Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
CO AND CO2 APPLICATION IN A STEEL AND ALLOY TECHNOLOGY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/074780
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for metallurgical treatment of a carbonaceous metal melt during a manufacturing process, in particular during a metallurgical final treatment process or final treatment step, by means of a process gas incorporated, in particular blown, onto and/or into the metal melt, wherein a method for metallurgical treatment of a carbonaceous metal melt is improved. Said improvement is achieved in that carbon dioxide (CO2) is blown onto and/or into the metal melt, as a process gas, and is at least partially converted to carbon monoxide (CO) as a product gas in the process of the endothermic Boudouard reaction with the carbon present in, in particular released in, the metal melt.

Inventors:
REICHEL JOHANN (DE)
ROSE LUTZ (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/069651
Publication Date:
May 28, 2015
Filing Date:
September 16, 2014
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SMS SIEMAG AG (DE)
International Classes:
C21C5/35; C21C7/072
Foreign References:
EP0401530A21990-12-12
LU38496A1
Attorney, Agent or Firm:
KLÜPPEL, Walter (DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zur metallurgischen Behandlung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze im Rahmen eines Herstellungsprozesses, insbesondere während eines metallurgischen Endbehandlungsprozesses oder Endbehandlungsschrittes, mittels eines auf und/oder in die Metallschmelze (ein)gebrachten, insbesondere (ein)geblasenen, Prozessgases,

dadurch gekennzeichnet,

dass als Prozessgas Kohlendioxid (CO2) auf und/oder in die Metallschmelze (ein)geblasen und unter Ablauf der endothermen Boudouard-Reaktion zumindest teilweise mit in der Metallschmelze vorhandenem, insbesondere gelöstem, Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid (CO) als Produktgas umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas Kohlendioxid (CO2) auf und/oder in eine Eisenschmelze, insbesondere eine Eisenlegierungs- oder Stahlschmelze, vorzugsweise eine Roheisen- oder Rohstahlschmelze, (ein)geblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid (CO2) während eines metallurgischen Stahlherstellungsprozesses oder eines Legierungsherstellungsprozesses, während aller Prozessstufen oder während einer letzten Prozessstufe auf und/oder in die Metallschmelze, insbesondere Eisenschmelze, vorzugsweise Eisenlegierungs- oder Stahlschmelze, bevorzugt Roheisenoder Rohstahlschmelze, (ein)geblasen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallurgische Behandlung die Entkohlung und/oder die Entsilizierung und/oder die Entphosphorung der Metallschmelze, insbesondere Eisenschmelze, vorzugsweise Eisenlegierungs- oder Stahlschmelze, bevorzugt Roheisen- oder Rohstahlschmelze, mittels des Prozessgases Kohlendioxid (CO2) und/oder des Produktgases Kohlenmonoxid (CO) der Boudouard-Reaktion umfasst.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer auf der Metallschmelze befindlichen Schlacke enthaltene Metalloxide, wie z.B. chrom-, nickel oder manganhaltige Verbindungen, mittels des aus dem in die Metallschmelze eingebrachten Prozessgas Kohlendioxid (CO2) gebildeten Produktgases Kohlenmonoxid (CO) und/oder mittels eines in die Metallschmelze eingebrachten CO-haltigen Gases während der metallurgischen Behandlung der Metallschmelze im Rahmen des metallurgischen Herstellungsprozesses, insbesondere während des metallurgischen Endbehandlungsprozesses oder Endbehandlungsschrittes, reduziert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Prozessgases Kohlendioxid (CO2) Verbindungen und/oder Elemente, die in der Metallschmelze enthalten sind, insbesondere Kohlenstoff und/oder Silizium, oxidiert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Prozessgases Kohlendioxid (CO2) und/oder des Produktgases Kohlenmonoxid (CO) die Chromoxidation von in der Metallschmelze und/oder der Schlacke enthaltenem Chrom minimiert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu einem Kohlendioxideintrag oder Kohlendioxideinblasen in und/oder auf die Metallschmelze die Schaumschlacke-Technologie angewendet wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallurgische Behandlung in einem metallurgischen Gefäß, insbesondere einem Konverter oder einem Vakuumkonverter oder einem kombinierten Vakuumkonverter oder einem Elektrolichtbogenofen, durchgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die metallurgische Behandlung in einem Elektrolichtbogenofen während der Rohstahl(super)heizperiode durchgeführt wird.

Description:
CO und CO 2 Anwendung bei einer Stahl- und Legierungstechnologie

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur metallurgischen Behandlung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze im Rahmen eines Herstellungsprozesses, insbesondere während eines metallurgischen Endbehandlungsprozesses oder Endbehandlungsschrittes, mittels eines auf und/oder in die Metallschmelze (ein)gebrachten, insbesondere (ein)geblasenen, Prozessgases. Im Rahmen des Herstellungsprozesses von Metallen, Metalllegierungen, Eisenlegierungen, Stahl etc., bei welchem das Produkt zumindest in einem Zwischenschritt in Form einer Metallschmelze vorliegt, erfolgt vielfach eine metallurgische Behandlung der Metallschmelze mittels eines auf die Metallschmelze aufgeblasenen und/oder in die Metallschmelze eingeblasenen Prozessgases. Mit Hilfe dieses Prozessgases laufen in dem Metallbad metallurgische Vorgänge wie die Entkohlung der Metallschmelze, eine Entsilizierung oder Entphosphorung ab. Ein Beispiel für eine solche metallurgische Behandlung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze stellt das sogenannte Frischen mit Hilfe von Sauerstoff als Prozessgas dar.

