NO834484L - Fremgangsmaate og anordning ved fremstilling av metaller - Google Patents

Description

! I

"Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av metaller, spesielt av flytende råjern, stålutgangsmaterialer eller ferrolegeringer av metalloksydholdig råstoff, hvorunder råstoffet smeltes i en metallurgisk beholder ved.hjelp av minst en plasmabrenner som er rettet ovenfra og nedover, samt en anordning for utførelse av fremgangsmåten.

Behandlingen av finmaling til smeltet metall kreves ved de reduksjonsaggregater som idag anvendes ved en forutgående agglomerering. Skal f.eks. finkornet jernmalm reduseres og smeltes til flytende metall, hvilket normalt skjer i en høy-ovn eller i en elektroreduksjonsovn, er det nødvendig for å oppnå en mest mulig økonomisk fremstilling og en god reduk-sjonsytelse ved minst mulig brennstofforbruk å bringe malmen i stykker ved sentring, pelletering eller brikettering.

Dette gjelder også for fremstilling av ferrolegeringer (FeCr, FéMn, FeW, FeNi, FeSi, ...) som hovedsakelig smeltes i elek-troreduks jonsovner .

Ulempene ved disse kjente fremgangsmåter ligger bl.a. i

høye tekniske og økonomiske investeringer for sortering av malmen før den egentlige innsmeltings- hhv. reduksjonspros-essen og i den relative lange prosesstiden.

Fra AT-B - 257 967 er det kjent en fremgangsmåte av den inn-ledningsvis beskrevne art for reduksjon av metalliske oksyder ved hjelp av et lysbueplasma. Plasmabuen tennes mellom en plasmabrenner anordnet loddrett i lokket og en bunnelektrode anordnet i bunnen av en sméltebeholder.

Reduksjonen av metalloksydene finner sted i slaggsjiktet, idet det flytende smeltede oksyd utsettes for lysbueplasma-strålen som inneholder en hydrokarbongass, og dette flytende

smeltede oksyd reduseres ved spaltningsproduktene av hydro-karbongassen..

I

Denne kjente fremgangsmåte har den ulempe at varmeenergien som utstråles fra plasmastrålen er en stor belastning for ovnsforingen, da den sterkeste varmestråling opptrer loddrett på plasmastrålens akse. Dette betinger på den ene siden en forkortelse av ovnsreisen, dvs. ovnens driftstid fra en nedrivning til den neste nedrivning av ildfast foring, og på den annen side en dårlig utnyttelse av den tilførte energi,

da en stor del av varmen må opptas av ovnsmuringen uten å

ta del i smelteprosessen.

Oppgaven for oppfinnelsen ligger i å tilveiebringe en anordning for utførelsen av fremgangsmåten som gjør det mulig å fremstille både råjern og råjernholdig flytende metall samt ferrolegeringer, hvorunder ikke bare ovnsforingen er beskyt-tet mot en for stor varmebelastning fra plasmastrålen, men

■bevirker at den energi som tilføres fra plasmaberederen i størst mulig grad står til rådighet for smelting og reduksjon av finmalmen. Videre skal en forutgående agglomerering av råstoffet som skal anvendes, dvs. finmalmen som skal benyt-tes,unngås, slik at denne investering kan bortfalle.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved kombinasjonen av følgende trekk: at råstoffet tilføres i form av finfordelte partikler parallelt med plasmastrålen og rundt omkretsen av denne ovenfra i den metallurgiske beholder, - at oksygenholdige gasser og karbon blåses gjennom smeiten nedenfra i beholderen og, - at i beholderen dannes et skumslagg som omgir plasmastrålen i hele dens høyde, og rundt tilløpsstrømmen av råstoffpartiklene .

Skumslagget bevirker en effektiv beskyttelse av ovnskledningen mot varmestrålingen som går ut fra plasmastrålen. Kappen av de finfordelte råstoff partikler som anvendes rundt plasmajstre 1-

I

en tillater en optimal utnyttelse av plasmastrålens varmestråling. Innblåsningen av karbon nedenfra bevirker at en ut-føring av karbonet unngås. Tilførselen av den oksygenholdige gass nedenfra unngår en for tidlig ødeleggelse av katoden med oksygen.

