Rodzaje i procesy rafinacji wtórnej

Rodzaje i procesy rafinacji wtórnej

Rafinacja wtórna obejmuje krytyczne procesy wykonywane po pierwotnym wytopie stali (w konwertorze tlenowym lub piecu łukowym), aby uzyskać precyzyjną kontrolę nad składem chemicznym, temperaturą i czystością. Kluczowe cele obejmują głębokie odsiarczanie i odfosforyzację.

I. Odfosforyzacja stali płynnej

Chociaż nowoczesne konwertory mogą osiągnąć poziom fosforu 40-100 ppm, zależy to w dużej mierze od początkowej zawartości krzemu i fosforu w surowym żelazie. Skuteczna odfosforyzacja wymaga utworzenia P₂O₅ i utrwalenia go w zasadowym żużlu. Obecne zaawansowane praktyki koncentrują się na minimalizacji objętości żużla w końcowym etapie konwertora.

   Wstępna obróbka surowego żelaza (odfosforyzacja): Popularna strategia, szczególnie w Japonii, obejmuje odkrzemianie i odfosforyzację surowego żelaza w oddzielnym naczyniu lub w początkowej operacji konwertora przed głównym wsadem konwertora. Pozwala to głównemu konwertorowi na pracę z bardzo niskimi wsadami krzemu, umożliwiając wydajne „mniej-żużlowe” lub „bezżużlowe” przedmuchiwanie. Kluczowym kompromisem jest niższy współczynnik wsadu złomu.

   Proces dwustopniowy (duplex) konwertora: Metoda ta wykorzystuje dwa etapy konwertora:

    1.  Pierwszy konwertor wykonuje odkrzemianie i odfosforyzację.

    2.  Żużel z pierwszego etapu jest całkowicie usuwany („odżużlanie”).

    3.  Pół-rafinowany metal jest następnie odwęglany i wykańczany w drugim konwertorze.

    Zapobiegając powrotowi fosforu z żużla, proces ten może osiągnąć poziom fosforu na końcu przedmuchiwania tak niski jak 30 ppm.

   Rola rafinacji wtórnej: Ostateczna zawartość fosforu jest zależna od praktyk spustowych i etapów dalszych. Każde przeniesienie żużla podczas spustu może prowadzić do powrotu fosforu, ponieważ P₂O₅ w żużlu ulega redukcji. Ponadto dodatek stopów zawierających fosfor (np. niektóre gatunki żelazo-manganu) może zwiększyć zawartość fosforu. Zazwyczaj ostateczny produkt ma zawartość fosforu o około 10 ppm wyższą niż na końcu konwertora.

   Zaawansowana rafinacja kadziowa dla ultra-niskiego fosforu: Wykorzystanie Piec kadziowy (LF) ze specjalistycznymi praktykami żużlowymi pozwala na jeszcze niższy ostateczny fosfor. Strategicznym podejściem jest spust konwertora w temperaturze ~50°C niższej, co sprzyja zatrzymywaniu fosforu w żużlu. Niezbędna energia cieplna jest następnie dostarczana przez ponowne nagrzewanie łukowe w LF w kontrolowanych, redukujących warunkach, aby zapobiec powrotowi. Modelowanie pokazuje, że przy zoptymalizowanym żużlu (np. ~18% FeO, 0,4% P₂O₅) i kontrolowanym spuście, można uzyskać stal z ~20 ppm fosforu.

II. Odsiarczanie

Odsiarczanie w zintegrowanym hutnictwie stali odbywa się w trzech etapach: odsiarczanie surowego żelaza, ograniczone odsiarczanie w konwertorze i odsiarczanie kadziowe podczas rafinacji wtórnej.

   Odsiarczanie surowego żelaza: Osiągane przez wtryskiwanie odczynników, takich jak węglik wapnia, magnez lub mieszaniny wapniowo-magnezowe do kadzi z żelazem. Może to zredukować zawartość siarki do bardzo niskiego poziomu (np. 20 ppm), w zależności od zużycia odczynnika.

   Odsiarczanie kadziowe (kluczowy etap): Dla wydajnego głębokiego odsiarczania w kadzi, trzy warunki są najważniejsze:

    1.  Silne warunki redukujące: Należy dodać wystarczającą ilość aluminium, aby dokładnie odtlenić stal, tworząc niski potencjał tlenowy.

    2.  Optymalny skład chemiczny żużla: Żużel kadziowy musi być nasycony wapnem (nasycony CaO). „Stopień nasycenia wapnem” jest kluczowym parametrem:

           =1: Żużel jest nasycony CaO (optymalny dla wysokiej aktywności CaO).

           <1: Żużel jest nienasycony, ciekły, ale o niższej aktywności CaO, zmniejszając wydajność.

           >1: Żużel jest przesycany, niejednorodny i mniej reaktywny.

    3.  Intensywne mieszanie: Stal płynna musi być gwałtownie mieszana (poprzez pęcherzyki argonu), aby zapewnić silny kontakt żużel-metal i warunki kinetyczne dla reakcji.

W optymalnych warunkach (żużel nasycony CaO + intensywne mieszanie), szybkość odsiarczania może osiągnąć 95%. Wydajność spada znacznie przy słabszym mieszaniu lub nieoptymalnym żużlu.

   Złożoności podczas mieszania: Intensywne mieszanie kadzi wyzwala inne jednoczesne reakcje:

       Redukcja SiO₂ w żużlu przez rozpuszczony [Al], zwiększając zawartość krzemu w stali.

       Ponowne utlenianie aluminium przez powietrze.

       Redukcja MnO z żużla, nieznacznie zwiększając zawartość manganu.

    Zwiększenie zawartości krzemu jest szczególnie szkodliwe dla produkcji stali niskokrzemowych (np. do cienkich taśm) i samo w sobie może utrudniać odsiarczanie.

   Zintegrowana strategia odsiarczania: Osiągnięcie ultra-niskiej zawartości siarki (np. <20 ppm) wymaga zintegrowanego podejścia:

       Odsiarczanie surowego żelaza powinno osiągnąć wydajność ~75%, redukując zawartość siarki do <30 ppm.

       Odsiarczanie kadziowe musi następnie działać z wysoką wydajnością (>90%). Jeśli wydajność odsiarczania kadziowego jest niska (np. 35%), odsiarczanie surowego żelaza musi być jeszcze bardziej agresywne, aby osiągnąć punkt wyjścia ~30 ppm S, aby osiągnąć ostateczny cel ~50 ppm.

       Dla ostatecznego celu ~100 ppm S, wstępna obróbka surowego żelaza zazwyczaj musi zredukować zawartość siarki do ~150 ppm.

 Jesteśmy profesjonalnym producentem pieców elektrycznych. W przypadku dalszych pytań lub jeśli potrzebujesz pieców łukowych zanurzonych, pieców łukowych elektrycznych, pieców do rafinacji kadziowej lub innego sprzętu do topienia, nie wahaj się skontaktować z nami pod adresem  susan@aeaxa.com