WO2014169888A1 - Verfahren und anlage zur hersteilung von ferrolegierungen mit niedrigem kohlenstoffgehalt in einem vakuum-konverter - Google Patents
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- C21C7/10—Handling in a vacuum
Definitions
- the invention relates to a process for the preparation of ferroalloys, in particular of FeCr and FeMn alloys, with low carbon content in the AOD converter, as well as a plant for carrying out the process.
- FeMn are in the conventional method at ca .:
- the refining is divided into the lowest C-levels in two process stages with converter and vacuum system (ie desilication and
- the VODC converter (Vacuum Oxygen Decarburisation Converter) already combines these two process steps in one unit.
- the process is known from steelmaking, especially for the production of stainless steel and special steels.
- Vacuum converters were used i.a. already built by GHH, Leybold Out, Daido and Demag.
- oxygen is injected via a top lance into a converter vessel with soil washes (Ar or N 2 ) under vacuum in a steel melt for refining.
- soil washes Ar or N 2
- the technologies and plant components used have been significantly improved over time (vacuum pumps, vacuum lance insert, vacuum bunker, exhaust gas analysis, etc.).
- the invention has for its object to simplify the manufacturing process.
- the process is run in 2 process stages in one unit.
- the first stage involves the desilication and the main decarburization of the melt and is carried out on the basis of the AOD process under atmospheric conditions.
- oxygen is injected via a top lance and oxygen and CO2 are injected into the melt via the underbath nozzles.
- a vacuum cap is run over the converter mouth and with the help of side nozzles under vacuum.
- the partial pressure reduction of CO takes place to one via the injection of inert gas and in parallel via a pressure reduction in the vessel.
- the gases C0 2 or CmH2m + 2 are additionally added
- Boudouard equilibrium is the temperature-dependent chemical equilibrium between carbon, carbon monoxide and carbon dioxide.
- Oxygen can be mixed with C0 2 on the process and protective gas side of the annular gap nozzle.
- the use of these gases also has the consequence in this process phase that the coolant requirement can be reduced.
- the slag is reduced with the aid of conventional reducing agents and slag formers.
- the new process also uses C0 2 .
- the CO2 will react in the melt with the carbon (Boudouard reaction) to CO.
- Boudouard reaction to CO.
- CO supports the reduction of the slag, which leads to lowest chromium oxide / manganese oxide contents in the slag and thus to higher outputs of the respective reduced metals.
- Inert gas in the form of Ar or N 2 can also be used as purge gas.
- the reduction of slag can take place both under vacuum and under atmospheric conditions.
- the vacuum converter is equipped with a valve station that allows mixing of the process and inert gases used for the top lance and bottom bath nozzles.
- the gases are mixed as follows, especially in the case of the underbath nozzles on the process and inert gas sides
- the conditions for refining under vacuum in the AOD converter with simultaneous injection of large amounts of inert gas to lower the partial pressure of CO are significantly cheaper than in a VOD / VODC plant, because the reaction space, the specific blowing rates and the mixing energy of the reaction potential for decarburization in the Enlarge converter vessel significantly. For this reason, the decarburization rate in the vacuum converter is significantly greater than in a VOD or VODC system.
- the refractory consumption of a conventional VOD / VODC system is significantly longer due to longer treatment times than with a vacuum converter.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ferrolegierungen, insbesondere von FeCr und FeMn Legierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in einem Vakuum-Konverter. Dabei wird in dem Vakuum-Konverter in der ersten Stufe die Entsilizierung und die Hauptentkohlung der Schmelze auf Basis des Konverter-Verfahrens unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt, wobei über eine Toplanze Sauerstoff und über die Unterbaddüsen, insbesondere Ringspaltdüsen, Sauerstoff und C02 in die Schmelze eingeblasen werden, und anschließend wird im selben Konverter in einer zweiten Stufe die Tiefentkohlungsphase unter Vakuum durchgeführt, wobei auf der Schutzgasseite der Unterbaddüsen zusätzlich C02 oder CmH2m+2 injiziert werden.
Description
Verfahren und Anlage zur Hersteilung von Ferrolegierungen mit niedrigem Kohlenstoff gehallt in einem Vakuum-Konverter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ferrolegierungen, insbesondere von FeCr und FeMn Legierungen, mit niedrigem Kohlenstoffgehalt im AOD Konverter, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Der Entkohlungsprozess für die Herstellung von Ferrolegierungen mit niedrigsten
C-Gehalten findet heute im AOD-Konverter (Argon-Oxygen-Decarburisation), CLU Konverter (Creusot Loire Uddeholm) oder in einer VOD-Anlage (Vacuum Oxgen Decarburisation) statt.