Ifølge en foretrukket utførelsesform stoppes tilførselen

av råstoffpartikler etter innsmeltingen av råstoffpartiklene og bare oksygenholdig gass og/eller karbon innblåses nedenfra gjennom smeiten.

En innretning for utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har en ildfast foret metallurgisk beholder og en ovenfra nedadrettet plasmabrenner, hvorunder en motelektrode er anordnet i bunnen av beholderen, og erkarakterisert ved

-at plasmabrenneren er omgitt perifert av en kappe som danner et tilførselsrom rundt plasmabrenneren for de finfordelte råstoff partikler og at det i bunnen av den metallurgiske beholder er anordnet dyser, fortrinnsvis kappedyser for tilførsel av oksygenholdig gass og karbon. Oppfinnelsen forklares i det følgende nærmere ved tegningen av et utførelseseksempel, hvorunder tegningen viser en metallurgisk beholder i loddrett snitt. Den metalliske ytre kappe 1 av den metallurgiske beholder 2 er utstyrt med en ildfast kledning 3. Beholderen 2 er lukket med et lokk 4 som likeledes er ildfast foret. Til lokket 4 støter en avgassledning 5. Til beholderunderdelen 6 er det oppad tilsluttet en i det vesentlige loddrett sylindrisk beholderdel 7. Gjennom lokket 4 av beholderen 2 stikker en loddrett, i sentrum av beholderen 2 anordnet plasmabrenner 9 i dets innvendige rom 8. I bunnen 10 av beholderen 2 er det likeledes i midten innsatt bunn-elektroden 11 for plasmabrenneren 9.

Plasmabrenneren 9 er omgitt av en kappe 12 som danner et ring-formet rom 13, hvilket omgir plasmabrenneren 9, hvilket er j åpent mot beholderbunnen 10. Dette ringformede rom 13 kan ! også være dannet av flere blåselanser for råstoffpartikljene

I

hvilke omgir plasmabrenneren. I bunnen 10 av beholderen 2 er det anordnet bunndyser 14 som fortrinnsvis er formet som kappedyser, hvori gjennom oksygen og/eller karbon blåses inn i beholderens 2 innvendige rom 8.

I beholderens nedre del 6 er det anordnet et slaggutløpshull 15 og et metallutløpshull 16. Slagget som befinner seg i beholderen er angitt med 17, det smeltede metall med 18 og plasmastrålen 19. Plasmastrålen som omgir råstoffmaterialet har henvisningstallet 20.

I det følgende er anordningens funksjon nærmere forklart ved fremstilling av råjern: En første chargering med finmalm og slaggdannere skjer gjennom ringrommet (eller de i stedet for dette anordnede blåselanser). Deretter tennes plasmabuen 19 mellom den i vertikal retning bevegelige (for optimal innstilling av plasmabuelengden). Plasmabrenner 9 og den vannkjølte bunnelektrode 11 og den likeledes med finkull blandede innsats smeltes med varmen som utstråles fra plasmabuen 19 samt reduseres med den dermed inn-blåste reduksjonsgass.

Etter dannelsen av en metallstump 18 og et slaggsjikt 17 innblåses gjennom dyser både ovenfra gjennom ringrommet 13 (hhv. blåselansene) i tillegg til innsatsen og reduksjonsgassen også nedenfra gjennom bunndysen oksygen og/eller karbon for å bygge opp et skumslagg.

Skumming av slagget er bare mulig når det i slagget foreligger et tilstrekkelig FeO-innhold og karboninnhold i form av elemen-tært karbon hhv. karbonmettet metallsprut. I dette tilfellet reagerer karbonet og oksygenet til jernoksyd under dannelse av karbonmonoksyd. Denne gassdannelsen fører til en oppblåsing hhv. skumming av slagget. Dertil er en tilstrekkelig slagghøyde og tilhørende slaggviskositet nødvendig for skummingen av slag-l; get.

I

Karbonet tjener således til reduksjon, til oppvarming (ved forbrenning med oksygen) og til skumming.

