EP0363749A1 - Process for dephosphorizing molten metals by treating with alkali metals and alkaline earth metals - Google Patents
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Classifications
-
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/10—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with refining or fluxing agents; Use of materials therefor, e.g. slagging or scorifying agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
- C21C7/064—Dephosphorising; Desulfurising
Definitions
- the invention relates to a process for removing phosphorus from metallic melts by treating the melt with at least one metal from the group of the alkali and alkaline earth metals in a treatment tank in the presence of slag.
- the ESR process is an extremely slow process with a high energy requirement and consequently only suitable for smaller quantities of metal.
- the energy requirement it must be taken into account that electrodes must first be cast from the steel to be cleaned, which electrodes must subsequently be remelted continuously into blocks. Since this process must take place in a water-cooled mold, high energy losses to the cooling water are inevitable.
- the invention is therefore based on the object of specifying a method of the type described at the outset which is distinguished by a high degree of efficiency or utilization rate of the alkali metal or alkaline earth metal used and in which the disposal problem of the slag containing the reaction products is also reliably solved.
- the object is achieved according to the invention in the method mentioned at the outset by treating melts with an iron content of at least 50 percent by weight and contents of nickel, cobalt and copper of at most 30 percent by weight in the melt at a distance from the bath surface , which corresponds to at least half of the total bath height, by means of an inert gas, injects a particulate mixture of at least one of the alkali and alkaline earth metals mentioned and at least one halide of the same alkali or alkaline earth metal, the mixing ratio being chosen so that under the reaction conditions a Minimum of alkali or alkaline earth metal evaporates that the unreacted components of the mixture (alkali and alkaline earth metal and the halide or the halides of these metals) and the phosphides formed by the reaction of the alkali and alkaline earth metals in the slag located above the melt collects and thereby carries out further reactions between the alkali and alkaline earth metals and the iron-containing molten metal by bath movement
- the melts in which the process according to the invention can preferably be used include, in addition to pure iron melts with less than 5% by weight of alloying elements, the melts of commercially available stainless chromium or chromium-nickel steels, such as, for example, No. 1.4300 (X 12 CrNi18 8), No. 1.4000 (X 6 Cr 13) and No. 1.4371 (X 12 CrMnNi 18 8 5).
- Such chromium and / or manganese-containing steels cannot be freed from phosphorus by conventional freshening because due to the greater affinity of these metals for oxygen, a large part of the metals is lost through oxidation or combustion before the phosphorus reacts with oxygen.
- phosphorus is usually removed by refining or oxidation.
- the particulate mixture used for dephosphorization can either consist of a mixture of granules of the alkali and alkaline earth metals on the one hand and at least one halide of the same alkali or alkaline earth metal on the other hand, or of a granulate of a mixture in which the alkali or alkaline earth metal in the at least a halide of the same alkali or alkaline earth metal is dissolved.
- the alkali and alkaline earth metals in question can be dissolved in their own halides in any proportions, and the alkali or alkaline earth metals evaporate from this melt far more poorly than if they were added to the iron-containing melt alone.
- the phosphorus content can be reduced with the process according to the invention without noticeable erosion of chromium from the melt.
- the alkali or alkaline earth metal is dissolved in the halide in question before being blown into the iron-containing melt, the solution is allowed to solidify and granulated, and the granules are blown into the iron-containing melt.
- the size of the granules is not very critical; it is only necessary to ensure that the granulate is transportable by a gas flow which is fed to the blowing lance.
- the mixing or solution ratio of alkali and alkaline earth metals to the corresponding halide is chosen between 1: 2 and 2: 1.
- drops of the solutions of alkali and alkaline earth metals in their halides rise from the injection point below the molten bath level to the latter due to the given temperatures and in the process interact intimately with the melt.
- other contaminating elements such as tin, lead, nitrogen, arsenic, antimony, bismuth, oxygen, sulfur, selenium and tellurium are also removed from the melt.
- reaction products rise to the surface of the molten bath and collect in the top slag located there, which preferably consists of the oxides of calcium and aluminum or contains these oxides in substantial amounts. Is of particular advantage also the presence of an amount of 5 to 15 percent by weight magnesium oxide. It should be emphasized that such a slag in turn does not dissolve any alkali or alkaline earth metal and has no significant influence on the P content of the melt.
- the alkali or alkaline earth metal also continues to participate in the reaction, namely through the inevitable bath movement caused by the blowing gas supplied mixing of the iron-containing melt and the top slag is effected.
- the phosphine formed is converted into the oxide in question, at the same time forming phosphorus pentoxide.
- Ca3P2 + 4 02 3 Ca0 + P205.
- Ca0 and P205 can in turn be converted to calcium phosphate, which can be used as a fertilizer in agriculture.
- the separated slag is kept under an inert gas atmosphere until the oxygen treatment.
- FIG. 1 shows a melting unit 1, which is of no interest here and in which the melt to be cleaned is produced. From this melting unit, the melt is poured into a pan 2, which is provided with a bottom outlet 3, which can be closed by a slide valve 4, and with an inlet 5 for a purge gas (for example argon).
- a purge gas for example argon
- slag 6 (so-called head slag) based on Ca0-Al203 is added.
- the pan 2 is closed by a lid 7 with a blowing lance 8.
- the immersion depth of the blowing lance in the molten metal is at least 50% of the total bath height from the pan bottom to the melt / slag interface.
- the blow lance 8 stands via a flexible line with a reservoir, not shown here, in connection with a granulate which is a mixture of calcium and calcium fluoride.
