HODNOCENÍ STRUSKOVÉHO REŽIMU PŘI POUŽITÍ BRIKETOVANÝCH ZTEKUCOVADEL VE SLÉVÁRNĚ UNEX a.s.

Transkript

1 , Karlva Studánka HODNOCENÍ STRUSKOVÉHO REŽIMU PŘI POUŽITÍ BRIKETOVANÝCH ZTEKUCOVADEL VE SLÉVÁRNĚ UNEX a.s. Ladislav SOCHA a, Jiří BAŽAN a, Petr STYRNAL b, Dalibr ČÁP c, Gabriel HAÁSZ c, Vladimír CHAMRÁD c a VŠB-TU Ostrava, FMMI, Katedra metalurgie a slévárenství, 17. listpadu 15/2172, Ostrava Pruba, Česká republika, ladislav.scha@vsb.cz, jiri.bazan@vsb.cz b JAP TRADING, s.r.., Karpentná 146, Třinec, Česká republika, PetrS@jap.cz c UNEX a.s., Brníčk 1032, Uničv, Česká republika,dalibr.cap@unex.cz, gabriel.haasz@unex.cz, vladimir.chamrad@unex.cz Abstrakt Příspěvek uvádí prvzní zkušensti s pužitím briketvaných ztekucvadel strusek na bázi Al 2 O 3 míst metalurgickéh kazivce. Vlastní prvzní tavby byly prvedeny při zpracvání celi v elektrické blukvé peci ve slévárně UNEX a.s. Prvzní experimenty byly zaměřeny na prvnání vlivu dlišných pdílů přídavků briketvaných ztekucvadel na struskvý režim v redukční fázi výrby celi. Pr vyhdncení jedntlivých taveb byly v prvzních pdmínkách debírány vzrky celi pr stanvení stupně dsíření. Dále byly debírány vzrky strusek pr hdncení vybraných parametrů, mezi které patří: bazicita, bsah lehce redukvatelných xidů, pměr CaO/Al 2 O 3. Výsledky představují základní infrmace struskvém režimu v redukční fázi výrby celi. Klíčvá slva: ztekucující přísady, struska, cel, dsíření, elektrická blukvá pec 1. ÚVOD Prces výrby celi v elektrických blukvých pecích (dále jen EOP) představuje variabilnější prces výrby celi než v případě klasických agregátů, prtže umžňuje realizvat nejen standardní xidační fázi, která je nutná pr prces duhličení, xidaci dprvdných prvků a dfsfření, ale také redukční fázi s mžnstí vytvření rafinační strusky, dsíření celi a jejíh legvání na pžadvanu úrveň. Vytvření rafinační strusky v redukční fázi není jednduché, prtže struska je tvřena nejen strusktvrnými přísadami, ale i prdukty dezxidace celi (Al 2 O 3, SiO 2, MnO), zpldinami ptřebení vyzdívky a pravárenskéh materiálu a také určitým mnžstvím půvdní xidační strusky (CaO, SiO 2, FeO, MnO, P 2 O 5, Cr 2 O 3 ). Finální slžení strusky na knci redukční fáze je tedy značně rzdílné d předpkládanéh slžení přídavkem strusktvrných přísad [1]. Jednu z mžnstí, jak lze vlivnit vlastnsti strusky při dsíření v redukční fázi, představuje pužití ztekucujících přísad, jejichž úklem je snížit tepltu tavení a tedy i viskzitu redukční strusky za účelem zvýšení její reaktivity. Při výrbě celi v EOP je v menších prvzech pužíván pr ztekucení strusky metalurgický kazivec. Důvdem pr jeh pužití je jeh vyská účinnst při pžadavku na rychlé ztekucení strusek. V sučasnsti je však nahrazván ztekucvadly na bázi Al 2 O 3, které eliminují jeh negativní vlivy. Cílem prvzních experimentů byl hdncení struskvéh režimu při pužití dlišných přídavků briketvaných ztekucvadel na bázi Al 2 O 3. Prvzní experimenty byly zaměřeny na získání základních infrmací mžnstech dsíření celi a hdncení struskvéh režimu s cílem ptimalizace chemickéh slžení strusky umžňující zlepšení kinetických a rafinačních pdmínek v redukční fázi zpracvání celi v prvzních pdmínkách slévárny UNEX a.s.

