortrinnsvis over 2% under reduksjonen av kromoksydet med karbon. Når det ønskede krominnhold er nådd i smeiten, kan karboninnholdet (ytterligere) reduseres ved inn-sprøyting av jernmalmkonsentrat samtidig som temperaturen holdes omtrent konstant i massen av smeltet metall.

Diagrammet i figur 4 illustrerer skjematisk et eksempel på fremstilling av stål med middels krominnhold i konverteren illustrert på figurene 1 og 2. Til konverteren tilføres først er råjern som blandes med det smeltede metall som befinner seg i kanalen 8 og rommet 5>slik at det kombinerte metall oppnår

følgende sammensetning i vekt-$:

3,8$ C, 1,6$ Si, 0,8$ Mn, 0,01$ S, idet resten er jern

og tilfeldige urenheter.

Temperaturen i dette smeltede metall ble først hevet

til omkfcing l650°C ved hjelp av de elektriske viklingene 12.

Når denne temperatur var nådd, ble omkring 1025 kg kromittmalm-konsentrat i form av et pulver sammen med pulverisert kalk som slaggdannelsesmiddel og innført som en suspensjon i luft, inn-sprøytes gjennom blestformen 14. Kurven II i diagrammet viser det akkumulerte malmkonsentrat innsprøytet i smeiten i løpet av dette trinn. Temperaturen ble opprettholdt mellom l600 og 1750°C, fortrinnsvis l600-1700°C under hele kromitt-innsprøytingsperioden. Det innsprøytede pulver inneholdt ca. 47$ Cr^O^. Innsprøytingen ble stoppet når karboninnholdet var redusert til 1$. Krominnholdet i det smeltede metall hadde da blitt hevet til omkring 5,5$-Samtidig var svovelinnholdet øket på grunn av svovelurenheter i kromittkonsentratet. For å fjerne svovel ble derfor kalk (CaO), kurve III i diagrammet på figur 4, innsprøytet hvilket fremgår fra diagrammet..Til slutt ble mangan- og siliciuminnholdet regulert ved tilsetning av disse legeringselementer ovenfra, idet argon ble innført gjennom blestformen 14 for å omrøre smeiten i beholderen.

Rustfritt stål og andre kromlegeringer med krominnhold over 15$ kan^.også fremstilles ifølge de ovenfor beskrevne prinsipper. Rustfritt stål og andre legeringer med høyt krominnhold blir imidlertid mest hensiktsmessig først smeltet på konvensjonell måte i en elektrisk lysbueovn, hvoretter den smeltede lengering med det ønskede krominnhold tilføres til en konverter av den type som er illustrert på figurene 1 og 2, hvor legeringen avkulles. Til denne avkulling anvendes jernoksyd eller et annet metalloksyd som er lettere reduserbart enn kromoksyd, f.eks. nikkeloksyd, NiO.

Denne avkulling foretas ved innsprøyting av det pulverformige

oksyd i en bærergass gjennom blestformen 14. Også i dette tilfelle blir temperaturen fortrinnsvis opprettholdt ved omkring l600-1750°C, helst 1600-1700°C, ved å regulere den elektriske kraft-tilførsel til induksjonsviklirigene 12. For injeksjonen anvendes fortrinnsvis luft som bærergass inntil karboninnholdet er redusert til omkring 1%. Deretter blir fortrinnsvis argon og/eller damp benyttet som bærergass istedenfor luft for å unngå opptak av

nitrogen i det smeltede stål. For å oppnå lave karboninnhold uten oksydasjon av krom, bør konsentrasjonen av argon og/eller damp være tilstrekkelig høy. Det er også mulig å blåse høye konsentrasjoner av en fortynnende gass (argon og/eller damp) samtidig som atmosfæren i konverteren over overflaten av det smeltede metall evakueres ved hjelp av vakuumpumper mens inn-sprøytingen av malmkonsentrat fortsettes. Denne kombinasjon av behandling med fortynnende gass og vakuum-avkulling benyttes fortrinnsvis for fremstilling av såkalt "ELI-stål", dvs. stål med meget lave innhold av karbon og nitrogen. Meget lave innhold betyr i denne forbindelse en total mengde på høyst 0,03$, fortrinnsvis høyst totalt 0,015$ karbon og nitrogen. Disse stål inneholder ofte molybden som et legerende element. Dette kan med fordel anvendes ved en utførelse av foreliggende fremgangsmåte ved at avkullingen av det kromholdige smeltede metall delvis foretas ved innsprøyting av pulverformig molybdenoksyd, MoO-j, på den måte som er karakteristisk for oppfinnelsen. Også nikkeloksyd, NiO, anvendes fortrinnsvis for dette formål.