- the blowing lance 8 is connected to an argon source, the connection being selected in such a way that the argon introduces a corresponding amount of the mixture of calcium-calcium fluoride into the metal melt 9.
- the gas space above the slag 6 is connected to the environment via a filter, but this is not shown here for the sake of simplicity.
- the gate valve 4 is opened after cleaning, so that the molten metal 9 flows as a melt jet 9a in a further pan 10.
- the process is interrupted before the slag 6 (now provided with the reaction products of the impurities) has the opportunity to exit through the bottom outlet 3. It is important that the gas space 11 remains shut off from the atmosphere.
- the gas space above the slag can either through the blowing lance 8 or through a special line 13 with an inert gas, for example, argon, too.
- the pan 10 with the melt 9b can now be fed to a further treatment station, not shown here, in which a treatment such as vacuum degassing or vacuum oxygen decarburization is carried out.
- a treatment such as vacuum degassing or vacuum oxygen decarburization is carried out.
- FIG. 3 shows the state in which the pan 2 essentially contains only the slag 6.
- the oxidation treatment of the slag described above is now carried out. It is important that the gas space 11 above the slag is still sealed off from the atmosphere.
- dry oxygen is blown into the pan 2 through the blow lance 8 until all reaction products have been converted into the pure oxygen compounds of the impurities.
- the still molten slag is discharged through the bottom outlet 3 into a slag bucket 12, in which it can easily solidify in the ambient air.
- the slag can now be brought to a disposal site.
- a converter an arc furnace or an induction furnace, for example, can serve as the melting unit 1.
- a mixture of a production gas and the reactive mixture of the alkali and alkaline earth metals and their halides can also through the bottom inlet 5 be introduced.
- Example 1 Treatment of a 30 ton melt:
- the steel melt to be treated contains the following components after casting from the melting unit 1: 1% C; 18% Cr; 8.5% Ni; 0.07% P; 0.04% S.
- 300 kg of a slag mixture of 150 kg Ca0 and 150 kg Al203 as top slag are given up.
- the melt is rinsed vigorously for 3 minutes with an amount of argon of 50 l / min.
- the freeboard of pan 2 is 1000 mm; the temperature of the steel is 1600 ° C.
- the Ca-CaF 2 mixture is blown in.
- a blowing time of 10 minutes and an average blowing rate of 12 kg / min a total of 120 kg Ca-CaF2 are blown into the melt.
- the blowing of the cleaning substance was stopped and the reaction was completed after a further 5 minutes.
- the metal was tapped into a second pan 10 at a temperature of 1550 ° C. according to FIG.
- the analysis of the melt after completion of the reaction led to the following values: 1% C; 18% Cr; 8.5% Ni; 0.025% P; 0.02% S.
- the still liquid slag in the first pan 2 was refreshed with the same blowing lance 8 with oxygen.
- the lower end of the lance was at a distance of approx. 400 mm from the slag.
- a strong floor flush of approx. 75 l / min led to a quick oxidation.
- the blowing time was about 7.5 minutes. About one minute after the completion of the freshening, the treated slag could easily be tapped into the slag bucket 12.
- Example 2 Treatment of a 50 ton melt:
- the timing of the individual process steps corresponded to that in Example 1.
- the steel melt to be treated contained the following components: 0.8% C; 20% Cr; 10% Ni; 0.06% P; 0.04% S.
- the amount of top slag added during tapping was 600 kg and consisted of 50% Ca0 and Al203. 100 l / min of argon were introduced through the bottom inlet 5 to bring about a gas purge.
- the initial temperature of the melt was 1600 ° C.
- the blowing lance 8 was immersed in the melt to such an extent that its lower end was about 1000 mm below the bath level, which also corresponded to 50% of the bath height here. This was constantly Inert gas passed through the blowing lance.
- a Ca-CaF2 mixture containing 50% Ca was blown in over a period of 14 minutes with an average amount per unit time of 15 kg / min, so that a total of 210 kg of the treatment mixture got into the melt.
- the reaction was complete 5 minutes after the blowing had ended and the analysis of the melt gave the following values: 0.8% C; 20% Cr; 10% Ni; 0.020% P; 0.015% S.
- the final temperature was 1550 ° C, which guaranteed a subsequent vacuum degassing.
- the slag was treated in accordance with Example 1.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Phosphor aus metallischen Schmelzen durch Behandeln der Schmelze mit mindestens einem Metall aus der Gruppe der Alkali- und Erdalkalimetalle in einem Behandlungsbehälter in Gegenwart von Schlacke.The invention relates to a process for removing phosphorus from metallic melts by treating the melt with at least one metal from the group of the alkali and alkaline earth metals in a treatment tank in the presence of slag.