Die Nachteile dieser bekannten Konverterverfahren AOD und CLU bestehen darin, dass tiefe C-Gehalte nur bedingt über sehr lange Behandlungszeiten unter atmosphärischen Druck erreicht werden können. Wegen der hohen Start Si- Gehalte und der hohen Start C- Gehalte müssen bei den konventionellen Konverterverfahren große Kühlmittelmengen während der Entsilizierungs- und Hauptentkohlungsphase zugesetzt werden.
Die erreichbaren Grenzwerte für Kohlenstoff zur Produktion von FeCr und
FeMn liegen bei den konventionellen Verfahren bei ca.:
Teilt man bei der Erzeugung von Ferrolegierungen die Raffination zu niedrigsten C-gehalten in zwei Prozessstufen mit Konverter und Vakuumanlage (d. h. Entsilizierung und
Hauptentkohlung im Konverter und Tiefentkohlung in der VOD- Anlage) wird die Zykluszeit der einzelnen Anlagenkomponenten deutlich verkürzt und tiefere Kohlenstoffgehalte können erreicht werden. Über diese Aufteilung der Prozessschritte verkürzt man die
Behandlungszeit in den einzelnen Behandlungsstufen und erhöht damit die Produktion der Gesamtanlage.
Der VODC Konverter (Vacuum Oxygen Decarburisation Converter) verbindet diese beiden Prozessschritte bereits in einem Aggregat. Der Prozess ist aus der Stahlerzeugung, insbesondere für die Produktion von Edelstahl und Spezialstähle, bekannt.
Vakuum-Konverter wurden u.a. bereits von GHH, Leybold Heraus, Daido und Demag gebaut.
Bei einem VODC Konverter wird Sauerstoff über eine Toplanze in ein Konvertergefäß mit Bodenspülen (Ar oderN2) unter Vakuum in eine Stahlschmelze zur Raffination eingeblasen. Die dafür verwendeten Technologien und Anlagenkomponenten wurden im Laufe der Zeit wesentlich verbessert (Vakuum-Pumpen, Lanzeneinsatz unter Vakuum, Vakuum-Bunker, Abgasanalyse usw.).
Der Nachteil dieses Prozesses ist, dass der Entkohlungsprozess, wie bei der VOD- Anlage, nur über eine 02 Toplanze mit sehr niedrigen Blasraten bei niedriger
Durchmischungsenergie über den gesamten Prozessverlauf, nur sehr langsam fortschreitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wird der Prozess in 2 Prozessstufen in einem Aggregat gefahren.
Die erste Stufe umfasst die Entsilizierung und die Hauptentkohlung der Schmelze und wird auf Basis des AOD-Verfahrens unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt. In der Ensilizierungs.- und Hauptentkohlungsphase wird über eine Toplanze Sauerstoff und über die Unterbaddüsen Sauerstoff und CO2 in die Schmelze eingeblasen.
Als Unterbaddüsen werden insbesondere Ringspaltdüsen verwendet.
Auf der Schutzgasseite der Ringspaltdüsen werden alternative Gase wie C02, CmH2m+2, Ar oder N2 zusätzlich zum Inertgas injiziert. Speziell das C02 bzw. die Carbonhydrate rufen beim Zusammentreffen mit den flüssigen Ferrolegierungen eine stark endotherme Reaktion hervor. Außerdem kann Inertgas mit Sauerstoff gemischt werden. Bei dieser Fahrweise werden Ansätze von erstarrtem Metall an der Düsenspitze kontrolliert abgebrannt. Auf der Prozessgasseite der Ringspaltdüse wird Sauerstoff mit Inertgas wie C02, Argon oder Stickstoff alternative gemischt. Die Verwendung der Gase C02oder CmH2m+2 auf der Prozess.- und Schutzgasseite hat zur Folge, dass der Kühlmittelbedarf während der Entsilizierung und der Entkohlung reduziert wird.
In der zweiten Stufe, der Tiefentkohlungsphase, wird der Prozess im Konvertergefäß unter Vakuum gefahren.
Ein Vakuumdeckel wird über die Konvertermündung gefahren und mit Hilfe der Seitendüsen unter Vakuum gefrischt.
Die Partialdruckabsenkung von CO erfolgt zu Einem über das Einblasen von Inertgas und parallel über eine Druckreduzierung im Gefäß. Auf der Schutzgasseite der Unterbaddüsen werden zusätzlich die Gase C02 oder CmH2m+2
injiziert, die wiederum eine endotherme Reaktion hervorrufen und bei der Anwendung von C02 die Boudouard Reaktion (Der Kohlenstoffgehalt der Schmelze liegt in dieser Phase noch deutlich über 1 %) nutzen.
