NO890660L - Fremgangsmaate for raffinering av si-metall og si-jernlegeringer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for raffinering av Si-metall og Si-jernlegeringer ved hjelp av en oksygenholdig prosessgass ifølge krav 1.

De i reduksjonsovnen tilveiebragte Si-metall eller Si-jernlegeringer inneholder i tillegg til silisium også andre elementer, spesielt aluminium, kalsium og titan, som er uønskede og som dermed må bli fjernet fra den flytende Si-metallsmeltemassen eller Si-jernlegeringssmeltemassen til avhelling. For å fjerne disse iblandingene eksisterer flere forskjellige fremgangsmåter.

En veldig lett fremgangsmåte innbefatter føring av jernoksydet til en tappekjele. Jernoksydet blir dermed redusert, mens iblandingen blir oksydert. Omsettingsgraden er ikke kjent. Ved frigjøring av jernet som går over i smeltemassen, blir si 1 isiuminnholdet til legeringen redusert.

Det er mye mere virkningsfullt å tilsette oksygen direkte til smeltemassen for å danne oksidene CaO, AI2O3og TiOg ut i fra kalsium, aluminium og titan. Dette medfører ikke noe negativt for legeringen. Tvert imot så stiger konsentrasjonen av silisium med omtrent 2 til 4$ ved fjerning av iblandingene. Anvendelse av gassformig oksygen til dette hører inn under teknikkens stand. Oksygenet blir ført inn enten ovenifra ved hjelp av blåserør og -inn i smeltemassen, eller gjennom gassdyser eller ført inn i smeltemassen undenifra ved hjelp av porøse bunnplater. Utnyttingsgraden og raffinerings-resultatene er forskjellige.

Ved innblåsing av oksygenet ved hjelp av grafittrør, blir de uønskede medfølgende elementene fjernet. På grunn av at det ikke blir fremstilt noen reaksjonsgasser ved oksydasjon av medfølgeelementene, blir sammenblanding av smeltemassen, og dermed reaksjonshastigheten, redusert. For forbedring av sammenblandingen tilfører man inert gass i stort overskudd inn i avløpet til hele bunnen. Reaksjonen forløper med høy silisiumavbrenning på grunn av den ikke tilstrekkelige sammenblandingen, og oksygenutbyttet er avhengig av aluminiumoksydasjonen og tilstedeværelsestiden for røret er redusert. Innblåsningsfremgangsmåten vil dermed bare bli utført i små mengder i små kjeler.

En vesentlig bedre sammenblanding oppstår ved innblåsing av oksygen gjennom en blåsedyse installert i kjelebunnen. På grunn av at raffineringen forløper med et energioverskudd, oppstår det svært høye prosesstemperaturer som er på 1600°C til 1700°C. Det medfører i sammenheng med innførsel av oksygenet til en betraktelig rask tetting av innblåsingsdysen og den ildfaste foringen til kjelen. Ut i fra PCT-søknad W0 86/006995 fremkommer innblåsningsdyser sammensatt av forskjellige materialer, som igjen muliggjør god varmebortføring og dermed en forholdsvis redusert tetting. Dysehodet er utformet som en tetningsdel og kan lett bli utbyttet. Oppbygningen til denne innblåsningsdysen er derimot kompli-sert, og dysen er også dyr.

Oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for raffinering av Si-metall og Si-jernlegering ved hjelp av en oksygenholdig prosessgass som på den ene siden utviser fordelene som er innbefattet med innføring av oksygen gjennom bunnen av behandlingskjelen, og på den andre siden nødvendiggjør den bare enkel og med bare ubetydelig tettingsstyrt innblåsings-dyse.

Ut i fra teknikkens stand som er belyst i ingressen til patentkrav 1, blir denne oppgaven løst ifølge oppfinnelsen ved hjelp av kjennetegnene som er angitt i den kjennetegnede delen til patentkrav 1.

Fordelaktig videreutvikling av oppfinnelsen er angitt i underkravene. Tilførsel av prosessgass gjennom mantelgassdysen i metallsmeltemassen har lenge vært kjent, for eksempel 1 DE-OS 1904383, DE-PS 1916945 og DE-OS 2738273. Det er derimot også kjent, som for eksempel beskrevet i DE-OS 2738273 at denne mantelgassdysen blir betraktelig tettet, spesielt ved innblåsing av oksygen. For raffinering av Si-metall og Si-jernlegering så de dermed ut til å være ganske uegnede på grunn av de veldig høye prosesstemperaturene. Derimot var det veldig overraskende at det praktisk talt ikke oppstod dysetetting og heller ikke erosjon av reaktorbunnen. Grunnen til dette er at det etter en blåsetid på 5 min. dannes et soppformig legeme ut i fra den porøse, ildfaste massen på mantelgassdysen. Denne massen består av Si02, AI2O3, CaO og andre bestanddeler. "Soppen" dekker dyseåpningen og avleder innleding av gassen oppover, og bort i fra reaktorbunnen. Vesentlige bestanddeler til de dannede soppformige legemene, som utgjør over 80$, er SiOg. Ved den praktiske utførelsen oppnår de soppformige legemene 100 til 600 mm lengde og diameter på 100 til 300 mm.