2 , Karlva Studánka 2. CHARAKTERISTIKA PROVOZNÍCH EXPERIMENTŮ Prvzní experimenty s briketvanými ztekucvadly strusek byly realizvány při výrbě celi v 8 t EOP v pdmínkách slévárny UNEX a.s. Vliv přídavků ztekucujících přísad na struskvý režim v EOP byl hdncen v redukční fázi výrby celi. Vlastní výrbní prces prbíhal následujícím způsbem [2]: p rztavení vsázky v EOP následvala xidační fáze, ve které byl nejprve přidán vápn a menší přídavek ztekucvadla A55C15BW. Pr vytvření xidační strusky byly přidány vyskpecní pelety splu s dmýcháním plynnéh O 2 pr zajištění základních zkujňvacích reakcí. Vzniklá xidační struska bsahující xidy zkujňvacích reakcí byla stahvána d struskvé mísy. Na začátku následující redukční fáze byla prvedena dezxidace celi a dezaktivace strusky pmcí hliníkvých husek (Al husky ). Následně byla vytvřena nvá tzv. redukční struska, a t dávku strusktvrných přísad představující vápn a briketvané ztekucvadl A55C15BW. Na závěr dávkvání byla ještě prvedena dezaktivace strusky přídavkem kksu. V průběhu redukční fáze byl prveden dsíření celi a její legvání přídavky ferslitin a úprava teplty. Na závěr je výrbní prces v EOP uknčen dpichem a dléváním celi d frem na dlitky. V prvzních pdmínkách byl realizván celkem 17 taveb, a t při výrbě celi určené pr dlitky nábjů kl jaksti B50E54D3 (dle specifikace General Electric). Její základní chemické slžení je uveden v tab. 1. Tab. 1 Základní chemické slžení celi B50E54D3 Chemické slžení (hm. %) Rzsah C Mn Si P S Cr M V Al celk Min. 0,21 1,25 0,30 0,20 Max. 0,25 1,45 0,60 0,020 0,015 0,30 0,30 0,05 0,040 Pr hdncení struskvéh režimu v redukční fázi výrby byly navrženy dvě varianty experimentů, u kterých byly pužity jak strusktvrné přísady vápn a ztekucvadl A55C15BW na bázi Al 2 O 3 vyvinuté firmu JAP TRADING, s.r.. Charakteristika bu variant experimentů je uvedena v tab. 2. Tab. 2 Charakteristika navržených variant prvzních experimentů v pměru 1 : 5 a 1 : 2 Varianta experimentu Strusktvrné přísady (kg) Vápn A55C15BW přísad Pměr A55C15BW/CaO Mnžství strusktvrných přísad (kg t -1 ) A : 5 16,5 B : 2 19,8 Z tab. 2 vyplývá, že bě varianty se mezi sebu lišily přidaným mnžstvím ztekucvadla A55C15BW, jehž základní chemické slžení a vlastnsti jsu uvedeny v tab. 3. Tab. 3 Základní parametry pužitéh ztekucvadla A55C15BW Základní slžky (hm. %) Al 2 O 3 55,0 CaO 15,0 MgO 4,0 SiO 2 2,0 Fe 2 O 3 1,5 Na 2 O + K 2 O 1,0 TiO 2 0,5 Rzměr Pevnst Pjiv Vlastnsti briket mm 8 15 MPa Organické BINDERWAR

3 , Karlva Studánka 3. HODNOCENÍ DOSAŽENÝCH VÝSLEDKŮ Psuzení vlivu rzdílných přídavků strusktvrných přísad (varianta A a B) na výsledné chemické slžení a účinek redukčních strusek byl realizván v něklika krcích. Nejprve byl prveden vyhdncení dsažených stupňů dsíření v jedntlivých technlgických fázích výrby v EOP, cž je uveden na br. 1. Z br. 1 je patrné, že jedntlivé stupně dsíření dsahvaly pr bě varianty bdbných trendů. Celkvý průměrný stupeň dsíření (η S celk ) byl