Durch den Aufsatz von Tokumitsu/Nakamura/Kajioka/Ishikawa "Production of highly purified austenitic stainless steel by ESR process using Ca-CaF₂ flux", veröffentlicht in "Proc. 6th International Metallurgy Conference on Special Melting", April 1979, Seiten 670 bis 683, ist es bekannt, daß man aus chromhaltigen Schmelzen (rostfreier Stahl) Schwefel und Sauerstoff durch Pfannen-Verfahren sowie durch das Elektroschlacke-Umschmelz-Verfahren (ESR-Verfahren) entfernen kann. Es wird jedoch gleichzeitig darauf verwiesen, daß es schwierig ist, Schwefel und Sauerstoff gleichzeitig bis auf sehr niedrige Werte zu entfernen. Insbesondere die Entfernung von Phosphor führe regelmäßig zu hohen Oxidationsverlusten an Chrom. Die Autoren geben an, daß es mittels des ESR-Verfahrens und unter Verwendung einer Schlacke aus Kalzium und Kalziumfluorid möglich ist, eine große Anzahl von Verunreinigungen aus der Schmelze zu entfernen, darunter zahlreiche Metalle, insbesondere aber Phosphor, Sauerstoff und Schwefel. Das ESR-Verfahren ist jedoch ein außerordentlich langsam ablaufendes Verfahren mit einem hohen Energiebedarf und infolgedessen nur für kleinere Metallmengen geeignet. Bezüglich des Energiebedarfs ist zu berücksichtigen, daß aus dem zu reinigenden Stahl zunächst Elektroden gegossen werden müssen, die nachfolgend kontinuierlich zu Blöcken umgeschmolzen werden müssen. Da dieser Prozeß in einer wassergekühlten Kokille erfolgen muß, sind hohe Energieverluste an das Kühlwasser unvermeidlich.By the article by Tokumitsu / Nakamura / Kajioka / Ishikawa "Production of highly purified austenitic stainless steel by ESR process using Ca-CaF₂ flux", published in "Proc. 6th International Metallurgy Conference on Special Melting", April 1979, pages 670 to 683 , it is known that sulfur and oxygen can be removed from chromium-containing melts (stainless steel) by the ladle method and by the electroslag remelting method (ESR method). At the same time, however, it is pointed out that it is difficult to remove sulfur and oxygen at the same time to very low values. In particular, the removal of phosphorus regularly leads to high oxidation losses on chromium. The authors state that it is using the ESR process and using a slag made of calcium and calcium fluoride is able to remove a large number of impurities from the melt, including numerous metals, but especially phosphorus, oxygen and sulfur. However, the ESR process is an extremely slow process with a high energy requirement and consequently only suitable for smaller quantities of metal. With regard to the energy requirement, it must be taken into account that electrodes must first be cast from the steel to be cleaned, which electrodes must subsequently be remelted continuously into blocks. Since this process must take place in a water-cooled mold, high energy losses to the cooling water are inevitable.
Durch den Aufsatz von Bode/Engell/Schwerdtfeger "Entfernbarkeit von Phosphor, Arsen, Antimon, Zinn und Stickstoff aus Chrom-Nickel-Stahl mit Kalzium unter Anwendung von Überdruck", veröffentlicht in "Stahl und Eisen", 1983, Seiten 211 bis 215, ist es bekannt, auf die Schmelze aus Chrom-Nickel-Stahl eine Kopfschlacke aus Kalziumfluorid aufzubringen und Kalzium in einer Stahlrohrkapsel einzubringen. Das Verfahren leidet jedoch unter einer hohen Verdampfungsrate von Kalzium, die auch durch drastische Druckerhöhung nicht wesentlich gesenkt werden konnte. Das Verfahren hat bezüglich der Kalziumzugabe mithin einen außerordentlich schlechten Wirkungsgrad.Through the article by Bode / Engell / Schwerdtfeger "Removability of phosphorus, arsenic, antimony, tin and nitrogen from chrome-nickel steel with calcium using excess pressure", published in "Stahl und Eisen", 1983, pages 211 to 215, it is known to apply a top slag made of calcium fluoride to the melt of chrome-nickel steel and to introduce calcium in a tubular steel capsule. However, the process suffers from a high evaporation rate of calcium, which could not be significantly reduced even by a drastic increase in pressure. The process therefore has an extraordinarily poor efficiency with regard to the calcium addition.
Durch die DE-PS 823 219 und die US-PS 2 406 582 ist es bekannt, Schmelzen, die vollständig oder überwiegend aus Nickel bestehen, mit Kalzium zu behandeln, um den Schwefel zu entfernen. Bei derartigen Schmelzen treten die Probleme des Verdampfens von Kalzium nur untergeordnet auf, weil Kalzium und Nickel in beliebigen Verhältnissen eine Legierung bilden. Die Beseitigung von Phosphor ist nicht angesprochen.From DE-PS 823 219 and US-
Durch die US-PS 4 435 210 ist es bekannt, zur Entphosphorisierung von geschmolzenem Stahl in einer Pfanne ein feinteiliges Gemisch aus zwei Komponenten zu verwenden, von denen die eine Komponente aus einer Legierung aus Kalzium und mindestens einem der Metalle Aluminium und Silizium besteht, und die andere Komponente aus einer Schlacke, die im wesentlichen aus Kalzium- und Aluminiumoxid besteht. Zwar ist angegeben, daß das Reaktionsgemisch zwischen 0 und 30 Prozent an Kalziumfluorid enthalten kann, jedoch wird auch hierdurch das Verdampfen des Kalziums nur unwesentlich vermindert. Es kann angenommen werden, daß das Reaktionsgemisch mit dem Kalzium und den übrigen Schlackebildnern Kopfschlacke aufsteigt und von dort verdampft, bevor das Kalzium Gelegenheit hatte, mit dem Phosphor in der Stahlschmelze zu reagieren. Auch konnte eine Wechselwirkung zwischen dem Kalzium und seinem Fluorid nicht erkannt werden, vermutlich deswegen, weil die oxidischen Schlackebildner eine solche Wechselwirkung zumindest unterdrücken.It is known from US Pat. No. 4,435,210 to use a finely divided mixture of two components, one of which consists of an alloy of calcium and at least one of the metals aluminum and silicon, for the dephosphorization of molten steel in a ladle, and the other component consists of a slag consisting essentially of calcium and aluminum oxide. Although it is stated that the reaction mixture can contain between 0 and 30 percent of calcium fluoride, this also only insignificantly reduces the evaporation of the calcium. It can be assumed that the reaction mixture with the calcium and the other slag formers ascends and evaporates from the top slag before the calcium has had the opportunity to react with the phosphorus in the steel melt. An interaction between the calcium and its fluoride could not be recognized, probably because the oxidic slag formers at least suppress such an interaction.
