WO2015082093A1 - MISCHUNG, VERWENDUNG DIESER MISCHUNG SOWIE VERFAHREN ZUR KONDITIONIERUNG EINER BEI DER EISEN- UND STAHLMETALLURGIE AUF EINER METALLSCHMELZE IN EINEM METALLURGISCHEN GEFÄß BEFINDLICHEN SCHLACKE - Google Patents

MISCHUNG, VERWENDUNG DIESER MISCHUNG SOWIE VERFAHREN ZUR KONDITIONIERUNG EINER BEI DER EISEN- UND STAHLMETALLURGIE AUF EINER METALLSCHMELZE IN EINEM METALLURGISCHEN GEFÄß BEFINDLICHEN SCHLACKE Download PDF

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mixture
mass
slag
iron
carbon
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PCT/EP2014/071022
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Alexander Cepak
Thomas Kollmann
Oliver Zach
Marcus Kirschen
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Refractory Intellectual Property Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0087—Treatment of slags covering the steel bath, e.g. for separating slag from the molten metal

Definitions

  • the invention relates to a magnesium, carbon and aluminum
  • Molten metal in a metallurgical vessel for example in a converter, in an electric arc furnace or in a pan, slag.
  • the pig iron melt is separated from unwanted components before it is cast.
  • the crude steel melt is produced by the melting of scrap, pig iron, molten iron and / or sponge iron and other raw materials.
  • the slag must be specifically influenced or conditioned with regard to chemical and physical properties.
  • the basicity ie the mass or molar ratio of the basic components to the other components of the paints (which can be calculated, for example, according to the following formula: [xCaO + MgO] /
  • slag conditioners have a component that increases the basicity of the slag, in particular lime, dolomitic lime or dolomite.
  • Metal melt can be reduced to the delivery of the converter.
  • the process of applying the slag to the converter is also called
  • Carbon monoxide gas provided in such a way.
  • foaming of the slag layer is
  • the object of the invention is to provide a slag conditioner by means of which the basicity and the MgO content of the slag can be increased rapidly in order to prevent the slag from attacking the refractory lining of the metallurgical vessel, in which the slag conditioner Molten metal with the on it
  • Another object of the invention is to provide a
  • Foaming of the paints can be achieved.
  • Another object of the invention is to provide a
  • a mixture or a chelate conditioner is provided for introduction into the slag contained in a molten metal in iron and steel metallurgy, the mixture comprising magnesium, carbon and aluminum in the following proportions by mass:
  • MgO 45 to 90% by mass
  • A1 2 0 3 1 -20% by mass.
  • the mixture according to the invention or the slag conditioner according to the invention is suitable for introduction into slags
  • Metal melts in any metallurgical vessel in particular for slags in converters, electric arc furnaces and pans.
  • Magnesium and especially aluminum also as set forth herein other than in oxide form in the mixture according to the invention, for example in metallic form or, with regard to aluminum, in the form of carbide.
  • the proportion of MgO in the mixture according to the invention By the proportion of MgO in the mixture according to the invention, the MgO saturation of the slag is reached faster, so that the corrosive attack of the slag is reduced to the refractory lining of the metallurgical vessel holding the molten metal. Furthermore, the viscosity of the slag increases with increasing MgO content.
  • Magnesium is preferably present in the mixture according to the invention as an oxide, ie in the form of MgO.
  • the proportions of magnesium in the mixture according to the invention are preferably present exclusively in the form of MgO, particularly preferably in the form of sintered or semi-molten magnesia.
  • MgO can be present in the mixture according to the invention in proportions of at least 45% by mass, that is also for example in proportions of at least 48, 50, 52, 54, 56, 57, 58, 59, 60 or 61% by mass. Furthermore, MgO may be present in the mixture in proportions of at most 90% by mass, ie
  • the proportion of carbon of the mixture according to the invention reacts when entering the mixture in the S chlacke with oxygen located in the S chlacke to carbon oxides, in particular to carbon monoxide CO and carbon dioxide C0 second
  • the carbon of the mixture is oxidized promptly and vigorously with acid constituents of the slag, so that it spontaneously foams when the mixture is introduced.
  • the slag thus rises, as in slag-foaming, in the air and covers the refractory lining of the metallurgical vessel.
  • the Electric arc furnace is shielded by the increased volume of the foamed slag, the radiation of the arcs partially or completely with respect to the furnace wall. Due to the increased content of MgO, the slag simultaneously obtains the necessary viscosity in order to adhere to the wall during and after foaming.
  • the carbon of the mixture can react directly with oxygen of the molten metal and withdraw oxygen from the molten metal.
  • This extracted from the molten metal oxygen must not be removed later in additional steps by deoxidizer, such as aluminum, from the molten metal.
  • At least part of the acid with which the carbon introduced from the mixture according to the invention into the paints reacts originates from iron oxides in the slag, which are reduced by the carbon to metallic iron.
  • Iron oxides in contrast to metallic iron, however, are fluxes which reduce the viscosity of the paints.
  • the carbon may be present substantially in pure form, for example in the form of graphite or coke, but also, for example, communitized with other constituents, for example with
  • Aluminum carbide (Al 4 C 3 ) is present.
  • Carbon is present in the mixture according to the invention in proportions of at least 5% by mass, ie for example also in fractions of
  • carbon is present in the mixture according to the invention in proportions of at most 40% by mass, ie for example also in proportions of at most 38, 36, 34, 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26 or 25% by mass.
  • Aluminum calculated as Al 2 O 3 , in a proportion of at least
  • aluminum calculated as Al 2 O 3
  • the proportion of aluminum in the mixture according to the invention is herein, as stated above, calculated as Al 2 O 3 , wherein the inventive proportions of aluminum in the mixture j edoch preferably not in oxide form as Al 2 O 3 , but preferably partially, substantially or also completely in metallic form and / or in the form of carbide, ie as Al 4 C 3 .