u bu variant 56 %, cž suvisí s nižšími pčátečními bsahy síry v rzsahu cca 0,021 až 0,032 hm. % a pžadvaným finálním bsahem síry v celi max. 0,015 hm. %. Z výsledků je také patrné, že v průběhu redukční fáze byla prvedena hlavní část dsíření přídavky strusktvrných přísad, přičemž průměrný stupeň dsíření činil 42 % pr variantu A a 39 % pr variantu B. Obr. 1 Stupně dsíření dsažené v průběhu výrby v EOP Odsíření v redukční fázi lze rzdělit na dvě části. První část představuje vlastní redukční fáze (η S redukce ), ve které dchází k dávkvání strusktvrných přísad, pstupnému rzpuštění a vytvření strusky, která se pdílí na dsíření celi. V tét části dšl ke snížení bsahu síry cca 0,005 hm. % a stupeň dsíření se phybval na úrvni cca 22 % pr variantu A a pr variantu B cca 23 %. Druhu část pak představuje dpich celi d licí pánve (η S dpich ). V tmt případě dchází vlivem intenzivníh prmíchávání celi při dpichu s tekutu rztavenu strusku k dalšímu dsíření celi cca 0,004 hm. %. Stupeň dsíření byl pr variantu A cca 26 % a v případě varianty B cca 21 %. Z dsažených výsledků z br. 1 dále vyplývá, že se zvýšený bsah ztekucvadla (A55C15BW) ve variantě B výrazně neprjevil na dsažený stupeň dsíření. Lze předpkládat, že na stupeň dsíření v redukční fázi má také vliv chemické slžení strusky, které je vlivňván nejen mnžstvím strusktvrných přísad, ale také xidační strusku, ptřebením vyzdívky neb technlgií dezxidace celi. Prt byl hdncení realizván v průběhu změn chemickéh slžení redukčních strusek (variant A a B), a t na základě analýzy vzrků debraných během zpracvání v EOP. Dsažené výsledky chemickéh slžení vzrků strusek jsu uvedeny v tab. 4 a na br. 2, který představuje výsledky chemickéh slžení dplněné maximální a minimální hdnty dsažené v jedntlivých experimentálních tavbách. Tab. 4 Průměrné chemické slžení strusek debraných v jedntlivých fázích výrby v EOP Obsahy jedntlivých slžek strusky (hm. %) Typ strusky CaO SiO 2 Al 2 O 3 MgO FeO MnO S struska Oxidační struska 36,30 16,85 5,05 14,65 10,97 10,13 0,06 Redukční struska varianta A 46,96 21,50 15,44 13,90 1,12 1,49 0,17 Redukční struska varianta B 45,77 17,63 15,24 16,54 1,45 2,55 0,15 Z tab. 4 a br. 2 vyplývá, že vytvřením redukční strusky přídavkem strusktvrných přísad (CaO a A55C15BW) dšl ke zvýšení bsahů CaO v rzsahu cca 45 až 46 hm. % a bsahu Al 2 O 3 na cca 15 hm. %. Dále byl zjištěn, že určité mnžství xidační strusky v EOP zůstává i přes její stahvání v průběhu xidační fáze, cž se prjevil zvýšením bsahu SiO 2 pdpřeným prpalem přidávaných ferslitin. Tat xidační struska bsahuje krmě zvýšených pdílů SiO 2 snižujících pdíl vlnéh CaO také lehce redukvatelné xidy (FeO, MnO, P 2 O 5 a Cr 2 O 3 ), které negativně vlivňují dsíření celi. Prt je prváděna