Abgesehen von der hohen Verdampfungsrate der Alkali- oder Erdalkalimetalle besteht aber noch ein weiteres Problem, das darauf beruht, daß das bei der Reaktion dieser Metalle mit dem Phosphor gebildete Phosphid in Verbindung mit Wasserdampf und/oder Luftfeuchtigkeit ein sehr gefährliches bzw. giftiges Gas entwickelt, das Phosphin.Apart from the high evaporation rate of the alkali or alkaline earth metals, there is still another problem which is based on the fact that the phosphide formed in the reaction of these metals with the phosphorus develops a very dangerous or toxic gas in connection with water vapor and / or atmospheric moisture, the phosphine.
Durch die US-PS 4 541 863 ist es bekannt, die Schlacke mit dem Reaktionsprodukt aus Kalzium und Phosphor von der Metallschmelze zu isolieren und mit einem Oxidationsmittel zu behandeln, so daß hierdurch eine reine Sauerstoffverbindung des Phosphors gebildet wird. Als bevorzugte Oxidationsmittel werden hierbei die Karbonate des Natriums, Magnesiums und Kaliums angegeben. Die betreffende Schrift läßt es wiederum völlig offen, auf welche Weise und in welcher relativen Menge das Kalzium in die Metallschmelze eingebracht wird.It is known from US Pat. No. 4,541,863 to isolate the slag with the reaction product of calcium and phosphorus from the metal melt and to treat it with an oxidizing agent, so that a pure oxygen compound of the phosphorus is thereby formed. The preferred oxidizing agents are the carbonates of sodium, magnesium and potassium. The document in question leaves it completely open in what way and in what relative amount the calcium is introduced into the molten metal.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, das sich durch einen hohen Wirkungsgrad bzw. Ausnutzungsgrad des eingesetzten Alkali- bzw. Erdalkalimetalls auszeichnet und bei dem außerdem das Entsorgungsproblem der die Reaktionsprodukte enthaltenden Schlacke zuverlässig gelöst wird.The invention is therefore based on the object of specifying a method of the type described at the outset which is distinguished by a high degree of efficiency or utilization rate of the alkali metal or alkaline earth metal used and in which the disposal problem of the slag containing the reaction products is also reliably solved.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß man bei der Behandlung von Schmelzen mit einem Eisenanteil von mindestens 50 Gewichtsprozent und Gehalten an Nickel, Kobalt und Kupfer von zusammen höchstens 30 Gewichtsprozent in die Schmelze in einem Abstand von der Badoberfläche, der mindestens der Hälfte der gesamten Badhöhe entspricht, mittels eines inerten Gases ein partikelförmiges Gemisch aus mindestens einem der genannten Alkali- und Erdalkalimetalle und aus mindestens einem Halogenid des gleichen Alkali- oder Erdalkalimetalls einbläst, wobei das Mischungsverhältnis so gewählt wird, daß unter den Reaktionsbedingungen ein Minimum an Alkaii- oder Erdalkalimetall verdampft, daß man die nicht umgesetzten Komponenten des Gemischs (Alkali- und Erdalkalimetall und das Halogenid bzw. die Halogenide dieser Metalle) und die durch die Reaktion gebildeten Phospide der Alkali- und Erdalkalimetalle in der über der Schmelze befindlichen Schlacke sammelt und hierbei durch die Badbewegung weitere Reaktionen zwischen den Alkali- und Erdalkalimetallen und der eisenhaltigen Metallschmelze durchführt und schließlich die Schlacke mit den Reaktionsprodukten von der Metallschmelze trennt und unter Feuchtigskeitsabschluß hält und mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Verbindungen bis zur vollständigen Umsetzung der Reaktionsprodukte in Sauerstoffverbindungen des Phosphors behandelt.The object is achieved according to the invention in the method mentioned at the outset by treating melts with an iron content of at least 50 percent by weight and contents of nickel, cobalt and copper of at most 30 percent by weight in the melt at a distance from the bath surface , which corresponds to at least half of the total bath height, by means of an inert gas, injects a particulate mixture of at least one of the alkali and alkaline earth metals mentioned and at least one halide of the same alkali or alkaline earth metal, the mixing ratio being chosen so that under the reaction conditions a Minimum of alkali or alkaline earth metal evaporates that the unreacted components of the mixture (alkali and alkaline earth metal and the halide or the halides of these metals) and the phosphides formed by the reaction of the alkali and alkaline earth metals in the slag located above the melt collects and thereby carries out further reactions between the alkali and alkaline earth metals and the iron-containing molten metal by bath movement and finally separates the slag with the reaction products from the molten metal and keeps it moisture-free and with oxygen or oxygen-containing compounds until the reaction products are completely converted into oxygen compounds of the phosphorus treated.