  • the inventive proportions of aluminum in the mixture j edoch preferably not in oxide form as Al 2 O 3 , but preferably partially, substantially or also completely in metallic form and / or in the form of carbide, ie as Al 4 C 3 .
  • Aluminum carbide at the same time a carrier of both the proportion of aluminum and the carbon in the Mis monitoring.
  • Aluminum carbide present the aluminum carbide component is particularly advantageous insofar as that both the aluminum and the
  • Carbon of the aluminum carbide can react with the acid constituents of the slag and, as a result, oxidic constituents of the slag, in particular iron oxides, can be reduced. With corresponding reactions, the aluminum content of the aluminum carbide oxidizes to A1 2 0 3 and the carbon content of the aluminum carbide to C0 2 .
  • Magnesium carbonate in magnesium oxide and carbon dioxide, the dolomite in magnesium and calcium oxide and carbon dioxide or magnesium hydroxide is split into magnesium oxide and water vapor.
  • the carbon dioxide and the steam cause foaming of the slag.
  • the mixture according to the invention is formulated in such a way that the component comprising magnesium, in particular in the form of MgO, is provided solely for increasing the basicity and the MgO content in the mixture, while the foaming of the slag is caused by other components of the mixture in particular by the components comprising carbon and aluminum. Furthermore, as no further carbonates have to be introduced into the primary metallurgical process by the slag conditioner according to the invention, the resource efficiency is higher, that is to say the specific consumption and the total weight to be introduced and transported into the slag
  • the mixture has a proportion of magnesium carbonate of less than 10% by weight, that is to say, for example, a proportion of less than 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 or 0.5 mass%. %.
  • the mixture has a content of Mg (OH) 2 of less than 10% by mass, that is to say for example also a fraction of 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 or 0, 5% by mass.
  • the mixture has a proportion of dolomite, in particular of crude dolomite, below 10 mass%>, ie
  • Calcium carbonate or limestone less than 10% by mass ie, for example, a proportion of 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 or 0, 5% by mass.
  • the mixture is present in a relatively small particle size, for example at least 70% by mass, 80% by mass or at least 90% by mass or else 100% by mass in a particle size below 0, 5 mm.
  • the particle size of the components of the mixture according to the invention is present below the particle sizes indicated below in the proportions by weight given in each case, it also being possible for the mixture according to the invention, for example, to fulfill only one of the following conditions with respect to its particle size:
  • ⁇ 200 ⁇ at least 85 or 90 mass%> and at most 95 or 100
  • ⁇ ⁇ at least 65 or 70 mass%> and not more than 75 or 80 mass%
  • the mixture according to the invention has this very low mean particle size, it is possible to effect a particularly good and uniform distribution and, in particular, rapid dissolution of the mixture in a slag.
  • it can be provided to provide the mixture in compacted or pressed form, for example in the form of pellets.
  • a mixture according to the invention which in particular can have the previously described particle size distribution, is pressed into pellets without additions of additives.
  • these pellets may have an almond-shaped, rod-shaped or spherical shape, for example with a maximum length of, for example, 50 mm, 40 mm or 30 mm.
  • the pellets may also have, for example, a minimum diameter of 5, 10, 15, 20 or 25 mm.
  • Grain size distribution can take effect there quickly.
  • the mixture according to the invention has a proportion of calcium oxide (CaO), since by this the basicity of the slag can be further increased and the attack of S chlacke can be reduced to the refractory lining of the metallurgical vessel.
  • the CaO of the mixture has, in particular, an advantageous basicity-reducing effect when the ratio of CaO to Si0 2 in the mixture
  • the basicity of the slag can be increased by the CaO, in particular, if the ratio of mass fractions of CaO to Si0 2 in the mixture is not less than 0.7. It can therefore be provided that the ratio of the mass fractions of CaO to Si0 2 in the mixture according to the invention is not less than 0.7. Si0 2 can essentially be reached by impurities of the raw materials of the mixture according to the invention in this.
  • the mixture comprises calcium oxide and silicon dioxide in the following proportions by weight:
  • CaO can furthermore be present, for example, in proportions of at least 0, 1 or 0.2 or 0.5 or 1 or 1, 5 or 2% by weight in the mixture, and
  • Si0 2 may be present, for example, in proportions of at least 0, 1 or 0.2 or 0.5 or 1 or 1, 5 or 2% by mass in the mixture and, for example, in proportions of at most 7, 6, 5, 4, 3 or 2.5 mass%>.
  • the mixture in the form of pellets, wherein the mixture is compressed into pellets without the addition of additives.
  • additives for pressing the mixture into pellets it may be provided to use CaO as such a pressing additive.
  • the mixture contrary to the previously disclosed concept of the invention, according to which the mixture has proportions of CaO of at most 10% by mass of CaO, may have proportions of CaO of up to 40% by mass.
  • the mixture preferably has no additive for pressing, so that the proportion of CaO in the mixture, as stated above, is not more than 10% by weight. It can be provided that the mixture contains iron oxides in the following
  • Mass fractions includes:
  • Iron oxide 0 to 7% by mass.
  • Iron oxide stands for the sum of all iron oxides in the mixture, ie in particular FeO and Fe 2 0 3 , but for example Fe 3 0 4 and Fe 2 0.
  • Iron oxides may also be present in the mixture in proportions of at least 0.1% by mass, 0.2% by mass, 0.4% by mass, 0.6% by mass or 0.8% by mass) and for example at most in proportions of 7% by mass, 6% by mass, 5% by mass, 4% by mass, 3% by mass, 2.8% by mass, 2.6% by mass, 2.4% by mass, 2.2 mass% or 2 mass%.
  • Slag conditioners can be adversely affected by the presence of other components in the mixture.
  • A1 2 0 3 comprises only small proportions of further components, for example in proportions of less than 5% by weight, 4% by weight, 3% by weight, 2.5% by weight, 2% by weight, 1, 5 mass%> or less than 1 mass%>.
