Przygotowanie surówki dla procesu stalowniczego

Przygotowanie do procesu konwertorowego

Wyprodukowana w wielkim piecu surówka wykorzystywana jest w większości do produkcji stali w stanie ciekłym, zazwyczaj buduje się stalownie w pobliżu wielkich pieców tak, aby odległość transportu była niewielka, są zakłady w których odległość dochodzi do kilku km . Niezależnie od odległości surówka transportowana jest na stalownię dwoma sposobami:

1. Pomiędzy wielkim piecem a stalownią zbudowany jest zbiornik wykonany w postaci walca z blachy wyłożonym wewnątrz materiałem ogniotrwałym. Zbiornik służy do przechowywania ciekłej surówki na trasie piec – stalownia. Z wielkiego pieca do zbiornika transportuje się ją za pomocą kadzi surówkowych ( zbiornik transportowy w kształcie wiadra wyłożony wewnątrz materiałem ogniotrwałym (100 – 200 ton stali) ). Zbiornik nazywany często mieszalnikiem ma zadanie : ujednorodnienia składu chemicznego i temperatury surówki oraz stworzenie strefy buforowej ciekłej surówki, pomiędzy cyklicznymi dostawami surówki a cyklicznym jej odbiorem. Z mieszalnika surówki transportowana jest innymi kadziami na stalownię cyklu pracy konwertora.

2. Stosuje się tzw. kadzie „Torpedo” (zbiornik stalowy w kształcie walca ułożonego poziomo, wyłożonego w środku materiałem ogniotrwałym, zabudowanego od dołu podwoziem wagonu kolejowego z możliwością transportu szynowego między piecem a stalownią ( pominięcie mieszalnika ) stosowany jest w przypadku większej odległości pomiędzy piecem a stalownią.

W ostatnich kilkunastu latach rozwija się technologie przeprowadzania procesów metalurgicznych na surówce. Technologie te ogólnie nazywane są „DDD” ( Desilicolization Dephosporization Desulphurization ). Technologie te obejmują wdmuchiwanie materiałów sproszkowanych w strudze powietrza lub tlenu, materiałami tymi są związki zawierające wapń, magnez, glin z niewielkimi dodatkami potasu i sodu. Wdmuchiwany tlen ma na celu utlenienie zawartych w surówce krzemu, fosforu i siarki, natomiast powyższe związki mają na celu związanie produktów utleniania w trwałe związki, wypływające w stanie ciekłym na powierzchnię ciekłej surówki. Technologie te stosowane są zarówno w kadzi surówkowej jak i w kadzi „Torpedo” poprzez zastosowanie specjalnych lanc (rur stalowych obłożonych z zewnątrz materiałem ogniotrwałym) zanurzanych w kadzi z metalem. Materiały te znajdują się w zbiornikach przy kadzi i za pomocą węży doprowadzane są do lanc.

Proces konwertorowy

Proces wytwarzania stali oparty o ciekłą surówkę jako materiał wsadowy realizowany w urządzeniu zwanym konwertorem tlenowym (60% stali tą metodą). Konwertor(Basic Oxygen Furnace) jako urządzenie wykonany jest w postaci zbiornika stalowego wyłożonego wewnątrz materiałem ogniotrwałym, kształt konwertora zbliżony jest do gruszki: walcowa część dolna ułożona pionowo oraz zwężająca się część górna, wysokość mniej więcej 3 x większa od średnicy. W Polsce budowane są konwertory rzędu 100-400 ton (masa wkładu). Pancerz stalowy ma w połowie wysokości specjalną konstrukcję mechaniczną mającą na celu zawieszenie na specjalnych podporach i umożliwiającą obrót konwertora dookoła osi poziomej. Konwertor obraca się o kąt 360°. W górnej części znajduję się otwór służący do spustu ciekłej stali. Dolna część konwertora nazywana jest dennicą, wyłożona najczęściej dolomitowym lub magnezytowym materiałem ogniotrwałym. Poza zbiornikiem głównym elementem konwertora jest lanca tlenowa. Jest to rura stalowa chłodzona wodą zakończona zestawem specjalnych dysz, także chłodzonych wodą umożliwiająca wdmuchiwanie tlenu z prędkościami ponaddźwiękowymi. Powyżej konwertora zbudowany jest system odciągu i utylizacji gazów pochodzących z procesu konwertorowego. System ten obejmuje układ schładzania, dopalania CO do CO₂ , odzyskiwania energii cieplnej oraz oczyszczania z pyłów i zanieczyszczeń. W procesie technologicznym generowana jest duża ilość gazów zawierających stałe pyły o wysokiej temperaturze.

W procesie konwertorowym zachodzą następujące reakcje:

1. Utlenianie węgla(lub odwęglanie) [C]+[O]={CO} //[] znaczy ze to jest roztwór stali

W ciekłej kąpieli znajduje się węgiel w postaci roztworu od góry wdmuchiwany jest z dużą energia tlen gazowy. Tlen rozpuszcza się w ciekłej kąpieli metalowej przechodząc do roztworu. Objętości kąpieli metalowej zachodzi zapisana powyżej reakcja chemiczna w jej wyniku powstanie nowa faza – pęcherzyki CO. Pęcherzyki mając znacznie mniejszy ciężar właściwy wypływają ponad kąpiel i SA ujmowane do układu odciągu gazów.

1. Utlenianie krzemu: desiliconization – [Si]+2[O]+2(CaO)=(2CaO*SiO₂)

Zawarty w kąpieli rozpuszczony krzem reaguje z rozpuszczonym również tlenem tworząc SiO₂ które wypływając na powierzchnie reaguje z CaO tworząc trwały związek (2CaO*SiO₂). CaO pochodzi z dodawanego do procesu wapna.

1. Utlenianie Manganu: manganese reaction-[Mn]+[O]=(MnO)

Mangan utlenia się podobnie jak krzem tworząc MnO które przechodzi do żużla ale nie reaguje z innymi składnikami.

1. Utlenienie fosforu: dephosphorization -2[P]+5[O]+3(CaO)=(3CaOP*P₂O₅) – mechanizm jak przy manganie. Cecha tej reakcji jest zachodzenie w stosunkowo niskich temperaturach oraz możliwość tzw. redukcji zwrotnej czyli rozkłady P₂O₅ na P i O wracające do kąpieli metalowej. Zachodzący na wysokich temperaturach. Zapobieganiu redukcji zwrotnej służy CaO które wiążąc P₂O₅ tworzy trwały związek.

2. Utlenianie siarki : desulphurization – [S] + (CaO) = (CaS) + [O] // inna wersja tej reakcji

S^2- +[O]=[S]+(O^2-)

[S]+(O^2-)=(S^2-‑)+[O]

Reakcja utleniania siarki jest tez nazywana reakcją wymiany anionów siarki i tlenu zachodzącej na granicy podziału między metalem a żużlem . Reakcja wymiany anionów zachodzi przyjmując że siarka jest rozpuszczona w kąpieli metalowej, może reagować z anionami tlenku w wyniku tej reakcji powstaje anion siarki przechodzący do żużla natomiast z anion tlenu wraca do metalu w postaci roztworu. Reakcja taka ma możliwość zajścia tylko wtedy gdy w żużlu znajdują się tzw. wolne aniony tlenu O^2-. Pojawiają się one wówczas jeśli żużel ma tzw. zasadowość większa od 1.5 (zasadowość to stosunek CaO/SiO₂).

Jako materiał wsadowy poza surówka dodawane jest również złom który może zawierać również inne składniki – chrom , nikiel, aluminium, wolfram, wanad itd. Pierwiastki te także mogą się utleniać

Technologia procesu