Et eksempel vil i det følgende bli beskrevet under henvisning til figur 5 som illustrerer fremstilling av et spesielt stål inneholdende mer enn et legerende metall. Ifølge det skjema-tiske diagram hadde utgangssmelten en temperatur på 1200°C og inneholdt 3,5$ C, 1,75$ Si, 0,5$ Mn. Temperaturen i det smeltede metall ble først hevet til l600°C ved hjelp av induksjonsviklingene 12. Når denne temperatur var nådd ble omkring 200 kg kromitt-konsentrat, kurve II, av samme type som i foregående eksempel, innsprøytet i konverteren samtidig som temperaturen ble opprettholdt omtrent konstant ifølge foreliggende oppfinnelse. Kromoksydet i det innsprøytede kromittpulver reduseres av silicium og mangan som befinner seg i smeiten og i en viss utstrekning av karbon. Herved oppnås omkring 1,1$ krom i det smeltede metall. Luft ble benyttet som bærergass for kromittpulveret. I neste trinn ble 600 kg schelitt-konsentrat, kurve IV i figur 5, innsprøytet i dét smeltede metall i form av et pulver i luft. Schelitt er en oksydisk wolframmalm., og konsentratet som ble innsprøytet i det smeltede metall inneholdt omkring 32$ WO^. Temperaturen ble opprettholdt konstant også under schelitt-innsprøytingen ved å regulere den elektriske kraft tilført til de elektriske viklinger 12.

WolframmaImen reduseres av tilstedeværende karbon i smeiten slik

at omkring 2,5% wolfram oppnås i smeiten. Ved dette trinn reduseres karboninnholdet i smeiten fra ca. 2,25 til ca. 1,75$ karbon. Por videre å redusere karboninnholdet i det smeltede metall innsprøytes omkring 225 kg .magnetitt eller konsentrat, kurve I. Også denne malmkonsentrasjon ble innført under anvendelse av luft som bærergass. Innføringen eller innsprøytingen ifølge oppfinnelsen ble avbrudt når karboninnholdet hadde nådd et nivå på 0,5$- Temperaturen ble hele tiden holdt ved ca. l600°C ved å tilføre tilstrekkelig elektrisk kraft til induksjonsviklingene 12. Som et sluttlig trinn ble omkring 300 kg CaO, kurve III, innsprøytet i det smeltede metall sammen med argon for svovelraffinering.

Dette eksempel illustrerer to karakteristiske trekk

ved foreliggende fremgangsmåte, nemlig:

i tilfelle av et spesialstål eller en annen legering inneholdende mer enn ett legerende metall, blir metalloksydene ifølge foreliggende oppfinnelse innsprøytet trinnvis, idet oksydene innsprøytes i en rekkefølge som tilsvarer minkende affinitet for oksygen. Dette betyr at oksydet som er lettest å redusere med karbon eller et annet reduksjonsmiddel, innsprøytes i det siste trinn mens oksydet som er vanskeligst å redusere innsprøytes i det første trinn og andre mulige metalloksyder innføres innimellom i overensstemmelse med deres oksygenaffinitet. Dette eksempel illustrerer også at silicium og mangan som befinner seg i utgangssmelten, med fordel kan benyttes for reduksjonen av f.eks. kromoksyd som innsprøytes i det smeltede metall i det første trinn i foreliggende fremgangsmåte.

En annen type legerte stål som kan fremstilles ifølge foreliggende oppfinnelse er stål for kryogeniske (lavtemperatur) formål, f.eks. 5% eller 9% Ni-stål. I dette tilfelle blir først en jernsmelte som er rik på karbon fremstilt ved en av de ovenfor beskrevne metoder eller blir påfylt konverteren av den type som er illustrert i figurene 1 og 2. Til denne smelte tilføres NiO samtidig som temperaturen holdes ved et ønsket temperaturnivå

ved hjelp av induksjons-oppvarmingsenheten ifølge oppfinnelsen, hvorved det varme metall transporteres til alle deler av det smeltede metall ved hjelp av strømmen av pulver innsprøytet gjennom blestformen. Tilsetningen av Ni-malmkonsentrat fortsettes

inntil det ønskede karbon- og/eller nikkelinhhold er nådd ved reaksjonen mellom NiO og karbon oppløst i smeiten, idet karbon frigjør metallisk nikkel ved reaksjon med oksygenet i nikkeloksydet.

I alle de ovenfor beskrevne tilfeller er det mulig i kombinasjon med innsprøytingen av metalloksyd gjennom blestformen i form av et pulver, også å tilsette metalloksyd i form av et agglomerat ovenfra i konverteren.