  • the mixture contains proportions of the following components below the below
  • Mass shares includes:
  • Magnesia-carbon products which have been used in the steel industry, in particular as wear linings of oxygen blowing converters, in electric arc furnaces or in pans, are in part suitable as raw material for the mixture according to the invention.
  • correspondingly recycled magnesia-carbon products can be used partially, largely or exclusively as raw material for the mixture according to the invention.
  • the invention also relates to the use of recycled gastric carbon products as a raw material for the mixture according to the invention or the use of such recycled magnesia-carbon products as inventive shell conditioners.
  • magnesia especially sintered magnesia
  • carbon especially graphite
  • corundum especially carbon
  • the invention furthermore relates to a method for conditioning a slag contained in a metallurgical vessel during iron and steel metallurgy, comprising the following steps:
  • the mixture may, as described herein, be provided, for example, in compacted or compressed form, for example in the form of pellets.
  • the mixture provided is added to the slag and sinks into it so that it can unfold its effect there according to the invention.
  • the mixture according to the invention is suitable in principle as
  • Slag conditioner for slag on a molten metal in any metallurgical vessel for example for molten metals in converters, electric arc furnaces or pans.
  • the mixture according to the invention is particularly preferably used as a slag conditioner for thin paints on metal melts which are in a metallurgical vessel with a basic feed, ie in particular with a feed based on at least one of the following materials: magnesia, magnesia carbon, doloma or doloma -Carbon.
  • the invention further relates to the use of a herein
  • Components in the mass proportions according to Table 1 includes.
  • the carbon was in the mixture in the form of graphite as well
  • Aluminum was present in the mixture in the form of metallic aluminum and in the form of aluminum carbide.
  • the raw materials used were exclusively recycled magnesia-carbon products.
  • the mixture was provided in the form of almond-shaped pellets having a thickness of about 15 mm and a length of about 30 mm pressed without additional additives.
  • the mixture was used as a slag conditioner for a slag on a molten metal found in an acid converter.
  • the mixture was on the slag on the melt

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnesium, Kohlenstoff und Aluminium umfassende Mischung zur Einbringung in die bei der Eisen- und Stahlmetallurgie auf einer Metallschmelze befindlichen Schlacke, die Verwendung einer solchen Mischung sowie ein Verfahren zur Konditionierung einer bei der Eisen- und Stahlmetallurgie auf einer Metallschmelze in einem metallurgischen Gefäß, beispielsweise in einem Konverter, in einem Elektrolichtbogenofen oder in einer Pfanne, befindlichen Schlacke.

Description

Mischung, Verwendung dieser Mischung sowie Verfahren zur
Konditionierung einer bei der Eisen- und Stahlmetallurgie auf einer Metallschmelze in einem metallurgischen Gefäß befindlichen Schlacke
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Magnesium, Kohlenstoff und Aluminium
umfassende Mischung zur Einbringung in die bei der Eisen- und
Stahlmetallurgie auf einer Metallschmelze befindlichen Schlacke, die
Verwendung einer solchen Mischung sowie ein Verfahren zur
Konditionierung einer bei der Eisen- und Stahlmetallurgie auf einer
Metallschmelze in einem metallurgischen Gefäß, beispielsweise in einem Konverter, in einem Elektrolichtbogenofen oder in einer Pfanne, befindlichen Schlacke.
Bei der Stahl- und Eisenmetallurgie wird die Roheisenschmelze vor dem Vergießen von unerwünschten Bestandteilen getrennt.
Soweit ein Konverter verwendet wird, wird hierzu bei dem heutzutage am weitesten verbreiteten LD-Verfahren S auerstoff mittels einer Lanze auf die in einem mit einem basischen feuerfesten Material zugestellten Konverter befindliche Roheisenschmelze aufgeblasen. Der Vorgang dieses Aufblasens von Sauerstoff auf die Roheisenschmelze wird auch als Frischen bezeichnet. Beim Frischen werden Eisenbegleiter, insbesondere Eisenbegleiter in Form von Kohlenstoff, Mangan, Silicium und Phosphor durch den eingeblasenen Sauerstoff oxidiert und bilden zusammen mit zugesetztem gebranntem Kalk eine auf der Metallschmelze aufschwimmende Schlackenschicht.
Im Elektrolichtbogenofen wird die Rohstahlschmelze durch das Einschmelzen von Schrott, Roheisen, Flüssigeisen und/oder Eisenschwamm und anderer Rohstoffe erzeugt.
Nachdem die im primärmetallurgischen Aggregat gefrischte Metallschmelze die gewünschten Eigenschaften aufweist, wird diese zur
sekundärmetallurgischen Behandlung durch den Abstichkanal in die Pfanne abgestochen.
Die Schlacke muss hinsichtlich chemischer und physikalischer Eigenschaften gezielt beeinflusst beziehungsweise konditioniert werden.
Zur Konditionierung der S chlacke ist es bekannt, die Schlacke mit
sogenannten Schlackenkonditionierern zu versehen, um die Eigenschaften der Schlacke verändern zu können.
So muss die Basizität, also das Massen- oder Molverhältnis der basischen Komponenten zu den anderen Komponenten der S chlacke (das beispielsweise nach der folgenden Formel berechnet werden kann : [xCaO+MgO] /
[xSi02+Al203+weitere Komponenten]), der zunächst sauren beziehungsweise nicht-basischen S chlacke erhöht werden, um den korrosiven Angriff der Schlacke auf die basische Zustellung des metallurgischen Gefäßes, in dem sich die Metallschmelze befindet, zu reduzieren und dadurch den Verschleiß der Zustellung zu vermindern und deren Lebensdauer zu erhöhen. Hierzu weisen Schlackenkonditionierer eine die Basizität der Schlacke erhöhende Komponente auf, insbesondere Kalk, dolomitischen Kalk oder Dolomit.
Zusätzlich ist es sinnvoll, den Gehalt an MgO in der S chlacke durch Zugabe eines S chlackenkonditionierers so einzustellen, dass dieser im Bereich der Sättigung an MgO in der Schlacke liegt und dadurch ein korrosiver Angriff der Schlacke auf die Zustellung vermindert wird.
