转炉中产生不锈钢熔体的泡沫熔渣的方法

摘要

本发明涉及在适于不锈钢的AOD(氩氧脱碳)-转炉或MRP（冶金精炼法）-转炉或CONARCSSt中通过加入发泡材料使高含量氧化铬(含量常高于20%的值)的不锈钢熔体的熔渣发泡的方法，根据本发明的建议，将预先确定的由金属氧化物、铁载体、碳和粘合材料组成的混合物(5)以粒状物或团块(4)形式加到转炉中，并在熔渣层(2)下面由于高的周围温度而发生化学还原反应，其中特别是通过粒状物或团块(4)内的金属氧化物与碳的还原过程所形成的气态一氧化碳以其气泡(7)引起熔渣发泡，并且如此选定该粒状物或团块(4)的比密度和该还原进程的熔解时间，以在气泡的大小和持续时间方面获得最佳的气泡形成。

说明书

本发明涉及一种在适于不锈钢的AOD(氩氧脱碳)-转炉或MRP（冶金精炼法）-转炉或CONARC SSt中通过加入发泡材料产生不锈钢熔体的泡沫熔渣的方法。

在制备不锈钢的转炉中精炼期间，形成含有高含量金属氧化物，特别是氧化铬的熔渣。在精炼期间氧化铬的浓度经常达到高于20 %的值，其大大增加了熔渣的粘度。该熔渣在还原前不久通常是非常硬的。

这种熔渣的过程冶金形成下列相继进行的部分反应：

{O₂}       = 2[O]     氧的热离解反应   (1)

2[Cr] + 3[O] = (Cr₂O₃)   熔体中铬氧化   (2)

(Cr₂O₃) + 3[C] = 2[Cr] + 3{CO}  熔渣/金属相界上的铬还原   (3)

该反应(3)对制备不锈钢具有根本的意义，因为氧化铬是泡沫熔渣形成的最重要的成分。但该反应在常规的工艺中在很小的范围发生。其原因是所述熔渣的高粘度。所有至今常用的转炉方法均在后续步骤中即在所谓的还原反应中才还原该熔渣，其中为此该方法通常用以硅铁形式的硅来进行。

但如果该熔渣粘度适于发泡，则该还原过程(Gl.3)可通过精炼过程本身产生的气态CO及通过发泡材料的氧化铁还原而实现。该发泡材料以粒状物或团块的形式在确定的时间点加入到熔体中。该材料的主要成分是氧化铁载体如轧屑，还有碳和压载材料（Balastmaterial），定义了该团块在熔体中的有针对性的定位。

此外，在这种团块中的还原过程按下面原理进行：

(Fe₂O₃) + 3[C] = 2[Fe] + 3{CO}     熔体中的铬氧化   (4)

因此加入的发泡材料的成分以及熔渣粘度对泡沫熔渣形成起决定作用，该熔渣粘度又取决于熔融的熔渣的组成和温度。主要由粘度决定了可形成熔渣的熔融熔渣的状态区域。因此控制主管粘度的熔渣碱度是重要的，由此必需将形成的气泡短时保留在熔渣层中。用于控制熔渣碱度所加入的石灰石是另一气源，因为该材料按下式热离解释放出CO：

(CaCO₃) = (CaO) + {CO}         (5)

形成气泡的现象是利用起反应的气泡的机械力以在熔渣中产生新的表面区域的过程。该气泡的升力瞬时将熔渣表面分裂，并充满整个熔渣层以产生泡沫。在起反应的物质产生的持续的气体流下随不断生长的泡沫而增加聚集的气泡数目。结果随不断生长的气体量而提高了泡沫层的高度，该气体量直接正比于发泡材料量。

在这种机理下，为获得最大的发泡作用，该反应物质的最佳定位是重要的。该最佳定位发生在熔渣层和液态金属之间的分界区。

在制备不锈钢时，至今未进行过熔渣的发泡。现今仅将矿尘作为经压制的粒状物或团块加入以达到起冷却作用的功能。因为在团块中缺少还原元素即碳和气泡材料，所以其无还原作用地仅留存在熔渣区域中。

在DE102007006529 A1中，在含高铬的钢熔体中产生泡沫熔渣时，还通过浮于熔体熔渣相界附近的团块和/或粒状物来还原熔渣中存在的金属氧化物，主要是氧化铬，其中所形成的反应气体有助于熔渣发泡。对此，加入到电弧炉中的团块或粒状物由给定的混合物组成，所述混合物由作为压载材料的铁载体、由碳或作为还原剂的碳以及粘合材料组成。