Aber auch bei der Herstellung von Ferrolegierungen, insbesondere FeCr- und FeMn-Legierungen werden derartige metallurgische Behandlungen in sogenannten AOD(Argon-Oxygen-Decarburisation)-Konvertern, CLU (Creusot Loire Uddeholm)-Konvertern oder in VOD(Vacuum Oxygen Decarburisation)- Anlagen oder in VODC(Vacuum Oxygen Decarburisation Converter)-Anlagen durchgeführt. Bei derartigen Verfahren werden in der Regel Sauerstoff und Inertgase wie Argon oder Stickstoff als Prozessgase eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur metallurgischen Behandlung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze bereitzustellen. Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Prozessgas Kohlendioxid (CO 2 ) auf und/oder in die Metallschmelze (ein)geblasen und unter Ablauf der endothermen Boudouard-Reaktion zumindest teilweise mit in der Metallschmelze vorhandenem, insbesondere gelöstem, Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid (CO) als Produktgas umgesetzt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Mit der Erfindung wird eine neue Technologie bereitgestellt, die die Anwendung von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid als finales Produkt eines metallurgischen Prozesses, wobei es sich hierbei um jede Art von metallurgischem Prozess handeln kann, betrifft. Insofern handelt es sich hierbei insbesondere um eine metallurgische Behandlung im Rahmen eines metallurgischen Endbehandlungsprozesses oder Endbehandlungsschrittes einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze im Rahmen eines Herstellungsprozesses. Aber auch an jeder anderen Stelle im Rahmen eines Herstellungsprozesses mit einer entsprechenden metallurgischen Behandlung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Die Verwendung von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid stellt bei der metallurgischen Behandlung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze eine ökonomische Alternative gegenüber der Verwendung von Sauerstoff, Stickstoff oder Argon, insbesondere in/bei einem Stahlherstellungsprozess, dar. Bei einer Temperatur oberhalb von 1000 °C löst Kohlendioxid in Kontakt mit Kohlenstoff in der Schmelze einen Entkohlungsprozess mit einem endothermen Effekt aus, der sich aus dem Ablauf der Boudouard-Reaktion herleitet, wonach Kohlendioxid (CO 2 ) mit Kohlenstoff (C) zu Kohlenmonoxid (2 CO) umgesetzt wird. Das Produktgas oder Reaktionsgas Kohlenmonoxid (CO) beansprucht das doppelte Volumen im Vergleich zu dem als Reaktionsgas oder Eduktgas in die Schmelze eingetragenen oder eingeblasenen Kohlenstoffdioxidvolumen und erhöht dadurch die Stark- Schmelz-Vermischung oder erhöht dadurch stark die Vermischung der Schmelze. Begleitet wird das erfindungsgemäße Verfahren zudem durch eine höchst effiziente Reduktion von in der auf der Metallschmelze befindlichen Schlacke enthaltenen Oxiden durch das entstehende und/oder gelöste CO beim CO 2 - Blasen, wodurch die Metallgewinnung effektiv erhöht wird. Weitere sich aus der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergebende Vorteile sind Entsilizierungs- und Entphosphorungsprozesse mit dem dissoziierten Sauerstoff aus dem Kohlendioxid. Da weiterhin die bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ablaufenden drei wesentlichen Reaktionen, nämlich die Entkohlung, die Entsilizierung und die Entphosphorung der kohlenstoffhaltigen Metallschmelze stark endothermisch sind, eignen sich das Kohlendioxid und das entstehende Kohlenmonoxid als Kühlgase für stark exothermische Stahl- und Legierungs(herstellungs)prozesse, die durch einen hohen Kohlenstoff-, Silizium- oder Phosphorgehalt in der Metallschmelze geprägt sind.

Die Erfindung zeichnet sich in vorteilhafter Ausgestaltung dadurch aus, dass das Prozessgas Kohlendioxid (CO 2 ) auf und/oder in eine Eisenschmelze, insbesondere eine Eisenlegierungs- oder Stahlschmelze, vorzugsweise eine Roheisen- oder Rohstahlschmelze, (ein)geblasen wird.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Kohlendioxid (CO 2 ) während eines metallurgischen Stahlherstellungsprozesses oder eines Legierungsher- Stellungsprozesses während aller Prozessstufen oder einer letzten Prozessstufe oder eines letzten Prozessschrittes desselben, auf und/oder in die Metallschmelze, insbesondere Eisenschmelze, vorzugsweise Eisenlegierungsoder Stahlschmelze, bevorzugt Roheisen- oder Rohstahlschmelze, (ein)geblasen wird, was die Erfindung ebenfalls vorsieht. Da eine metallurgische Behandlung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze häufig als metallurgischer Endbehandlungsschritt bei der metallurgischen Behandlung einer Metallschmelze vorgenommen wird, zeichnet sich die Erfindung weiterhin dadurch aus, dass die metallurgische Behandlung, insbesondere der metallurgische Endbehandlungsprozess oder Endbehandlungsschritt, die Entkohlung und/oder die Entsilizierung und/oder die Entphosphorung der Metallschmelze, insbesondere Eisenschmelze, vorzugsweise Eisenlegierungsoder Stahlschmelze, bevorzugt Roheisen- oder Rohstahlschmelze, mittels des Prozessgases Kohlendioxid (CO 2 ) und/oder des Produktgases Kohlenmonoxid (CO) der Boudouard-Reaktion umfasst.