Ferner kann es gewünscht sein, die Viskosität der Schlacke durch den
Schlackenkonditionierer einzustellen. So ist es häufig gewünscht, dass die Viskosität der S chlacke während des Frischens möglichst gering ist, um die durch den aufgebrachten S auerstoff oxidierten Eisenbegleiter gut in die Schlacke einbinden zu können. Ferner kann es während des Abstichs oder nach dem Abstich gewünscht sein, dass die Schlacke eine hohe Viskosität aufweist, um die nach dem Abstich im Konverter verbliebene Schlacke besser auf die feuerfeste Zustellung des Konverters auftragen zu können. Durch diese aufgetragene S chlackenschicht kann ein korrosiver Angriff einer
Metallschmelze auf die Zustellung des Konverters reduziert werden. Der Vorgang des Auftragens der Schlacke auf den Konverter wird auch als
"Pflege" des Konverters bezeichnet. Bei den bekannten Methoden zur Pflege des Konverters handelt es sich zum einen um das sogenannte " Slag-Washing" , bei dem die Schlacke durch Schwenken des Konverters auf die Abstich- und Chargierseite verteilt wird. Ein weitere Pflegemethode ist das sogenannte "Slag-Splashing" , bei dem die S chlacke mit Hilfe eines Stickstoff-Gasstroms einer Lanze mechanisch verspritzt wird. Schließlich wird beim sogenannten "Slag-Foaming" Schlacke durch Zugabe eines Kohlenstoffträgers chemisch aufgeschäumt. Die beim Slag-Foaming aufgeschäumt Schlacke wird auch als "S chaumschlacke" bezeichnet. Neben der Pflege des Konverters durch die S chaumschlacke, hat diese weitere vorteilhafte Wirkungen. So weist die S chaumschlacke isolierende
Eigenschaften auf, so dass die Wärmeverluste aus der Schmelze vermindert und Energie gespart werden kann. Ferner können Komponenten des
metallurgischen Gefäßes, in dem sich die Eisenschmelze befindet, durch die Schaumschlacke vor Wärmestrahlung geschützt werden.
Um im Elektrolichtbogenofen eine Schaumschlacke zu erzeugen, wird zusätzlich in die Schlacke eingeblasener Kohlenstoff mittels Sauerstoff zu Kohlenmonoxid verbrannt und das zum S chäumen notwendige
Kohlenmonoxidgas derart bereitgestellt. Im Fall des Einschmelzprozesses im Elektrolichtbogenofen ist ein Aufschäumen der Schlackenschicht von
Bedeutung, da diese durch Volumenvergrößerung die Lichtbogen abschirmt, Strahlungsverluste auf die Ofenwand vermindert, die Energieübertragung auf die Schmelze verbessert und dadurch ebenfalls Energie gespart wird.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schlackenkonditionierer zur Verfügung zu stellen, durch den die Basizität und der MgO-Gehalt der Schlacke schnell erhöht werden können, um den Angriff der Schlacke auf die feuerfeste Zustellung des metallurgischen Gefäßes, in dem sich die Metallschmelze mit der darauf befindlichen
Schlacke befindet, reduzieren zu können.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen
Schlackenkonditionierer zur Verfügung zu stellen, durch den die Viskosität der Schlacke gezielt eingestellt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen
Schlackenkonditionierer zur Verfügung zu stellen, durch den ein
Aufschäumen der S chlacke erreicht werden kann.
Schließlich liegt eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, einen
Schlackenkonditionierer zur Verfügung zu stellen, durch den eine Erhöhung der Eisenausbringung des primärmetallurgischen Prozesses erreicht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß zur Verfügung gestellt eine Mischung beziehungsweise ein S chlackenkonditionierer zur Einbringung in die bei der Eisen- und Stahlmetallurgie auf einer Metallschmelze befindliche Schlacke, wobei die Mischung Magnesium, Kohlenstoff und Aluminium in folgenden Massenanteilen umfasst:
MgO : 45 -90 Masse-%;
C : 5 -40 Masse-%; und
A1203 : 1 -20 Masse-% .
Die erfindungsgemäße Mischung beziehungsweise der erfindungsgemäße Schlackenkonditionierer eignet sich zum Einbringen in Schlacken auf
Metallschmelzen in einem beliebigen metallurgischen Gefäß, insbesondere j edoch für Schlacken in Konvertern, Elektrolichtbogenöfen und Pfannen.
Sämtliche der hierin gemachten Angaben in % sind Angaben in Masse-%, j eweils bezogen auf die Gesamtmasse der erfindungsgemäßen Mischung.
Die Anteile an Magnesium und Aluminium in der erfindungsgemäßen
Mischung sind als Anteile an deren Oxiden MgO und AI2O3 in der Mischung angegeben, wie in der Feuerfesttechnologie üblich. Allerdings können
Magnesium und insbesondere Aluminium auch, wie hierin ausgeführt, in anderer Form als in Oxidform in der erfindungsgemäßen Mischung vorliegen, beispielsweise in metallischer Form oder, in Hinblick auf Aluminium, in Form von Carbid.
Durch den Anteil an MgO in der erfindungsgemäßen Mischung wird die MgO- Sättigung der Schlacke schneller ereicht, so dass der korrosive Angriff der Schlacke auf die feuerfeste Zustellung des die Metallschmelze haltenden metallurgischen Gefäßes reduziert wird. Ferner erhöht sich die Viskosität der Schlacke mit steigendem MgO-Gehalt.
Magnesium liegt in der erfindungsgemäßen Mischung bevorzugt als Oxid, also in Form von MgO vor. Bevorzugt liegen die Anteile an Magnesium in der erfindungsgemäßen Mischung ausschließlich in Form von MgO vor, besonders bevorzugt in Form von Sinter- oder S chmelzmagnesia.