Ifølge en ytterligere utførelse av oppfinnelsen består bærergassen ved avkulling fordelaktig av oksygen, en blanding av luft og oksygen eller en blanding av annen gass og oksygen. I dette tilfelle er først og fremst oksygen ansvarlig for avkullingen mens metalloksydet som innsprøytes sammen med gassen først og fremst vil tjene som et avkjølingsmiddel og som et middel for å øke impulsen av den innsprøytegass-pulverblanding.

Claims (11)

1. Metallurgisk fremgangsmåte omfattende en direkte reduksjon av metall fra et metalloksyd som tilsettes til smeltet metall i en metallurgisk konverter, som er forsynt med minst en utragende del med en kanal i væskeforbindelse med konverterbeholderen, hvor kanalen har minst en oppvarmingssone i avstand fra beholderen og hvor kanalen munner inn i beholderes ved et nivå som vil være under overflaten av det smeltede metall under drift, idet oppvarmingssonen har en ildfast foring som er betydelig tynnere enn foringen i beholderen og har anordninger for oppvarming av innholdet i sonen ved elektrisk indukuksjonsoppvarming i en slik grad at en temperaturgradient kan opprettes mellom innholdet i sonen og innholdet i beholderen, karakterisert ved at metalloksydet i form av pulver suspendert i en bærergass innsprøytes i det smeltede metall i beholderen gjennom en blestform som strekker seg gjennom foringen i beholderen og ender i beholderen i en avstand fra kanalåpningene, idet suspensjonen innsprøytes gjennom nevnte blestform slik at de faste metalloksydpartikler som befinner seg i suspensjonen i det vesentlige uten å komme inn i oppvarmingssonen, vil bevirke at det varmere metall utenfor kanalåpningen(é) hurtig transporteres sammen med metalloksydet til alle deler av det smeltede metall i beholderen hvor de ønskede reduksjonsprosesser herved effektivt kan finne sted ved

en passende temperatur.

2. Metallurgisk fremgangsmåte ifølge krav 1, for frem- . stilling av råjern, karakterisert ved at metalloksydet er Fe20j og/eller Fe- ^O^ ; at en vesentlig støkiometrisk mengde av karbon tilføres til det smeltede metall for ved reduksjon å frigjøre jernet i jernoksydet til metallisk jern; at temperaturen holdes vesentlig konstant under reduksjonsprosessen ved suksessiv oppvarming av det smeltede metall i nevnte oppvarmingssone; og ved at reduksjonsprosessen fortsettes hvorved vesentlige støkio-metriske mengder av malmkonsentrat og karbon' tilføres inntil den ønskede mengde råjern er oppnådd.

3. Metallurgisk fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at en blanding av malmkonsentrat og karbon eller en karbonholdig forbindelse innsprøytes gjennom blestformen, idet blandingen inneholder vesentlig støkiometriske mengder av malm og karbon for frigjøringen av metallet ved reduksjonen av malmen.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at luft anvendes som bærergass.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, for fremstilling av ulegert stål, karakterisert ved at en suspensjon av F^O^ og/eller Fe^ O^ -pulver i en bærergass, fortrinnsvis luft, inn-sprøytes gjennom blestformen uten noen tilsetning av karbon, slik at karbon, som er oppløst i det smeltede metall fra begynnelsen av, reagerer med oksygen i det innsprøytede jernoksyd for dannelse av karbonmonoksyd, og ved at innsprøytingen av jernoksyd fortsettes inntil det ønskede karbonnivå er nådd i det smeltede metall.

6. Fremgansmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at temperaturen i det smeltede metall under avkullingen ved innsprøyting av jernoksyd, heves ved oppvarming i nevnte oppvarmingssone slik at temperaturen holdes over likvidustemperaturen til det smeltede metall, fortrinnsvis ved en temperatur mellom likvidustemperaturen og 200°C over likvidustemperaturen, hensiktsmessig mellom likvidustemperaturen og 100°C over denne temperatur.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, for fremstilling av stål inneholdende krom, - karakterisert ved at et pulver rikt på CrpO-^ suspenderes i en bærergass og innsprøytes gjennom blestformen mens temperaturen holdes mellom l600 og 1750°C, fortrinnsvis ved en temperatur mellom l600 og 1700°C ved oppvarming i nevnte oppvarmingssone.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at kromoksydpulveret medføres sammen med luft i suspensjonen.

9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-8, for fremstilling av legeringer inneholdende metaller med vesentlig forskjellig affinitet for oksygen, karakterisert ved at i det. minste slike metalloksyder som er betydelig mer vanskelig å redusere enn andre metalloksyder som skal innføres, innføres før de lettere reduserbare metalloksyder.

10. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-9, for avkullingsf ormål, karakterisert ved at bærergassen består av oksygen, en blanding av luft og oksygen eller en blanding av annen' gass og oksygen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at bærergassen gis et innhold av 5~ 250 kg, hensiktsmessig 30-150 kg metalloksyd pr. normal m .