Da sich auf einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnden kohlenstoffhaltigen Metallschmelze in der Regel eine Schlackeschicht bildet, ist es gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, dass in einer auf der Metallschmelze befindlichen Schlacke enthaltene Metalloxide, insbesondere chrom- und/oder nickel- und/oder manganhaltige Verbindungen, insbesondere Chrom- oder Nickel- oder Manganoxide, mittels des aus dem in die Metallschmelze eingebrachten Prozessgas Kohlendioxid (CO 2 ) gebildeten Produktgases Kohlenmonoxid (CO) und/oder mittels eines in die Metallschmelze eingebrachten CO-haltigen Gases während der metallurgischen Behandlung der Metallschmelze im Rahmen des metallurgischen Herstellungsprozesses, insbesondere während des metallurgischen Endbehandlungsprozesses oder Endbehandlungsschrittes, reduziert werden. Durch das Einblasen von Kohlendioxid in eine kohlenstoffhaltige Metallschmelze lassen sich Oxidationsprozesse von in der Metallschmelze enthaltenen Verbindungen und/oder Elementen durchführen, so dass sich die Erfindung weiterhin dadurch auszeichnet, dass mittels des Prozessgases Kohlendioxid (CO 2 ) Verbindungen und/oder Elemente, die in der Metallschmelze enthalten sind, insbesondere Kohlenstoff und/oder Silizium, oxidiert werden. Allerdings lässt sich dadurch, dass auch reduzierendes Kohlenmonoxid entsteht, die Oxidation von Elementen auch begrenzen. Die Erfindung sieht daher weiterhin vor, dass mittels des Prozessgases Kohlendioxid (CO 2 ) und/oder des Produktgases Kohlenmonoxid (CO) die Chromoxidation von in der Metallschmelze und/oder der Schlacke enthaltenem Chrom minimiert wird.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn parallel zu einem Kohlendioxideintrag oder Kohlendioxideinblasen in und/oder auf die Metallschmelze die Schaumschlacke-Technologie angewendet wird, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.

Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft in einem metallurgischen Gefäß durchführen, welches die kohlenstoffhaltige Metallschmelze enthält. Die Erfindung zeichnet sich daher in weiterer Ausgestaltung auch dadurch aus, dass die metallurgische Behandlung in einem metallurgischen Gefäß, insbesondere einem Konverter oder einem Vakuumkonverter oder einem kombinierten Vakuumkonverter oder einem Elektrolichtbogenofen, durchgeführt wird. Insbesondere ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch im Zusammenhang mit Elektrolichtbogenofentechnologien und hier insbesondere beim Schmelzprozess in einem Elektrolichtbogenofen (Electric Are Furnace) vorteilhaft anwendbar, so dass die Erfindung sich schließlich auch noch dadurch auszeichnet, dass die metallurgische Behandlung in einem Elektrolichtbogenofen während der Rohstahl(super)heizperiode durchgeführt wird.

Hierbei ist mit dem englischen Begriff „super" die entsprechende Heizperiode (super heating period) näher bezeichnet. Durch das Einblasen von CO 2 lässt sich in den metallurgischen Gefäßen insbesondere eine Stahl- und Legierungsproduktion mit einem effizienten Oxidieren durch das CO 2 durchführen. Dies wird begleitet durch eine effiziente Siliziumoxidation durch das CO 2 , wobei durch das sich bildende oder parallel eingeblasene CO die Chromoxidation minimiert wird. Durch die sich aufgrund der CO 2 -Umwandlung zu CO nach der Boudouard-Reaktion ergebende Volumenverdopplung wird insbesondere bei der Schaumschlacke-Technologie der Schaumschlacke-Effekt erhöht. Weiterhin sind eine effektive Entsilizierung, Entphosphorisierung und Entstickung einer kohlenstoffhaltigen Metallschmelze bei einer Stahl- und Legierungsproduktion durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Stahlerzeugung in einem Elektrolichtbogenofen führt wegen excessiver Metallbewegung durch hohe CO-Bildung und des direkten Kontakts mit dem Elektrolichtbogen zu einer Erhöhung der Temperaturgradienten in dem Elektrolichtbogenofen während der Metallheizperiode (super heating period), was zu einer Verkürzung der Betriebsprozesszeit führt.