MgO kann in der erfindungsgemäßen Mischung in Anteilen von wenigstens 45 Masse-% vorliegen, also beispielsweise auch in Anteilen von wenigstens 48 , 50, 52, 54, 56, 57, 58 , 59, 60 oder 61 Masse-%. Ferner kann MgO in der Mischung in Anteilen von höchstens 90 Masse-% vorliegen, also
beispielsweise auch in Anteilen von höchstens 88 , 86, 84, 82 , 80, 78 , 76, 74, 72, 70, 69, 68 , 67, 66, 65 , 64 oder 63 Masse-%.
Der Anteil an Kohlenstoff der erfindungsgemäßen Mischung reagiert bei Eingabe der Mischung in die S chlacke mit in der S chlacke befindlichem Sauerstoff zu Kohlenstoffoxiden, insbesondere zu Kohlenmonoxid CO und Kohlendioxid C02. Bei Einbringen der Mischung in die S chlacke oxidiert der Kohlenstoff der Mischung umgehend und heftig mit S auerstoffanteilen der Schlacke, so dass diese bei Einbringen der Mischung spontan aufschäumt. Die Schlacke steigt hierdurch, wie beim Slag-Foaming, in die Höhe und bedeckt die feuerfeste Zustellung des metallurgischen Gefäßes. Im Elektrolichtbogenofen wird durch das erhöhte Volumen der aufgeschäumten Schlacke die Strahlung der Lichtbögen teilweise oder vollständig gegenüber der Ofenwand abgeschirmt. Durch den erhöhten Gehalt an MgO erhält die Schlacke gleichzeitig die notwendige Viskosität um auch während und nach dem Aufschäumen an der Wand haften zu bleiben.
Soweit die Mischung in unmittelbaren Kontakt mit der Metallschmelze tritt, beispielsweise weil es durch einen Spüler zu einer Öffnung der
Schlackenschicht kommt, kann der Kohlenstoff der Mischung direkt mit Sauerstoff der Metallschmelze reagieren und der Metallschmelze Sauerstoff entziehen. Dieser der Metallschmelze entzogene Sauerstoff muss später nicht mehr in zusätzlichen Schritten durch Desoxidationsmittel, beispielsweise Aluminium, aus der Metallschmelze entfernt werden.
Zumindest ein Teil des S auerstoffs, mit dem der aus der erfindungsgemäßen Mischung in die S chlacke eingebrachte Kohlenstoff reagiert, stammt aus Eisenoxiden in der Schlacke, die durch den Kohlenstoff zu metallischem Eisen reduziert werden. Eisenoxide stellen im Gegensatz zu metallischem Eisen j edoch Flussmittel dar, die die Viskosität der S chlacke reduzieren.
Indem der Anteil an Eisenoxiden in der Schlacke durch die Zugabe der
Mischung reduziert wird, kann somit die Viskosität der Schlacke erhöht werden. Ferner wird das Ausbringen an gewonnenem Eisen im Gesamtprozess erhöht.
Durch den Anteil an Kohlenstoff in der Mischung kann somit zum einen ein Aufschäumen der S chlacke erreicht werden. Zum weiteren kann die Viskosität der Schlacke erhöht werden. Durch den Anteil an Kohlenstoff in der
Mischung kann somit der Umfang des Aufschäumens der Schlacke sowie deren Viskosität gezielt eingestellt werden. In der Mischung kann der Kohlenstoff im Wesentlichen in reiner Form vorliegen, beispielsweise in Form von Graphit oder Koks, aber beispielsweise auch vergemeinschaftet mit weiteren Bestandteilen, beispielsweise mit
Aluminiumanteilen oder Magnesiumanteilen der Mischung. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäßen Anteile an Kohlenstoff in der Mischung teilweise, weitgehend oder auch vollständig in Form von
Aluminiumcarbid (AI4C3) vorliegt.
Kohlenstoff liegt in der erfindungsgemäßen Mischung in Anteilen von wenigstens 5 Masse-% vor, also beispielsweise auch in Anteilen von
wenigstens 6, 7 , 8 , 9 , 10, 1 1 , 12, 13 , 14, 15 , 16, 17 , 1 8 , 19, 20, 21 , 22 oder 23 Masse-% . Ferner liegt Kohlenstoff in der erfindungsgemäßen Mischung in Anteilen von höchstens 40 Masse-% vor, also beispielsweise auch in Anteilen von höchstens 38 , 36, 34 , 32, 3 1 , 30 , 29, 28 , 27, 26 oder 25 Masse-% .
Aluminium kann, berechnet als AI2O3 , in einem Anteil von wenigstens
1 Masse-%) in der Mischung vorliegen, also beispielsweise auch in einem Anteil von wenigstens 2, 3 , 4 oder 5 Masse-% . Ferner kann Aluminium, berechnet als AI2O3 , in Anteilen von höchstens 20 Masse-% in der Mischung vorliegen, also beispielsweise auch in Anteilen von höchstens 1 8 , 16, 14, 1 3 , 12, 1 1 , 10, 9 , 8 oder 7 Masse-%.
Der Anteil an Aluminium in der erfindungsgemäßen Mischung ist hierin, wie zuvor ausgeführt, als AI2O3 berechnet, wobei die erfindungsgemäßen Anteile an Aluminium in der Mischung j edoch bevorzugt nicht in Oxidform als AI2O3 , sondern bevorzugt teilweise, weitgehend oder auch vollständig in metallischer Form und/oder in Form von Carbid, also als AI4C3 vorliegen. Soweit Aluminium als Carbid in der Mischung vorliegt, bildet dieses
Aluminiumcarbid gleichzeitig einen Träger sowohl des Anteils an Aluminium als auch des Kohlenstoffs in der Mis chung.
Soweit Kohlenstoff und Aluminium in der Mischung in Form von
Aluminiumcarbid vorliegen, ist die Aluminiumcarbid-Komponente insoweit besonders vorteilhaft, als dass sowohl das Aluminium als auch der
Kohlenstoff des Aluminiumcarbids mit S auerstoffanteilen der Schlacke reagieren können und hierdurch oxidische Bestandteile der Schlacke, insbesondere Eisenoxide, reduziert werden können. Bei entsprechenden Reaktionen oxidiert der Aluminiumanteil des Aluminiumcarbids zu A1203 und der Kohlenstoffanteil des Aluminiumcarbids zu C02.