Er innsmeltingsfasen ferdig, innstilles finmaltilførselen, men oksygen og/eller karbon blåses videre gjennom bunndysene 14. Prosessen i den følgende avslutningsreduksjonsfase føres nå slik at på den ene side oppnås den ønskede utløpstempera-tur og på den annen side et lavt metalloksydinnhold ved et relativt høyt karbonoverskudd i slagget 17. Deretter tas slagget ut gjennom slaggutløpslokket 15 og det tappes gjennom metallutløpshullet 16.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skilles mellom en innsmeltings- og avslutningsreduksjonsfase. Følgelig forandrer også slaggsammensetningene seg. I det følgende er det angitt retningsverdier for slagganalysen for innsmeltings- og av-slutningssmeltefasen ved fremstilling av råjernholdig flytende metall med ca. 2% karbon i en basisinnstilt reduksjonsreaktor. Slaggsammensetningen i innsmeltingsfasen: 30 - 35% FeO +

4 0 - 45% CaO + MnO

15 - 20% Si02

Rest Pn0c, A1„0_, MgO bl.a.

Z D A-i

Slaggsammensetning av slutningssmeltefasen:

10 - 15% totalt jerninnhold i slagget (jernet er hovedsakelig bundet i form av et FeO til oksygenet)

50 - 5 5% CaO + Mno.

20 - 25% Si02

Rest P205, A12<0>3,MgO bl.a.

Ved siden av tilførselen av elektrisk energi gjennom plasmabrenneren 9 tilføres en stor del av den nødvendige energi i form av karbon og oksygen ( - karbonet forbrennes med oksygenet, hvorunder energi frigjøres -), hvorved det er mulig i også å fremstille høytsmeltende legeringer, spesielt høyt-I smeltende ferrolegeringer billig. De ovenfor angitte.grunn-

I

leggende betraktninger for slaggdannelsen gjelder også ved fremstilling av ferrolegeringer. Derunder avtar imidlertid jern-oksydinnholdet, mens derimot innholdene av Mn-, Cr-, W-oksyd bl.a. tiltar.

Den høye temperatur plasmabrenneren 9 gir er spesielt fordel-aktig hovedsakelig i innsmeltingsfasen. For en mest mulig økonomisk ovnsdrift er det hensiktsmessig at det etter ut-tapningen blir en metallsump 18 tilbake i smeltebeholderen 2; ved en ny chargering kan da straks innblåsningen av karbon og/eller oksygen (både ovenfra og nedenfra) - som ytterligere energibærer til plasmabrenneren 9 - begynnes.

Ved siden av fordelene ved optimal utnyttelse av energi plasmastrålen 19 avgir>og den størst mulige skåning av ovnsforingen gir fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen også den mulighet å holde avgassmengdene ved bevisst prosessføring (ved egnet energitilførsel gjennom plasmabrenneren 9 samt dosert inn-blåsning av varme-, reduksjons- og skumgass) så lav som mulig. De varme avgasser kan hensiktsmessig anvendes for forvarming og/eller delvis forreduksjon av den anvendte malm.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av metaller, spesielt av flytende råjern, stålutgangsmateriale eller ferrolegeringer, av metalloksydholdig råstoff, hvorunder råstoffet smeltes i en metallurgisk beholder (2) ved hjelp av minst en ovenfra og nedadrettet plasmabrenner (9), karakterisert ved kombinasjonen av de følgende trekk: - at råstoffet tilføres i form av finfordelte partikler parallelt med plasmastrålen (19) og omgir denne ovenfra i den metallurgiske beholder (2), - at det i beholderen (2) nedenfra gjennom smeiten (18) innblåses oksygenholdige gasser og karbon, og - at det i beholderen (2) dannes et skumslagg (17) som omgår plasmastrålen (19) i hele dens høyde og tilløpsstrømmen (20) av råstoffpartikler.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at tilførselen av råstoffpartikler stoppes etter smel-tingen av råstoffpartiklene og bare oksygenholdig gass og/ eller karbon innblåses nedenfra gjennom smeiten (18).

3. Anordning ved utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2 med en ildfast foret metallurgisk beholder (2) og en ovenfra og nedadrettet plasmabrenner.(9), hvorunder det i bunnen (10) av beholderen (2) er anordnet en motelektrode (11), karakterisert ved at plasmabrenneren (9) er omgitt av en kappe som danner et tilførselsrom (13) rundt plasmabrenneren (9) for de finfordelte råstoffpartikler, og at det i bunnen av den metallurgiske beholder er anordnet dyse (14), fortrinnsvis kappedyse for tilførsel av oksygenholdig gass og karbon. i

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at tilførselsrommet (13) dannes av flere blåselanser som omgir plasmabrenneren (9).