Dabei ist zunächst überraschend, daß die Ersparnis an Alkali- und Erdalkalimetallen auch bei Schmelzen mit einem Eisenanteil von mindestens 50 Gewichtsprozent eintritt. Die betreffenden Alkali- und Erdalkalimetalle sind nämlich in Eisen praktisch unlöslich und haben infolgedessen zu den in der Literatur beschriebenen Verdampfungsverlusten geführt.It is initially surprising that the savings in alkali and alkaline earth metals also occur in melts with an iron content of at least 50 percent by weight. The alkali and alkaline earth metals in question are practically insoluble in iron and have consequently led to the evaporation losses described in the literature.
Zu den Schmelzen, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt angwendet werden kann, gehören außer reinen Eisenschmelzen mit weniger als 5 Gewichtsprozent Legierungselementen die Schmelzen handelsüblicher nichtrostender Chrom- bzw. Chrom-Nickel-Stähle, wie z.B. Nr. 1.4300 (X 12 CrNi18 8), Nr. 1.4000 (X 6 Cr 13) und Nr. 1.4371 (X 12 CrMnNi 18 8 5). Derartige Chrom-und/oder manganhaltige Stähle lassen sich durch das herkömmliche Frischen nicht von Phosphor befreien, weil infolge der größeren Affinität dieser Metalle zum Sauerstoff ein großer Teil der Metalle durch Oxidation bzw. Abbrand verloren geht, bevor der Phosphor mit Sauerstoff reagiert. Phosphor wird bei Stählen mit weniger als 5 Gewichtsprozent Chrom üblicherweise durch Frischen bzw. Oxidation entfernt.The melts in which the process according to the invention can preferably be used include, in addition to pure iron melts with less than 5% by weight of alloying elements, the melts of commercially available stainless chromium or chromium-nickel steels, such as, for example, No. 1.4300 (
Das zur Entphosphorisierung verwendete partikelförmige Gemisch kann entweder aus einem Gemisch von Granulaten der Alkali- und Erdalkalimetalle einerseits und mindestens einem Halogenid des gleichen Alkali- oder Erdalkalimetalls andererseits bestehen, oder aus einem Granulat eines Gemischs, bei dem das Alkali- bzw. Erdalkalimetall in dem mindestens einen Halogenid des gleichen Alkali- oder Erdalkalimetalls gelöst ist. Die betreffenden Alkali- und Erdalkalimetalle lassen sich nämlich in beliebigen Mengenverhältnissen in ihren eigenen Halogeniden lösen, und aus dieser Schmelze verdampfen die Alkali- bzw. Erdalkalimetalle weitaus schlechter, als wenn man sie allein der eisenhaltigen Schmelze zusetzt.The particulate mixture used for dephosphorization can either consist of a mixture of granules of the alkali and alkaline earth metals on the one hand and at least one halide of the same alkali or alkaline earth metal on the other hand, or of a granulate of a mixture in which the alkali or alkaline earth metal in the at least a halide of the same alkali or alkaline earth metal is dissolved. The alkali and alkaline earth metals in question can be dissolved in their own halides in any proportions, and the alkali or alkaline earth metals evaporate from this melt far more poorly than if they were added to the iron-containing melt alone.
Man kann dies vereinfacht auch so ausdrücken, daß die Halogenide der Alkali- und Erdalkalimetalle gewissermaßen den Überdruck beim Stand der Technik ersetzen, wobei aber zusätzlich die Wirkung sehr viel besser ist als bei der Anwendung reinen Überdrucks.To put it simply, the halides of the alkali and alkaline earth metals effectively replace the overpressure in the prior art, but in addition the effect is much better than when using pure overpressure.
Sofern chromhaltige Schmelzen behandelt werden, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Phosphorgehalt ohne merklichen Abbrand von Chrom aus der Schmelze verringern.If chromium-containing melts are treated, the phosphorus content can be reduced with the process according to the invention without noticeable erosion of chromium from the melt.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn man das Alkali- oder Erdalkalimetall vor dem Einblasen in die eisenhaltige Schmelze in dem betreffenden Halogenid in Lösung bringt, die Lösung erstarren läßt und granuliert und das Granulat in die eisenhaltige Schmelze einbläst.It is particularly advantageous if the alkali or alkaline earth metal is dissolved in the halide in question before being blown into the iron-containing melt, the solution is allowed to solidify and granulated, and the granules are blown into the iron-containing melt.
Die Granulatgröße ist dabei wenig kritisch; es muß nur dafür Sorge getragen werden, daß das Granulat durch eine Gasströmung, die der Blaslanze zugeführt wird, transportfähig ist.The size of the granules is not very critical; it is only necessary to ensure that the granulate is transportable by a gas flow which is fed to the blowing lance.
In besonders zweckmäßiger Weise wird dabei das Mischungs- bzw. Lösungsverhältnis von Alkali- und Erdalkalimetallen zu dem entsprechenden Halogenid zwischen 1:2 und 2:1 gewählt.In a particularly expedient manner, the mixing or solution ratio of alkali and alkaline earth metals to the corresponding halide is chosen between 1: 2 and 2: 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren steigen mithin aufgrund der gegebenen Temperaturen Tropfen der Lösungen aus Alkali- und Erdalkalimetallen in ihren Halogeniden von der Einblasstelle unterhalb des Schmelzbadspiegels bis zu diesem auf und treten hierbei in innige Wechselwirkung mit der Schmelze. Dabei werden außer dem Phosphor auch weitere verunreinigende Elemente aus der Schmelze entfernt wie beispielsweise Zinn, Blei, Stickstoff, Arsen, Antimon, Wismut, Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur.In the process according to the invention, drops of the solutions of alkali and alkaline earth metals in their halides rise from the injection point below the molten bath level to the latter due to the given temperatures and in the process interact intimately with the melt. In addition to phosphorus, other contaminating elements such as tin, lead, nitrogen, arsenic, antimony, bismuth, oxygen, sulfur, selenium and tellurium are also removed from the melt.
