OPTIMALIZÁCIA PROCESU SKUJŇOVANIA V KYSLÍKOVOM KONVERTORE ZMENOU PRIDÁVANIA TROSKOTVORNÝCH PRÍSAD

Transkript

1 OPTIMALIZÁCIA PROCEU KUJŇOVANIA V KYLÍKOVOM KONVERTORE ZMENOU PRIDÁVANIA TROKOTVORNÝCH PRÍAD Gera Miroslav, Marek Pavol, Korytko Peter, Jusko Peter VÚ - VŽ OCEĽ a. s., Košice, lovensko 1. Úvod Výroba ocele v kyslíkových konvertoroch (KK) patrí v súčasnosti medzi najrožšírenejšie technológie vo svete. Intenzifikácia kyslíkového konvertorového pochodu a zvýšenie požiadaviek na kvalitu ocele vyžadujú aj neustále zdokonaľovanie troskového režimu tavby, čo predstavuje urýchlené formovanie vysokozásaditej trosky. Oneskorená tvorba trosky a jej nevhodné zloženie v kyslíkových konvertoroch prináša so sebou mnohé nežiadúce dôsledky : nízky stupeň využitia vsadeného vápna neúplnú odsírovaciu schopnosť trosky ťažkosti pri výrobe stredne a vysokouhlíkových ocelí spojené s neukončením pochodu formovania trosky, zvýšenie erózie výmurovky v dôsledku dlhšieho kontaktu s nízkozásaditou troskou, straty kovu vyšpliechavaním a výhozom. nevhodné zloženie trosky pre jej ďalšie využitie ako druhotnej suroviny Oplyvnenie tvorby potrebnej trosky je možné zabezpečiť nielen vedením tavby, ale aj vhodným množstvom vsádzkových materiálov. Cieľom práce bolo stanoviť minimálne nutnú prísadu vápna z hľadiska zabezpečenia optimálneho priebehu technologického procesu LD konvertora v prevádzkových podmienkach VŽ Oceľ s.r.o. Košice pri výrobe dvoch skupín ocelí: hlbokoťažných konštrukčných mikrolegovaných s ohľadom na hodnoty sulfidických kapacít trosiek, tj na parameter charakterizujúci proces odsírenia ocele. Tieto vypočítané, minimálne nutné prísady vápna boli potom odskúšané v prevádzkových podmienkach. 2. Výpočet sulfidickej kapacity a množstva pridávaného vápna na zákla - de materiálovej bilancie konvertora ULFIDICKÁ KAPACITA TROIEK A JEJ VÝPOČET. ulfidická kapacita trosky je parametrom, ktorý kvantifikuje schopnosť trosky pohlcovať síru. Je definovaná vzťahom : (% ) c = a[ O a ] [ ] ( 1 )

2 kde : (%) - obsah síry v troske, /%/ a [] - aktivita síry v oceli, a [O] - aktivita kyslíka v oceli Z rovnice (1) vyplýva, že obsah síry v troske je funkciou sulfidickej kapacity trosky a pomeru aktivit síry a kyslíka v oceli a[ ] (% ) = c ( 2 ) a[ O] Hľadané parametre pri odsírení ocele sú konečný obsah síry v oceli a rozdeľovací súčinitel síry. Tieto je taktiež možné odvodiť z rovnice (1) (% ) a[ O] [% ] = ( 3 ) c[ ] f [ ] L (% ) c [% ] a[ O] = = f[ ] ( 4 ) kde : f [] - aktivitný súčiniteľ síry v oceli Z rovnice (3) a (4) vyplýva, že obsah síry v oceli je možné minimalizovať (respektíve L je možné zvýšit) len pri vysokej hodnote sulfidickej kapacity trosky a súčasne nízkej aktivite kyslíka v oceli. Veľkosť skutočnej sulfidickej kapacity trosky je daná chemickým zložením trosky a teplotou. ulfidickú kapacitu trosky zvyšuje predovšetkým oxid vápenatý, podstatne menej oxid horečnatý a hlinitý; c naopak znižuje predovšetkým oxid kremičitý. Závislosť sulfidickej kapacity trosky na zložení trosky a na teplote je možné vypočítať zo vzťahu Farala a Gaye. B ( log c ) = + 282, ( c ) = skut. A T skut. ( 5 ) kde : B = 5,626 (%CaO) + 4,15 (%MgO) - 1,152 (%io 2 ) + 1,457 (%Al 2 O 3 ) A = (%CaO) + 1,391 (%MgO) + 1,86 (%io 2 ) + 1,65 (%Al 2 O 3 ) Zo vzťahu (5) vyplývá, že teplota má na skutočnú sulfidickú kapacitu trosky priaznivý vplyv. Výpočet podľa uvedeného vzťahu predpokladá, že všetky oxidy sú v tavenine trosky rozpustené - troska je homogénna. Konečný obsah síry v oceli vyrábanej v LD konvertore oplyvňujú nasledujúce parametre: 1. sulfidická kapacita trosky 2. hmotnosť trosky 3. východzí obsah síry v tavenine kovu 4. aktivita kyslíka v oceli