Mengden av oksygen som er nødvendig for raffineringen for å gjennomføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, kan på grunn av den høye blandingsenergien bli beregnet støkiometrisk. Ut i fra reaksjonsligningen Ca + 1/2 02= CaO, 2A1 + 3/2 02= AI2O3og Ti + 02= Ti02kan de nødvendige oksygenmengdene, slaggsammensetningen og den frigjorte reaksjonsvarmen bli beregnet for den tilstrebede målanalysen til legeringen. For å forhindre en for sterk oppvarming av smeltemassen gjennom den frigjorte varmen, blir et avkjølingsmiddel tilsatt. På grunn av den høye blandingsenergien, kan også avfallsstoffer fra smeltedriften i form av metall-slagg-blandingner bli anvendt som kjølemiddel. Metallene som er inne i avfalls-stoffene blir dermed resirkulert, dvs. metallutbyttet blir 10056.

Ved oksygentilførsel i støkiometriske mengder, gjør det mulig at prosesstemperaturen blir optimalt innstilt og ved tilsetting av kvarts og kalk blir sammensetningen av prosess-slagget også optimalt innstilt. Prosesstemperaturen kan for eksempel være innenfor intervallet mellom 1350°C og 1550°C. Prosessslagget kan være på en slik måte at sammensetningen tilsvarer sammensetningen til den ildfaste foringen, f.eks. 60° AI2O3, 20% Si02og 20% CaO. Reaktortetting forekommer dermed nesten ikke mere på grunn av at det sterkt ildfaste prosess-slagget nå dekker reaktorveggen og dermed utelukker tetting. Ved endring av slaggsammensetningen og prosesstemperaturen kan man til enhver tid fjerne overskudd av slagg på reaktorveggen ved oppsmelting.

Tegningen anskueliggjør et utføringseksempel ifølge oppfinnelsen i lengdesnitt.

Tegningen viser en kjede 1 med en ildfast foring, som er installert i bunnen til en mantelgassdyse 3. Gjennom det indre røret til mantelgassdyse 3, blir oksygen sendt via pil 4 og nitrogen gjennom det ytre røret via pil 5, ledet inn i Si-metallsmeltemasse 6. Forholdene etter en lengre stasjonær drift er angitt. Foran dyseåpningen er det blitt dannet et pilsformig legeme 7 som hovedsakelig består av Si02og som samtidig med mantelgassdyse 3 og også den ildfaste foringen 2 beskytter mot tetting. Det soppformige legeme 7 forhindrer ikke gassutførselen i Si-metallsmeltemassen 6. På veggene til kjele 1, henholdsvis den ildfaste foringen 2, avsettes slagg 8, som står i et visst vekselspill med Si-metallsmeltemassens svømmende slagg 9.

Raffineringsprosessen kan utføres slik at slagg 8 blir avsmeltet, eller ved at slagg 9 avsettes på veggen.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for raffinering av Si-metall og Si-jernlegering ved hjelp av en oksygenholdig prosessgass og tilsetting av slaggdannere og kjølemidler i en behandlingskjele, karakterisert ved at man tilfører prosessgass til smeltemassen gjennom minst mantelgassdyse (3) med et ytre og indre rør som er installert i bunnen av be-handl ingskj elen, ved at man gjennom det indre røret innfører oksygenholdig prosessgass og gjennom det ytre røret innfører en inert eller reaksjonsvirksom mantelgass.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man som mantelgass innfører nitrogen, argon, karbondioksyd, karbonmonoksyd og/eller pressluft.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man som prosessgass innfører oksygen, CO2 , luft eller blandinger derav.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at man :innfører mantelgassen og prosessgassen i smeltemassen med høy hastighet (Schallge-schwindigkeit).

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at den spesifikke mantelgassmengden som anvendes utgjør 0,1 til 0,5 m <3> (i.N.) pr. tonn smeltemasse og minutt.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at prosessgassmengden som anvendes utgjør 0,2 til 2,0 m <3> (i.N.) pr. tonn smeltemasse og minutt.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 6, karakterisert ved at man for redusering av følge-elementene til innhold av Al til 0,1$, Ca til 0,0156 og Ti til 0,015^ tilsetter oksygen i støkiometriske mengder tilsvarende den kjemiske analysen av råsmeltemassen.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 7, karakterisert ved at man utfører raffineringsproses-sene ved en temperatur mellom 1350°C og 1550°C.

9. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 8, karakterisert ved at man fastslår beregningen av reaksjonsslagget støkiometrisk ved hjelp av råanalysen.

10. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 9, karakterisert ved at man gjennom beregning av den frigjorte energien bestemmer og fastlegger mengden av slaggdannere og kjølemiddel.

11. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 10, karakterisert ved at den produserte prosess-slaggsammensetningen, gjennom ønsket beregning, utviser et AI2 O3 -innhold på 60% til 90% og et smeltepunkt på over 1600°C.

12. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 11, karakterisert ved at man som nødvendig kjølemiddel anvender avfall fra smeltemassedriften i form av metall-slagg-blandlnger.

13. Fremgangsmåte Ifølge et av kravene 1 til 12, karakterisert ved at prosessførselen er programmert, og at man til dette anvender en PC.

14 . Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 13, karakterisert ved at man raffinerer Si-metaller eller Si-jernlegeringer med silisiuminnhold på 10% til 99%.

15 . Anordning for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1 til 14, karakterisert ved at behandlingskjelen er utformet som en konverter eller som en tippestol-festet kjele (1), hvori det i bunnen minst er installert en mantelgassdyse (3), hvori det indre røret tilveiebringer en tilkobling for prosessgassen og det ytre røret en tilkobling for mantelgassen.