196632. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagytisztaságú acélok előállítására
1 196 632 2 A találmány eljárás nagytisztaságú acélok előállítására ózonnal dúsított gázokkal. Ismeretes, hogy a ma használatos műszaki meghatározás szerint minden 0-2.5 tömeg % széntartalmú és legalább 501% vastartalmú vasötvözetet acélnak neveznek. Az acélt nyersvasból és/vagy vashulladékból a Bessemer —Thomas-, a Siemens—Martin-eljárással, vagy újabban alsó- és/vagy felső befúvatású konverterekben oxigénes frissítéssel állítják elő. Az acélgyártás technológiája szerint a kemencébe, illetve a konverterbe beadagolt folyékony nyersvasat és/ vagy szilárd betétet megolvasztják; a frissítési periódusban kiégetik, és/vagy a salakban viszik a betétben levő felesleges szenet, a szennyező ként, foszfort, szilíciumot és a károsító hatású ötvözőket. Ismeretes, hogy a Bessemer —Thomas konverteres acélgyártás továbbfejlesztéseként 1952-ben dolgozták ki a termelékeny és jó minőségű terméket nyújtó ún. LD-acélgyárlö eljárását. (Óvári Antal: Vaskohászati Kézikönyv 296. old. 1985. Műszaki Kiadó). Az LD- eljárás szerint a nyersvas szennyező elemeinek eltávolítására oxigént fúvatnak az acélfürdőbe. így jó minőségű terméket lehet előállítani, de az LD-eljárással, vagy az évek során továbbfejlesztett változataival, így a HP. 2946050-as számú NSZK közzétételi irat szerinti K.O.R.F. eljárással csak akkor lehet alacsony széntartalmú, nagytisztaságú acélokat előállítani, ha azokat még igen nagy beruházással: elektrosalakos vákuumíves vagy plazmasugaras berendezésekkel egészítik ki. így a DE 2803940 számú NSZK szabadalmi leírás szerint igen alacsony széntartalmú acélokat nagyvákuumos kemencében állítanak elő. A 2745722-es számú NSZK közzétételi irat szerint pedig nagytisztaságú acélokat argon gáz befúvásával, nagyvákuum egyidejű alkalmazásával gyártanak. Az igen alacsony széntartalmú, nagytisztaságú acélok azért olyan alapvetően fontosak az ipar számára, mivel ezek az acélok olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyeket különben csak ölvözöanyagokknl lehet előállítani. Ugyanis a gyártási gyakorlatból ismert, hogy bizonyos kristály vagy rácsszerkezetek, illetve az ezekhez rendelt tulajdonságok vagy ötvözőanyagokkal és/vagy a szenyezőanyagok nagymértékű eltávolításával állíthatók elő. A találmány célja, hogy lehetővé tegye a nagyszilárdságú acélok, ötvözőanyagok nélküli előállítását, a hagyományos berendezésekben jelentős beruházás nélkül. A találmány alapja az a felismerés, hogy a fenti célkitűzések maradéktalanul megvalósíthatók, ha a nyersvas és/vagy az acél ömledékbe ózontartalmú gázt fúvatunk. Az eljárás fő előnye és meglepő hatása abból adódik, hogy a nagyhőmérsékletű fémömledékben az ózonból in statu nascendi keletkező atomos oxigén lényegesen nagyobb koncentrációban és fokozott reakciókészséggel van jelen, mint a molekuláris oxigénből disszociációval keletkező atomos oxigén, pl. az oxigénes fúvatás esetében. Előnye még a találmánynak az is, hogy az ózont a befúvott gázban, a behívással egyidejűén előállítván megszüntethetők azok a műszaki nehézségek, amelyek az ózon előállításával, tárolásával és kompressziójával kapcsolatosak. Találmányunk szerint nagytisztaságú acélt úgy állítunk elő hagyományos berendezésekben (konverterben, Siemens —Martin kemencében, illetőleg ívkemencében) oxidáló fúvatással, hogy vas és/vagy acélolvadékot 1600- l800°C-ra hevítünk és az olvadékba 0,1-15 lf% ózont és adott esetben C02-t tartalmazó levegőt és/vagy oxigént behívatjuk egy vagy több lépésben mindaddig, amíg annak széntartalma legalább 0,5 tömeg %-ra nem csökken. A találmány egyik előnyös kiviteli változata szerint a befúvott ózontartalmú gázelegy sebessége 1-350 Nm3/t fém/óra a fémfürdő hőmérséklete pedig Í600- 1800 °C, a gázelegy ózontartalma már a beolvasztás periódusában is I - 5 tf%. A fémfürdő hőmérsékletének káros emelkedését levegő és adott esetben széndioxid befúvásával akadályozzuk meg. Az ózont a befúvott oxigénből és/vagy széndioxidból és/vagy levegőből a gázáramba épített ózonizátorral a fúvatással egyidejűén állítjuk elő. A befúvatott gázelcgyben az ózontartalom azért korlátozott, mivel egyrészt a fúvókákat hűteni kell a kiegyenlítő gázokkal, másrészt a túl gyors hőmérséklet növekedés sem kívánatos, végül az ózon robbanásveszélyes, ezért biztonsági határon belül kell maradni. Az ózonon kívüli „kiegészítő” gáz vagy gázelegy megválasztása attól is függ, hogy egyrészt mi áll helyben rendelkezésre, másrészt milyen követelményeknek kell megfelelni a gyártott terméknek, pl. igen tiszta acélnál nincs megengedve a nitrogén zárvány és a hidrogén tartalom, ami utóbbi a vízgőzből keletkezik. A „kiegészítő” gáz találmányunk szerint oxigén, széndioxid, levegő. A találmány szerinti eljárást, nem korlátozó jelleggel, az alábbi példák kapcsán mutatjuk be: 1. példa Egy széntartalmú masszával összeillesztett magnéziumoxid kövekkei bélelt 0,80 m átmérőjű és 0,50 m magas 200 kg-os ívkemencében 150 kg nyersvasból és 30 kg acélhulladékból álló betétet olvasztunk meg. A fémfürdő mélysége a kemencében körülbelül 180 mm. A gázelcgyct célszerűen egy olyan 14,5 mm belső átmérőjű lándzsával fúvatjuk be, amelynek a nyílása a kemence aljától 50 mm távolságra van, és az ömledékbe felülről nyúlik be. Amikor a fémfürdő hőmérséklete eléri az 1680 °C- ot, 10 percig 3,8 tf% ózontartalmú oxigént fúvatunk be. Az ózont a befúvott oxigénáramba kapcsolt külső hűtéssel és hőelvezető bordarendszerrel ellátott Ottoféle síkelektrődás ózonizátorral (a British Oxygen Company típusa) állítjuk elő. A befúvatott gáz menynyiség 18 Nm3/t fém/óra. 10 perc elteltével a hőmérséklet 1740 °C-ra emelkedik. Az 1740 “C-os betétet egy 350 mm átmérőjű kokillába öntjük. A fürdőből két alkalommal veszünk mintát elemzésre: a beolvasztás után („a” jelű minta) és a kész termékből („b" jelű minta). 2. összehasonlító példa. Mindenben az '. példa szerinti módon járunk el, azonban a befúvott oxigéngáz ózont nem tartalmaz. Az összehasonlítás eredményeit lásd az 1. és 2, ábs'án. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