3 5. teplota Všetky tieto parametre sú závislé na vsádzke (obsahu síry v surovom železe a oceľovom odpade a ich podiele vo vsádzke), troskovom režime tavby (vývoji chemického složenia trosky v priebehu tavby a včasným rozpúšťaním vápna v troske) a požadovanej značke vyrábanej ocele (požadovaným obsahu síry v oceli pred odpichom a teplote ocele). Požadovanú úroveň sulfidickej kapacity trosky, ktorá zaistí požadovaný obsah síry v oceli, je možné počítať zo známych hodnôt počiatočného a konečného obsahu síry v oceli pred odpichom, z aktivity kyslíka a pomeru hmotnosti trosky a ocele. Z materiálovej bilancie odsírenia je možné odvodiť vzťah medzi pomerom počiatočného a konečného obsahu síry, rozdeľovacím súčiniteľom síry a relatívnym množstvom trosky. [% ] o = 1 + ml (6) % kde: tr. m oceli [ ] m = je pomer hmotnosti trosky a ocele. m Rozdeľovací koeficient síry súvisí so sulfidickou kapacitou trosky a aktivitou kyslíka v oceli podľa vzťahu (4). Dosadením rovnice (4) do vzťahu (6) je možné odvodiť (za predpokladu, že f [] = 1). [ % ] o m c = 1 a[ O] (7) [% ] z toho [% ] [ % ] a o [ O] ( c ) = (8) pozad. % m [ ] ulfidická kapacita trosky požadovaná, vypočítaná podle rovnice (8) udáva jej požadovanú úroveň zaisťujúcu dosiahnutie konečného obsahu síry v oceli [%] pri zadanej relatívnej hmotnosti trosky a aktivite kyslíka v oceli pred odpichom. Porovnanie tejto požadovanej sulfidickej kapacity so sulfidickou kapacitou trosky vypočítanou z chemického složenia trosky podľa rovnice (5) je možné usudzovať o tom, či žiadaný konečný obsah síry je dosiahnuteľný. Touto podmienkou potom popisujeme nerovnosť ( c ) ( c ) skut. pozad. Výpočet sulfidických kapacít bol prevádzaný na základe údajov o chemických analýzach získaných na základe výpočtu materiálových bilancíí, údajov o hmotnosti trosky a kovu, aktivite kyslíka a odpichových teplôt v oceli. K výpočtom boli rovnako nutné údaje o obsahoch síry po natavení a jej konečných obsahoch. Na základe týchto predpokladov boli realizované výpočty minimálnych prídavkov vápna pre jednotlivé skupiny ocelí. 3. Dosiahnuté výsledky Na základe rozboru troskového režimu, množstva, zloženia trosky na OC1 a vypočítaných minimálnych prídavkov vápna odpovedajúcim potrebným sulfidickým kapacitám bol realizovaný návrh optimálneho množstva vápna v závislosti na množstve sur. Fe (9)

4 a jeho obsahu i. Cieľom bolo zníženie neodôvodnene vysokej bazicity trosky na hodnoty 2,8 až 3,3, ktorú považujeme za optimálnu a znížiť množstvo trosky. Bola realizovaná výroba tavieb s upraveným množstvom vápna a tie boli porovnané s referenčnými tavbami, ktoré boli vyrábané podľa doterajšej praxe. Priebeh oboch sérií tavieb bol v súlade s vedením tavieb podľa DTP bez negatívnych javov. Vyrobené tavby boli komplexne vyhodnotené, najmä so zameraním na trosku. Dosiahnuté hodnoty základných parametrov sú v Tab.1 a Tab.2 Tab. 1 Dosiahnuté hodnoty základných parametrov - vstupy Parameter Tavby - upravené množstvo vápna Referenčné tavby Rozdiel potreba sur. Fe [kg/tavba] 884,93 899,66-14,73 potreba O 2 [Nm 3 /t ocele] 49,60 56,62-7,02 Teplota sur. Fe [ C] i v sur. Fe [%] 0,77 0,76 0,01 v sur. Fe [%] 0,020 0,025-0,005 Mn v sur. Fe [%] 0,69 0,65 0,04 elektivita šrotu Pelety [kg/t ocele] 16,24 12,62 3,62 Vápno [kg/tavba] Vápno [kg/t ocele] 46,36 71,41-25,05 Dolomitické vápno [kg/t ocele] 10,18 15,13-4,95 Kazivec [kg/t ocele] 2,80 2,41 0,39 Demetalizovaná troska [kg/t ocele] 11,68 10,08 1,60 Magnezit [kg/t ocele] 5,12 8,79-3,67 Tab. 2 Dosiahnuté hodnoty základných parametrov - výstup Parameter Tavby - upravené množstvo vápna Referenčné tavby Rozdiel Hmotnosť tekutej ocele 173,09 171,23 1,86 Výťažok tekutej ocele [%] 90,35 89,05 1,30 Odpichová teplota [ o C] Obsah C [%] 0,058 0,060-0,002 Obsah [%] 0,014 0,014 0 Obsah N 2 [%] 0,0042 0,0053-0,0011 Aktivita O 2 [ppm] 675,60 740,22-64,62 bazicita 3,38 3,84-0,46 CaO [%] 51,88 50,99 0,89 Troska