4 , Karlva Studánka dezaktivace vytvřené redukční strusky pmcí přídavku kksu a částečně také hliníkem (Al husky ) určeným pr dezxidaci celi. Uvedený technlgický krk se prjevil snížením bsahu xidů FeO a MnO na cca 1,4 až 2,5 hm. %. Z výsledků jedntlivých taveb také vyplývá, že dezaktivace půvdní xidační strusky nebyla dknalá, prtže u některých experimentálních taveb byl dsažen bsah uvedených xidů v rzsahu cca 2,3 až 4,7 hm. %. Krmě těcht xidů ve strusce byl zjištěn Obr. 2 Dsažené chemické slžení redukčních strusek A a B zvýšený bsah MgO průměrně v rzsahu cca 13 až 16 hm. %. V extrémních případech byly dsaženy bsahy v rzmezí cca 20 až 25 hm. %. Lze předpkládat, že zvýšený bsah MgO může způsbit vyšší viskzitu strusky, zhrší dsíření celi a vlivní teplty tavení redukčních strusek. Tent trend lze vysvětlit ptřebením vyzdívky a pužitím méně kvalitníh pravárenskéh materiálu služícíh pr mezitavbvé pravy EOP. Na základě prvnání chemickéh slžení rztavených strusek varianty A a B lze tedy knstatvat, že nebyl dsažen ptimálníh slžení redukční strusky, která by měla bsahvat následující pdíly xidů: cca 50 až 55 hm. % CaO, cca 25 až 30 hm. % Al 2 O 3, 10 hm. % SiO 2, 12 hm. % MgO, 1 hm. % FeO. Dsažené výsledky chemickéh slžení redukčních strusek varianty A a B byly zpracvány d výřezu kvaternárních diagramů CaO-Al 2 O 3 -MgO-SiO 2 a jsu uvedeny na br. 3 a br. 4 [3]. a) varianta A výřez diagramu systému CaO MgO SiO 2 při bsahu 15 % Al 2O 3 b) varianta B výřez diagramu systému CaO MgO SiO 2 při bsahu 15 % Al 2O 3 Obr. 3 Výřezy diagramu systému Al 2 O 3 CaO MgO SiO 2 pr varianty experimentu A a B Z kvaternárních diagramů CaO-Al 2 O 3 -MgO-SiO 2 vyplývá, že v případě varianty A (br. 3a a br. 4a) se teplty tavení strusek v redukční fázi zpracvání v EOP phybují v blasti 1500 až 1700 C. Z kvaternárníh

5 , Karlva Studánka diagramu také vyplývá vliv MgO na teplty tavení strusek. S bsahem MgO ve strusce > 10 hm. % dchází k růstu teplty tavení strusek, cž se může prjevit i na změně viskzity a také na dsiřvací schpnsti struskvé směsi v redukční fázi výrby celi v EOP. a) varianta A výřez diagramu systému Al 2O 3 CaO SiO 2 při bsahu 10 % MgO b) varianta B výřez diagramu systému Al 2O 3 CaO SiO 2 při bsahu 15 % MgO Obr. 4 Výřezy diagramu systému Al 2 O 3 CaO MgO SiO 2 pr varianty experimentu A a B V případě varianty B (br. 3b a br. 4b) se teplty tavení strusek v redukční fázi zpracvání v EOP phybují v blasti 1700 až 1900 C. Také v tmt případě se na vyské tepltě tavení struskvé směsi pdílí nestažená xidační struska, ale negativně se zde prjevil i zvýšený bsah MgO v rzsahu 10 až 18 hm. %. V extrémním případě dvu taveb se teplty tavení strusek phybují v rzsahu 2000 až 2100 C. Tent jev lze vysvětlit zvýšeným bsahem MgO představující cca 25 hm. % způsbený erzí a krzí žáruvzdrné vyzdívky pece neb uvlněním pravárenskéh materiálu z půdy a struskvé blasti EOP. Krmě vyhdncení průběhu změn chemickéh slžení redukčních strusek variant A a B byl prveden hdncení vlivu vybraných parametrů strusek na rzdělvací keficient síry (Ls). Mezi sledvané parametry patří: bazicita, bsah lehce redukvatelných xidů a pměr CaO/Al 2 O 3 [3, 4] a výsledky jsu