Soweit Schlackenkonditionierer gemäß dem Stand der Technik
Magnesiumanteile umfassen, weisen sie diese regelmäßig in Form von
Magnesiumcarbonat (MgC03), Dolomit oder teilweise auch in Form von Magnesiumhydroxid (Mg(OH)2) auf. Insoweit wird gemäß dem Stand der Technik als vorteilhaft angesehen, dass bei Kontakt dieser Komponenten der betreffenden Schlackenkonditionierer mit der Schlacke das
Magnesiumcarbonat in Magnesiumoxid und Kohlendioxid, der Dolomit in Magnesium- und Calziumoxid sowie Kohlendioxid beziehungsweise das Magnesiumhydroxid in Magnesiumoxid und Wasserdampf aufgespalten wird. Dabei bewirken das Kohlendioxid und der Wasserdampf ein Aufschäumen der Schlacke.
Erfindungsgemäß wurde j edoch festgestellt, dass in Form von
Magnesiumcarbonat, Dolomit oder Magnesiumhydroxid vorliegendes
Magnesium nur zu einer verzögerten Erhöhung der Basizität und des MgO- Gehaltes der S chlacke führen. Ferner wurde erfindungsgemäß festgestellt, dass die Basizität und der MgO-Gehalt der Schlacke wesentlich schneller und effektiver dadurch erhöht werden können, dass Magnesium in Form von Magnesiumoxid in die S chlacke eingegeben wird. Insofern ist die
erfindungsgemäße Mischung in Abwendung vom Stand der Technik derart konfektioniert, dass die Magnesium umfassende Komponente, insbesondere in Form von MgO, allein zur Erhöhung der Basizität und des MgO-Gehaltes in der Mischung vorgesehen ist, während das Aufschäumen der Schlacke durch andere Komponenten der Mischung verursacht wird, insbesondere durch die Kohlenstoff und Aluminium umfassenden Komponenten. Indem durch den erfindungsgemäßen Schlackenkonditionierer ferner keine weiteren Carbonate in den primärmetallurgischen Prozess eingebracht werden müssen, ist die Ressourceneffizienz höher, das heißt der spezifische Verbrauch und das in die Schlacke einzutragende und zu transportierende Gesamtgewicht an
Schlackenkonditionierer geringer als im Stand der Technik. Darüber hinaus können die Emissionen an Kohlendioxid durch den erfindungsgemäßen
Schlackenkonditionierer reduziert werde, soweit carbonathaltige
Schlackenbildner durch den erfindungsgemäßen Schlackenbildner ersetzt werden.
Erfindungsgemäß kann insoweit vorgesehen sein, dass die Mischung einen Anteil an Magnesiumcarbonat unter 1 0 Masse-% aufweist, also beispielsweise auch einen Anteil unter 9, 8 , 7, 6 , 5 , 4 , 3 , 2, 1 oder 0,5 Masse-% .
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Mischung einen Anteil an Mg(OH)2 unter 10 Masse-%> aufweist, also beispielsweise auch einen Anteil unter 9, 8 , 7, 6, 5 , 4, 3 , 2, 1 oder 0 ,5 Masse-% .
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Mischung einen Anteil an Dolomit, insbesondere an Roh-Dolomit, unter 10 Masse-%> aufweist, also
beispielsweise auch einen Anteil unter 9, 8 , 7, 6, 5 , 4, 3 , 2, 1 oder 0,5 Masse- %. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Mischung einen Anteil an
Kalziumcarbonat beziehungsweise an Kalkstein unter 10 Masse-% aufweist, also beispielsweise auch einen Anteil unter 9, 8 , 7, 6, 5 , 4, 3 , 2, 1 oder 0 ,5 Masse-% .
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Mischung in einer verhältnismäßig geringen Korngröße vorliegt, beispielsweise zu wenigstens 70 Masse-%>, 80 Masse-%) oder zu wenigstens 90 Masse-%> oder auch zu 100 Masse-%> in einer Korngröße unter 0 ,5 mm.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Korngröße der Komponenten der erfindungsgemäßen Mischung unterhalb der nachfolgend angegebenen Korngrößen in den j eweils angegebenen Massenanteilen vorliegt, wobei die erfindungsgemäße Mischung beispielsweise auch nur eine der nachfolgenden Bedingungen hinsichtlich ihrer Korngröße erfüllen kann:
< 1 mm: 100 Masse-%>;
< 500μιη: 100 Masse-%;
< 3 15 μιη: wenigstens 90 oder 95 Masse-%> und höchstens 1 00 Masse-%>;
< 200μιη: wenigstens 85 oder 90 Masse-%> und höchstens 95 oder 100
Masse-%;
< Ι ΟΟμιη: wenigstens 65 oder 70 Masse-%> und höchstens 75 oder 80 Masse-
< 63 μιη: wenigstens 45 oder 50 Masse-%> und höchstens 65 oder 70 Masse-
Indern die erfindungsgemäße Mischung diese sehr geringe, mittlere Korngröße aufweist, kann eine besonders gute und gleichmäßige Verteilung und insbesondere auch eine schnelle Auflösung der Mischung in einer Schlacke bewirkt werden. Um trotz dieser geringen Korngröße der Mischung ein gutes Handling der erfindungsgemäßen Mischung erreichen zu können, kann vorgesehen sein, die Mischung in kompaktierter oder gepresster Form, beispielsweise in Form von Pellets zur Verfügung zu stellen. Um die Mischung in Form von Pellets zur Verfügung zu stellen, kann vorgesehen sein, dass eine erfindungsgemäße Mischung, die insbesondere die zuvor beschriebene Korngrößenverteilung aufweisen kann, ohne Zugaben von Additiven zu Pellets verpresst wird.