Sämtliche Reaktionsprodukte steigen zur Schmelzbadoberfläche auf und sammeln sich in der dort befindlichen Kopfschlacke, die bevorzugt aus den Oxiden des Kalziums und des Aluminiums besteht oder diese Oxide in wesentlichen Mengen enthält. Von besonderem Vorteil ist hierbei auch die Anwesenheit einer Menge von 5 bis 15 Gewichtsprozent Magnesiumoxid. Es ist zu betonen, daß eine solche Schlacke ihrerseits kein Alkali- oder Erdalkalimetall löst und auch keinen nennenswerten Einfluß auf den P-Gehalt der Schmelze ausübt.All reaction products rise to the surface of the molten bath and collect in the top slag located there, which preferably consists of the oxides of calcium and aluminum or contains these oxides in substantial amounts. Is of particular advantage also the presence of an amount of 5 to 15 percent by weight magnesium oxide. It should be emphasized that such a slag in turn does not dissolve any alkali or alkaline earth metal and has no significant influence on the P content of the melt.
Sofern hierbei ein noch nicht umgesetzter Anteil des Alkali- bzw. Erdalkalimetalls in Lösung in dem betreffenden Halogenid bis zur Kopfschlacke aufsteigt, nimmt hierbei das Alkali- bzw. Erdalkalimetall auch noch weiterhin an der Reaktion teil, indem nämlich durch die unvermeidbare Badbewegung durch das zugeführte Blasgas eine Durchmischung der eisenhaltigen Schmelze und der Kopfschlacke bewirkt wird.If an unreacted portion of the alkali or alkaline earth metal in solution in the halide in question rises up to the top slag, the alkali or alkaline earth metal also continues to participate in the reaction, namely through the inevitable bath movement caused by the blowing gas supplied mixing of the iron-containing melt and the top slag is effected.
Durch die abschließenden Verfahrensschritte, die Schlacke mit den Reaktionsprodukten von der Metallschmelze zu trennen, unter Feuchtigkeitsabschluß zu halten und schließlich mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Verbindungen zu behandeln, wird das gebildete Phosphin in das betreffende Oxid umgesetzt, wobei gleichzeitig Phosphorpentoxid gebildet wird. Bei Verwendung von Kalzium als Reinigungsmetall läuft beispielsweise folgende Reaktion ab:
Ca₃P₂ + 4 0₂ = 3 Ca0 + P₂0₅.
Ca0 und P₂0₅ lassen sich wiederum zu Kalziumphosphat umsetzen, das als Düngemittel in der Landwirtschaft verwendet werden kann.Through the final process steps to separate the slag with the reaction products from the molten metal, keep it under moisture and finally treat it with oxygen or oxygen-containing compounds, the phosphine formed is converted into the oxide in question, at the same time forming phosphorus pentoxide. When using calcium as a cleaning metal, the following reaction occurs, for example:
Ca₃P₂ + 4 0₂ = 3 Ca0 + P₂0₅.
Ca0 and P₂0₅ can in turn be converted to calcium phosphate, which can be used as a fertilizer in agriculture.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn man die abgetrennte Schlacke bis zur Sauerstoffbehandlung unter Inertgasatmosphäre aufbewahrt.It is particularly advantageous if the separated slag is kept under an inert gas atmosphere until the oxygen treatment.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und zwei Ausführungsbeispiele des Verfahrens werden nachfolgend näher erläutert.A device for carrying out the method according to the invention and two exemplary embodiments of the method are explained in more detail below.
Es zeigen:
Figur 1 die erste Stufe des Verfahrens, nämlich die Behandlung der eisenhaltigen Metallschmelze mit einem Alkali- oder Erdalkalimetall,Figur 2 die zweite Stufe des Verfahrens, nämlich die Trennung der eisenhaltigen Metallschmelze von der Kopfschlacke unter Luftabschluß, undFigur 3 die letzte Stufe des Verfahrens, nämlich die Oxidation der Reaktionsprodukte.
- 1 shows the first stage of the process, namely the treatment of the ferrous metal melt with an alkali or alkaline earth metal,
- Figure 2 shows the second stage of the process, namely the separation of the ferrous metal melt from the top slag in the absence of air, and
- Figure 3 shows the last stage of the process, namely the oxidation of the reaction products.
