VERFAHREN ZUR HERSTEILUNG VON FERROLEGIERUNGEN MIT NIEDRIGEM KOHLENSTOFFGEHALT IN EINEM VAKUUM-KONVERTER

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ferrolegierungen, insbesondere von FeCr und FeMn Legierungen, mit niedrigem Kohlenstoffgehalt im AOD Konverter,

[0002] 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.

[0003] Die erreichbaren Grenzwerte für Kohlenstoff zur Produktion von FeCr und FeMn liegen bei den konventionellen Verfahren bei ca.:

	Fe Cr	Fe Mn-
AOD Konverter	1,0%	1,0%
CLU Konverter	1,0%	1,0%
VOD/ VODC Konverter	0,4%	0,4%

[0004] 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.

[0005] 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 Heräus, Daido und Demag gebaut.

[0006] 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 O₂ Toplanze mit sehr niedrigen Blasraten bei niedriger Durchmischungsenergie über den gesamten Prozessverlauf, nur sehr langsam fortschreitet.

[0007] Aus der EP 1431404 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in einem Vakuum-Konverter in der ersten Stufe die Entsilizierung und Hauptentkohlung auf Basis des Konverter-Verfahrens unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt wird, wobei über eine Toplanze Sauerstoff und über Unterbaddüsen, Sauerstoff und CO2 in die Schmelze eingeblasen werden und anschließend in einer zweiten Stufe im selben Konverter die Tiefentkohlungsphase unter Vakuum durchgeführt wird, wobei auf der Schutzgasseite der Unterbaddüsen zusätzlich CO2 injiziert wird.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren zu vereinfachen.

[0009] Erfindungsgemäß wird der Prozess in 2 Prozessstufen in einem Aggregat gefahren.

[0010] 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.

[0011] Als Unterbaddüsen werden insbesondere Ringspaltdüsen verwendet.

[0012] Auf der Schutzgasseite der Ringspaltdüsen werden alternative Gase wie CO2, CmH2m+2, Ar oder N2 zusätzlich zum Inertgas injiziert. Speziell das CO2 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 CO2, Argon oder Stickstoff alternative gemischt. Die Verwendung der Gase CO₂ oder CmH2m+2 auf der Prozess.- und Schutzgasseite hat zur Folge, dass der Kühlmittelbedarf während der Entsilizierung und der Entkohlung reduziert wird.

[0013] 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 CO₂ oder C_mH_2m+2
injiziert, die wiederum eine endotherme Reaktion hervorrufen und bei der Anwendung von CO₂ die Boudouard Reaktion (Der Kohlenstoffgehalt der Schmelze liegt in dieser Phase noch deutlich über 1 %) nutzen.

[0014] Als Boudouard-Gleichgewicht bezeichnet man das temperaturabhängige chemische Gleichgewicht zwischen Kohlenstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid.

[0015] Auf der Prozess.- und Schutzgasseite der Ringspaltdüse kann Sauerstoff mit CO₂ gemischt werden. Die Verwendung dieser Gase hat auch in dieser Prozessphase zur Folge, dass der Kühlmittelbedarf reduziert werden kann.

[0016] Nach Erreichen des Zielkohlenstoffgehalts wird die Schlacke mit Hilfe von konventionellen Reduktionmittel und Schlackenbildner reduziert. Bei dem neuen Prozess wird hierbei auch CO₂ 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.

[0017] 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.

[0018] 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

	Unterbaddüsen	Unterbaddüsen	Lanze	Mischungsverhältnis
	Schutzgas	Prozessgas
O2		X	X
N2	X	X
Ar	X	X
CO2	X	X	X
CmH2m+2	X
O2+N2/Luft	X	X	X	1:4-4:1
O2+Ar		X		1:4-4:1
O2+CO2	X	X		1:4-4:1

[0019] 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.

[0020] Der Feuerfest-Verbrauch einer konventionellen VOD/ VODC-Anlage ist Aufgrund längerer Behandlungszeiten deutlich größer als bei einem Vakuum Konverter.

[0021] Die Vorteile, die sich aus der erfindungsgemäßen Kombination ergeben, lassen sich wie Folgt zusammenfassen:

Herstellung von Ferrolegierungen mit niedrigem C Gehalt

reduzierter Argon Verbrauch

minimale Verdünnung mit Inertgas

verbesserte Entkohlungsgeschwindigkeit

weniger Kühlmaterial

verbesserte Produktvielfalt

hohe Produktionsflexibilität

kürzere Zyklen

höhere Produktionskapazität

geringere Wärmeverluste

verringerte Investitionskosten

verringerte Verfahrenskosten

reduzierter Verbrauch von Feuerfestmaterial, Reduktionsmittel

reduzierter Anzahl an operativem Personal

erhöhte Ausbringung

Ansprüche

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 CO₂ 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 CO₂ oder C_mH_2m+2 injiziert werden, wobei in der ersten Stufe auf der Schutzgasseite der Ringspaltdüsen CO2, C_mH_2m+2, Ar oder N2 zusätzlich zum Inertgas injiziert werden und
auf der Prozessgasseite der Ringspaltdüse Sauerstoff mit Inertgas wie CO₂, Argon oder Stickstoff injiziert wird.

Claims

1. Method of producing ferro-alloys, particularly FeCr and FeMn alloys, with low carbon content in a vacuum converter,
characterised in that
desiliation and main decarburisation of the melt is carried out on the basis of the converter procedure under atmospheric conditions in the vacuum converter in the first stage, wherein oxygen is injected into the melt by way of a top lance and oxygen and CO₂ are injected into the melt by way of lower bath nozzles, particularly annular gap nozzles,
and
subsequently the deep decarburisation phase is carried under vacuum in the same converter in a second stage, wherein additionally CO₂ or C_mH_2m+2 is injected on the protective gas side of the lower bath nozzle, and wherein in the first stage CO₂, C_mH_2m+2, Ar or N₂ is injected on the protective gas side of the annular gap nozzles additionally to the inert gas, and oxygen together with inert gas such as CO₂, argon or nitrogen is injected on the process gas side of the annular gap nozzle.

Revendications

1. Procédé pour la fabrication de ferro-alliages, en particulier d'alliages FeCr et FeMn possédant une faible teneur en carbone dans un convertisseur à vide, caractérisé en ce que, dans le convertisseur à vide, au cours de la première étape, on effectue la désiliciation et la décarburation principale de la masse fondue sur base du procédé de conversion dans des conditions atmosphériques, dans lequel on introduit par soufflage, dans la masse fondue, via une lance supérieure, de l'oxygène et, via des buses immergées, en particulier des buses à fente annulaire, de l'oxygène et du CO₂, et en ce que, directement après, dans le même convertisseur, au cours d'une deuxième étape, on procède à la décarburation en profondeur sous vide, dans lequel on injecte, du côté du gaz de protection des buses immergées, en outre du CO₂ ou du C_mH_2m+2; dans lequel, au cours de la première étape, du côté du gaz de protection des buses à fente annulaire, on injecte du CO₂, du C_mH_2m+2 du Ar ou du N₂, en plus du gaz inerte, et on injecte, du côté du gaz de traitement des buses à fente annulaire, de l'oxygène avec un gaz inerte tel que du CO₂, de l'argon ou de l'azote.