在转炉中精炼期间，形成含有高氧化铬含量的熔渣。该氧化铬-浓度经常达到前面提及的20 %以上的值，因此这种熔渣由于其组成不能够以所期望的程度熔融和发泡。本发明的目的在于开发一种方法，以此方法也可将已知的用于在电炉中熔渣发泡的有成效的方法用在转炉中。

所提及的目的通过权利要求1表明的特征来实现，将预先确定的由金属氧化物、铁载体、碳和粘合材料组成的混合物以粒状物或团块形式加到转炉中，并在熔渣层下面由于高的周围温度而发生化学还原反应，其中特别是通过利用碳的金属氧化物的还原过程所形成的气态一氧化碳以其气泡引起熔渣发泡，并且其中如此选定该材料的比密度和该还原进程的熔解时间，以在气泡的大小和持续时间方面获得最佳的气泡形成。

该泡沫熔渣根据由金属氧化物、铁载体、碳和粘合材料以粒状物或团块形式组成的确定的混合物的构建准指数地产生。如果向熔渣层和金属熔体之间的区域的引入该混合物，由于主要的高的周围温度，该混合物经受溶解过程和平行发生的氧化铁还原反应。该粒状物或团块在引入该区域时由于较冷的温度而立刻由凝固金属的壳所包封。因为该粒状物或团块的平均熔体温度比金属的熔体温度低，所以在壳内发生该混合物的熔融过程。取决于该温差，在壳内的还原过程或早于该壳的熔融结束或晚于该壳的熔融结束。在第一种情况下，该过程可导致粒料的爆裂和CO-气泡的爆发性的释出，这引起更强的金属/熔渣-混匀。在另一种情况下，该CO-气泡将在熔渣和金属熔体之间的区域产生释出。

根据本发明，通过用2-30 kg粒状物或团块/吨液态金属/分之间的值的特定控制如此进行发泡材料的加入，以得到给定的泡沫熔渣高度，并在预先确定的时间内保持该状态。所加入的发泡材料的分布以给定的面密度逐层和面覆盖进行，并且对于最佳发泡效果而言为1-5 kg/m²/min。

对于有针对性地熔渣发泡而言重要的是实现确定的熔渣粘度，因此需相应的熔渣调整。

在运行转炉时，要精制加料，即主要将预熔金属用氧精制。在此通过截获熔体中的不希望的成分来满足该熔渣的主功能。由于发泡的熔渣的低导热性将大大减少热损失，并由此改善金属熔体中的能量输入。

该泡沫熔渣也意味强的消音作用。用泡沫熔渣包封的顶-吹喷枪（Top-Blaslanze）向周围发射出低的噪声，并由此改进转炉区的环境条件。

转炉中良好发泡的熔渣的其它优点是：

·由于该泡沫熔渣的绝热层改善了熔体的能量平衡，

·通过熔渣中饱和的氧及其与分散的金属滴的反应加速了脱碳，

·使转炉内腔中的喷枪和结瘤（Verb?rung）最小化，

·通过从可作为金属氧化物或铁载体混入粒状物或团块中的残余材料如E-炉粉尘和转炉粉尘、矿泥以及钢厂的其它可再利用残余物质中获取金属以提高过程效率，

·团块加入的冷却效应。

下面以示意附图说明根据本发明的熔渣发泡。存在于转炉(该转炉未示出)中的金属熔体1的上面具有浮于金属熔体1上的含有引入的粒状物4的熔渣层2。将粒状物4预先充填进转炉中，其中由于其预先调节的容重和由于其形成凝固金属壳6，该粒状物首先排列在熔渣层2和金属熔体1之间的区域3中。该壳6熔融后且相应较轻，一些粒状物4离开区域3并存在于熔渣层2的内部。通过粒状物4中存在的氧化铁载体和存在的石灰石(CaCO₃)的还原所形成的CO/CO₂-气泡7导致形成泡沫熔渣层8，其中将CO/CO₂-气泡7放大示出。

为了更明显，将由具有例如内含物(CO、CO₂、Fe、Cr、CaO)和具有在区域3中形成的凝固金属壳6的混合物组成的粒状物4也以放大示出。

附图标记列表

1    金属熔体

2    熔渣层

3    熔渣层和金属熔体之间的区域

4    粒状物

5    确定的粒状物的混合物

6    形成的凝固金属壳

7    气泡

8    泡沫熔渣层