In Figur 1 ist ein hier nicht näher interessierendes Einschmelzaggregat 1 dargestellt, in dem die zu reinigende Schmelze erzeugt wird. Aus diesem Einschmelzaggregat wird die Schmelze in eine Pfanne 2 abgegossen, die mit einem Bodenauslaß 3, der durch einen Absperrschieber 4 verschließbar ist, und mit einem Einlaß 5 für ein Spülgas (beispielsweise Argon) versehen ist.FIG. 1 shows a
Während des Abstichs erfolgt eine Zugabe von Schlacke 6 (sogenannte Kopfschlacke) auf der Basis Ca0-Al₂0₃. Nach Beendigung des Abstichs wird die Pfanne 2 durch einen Deckel 7 mit einer Blaslanze 8 verschlossen. Die Eintauchtiefe der Blaslanze in die Metallschmelze beträgt mindestens 50 % der gesamten Badhöhe vom Pfannenboden bis zur Grenzfläche Schmelze/Schlacke. Die Blaslanze 8 steht über eine flexible Leitung mit einem hier nicht gezeigten Reservoir mit einem Granulat in Verbindung, das ein Gemisch aus Kalzium und Kalziumfluorid darstellt. Weiterhin steht die Blaslanze 8 mit einer Argonquelle in Verbindung, wobei der Anschluß in der Weise gewählt ist, daß das Argon eine entsprechende Menge des Gemischs aus Kalzium-Kalziumfluorid in die Metallschmelze 9 einträgt.During the tapping, slag 6 (so-called head slag) based on Ca0-Al₂0₃ is added. After the tapping has ended, the
Der Gasraum über der Schlacke 6 ist über ein Filter mit der Umgebung verbunden, was hier jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.The gas space above the
Nach dem Aufsetzen des Deckels 7 wird durch den Einlaß 5 Argon eingelassen, um eine Spül- und Rührwirkung in der Schmelze zu erzeugen. Gleichzeitig wird durch die Blaslanze 8 ein Gemisch aus Ca-CaF₂ eingebracht, das in einer Argonströmung suspendiert ist. Die Gasspülung wird bis zum Reaktionsende fortgesetzt. Die aufsteigenden Gasblasen und Metalltropfen sind in Figur 1 nur angedeutet.After the
Gemäß Figur 2 wird nach beendeter Reinigung der Absperrschieber 4 geöffnet, so daß die Metallschmelze 9 als Schmelzestrahl 9a in eine weitere Pfanne 10 fließt. Der Vorgang wird unterbrochen, bevor die Schlacke 6 (nunmehr mit den Reaktionsprodukten der Verunreinigungen versehen) Gelegenheit hat, durch den Bodenauslaß 3 auszutreten. Es ist wichtig, daß der Gasraum 11 gegenüber der Atmosphäre abgesperrt bleibt. Um das von der Schmelze freigegebene Volumen zu ersetzen, kann der Gasraum über der Schlacke entweder durch die Blaslanze 8 oder durch eine besondere Leitung 13 mit einem Inertgas, beispielsweise gleichfalls Argon, geflutet werden.According to Figure 2, the
Die Pfanne 10 mit der Schmelze 9b kann nunmehr einer weiteren, hier nicht dargestellten, Behandlungsstation zugeführt werden, in der eine Behandlung wie eine Vakuumentgasung oder eine Vakuum-Sauerstoffentkohlung durchgeführt wird.The
Figur 3 zeigt den Zustand, in dem die Pfanne 2 im wesentlichen nur noch die Schlacke 6 enthält. Nunmehr wird die weiter oben beschriebene Oxidationsbehandlung der Schlacke durchgeführt. Es ist wichtig, daß auch hierbei der Gasraum 11 über der Schlacke weiterhin gegenüber der Atmosphäre abgesperrt ist. Zur Sauerstoffbehandlung wird durch die Blaslanze 8 trockener Sauerstoff in die Pfanne 2 eingeblasen, bis sämtliche Reaktionsprodukte in die reinen Sauerstoffverbindungen der Verunreinigungen umgesetzt sind. Sobald die Sauerstoffbehandlung der Schlacke beendet ist, wird die immer noch schmelzflüssige Schlacke durch den Bodenauslaß 3 in einen Schlackenkübel 12 abgelassen, in dem sie ohne weiteres an der Umgebungsluft erstarren kann. Die Schlacke kann nunmehr auf eine Entsorgungsdeponie gebracht werden.Figure 3 shows the state in which the
Als Einschmelzaggregat 1 kann beispielsweise ein Konverter, ein Lichtbogenofen oder ein Induktionsofen dienen.A converter, an arc furnace or an induction furnace, for example, can serve as the
Eine Mischung aus einem Fördergas und dem reaktionsfähigen Gemisch aus den Alkali- und Erdalkalimetallen und ihren Halogeniden kann auch durch den Bodeneinlaß 5 eingeführt werden.A mixture of a production gas and the reactive mixture of the alkali and alkaline earth metals and their halides can also through the
Die zu behandelnde Stahlschmelze enthält nach dem Abguß aus dem Einschmelzaggregat 1 folgende Bestandteile:
1 % C; 18 % Cr; 8,5 % Ni; 0,07 % P; 0,04 % S.
Während des Eingusses in die Pfanne 2 werden 300 kg eines Schlackengemischs aus 150 kg Ca0 und 150 kg Al₂0₃ als Kopfschlacke mit aufgegeben. Nach dem Aufsetzen des Deckels 7 wird die Schmelze für die Dauer von 3 Minuten mit einer Argon-Menge von 50 l/min kräftig gespült. Der Freibord der Pfanne 2 beträgt hierbei 1000 mm; die Temperatur des Stahles liegt bei 1600 °C.The steel melt to be treated contains the following components after casting from the melting unit 1:
1% C; 18% Cr; 8.5% Ni; 0.07% P; 0.04% S.
