MZiC II 2. Kolokvij

Proizvodnja u KK

Istraivanja propuhivanjem metalne taline kisikom odozgo u adaptiranom Bessemerovom

konvertoru kapaciteta od 2 t zapoela su 1949. g. u Linzu (Austrija). Nastavak istraivanja se

provodio u 15 t konvertoru u Linzu, te 5 t i 10 t konvertorima u Donawitzu. Tako su razvijeni

LD konvertori u Linzu 1952. g., a u Donawitzu 1953. g. Izrada elika u kisikovim

konvertorima brzo je prihvaena u cijelom svijetu jer je proces bio jeftiniji i efikasniji od

ostalih. Zbog toga su se gradili LD konvertori kapaciteta od 50 do 500 t. Obino se u eliani

instaliraju najmanje dva, a esto i tri konvertora tako da dok je jedan u remontu, preostala dva

stalno rade. Osnovne sirovine: sirovo eljezo, elini otpad i/ili neki drugi izvor metala (npr.

DRI proizvodi) , Fe-ruda (Fe2O3), talitelji, kisik i ferolegure (dodaju se u lonac).

Tehnologija izrade konvertorskog

Primarni cilj pri proizvodnji elika u kisikovim konvertorima je smanjivanje sadraja ugljika s

oko 4 mas. % na manje od 1 mas. % (obino manje od 0,1 mas. %). Proizvodnja elika u

konvertoru odvija se u nekoliko faza koje traju oko 45 min, obino 30-65 minuta. Prije

punjenja konvertora u raunalo se unesu podaci bitni za voenje procesa izrade elika

(kemijski sastav i temperatura sirovog eljeza, kemijski sastav i temperatura elinog otpada).

elini pripremljeni otpad se pomou koara unosi u konvertor. Da bi se izbjeglo pricanje u

konvertor se prvo dodaje pripremljeni elini otpad (kranom ili obino pomou dvije korpe).

Tekue sirovo eljezo iz visoke pei se doprema pomou torpeda na tranicama. Ako je

potrebno ono se u transfer loncu obradi radi uklanjanja sadraja sumpora (0,025 - 0,002 mas.

%) u trajanju od 5 do 20 minuta. Nakon odsumporavanja lonac se zarotira kranom i ukloni se

troska koja pliva na rastaljenom eljezu. Nakon toga se kranom podie lonac s rastaljenim

sirovim eljezom i nagne se, te se sirovo eljezo izlije u nagnuti konvertor.

Upuhivanje kisika u talinu

Nakon to se napuni elinim otpadom i rastaljenim sirovim eljezom konvertor se uspravlja i

poinje propuhivanje kisikom kroz vodom hlaeno koplje. Ovisno o volumenu konvertora i

kapacitetu kolektora i proistaa plina brzina propuhivanja kisikom je 560-1000 Nm3/min.

Potrebno je koristiti to ii kisik (min. 99,5 %). Danas konvertori rade s kisikovim kopljima

koja imaju 4-5 mlaznica i najee s koliinama kisika 640-900 Nm3/min za konvertore

kapaciteta 230-300 t. Kod konvertora propuhivanih odozdo, kisik se injektira kroz dno

uporabom brojnih mlaznica ili otvora (14-22 otvora za propuhivanje 4-4,5 Nm3 O2/t elika u

jednoj minuti). Ti se otvori sastoje od dviju koncentrinih cijevi, pri emu se kisik injektira

kroz sredinju cijev, a ugljikovodici (prirodni plin ili propan) struje kroz prostor izmeu cijevi

i slue kao sredstva za hlaenje. Nakon zavretka propuhivanja kisikom, konvertor se zarotira

u smjeru za punjenje, (gotovo pod 90o) tako da se moe uzeti uzorak za kemijsku analizu i

izmjeriti temperatura. Na osnovi laboratorijskih rezultata kemijskog sastava odluuje se da li

je talina gotova za izlijevanje ili je nuna korekcija. Komercijalni uspjeh proizvodnje elika u

konvertoru postignut je uglavnom zbog dvije bitne karakteristike: proces ne treba vanjski

izvor topline (reakcije oksidacije za vrijeme propuhivanja osiguravaju potrebnu energiju za

taljenje talitelja i elinog otpada) i sposoban je rafinirati elik velikom brzinom. Reakcije

oksidacije primjesa brzo se odvijaju zbog izrazito velike kontaktne povrine. Emulzija

plin/metal/troska emulzija stvara veliku kontaktnu povrinu koja poveava brzine reakcija

rafinacije.

im se pone s dovodom kisika dodaju se talitelji

(vapno, dolomitno vapno, CaF2 itd.). Dodavanje

talitelja obino se zavrava pri kraju druge serije

propuhivanja kisikom. Vapno (CaO) se dodaje u

pravilu radi kontrole sadraja sumpora i fosfora u

eliku. Dolomitno vapno (MgO) se koristi radi

zasienja troske s MgO, odnosno da se smanji

otapanje dolomitnog vatrostalnog materijala unutar konvertora (13-36 kg/t elika). Kod

veine konvertorskih eliana dodaju se vapnenac (CaCO3) ili dolomitni vapnenac

(CaCO3MgCO3) ee kao hladila nego kao talitelji.Kod visokougljinih talina ponekad

se dodaje CaF2 zbog otapanja

vapna i smanjenja viskoziteta

troske. Budui je CaF2 veoma

korozivan prema vatrostalnoj

oblozi i stvara HF koja dovodi

do korozije sustava za ienje

plina dodaje se u veoma malim

koliinama. Silicij, mangan,

eljezo i fosfor stvaraju okside

koji u kombinaciji s taliteljima

stvaraju tekuu trosku. Neovisno

o tome da li se konvertor

propuhuje kisikom odozgo ili odozdo nastala troska ima sastav: 40-60 mas. % CaO, 2-10