uvedeny na br. 5 až br. 8. Bazicitu redukčních strusek představuje br. 5 a br. 6. V případě úzké bazicity (B1) byla dsažena u varianty A průměrná hdnta cca 2,2 a u varianty B hdnta cca 2,6. U širké bazicity (B2) dšl k pklesu hdnt, přičemž u varianty A byla dsažena hdnta cca 1,6 a u varianty B byla dsažena hdnta cca 1,9. V bu případech úzké (B1) i širké bazicity (B2) lze strusky varianty A a B značit za středně zásadité. Z br. 5 a br. 6 je také patrný trend růstu rzdělvacíh keficientu s rstucí bazicitu, přičemž nejvyšší rzdělvací keficient byl dsažen puze v případě strusky, kteru lze značit za silně zásaditu. Pr dsažení ptimálníh chemickéh slžení redukční strusky by měla úzká bazicita (B1) dsahvat hdntu min. 4,5 a širká bazicita (B2) hdntu min. 2,5 až 3,0. Další sledvaný parametr představuje bsah lehce redukvatelných xidů. V tmt případě je z br. 7 patrný průměrný bsah 2,6 hm. % pr variantu A a 4,02 hm. % pr variantu B. Lze předpkládat, že určité mnžství uvedených xidů vzniká částečnu dezxidací a legváním celi, přičemž vyšší bsahy nad 3 hm. % naznačují, že dšl k nedknalému stažení xidační strusky v EOP. Tent jev byl zjištěn jak u varianty A, ale především u varianty B, jak je vidět na br. 7, cž ptvrzuje trend pklesu rzdělvacíh keficientu síry.

6 , Karlva Studánka Obr. 5 Závislst rzdělvacíh keficientu síry na úzké bazicitě - B1 Obr. 6 Závislst rzdělvacíh keficientu síry na širké bazicitě B2 Obr. 7 Závislst rzdělvacíh keficientu síry na bsahu lehce redukvatelných xidů - LRO Obr. 8 Závislst rzdělvacíh keficientu síry na vápenat-hlinitanvém pdílu C/A Pslední sledvaný parametr představuje vápenat-hlinitanvý pdíl C/A. Optimální hdnta tht parametru by měla být 1,7 až 2,3, prtže v redukční vápenat-hlinitanvé strusce jsu pžadvány vyšší bsahy Al 2 O 3, a t cca 25 až 30 hm. %. Z br. 8 je patrné, že bě strusky variant A a B dsahují bdbných průměrných hdnt 3,1 a 3,0, cž lze vysvětlit nízkými bsahy Al 2 O 3 cca 15 hm. %. Z výsledků je také patrný značný rzptyl dsažených hdnt pdílu C/A, cž lze vysvětlit vlivem dalších xidů ve strusce vlivňující bsahy CaO a Al 2 O 3. Pr ptimalizaci struskvéh režimu je vhdné prvést cílenu úpravu chemickéh slžení strusek pr dsažení ptimálníh pdílu C/A, a t dezaktivací strusky a hlubku dezxidací celi. 4. ZÁVĚR V prvzních pdmínkách slévárny UNEX a.s. byla prvedena série experimentálních taveb se zaměřením na hdncení struskvéh režimu a dsíření celi při pužití briketvaných ztekucvadel vyvinutých firmu JAP TRADING, s.r.. Na základě dsažených výsledků prvzních experimentů lze definvat následující pznatky: hlavní část dsíření v rzsahu 42 % pr variantu A a 39 % pr variantu B prběhla v redukční fázi výrby celi v EOP, přičemž celkvý stupeň dsíření u bu variant A a B dsáhl 56 %. na stupeň dsíření v redukční fázi má také vliv chemické slžení strusky, které je vlivňván nejen mnžstvím strusktvrných přísad, ale také zbytkvu xidační strusku, ptřebením vyzdívky a technlgií dezxidace celi.