During the pouring into the
Nach dem Absenken der Blaslanze 8 bis zu einer Tiefe von etwa 800 mm unterhalb des Badspiegels (dies entspricht etwa 50 % der gesamten Badhöhe) wird mit dem Einblasen des Ca-CaF₂-Gemisches begonnen. Bei einer Blaszeit von 10 Minuten und einer mittleren Einblasmenge von 12 kg/min werden insgesamt 120 kg Ca-CaF₂ in die Schmelze eingeblasen. Das Einblasen der reinigenden Substanz wurde beendet, und nach weiteren 5 Minuten war die Reaktion abgeschlossen. Das Metall wurde mit einer Temperatur von 1550 °C gemäß Figur 2 in eine zweite Pfanne 10 abgestochen. Die Analyse der Schmelze nach Abschluß der Reaktion führte zu folgenden Werten:
1 % C; 18 % Cr; 8,5 % Ni; 0,025 % P; 0,02 % S.After the
1% C; 18% Cr; 8.5% Ni; 0.025% P; 0.02% S.
Die weitere Behandlung der Schmelze erfolgte in einer nachgeschalteten Vakuumentgasungsanlage, die wahlweise auch mit Sauerstoffzufuhr betrieben werden konnte.The further treatment of the melt took place in a downstream vacuum degassing plant, which could optionally also be operated with an oxygen supply.
Die noch flüssige Schlacke in der ersten Pfanne 2 wurde mit der gleichen Blaslanze 8 mit Sauerstoff gefrischt. Hierbei befand sich das untere Ende der Lanze in einem Abstand von ca. 400 mm von der Schlacke. Eine starke Bodenspülung von ca. 75 l/min führte zu einer schnellen Oxidation. Die Blaszeit lag dabei bei etwa 7,5 Minuten. Etwa eine Minute nach Beendigung des Frischens konnte die behandelte Schlacke problemlos in den Schlackenkübel 12 abgestochen werden.The still liquid slag in the
Der zeitliche Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte entsprach dabei denjenigen im Beispiel 1. Die zu behandelnde Stahlschmelze enthielt folgende Bestandteile:
0,8 % C; 20 % Cr; 10 % Ni; 0,06 % P; 0,04 % S.
Die während des Abstichs zugegebene Menge an Kopfschlacke betrug 600 kg und bestand aus je 50 % Ca0 und Al₂0₃. Durch den Bodeneinlaß 5 wurden 100 l/min Argon zum Herbeiführen einer Gasspülung eingeleitet. Die Anfangstemperatur der Schmelze lag bei 1600 °C.The timing of the individual process steps corresponded to that in Example 1. The steel melt to be treated contained the following components:
0.8% C; 20% Cr; 10% Ni; 0.06% P; 0.04% S.
The amount of top slag added during tapping was 600 kg and consisted of 50% Ca0 and Al₂0₃. 100 l / min of argon were introduced through the
Nach dem Aufsetzen des Deckels wurde die Blaslanze 8 soweit in die Schmelze eingetaucht, daß ihr unteres Ende etwa 1000 mm unterhalb des Badspiegels lag, was auch hier 50 % der Badhöhe entsprach. Hierbei wurde ständig Inertgas durch die Blaslanze geleitet. Während einer Zeitdauer von 14 Minuten wurde ein Ca-CaF₂-Gemisch mit einem Anteil von 50 % Ca mit einer mittleren Menge pro Zeiteinheit von 15 kg/min eingeblasen, so daß insgesamt 210 kg des Behandlungsgemischs in die Schmelze gelangten. 5 Minuten nach Beendigung des Einblasens war die Reaktion abgeschlossen, und die Analyse der Schmelze führte zu folgenden Werten:
0,8 % C; 20 % Cr; 10 % Ni; 0,020 % P; 0,015 % S.
Die Endtemperatur lag bei 1550 °C, was eine nachfolgende Vakuumentgasung problemlos gewährleistete. Die Behandlung der Schlacke erfolgte entsprechend Beispiel 1.After the lid was put on, the
0.8% C; 20% Cr; 10% Ni; 0.020% P; 0.015% S.
The final temperature was 1550 ° C, which guaranteed a subsequent vacuum degassing. The slag was treated in accordance with Example 1.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
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DE3834164 | 1988-10-07 | ||
DE3834164 | 1988-10-07 |
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EP89118010A Withdrawn EP0363749A1 (en) | 1988-10-07 | 1989-09-28 | Process for dephosphorizing molten metals by treating with alkali metals and alkaline earth metals |
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Citations (4)
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DE2520841A1 (en) * | 1974-05-09 | 1975-11-20 | Nippon Steel Corp | PROCESS FOR DEPHOSPHORIZATION AND DENITRIFICATION OF AN ALLOY CONTAINING EASILY OXIDIZABLE COMPONENTS |
DE2629020B1 (en) * | 1976-06-29 | 1977-08-11 | Nippon Steel Corp | Removing phosphorus from metals or alloys - by treating melt with compsn. contg. calcium carbide and alkaline earth metal halide |
FR2428672A1 (en) * | 1978-06-14 | 1980-01-11 | Siderurgie Fse Inst Rech | Dephosphorisation of steel bath under reducing conditions - using alkaline earth metal addition |
US4435210A (en) * | 1982-02-12 | 1984-03-06 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Refining agent of molten metal and methods for producing the same |
-
1989
- 1989-09-28 EP EP89118010A patent/EP0363749A1/en not_active Withdrawn
- 1989-10-06 JP JP26032989A patent/JPH02217411A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2520841A1 (en) * | 1974-05-09 | 1975-11-20 | Nippon Steel Corp | PROCESS FOR DEPHOSPHORIZATION AND DENITRIFICATION OF AN ALLOY CONTAINING EASILY OXIDIZABLE COMPONENTS |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
STAHL UND EISEN * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02217411A (en) | 1990-08-30 |
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