mas. % MgO, 4-30 mas. % FeO, 3-8 mas. % MnO, 12-26 mas. % SiO2, 1-3 mas. % P2O5,

1-2 mas. % Al2O3, 0,1-0,3 mas. % S. Suma tri osnovna oksida u trosci CaO+FeO+SiO2 je

u podruju 82-92 % s bazicitetom troske izraenim s CaO/SiO2=2-4. Kod veine

konvertorskih troski sadraj MgO je manji od 8 mas. %, a P2O5 od 3 mas. %. Nakon

zavretka propuhivanja kisikom uzima se uzorak za kemijsku analizu i mjerenje

temperature taline. Ako je talina "pretopla" dodaju se hladila (Fe-ruda ili vapnenac), a ako

je talina "prehladna" ili je sadraj ugljika, fosfora i sumpora previsok nastavlja se s

dodatnim propuhivanjem (1-3 minute). Ovisno o uvjetima rada i promjeru ispusnog otvora

izlijevanje taline od 300 t traje 4-8 minuta. Budui se moe stvoriti vrtlog blizu izlijevnog

otvora treba voditi rauna da se ne izlije i dio troske u lonac za elik (razvijena je razliita

oprema ukljuujui postavljanje elektomagnetskih sezora za detekciju troske).

Vrste kisikovih konvertora

U osnovi postoje tri vrste kisikovih konvertora: propuhivanje kisikom odozgo (LD, BOF

ili BOP-proces), odozdo (OBM ili Q-BOP proces) i kombinirano (K-OBM proces).

Kisikovi konvertori propuhivani odozgo

Plat konvertora je obino izraen u zavarenoj konstrukciji s obzidanom vatrostalnom

oblogom (debljine do 1 m). Zakretanje konvertora postie se

pomou elektromotora s brzinom 1-1,1 o/min. Prvi razvijeni

kisikovi konvertori (LD i LD-AC) radili su iskljuivo

propuhivanjem kisikom odozgo kroz koplje hlaeno vodom

koje je smjeteno du osi konvertora. Moderni konvertor ima

cilindrini sredinji dio, koncentrini gornji otvor u obliku

odsjeenog stoca i okruglo dno.

Pri

propuhivanju kisikom odozgo

dolazi do interakcije kisika i

rastaljene taline pri emu dolazi do

ubrzanog odvijanja reakcija

oksidacije (Si, Mn, C, P). Pri tome

istodobno raste temperatura taline,

nastaje troska, razvijaju se plinovi

(CO, CO2) itd. U neposrednom

kontaktu kisika i rastaljenog metala

dolazi do oksidacije ugljika pri

emu nastaju mjehuri CO i CO2 koji izlaze van iz taline. Budui je prvi granini sloj na

meufaznoj granici plin/metal razugljien on pada prema dolje u talinu. estice bogatije

ugljikom iz niih slojeva taline se diu i dolaze u kontakt s kisikom pri emu se oksidiraju.

Time se ostvaruje prijenos mase zahvaljujui razlici u gustoi slojeva taline. Istodobno se

prijenos mase ostvaruje zbog gradijenta koncentracije (dc/dx) jer je u dubini taline

koncentracija ugljik (c1) vea od koncentracije na povrini (co).

S obzirom na budunost moe se oekivati da e

izrada elika preko konvertora i nadalje dominirati. Kod

konvertora je 4-6 puta vea brzina oksidacije

ugljika nego kod elektrolune pei. Na pomolu

nema novih tehnologija koje bi zamijenile kisikov

konvertor i zato se iz ekonomskih i ekolokih

razloga rade brojna poboljanja na proizvodnji

elika u postojeim konvertorima.

Kisikovi konvertori propuhivani odozdo

Na temelju suradnje njemakih i kanadskih strunjaka poetkom 1970-ih godina dolo je

do razvoja kisikovih konvertora propuhivanih odozdo, OBM ili Q-BOP procesi. U

poetku se kisik zajedno s prakastim vapnom uvodio kroz sredinji dio koncentrine

cijevi, dok su za hlaenje koriteni plinoviti ugljikovodici (prirodni plin ili propan)

injektirani kroz prstenasti dio dviju cijevi. Endotermni

raspad ugljikovodika dovodi do lokalnog hlaenja. U

usporedbi s propuhivanjem odozgo skraeno je vrijeme

propuhivanja na 10-12 minuta, povean je izvadak (92

%) i osigurano je mirno voenje taline. Osim to se

kisik koristi kao glavno gorivo (3,5-5,0 Nm3 O2/t elika

u jednoj minuti) on je i nositelj usitnjenog vapna.

Injektirano vapno osigurava dodatno hlaenje i

potpomae odvijanje rafinacije.

Ovisno o kapacitetu konvertora obino se koristi 12-18 ugraenih elemenata za

propuhivanje u vatrostalno obloenu podnicu. Ovisno o brojnim imbenicima

(temperatura izlijevanja elika, sadraj ugljika, temperaturni gradijent u podnici itd.)

podnica moe izdrati izradu 800-2500 talina. Bitna prednost procesa propuhivanjem

odozdo je sposobnost rastaljivanja veih i debljih komada elinog otpada nego kod BOF

procesa, to sniava cijenu pripreme. Uvjeti za odsumporavanje tijekom propuhivanja

odozdo su povoljniji nego kod propuhivanja odozgo zbog manje oksidativne troske, vee

kontaktne povrine na meufaznoj granici plin/metal i breg nastajanja aktivne bazine

troske (istodobno propuhivanje kisika i prakastog vapna). Konvertori propuhivani

odozdo pruaju brojne prednosti u usporedbi s procesima s pro