Beispielsweise können diese Pellets eine mandelförmige, stäbchenförmige oder kugelige Form aufweisen, beispielsweise mit einer maximalen Länge von beispielsweise 50 mm, 40 mm oder 30 mm. Die Pellets können ferner beispielsweise einen Mindestdurchmesser von 5 , 10, 15 , 20 oder 25 mm aufweisen. Pellets mit einer entsprechenden Größe sind gut handhabbar, j edoch gleichzeitig noch so klein, dass sie nach Eingabe in eine Schlacke dort schnell zerfallen und die Vorteile der erfindungsgemäßen, geringen
Korngrößenverteilung dort schnell zum Tragen kommen können.
Es kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Mischung einen Anteil an Calciumoxid (CaO) aufweist, da durch diesen die Basizität der Schlacke weiter erhöht werden kann und der Angriff der S chlacke auf die feuerfeste Zustellung des metallurgischen Gefäßes gesenkt werden kann. Das CaO der Mischung hat insbesondere dann eine vorteilhafte, die Basizität reduzierende Wirkung, wenn das Verhältnis von CaO zu Si02 in der Mischung ein
bestimmtes Maß nicht überschreitet.
Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass die Basizität der Schlacke insbesondere dann durch das CaO erhöht werden kann, wenn das Verhältnis von Massenanteilen von CaO zu Si02 in der Mischung nicht unter 0,7 liegt. Es kann daher vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Massenanteile von CaO zu Si02 in der erfindungsgemäßen Mischung nicht unter 0,7 liegt. Si02 kann im Wesentlichen über Verunreinigungen der Rohstoffe der erfindungsgemäßen Mischung in diese gelangt sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Mischung Calciumoxid und Siliciumdioxid in folgenden Massenanteilen umfasst:
CaO : 0 bis 10 Masse-%,
Si02 : 0 bis 7 Masse-% .
CaO kann ferner beispielsweise in Anteilen von wenigstens 0, 1 oder 0,2 oder 0,5 oder 1 oder 1 ,5 oder 2 Masse-%> in der Mischung vorliegen und
beispielsweise in Anteilen von höchstens 10, 9, 8 , 7, 6, 5 , 4, 3 oder 2,5 Masse-% .
Si02 kann beispielsweise in Anteilen von wenigstens 0 , 1 oder 0,2 oder 0,5 oder 1 oder 1 ,5 oder 2 Masse-%> in der Mischung vorliegen und beispielsweise in Anteilen von höchstens 7, 6 , 5 , 4 , 3 oder 2,5 Masse-%>.
Wie zuvor ausgeführt, kann vorgesehen sein, die Mischung in Form von Pellets zur Verfügung zu stellen, wobei die Mischung ohne die Zugabe von Additiven zu Pellets verpresst wird. Soweit j edoch Additive zur Verpressung der Mischung zu Pellets verwendet werden, kann vorgesehen sein, CaO als ein solches Pressadditiv zu verwenden. In diesem Fall kann die Mischung, in Abwendung von dem zuvor offenbarten Erfindungsgedanken, wonach die Mischung Anteile an CaO von höchstens 10 Masse-% CaO aufweist, Anteile an CaO von bis zu 40 Masse-%> aufweisen. Bevorzugt weist die Mischung j edoch kein Additiv zum Verpressen auf, so dass der Anteil an CaO in der Mischung, wie oben ausgeführt, nicht über 1 0 Masse-%> liegt. Es kann vorgesehen sein, dass die Mischung Eisenoxide in folgenden
Massenanteilen umfasst:
Eisenoxid: 0 bis 7 Masse-% .
Eisenoxid steht dabei für die Summe sämtlicher Eisenoxide in der Mischung, also insbesondere FeO und Fe203 , aber beispielsweise auch Fe304 und Fe20.
Eisenoxide können in der Mischung beispielsweise auch in Anteilen von wenigstens 0, 1 Masse-%, 0,2 Masse-%, 0 ,4 Masse-%, 0,6 Masse-% oder 0 ,8 Masse-%) vorliegen und beispielsweise höchstens in Anteilen von 7 Masse-%>, 6 Masse-%, 5 Masse-%, 4 Masse-%, 3 Masse-%, 2,8 Masse-%, 2,6 Masse-%, 2,4 Masse-%, 2,2 Masse-% oder 2 Masse-%.
Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass die hierin beschriebenen, vorteilhaften Wirkungen der erfindungsgemäßen Mischung als
Schlackenkonditionierer durch die Anwesenheit von weiteren Komponenten in der Mischung nachteilig beeinflusst werden können.
Es kann daher vorgesehen sein, dass die Mischung neben den vorgenannten Komponenten, also MgO, C , AI, A14C3 , CaO, Si02, Eisenoxiden und
gegebenenfalls A1203 nur geringe Anteile an weiteren Komponenten umfasst, zum Beispiel in Anteilen unter 5 Masse-%>, 4 Masse-%>, 3 Masse-%>, 2,5 Masse-%), 2 Masse-%>, 1 ,5 Masse-%> oder auch unter 1 Masse-%> .
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Mischung Anteile an den folgenden Komponenten unterhalb der nachfolgend angegebenen
Massenanteile umfasst:
Cr203 : < 0,2 Masse-%;
P205 : < 0,2 Masse-%;
Ti02 : < 0,2 Masse-%; K20 + Na20 : < 0 ,5 Masse-%;
Zr02 : < 0,2 Masse-%.
Überraschenderweise hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, dass
Magnesia-Kohlenstoff-Erzeugnisse, die in der Stahlindustrie benutzt worden sind, insbesondere als Verschleißfutter von Sauerstoffblaskonvertern, in Elektrolichtbogenöfen oder in Pfannen, sich teilweise als Rohstoff für die erfindungsgemäße Mischung eignen. Insofern können entsprechend recycelte Magnesia-Kohlenstoff-Erzeugnisse teilweise, weitgehend oder ausschließlich als Rohstoff für die erfindungsgemäße Mischung verwendet werden.