Als Boudouard-Gleichgewicht bezeichnet man das temperaturabhängige chemische Gleichgewicht zwischen Kohlenstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid.
Auf der Prozess.- und Schutzgasseite der Ringspaltdüse kann Sauerstoff mit C02 gemischt werden. Die Verwendung dieser Gase hat auch in dieser Prozessphase zur Folge, dass der Kühlmittelbedarf reduziert werden kann.
Nach Erreichen des Zielkohlenstoffgehalts wird die Schlacke mit Hilfe von konventionellen Reduktionmittel und Schlackenbildner reduziert. Bei dem neuen Prozess wird hierbei auch C02 verwendet. Das CO2 wird in der Schmelze mit dem Kohlenstoff (Boudouard Reaktion) zu CO reagieren. So erzeugtes CO unterstützt die Reduktion der Schlacke, was zu niedrigsten Chromoxid/ Manganoxid Gehalten in der Sclacke und damit zu höheren Ausbringungen der jeweils reduzierten Metalle führt.
Als Spülgas kann auch Inert Gas in Form von Ar oder N2 verwendet werden. Die Reduktion der Schlacke kann sowohl unter Vakuum als auch unter atmosphärischen Bedingungen stattfinden.
Der Vakuumkonverter ist mit einer Ventilstation ausgerüstet, die ein Mischen der zum Einsatz kommenden Prozess.- und Inertgase für die Toplanze und Unterbaddüsen erlaubt. Dabei werden insbesondere bei den Unterbaddüsen auf der Prozess.- und Schutzgasseite die Gase wie folgt gemischt
Die Bedingungen für das Frischen unter Vakuum im AOD Konverter bei gleichzeitigen Einblasen von großen Inertgasmengen zur Absenkung des Partialdrucks von CO sind deutlich günstiger als in einer VOD/ VODC-Anlage, weil der Reaktionsraum, die spezifische Blasraten und die Durchmischungsenergie das Reaktionspotenzial für die Entkohlung im Konvertergefäß deutlich vergrößern. Aus diesem Grund ist die Entkohlungsgeschwindigkeit im Vakuum Konverter deutlich größer, als in einer VOD.- oder VODC Anlage.
Der Feuerfest-Verbrauch einer konventionellen VOD/ VODC-Anlage ist Aufgrund längerer Behandlungszeiten deutlich größer als bei einem Vakuum Konverter.
Die Vorteile, die sich aus der erfindungsgemäßen Kombination ergeben, lassen sich wie Folgt zusammenfassen:
• Herstellung von Ferrolegierungen mit niedrigem C Gehalt
9 reduzierter Argon Verbrauch
β minimale Verdünnung mit Inertgas
© verbesserte Entkohlungsgeschwindigkeit
• weniger Kühlmaterial
• verbesserte Produktvielfalt
s hohe Produktionsflexibilität
• kürzere Zyklen
» höhere Produktionskapazität
• geringere Wärmeverluste
® verringerte Investitionskosten
verringerte Verfahrenskosten
reduzierter Verbrauch von Feuerfestmaterial, Reduktionsmittel reduzierter Anzahl an operativem Personal
erhöhte Ausbringung
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Ferrolegierungen, insbesondere von FeCr und FeMn Legierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in einem Vakuum - Konverter,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Vakuum -Konverter in der erste Stufen die Entsilizierung und die
Hauptentkohlung der Schmelze auf Basis des Konverter -Verfahrens unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt wird, wobei über eine Toplanze Sauerstoff und über
Unterbaddüsen, insbesondere Ringspaltdüsen, Sauerstoff und C02 in die Schmelze eingeblasen werden,
und
dass anschließend im selben Konverter in einer zweiten Stufe
die Tiefentkohlungsphase unter Vakuum durchgeführt wird, wobei
auf der Schutzgasseite der Unterbaddüsen zusätzlich C02 oder CmH2m+2 injiziert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der ersten Stufe auf der Schutzgasseite der Ringspaltdüsen C02, CmH2m+2, Ar oder N2 zusätzlich zum Inertgas injiziert werden.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Prozessgasseite der Ringspaltdüse Sauerstoff mit Inertgas wie C02, Argon oder Stickstoff injiziert wird.
4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Konverters mit Unterbaddüsen,
und eine oberhalb des Konverters angeordnete, relativ zu diesem quer verschiebbare und auf diesen aufsetzbare, Konverter sowie VOD Haube.
5. Anlage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Unterbaddüsen als Ringspaltdüsen ausgebildet sind.
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