5 io 2 [%] 15,74 13,47 2,27 MgO [%] 4,86 4,28 0,58 P 2 O 5 [%] 1,16 1,07 0,09 Fe celk. [%] 12,18 15,34-3,16 [%] 0,10 0,14-0,04 Odsírenie v KK [%] 18,30 16,66 1,64 Rozdeľ. koef. v KK - Ls 6,47 7,35-0,88 Odfosforenie [%] 82,94 85,64-2,70 Typ trosky I [%] Typ trosky II [%] Najvýznamnejšie poznatky z porovnania výsledkov tavieb : Bazicita trosky u tavieb s upraveným množstvom vápna bola v priemere 3,38 (rozptyl 2,97 až 3,78), čo je hodnota na hornej hranici stanoveného cieľa. Bazicita u tavieb podľa DTP bola v priemere 3,84 (3,05 až 4,45), čo považujeme za nežiadúco vysokú hodnotu a bola rovnaká, ako dlhodobý priemer (3,81) zo všetkých tavieb za rok Vysoká bazicita trosky znamená jej vysokú viskozitu, ktorej dôsledkom sú zvýšené straty železa (kovového) a zvýšený obsah Fe celk. v troske. kutočná spotreba vápna u tavieb s jeho upraveným množstvom na základe realizovaných výpočtov bola o kg na tavbu nižšia ako u referenčných tavieb, t.j. o 34,4%, čo znamená výrazné zníženie spotreby vápna a zároveň množstva trosky. Obsah Fe celk. v troske bol u tavieb s upraveným množstvom vápna výrazne znížený (priemer 12,8%), najmä oproti dlhodobému priemeru (17,86%). Rovnako znížený bol aj oproti referenčným tavbám (15,34%). Závislosť obsahu Fe v troske od bazicity trosky je dlhodobo evidovaný a aj tieto výsledky potvrdzujú nárast strát kovu troskou pri neodôvodnene vysokej bazicite. Odsírovacia schopnosť trosky aj rozdeľovací koeficient síry Ls sa zmenili so znížením vápna len nepatrne. U tavieb s upraveným množstvom vápna bolo odsírenie o málo vyššie (18,3 oproti 16,66%) a Ls o málo nižší (6,47 oproti 7,35%). Dôležitý je rovnaký obsah síry v oceli v KK 0,014% u oboch skupín tavieb. Výťažnosť ocele bola u tavieb s upraveným množstvom vápna vyššia 90,35% oproti 89,05% a spotreba surového železa nižšia 884,93 oproti 899,66 kg/t ocele. Pozitívnym výsledkom je tiež nižšia aktivita O 2 675,6 ppm v oceliach s upraveným množstvom vápna, oproti 740,22 ppm u referenčných tavieb, ako aj vyšší podiel trosky typu I, ktorá je ďalej spracovateľná na stavebné účely (až 75% oproti 27% z celkového počtu tavieb).

6 4. Záver Dosiahnuté prevádzkové výsledky z overovania optimalizácie zloženia trosky a zároveň znižovania jej množstva znížením spotreby vápna sú jednoznačne pozitívne. Preukázali pozitívny vplyv zníženej bazicity na zníženie obsahu Fe v troske (pravdepodobné aj kovového), pri jej nezmenenej odsírovacej schopnosti. Zvýšil sa tiež podiel trosky typu I, vhodnej pre stavebné účely. LITERATÚRA [1] Gera M., Jelč I.: Optimalizácia troskového režimu v konvertoroch, Úvodna štúdia čiastkovej úlohy výskumného projektu P1-21/1, Košice, jún [2] Firemná literatúra fy. VŐET ALPINE. [3] Firemná literatúra fy. Mannesmann Demag. [4] Firemná literatúra fy. Hoogovens. [5] Bažan J. : Štúdia vplyvu rôznych prísad na troskový režim a proces výroby ocele v kyslíkovom konvertore,ostrava,