Gegenstand der Erfindung ist insoweit auch die Verwendung von recycelten Magensia-Kohlenstoff-Erzeugnissen als Rohstoff für die erfindungsgemäße Mischung beziehungsweise die Verwendung solch recycelter Magnesia- Kohlenstoff-Erzeugnisse als erfindungsgemäßer S chlackenkonditionierer.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, als Rohstoffe für die erfindungsgemäße Mischung neben recycelten Magnesia-Kohlenstoff-Erzeugnissen wenigstens einen der folgenden weiteren Rohstoffe zu wählen : Magnesia (insbesondere Sintermagnesia), Kohlenstoff (insbesondere Graphit), Korund oder
Aluminiumcarbid.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Konditionierung einer bei der Eisen- und Stahlmetallurgie auf einer Metallschmelze in einem metallurgischen Gefäß befindlichen Schlacke mit folgenden Schritten:
Zur Verfügungstellung einer hierin beschriebenen, erfindungsgemäßen
Mischung;
Einbringen der Mischung in die auf der Metallschmelze in dem
metallurgischen Gefäß befindliche S chlacke. Die Mischung kann, wie hierin beschrieben, beispielsweise in kompaktierter oder gepresster Form, beispielsweise in Form von Pellets zur Verfügung gestellt werden.
Die zur Verfügung gestellte Mischung wird auf die Schlacke gegeben und sinkt in diese ein, so dass sie dort ihre erfindungsgemäße Wirkung entfalten kann.
Die erfindungsgemäße Mischung eignet sich grundsätzlich als
Schlackenkonditionierer für Schlacken auf einer Metallschmelze in einem beliebigen metallurgischen Gefäß, beispielsweise für Metallschmelzen in Konvertern, Elektrolichtbogenöfen oder Pfannen. Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Mischung als Schlackenkonditionierer für S chlacken auf solchen Metallschmelzen verwendet, die sich in einem metallurgischen Gefäß mit einer basischen Zustellung befinden, also insbesondere mit einer Zustellung auf Basis wenigstens eines der folgenden Werkstoffe : Magnesia, Magnesia-Kohlenstoff, Doloma oder Doloma-Kohlenstoff.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung einer hierin
beschriebenen, erfindungsgemäßen Mischung zur Konditionierung einer bei der Eisen- und Stahlmetallurgie auf einer Metallschmelze in einem
metallurgischen Gefäß befindlichen Schlacke.
Die Verwendung kann dabei wie hierin offenbart erfolgen.
Sämtliche der hierin offenbarten Merkmale der Erfindung können, einzeln oder in Kombination, beliebig miteinander kombiniert sein.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Zunächst wurde im Ausführungsbeispiel eine Mischung zur Verfügung gestellt, die Magnesium, Kohlenstoff und Aluminium sowie weitere
Komponenten in den Massenanteilen gemäß Tabelle 1 umfasst.
Figure imgf000018_0001
Tabelle 1
Der Kohlenstoff lag in der Mischung in Form von Graphit sowie
Aluminiumcarbid vor.
Aluminium lag in der Mischung in Form von metallischem Aluminium sowie in Form von Aluminiumcarbid vor.
Als Rohstoffe wurden ausschließlich recyclierte Magnesia-Kohlenstoff- Erzeugnisse verwendet. Die Mischung wurde in Form von ohne zusätzliche Additive gepressten, mandelförmigen Pellets mit einer Dicke von etwa 15 mm und einer Läng etwa 30 mm zur Verfügung gestellt.
Die Korngrößenverteilung der Mischung in den Pellets ist in Tabelle 2 angegeben.
Figure imgf000019_0001
Tabelle 2
Die Mischung wurde verwendet als Schlackenkonditionierer für eine Schlacke auf einer in einem S auerstoffkonverter befindlichen Metallschmelze. Dabei wurde die Mischung auf die auf der Schmelze befindliche Schlacke
aufgegeben. Durch die Aufgabe der Mischung auf die S chlacke konnte deren Basizität erhöht werden. Ferner konnte durch die Anteile an Kohlenstoff, Aluminium und Aluminiumcarbid in der Mischung eine Schaumbildung der Schlacke erreicht werden. Schließlich konnte die Viskosität der Schlacke auf das gewünschte Maß eingestellt werden.

Claims

P at e nt an s p rü c h e
Mischung zur Einbringung in die bei der Eisen- und Stahlmetallurgie auf einer Metallschmelze befindliche Schlacke, die Magnesium,
Kohlenstoff und Aluminium in folgenden Massenanteilen umfasst: MgO: 45 bis 90 Massen-%;
C: 5 bis 40 Massen-%;
A1203: 1 bis 20 Massen-%.
Mischung nach Anspruch 1 mit einem Anteil an MgC03 unter
10 Masse-%.
Mischung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, die in Form von Pellets vorliegt.
4. Mischung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Körnung zu wenigstens 70 Masse-% in einer Korngröße unter 0,5 mm vorliegt.
5. Mischung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, die Kalziumoxid und Siliziumdioxid in folgenden Massenanteilen umfasst: CaO : 0 bis 10 Massen-%;
Si02 : 0 bis 7 Massen-% .
6. Mischung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, die Eisenoxid in folgenden Massenanteilen umfasst:
Eisenoxid: 0 bis 7 Massen-% .
7. Verfahren zur Konditionierung einer bei der Eisen- und
Stahlmetallurgie auf einer Metallschmelze in einem metallurgischen Gefäß befindlichen S chlacke mit folgenden Schritten:
7. 1 Zur Verfügungstellung einer Mischung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche;
7.2 Einbringen der Mischung in die auf der Metallschmelze in dem metallurgischen Gefäß befindliche Schlacke.
8. Verwendung einer Mischung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Konditionierung einer bei der Eisen- und Stahlmetallurgie auf einer Metallschmelze in einem metallurgischen Gefäß befindlichen Schlacke.
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