7 , Karlva Studánka přídavkem strusktvrných přísad byl v případě varianty A dsažen následující průměrné slžení redukční strusky: 47 hm. % CaO, 15 hm. % Al 2 O 3, 21 hm. % SiO 2, 13 hm. % MgO, 1 hm. % FeO. V případě varianty B byl dsažen následující průměrné slžení strusky: 45 hm. % CaO, 15 hm. % Al 2 O 3, 17 hm. % SiO 2, 16 hm. % MgO, 1,5 hm. % FeO. u všech experimentálních taveb byl zjištěn zvýšený bsah MgO, a t v redukční strusce A i B. Z kvaternárních diagramů CaO-Al 2 O 3 -MgO-SiO 2 vyplývá, že při bsahu MgO ve strusce > 10 hm. % dchází k růstu teplty tavení strusek, cž se může prjevit na změně viskzity a také na dsiřvací schpnsti struskvé směsi v redukční fázi výrby celi v EOP. z kvaternárních diagramů CaO-Al 2 O 3 -MgO-SiO 2 vyplývá, že v případě varianty A se teplty tavení strusek v redukční fázi zpracvání phybují v blasti 1500 až 1700 C, přičemž u varianty B se teplty tavení strusek phybují v blasti 1700 až 1900 C, cž lze vysvětlit nízkými bsahy Al 2 O 3 v redukční strusce cca 15 hm. %, SiO 2 v rzsahu 13 až 24 hm. % a bsahem CaO v rzsahu 40 až 57 hm. % na základě výsledků bazicit lze strusky varianty A a B značit za středně zásadité. Z hlediska technlgickéh prcesu by byl vhdné upravit zásaditst redukční strusky, přičemž úzká bazicita (B1) by měla dsahvat hdnty min. 4,5 a širká bazicita (B2) hdnty min. 2,5 až 3,0. vyhdncením bsahu lehce redukvatelných xidů jedntlivých variant A i B byl ptvrzen určitý zůstatek půvdní xidační strusky (bsah LRO > než 3 hm. %), který negativně vlivňuje vlastnsti redukční strusky. z výsledků vápenat-hlinitanvéh pdílu vyplývá dsažení vyských hdnt C/A v rzsahu 3,1 a 3,0, které jsu mim ptimálníh rzsahu 1,7 až 2,3 C/A, cž lze vysvětlit nízkými bsahy Al 2 O 3 cca 15 hm. % v redukční strusce. prvnáním výsledků variant A a B vyplývá, že briketvané ztekucvadl A55C15BW může plnhdntně nahradit metalurgický kazivec. Dále lze knstatvat, že výsledky bu variant jsu srvnatelné při dávkvání 1 : 5 a 1 : 2. v další fázi výzkumu bude pzrnst zaměřena na ptvrzení těcht prvzních výsledků s cílem ptimalizace struskvéh režimu v redukční fázi pmcí následujících technlgických krků: zajištěním stažení xidační strusky pdpřené dezaktivací strusky pmcí hliníkvých stěrů (Al stěry ) neb granulvaným hliníkem (Al granul ). Dále je vhdné zajistit dezxidaci celi pmcí hliníku na tyči (Al husky ) s přebytkem dezxidačníh činidla. Tímt způsbem by měl djít ke zvýšení účinnsti dezxidačníh činidla (Al husky ), snížení prpalu legujících přísad FeSi a FeSiMn a také zvýšení bsahu Al 2 O 3, cž lze využít nižším dávkváním ztekucvadla A55C15BW v pměru 1 : 5. Získané výsledky představují údaje, které umžnily zmapvat běžný struskvý režim v prvzních pdmínkách. Výsledky budu následně pužity v další části výzkumu pr ptimalizaci struskvéh režimu a úpravě technlgie v redukční fázi výrby celi v EOP. PODĚKOVÁNÍ LITERATURA Práce vznikla v rámci řešení prgramu TIP prjektu reg. čísl FR-TI2/319 a FR-TI3/313. [1] GHOST, A., CHATTERJEE, A. Irnmaking and Steelmaking: Thery and Practice, PHI Learning Private limited, 2008, 472 p., ISBN [2] Firemní stránky UNEX a.s. pslední revize Dstupné z WWW: < [3] ALLIBERT, M.; et al. Slag atlas. 2nd editin, Düsseldrf: Verein Stahleisen GmbH, 1995, 616 p. ISBN [4] BUĽKO, B., KIJAC, J., DOMEC, M. Optimalizatin Slag Cmpsitin in Ladle Furnace Cnsidering t Effective Steel Desulfurizatin. Acta Metallurgica Slvaca, 2009, vl. 15, n. 2, p ISSN