Typen en processen van secundaire verfijning

Typen en processen van secundaire raffinage

Secundaire raffinage omvat kritische processen die worden uitgevoerd na primaire staalproductie (in een BOF of EAF) om precieze controle over chemie, temperatuur en reinheid te bereiken. Belangrijke doelstellingen zijn diepe ontzwaveling en ontfosforing.

I. Ontfosforing van gesmolten staal

Hoewel moderne converters fosforgehaltes van 40-100 ppm kunnen bereiken, hangt dit sterk af van het initiële silicium- en fosforgehalte van het ruwijzer. Effectieve ontfosforing vereist de vorming van P₂O₅ en het vastleggen ervan in een basische slak. De huidige geavanceerde praktijken richten zich op het minimaliseren van het slakvolume in de laatste converterfase.

   Voorbehandeling van ruwijzer (ontfosforing): Een populaire strategie, vooral in Japan, omvat het ontziliconiseren en ontfosforeren van het ruwijzer in een apart vat of een initiële converterbewerking vóór de belangrijkste converterlading. Hierdoor kan de hoofdconverter werken met ultra-lage siliciumtoevoer, wat efficiënt "minder-slak" of "slakvrij" blazen mogelijk maakt. Een belangrijk compromis is een lagere schrootladingverhouding.

   Tweefasen (duplex) converterproces: Deze methode gebruikt twee converterfasen:

    1.  De eerste converter voert ontziliconisatie en ontfosforing uit.

    2.  De slak van de eerste fase wordt volledig verwijderd ("slag-off").

    3.  Het half-geraffineerde metaal wordt vervolgens ontkoolstofd en afgewerkt in de tweede converter.

    Door fosforreversie uit slak te voorkomen, kan dit proces fosforgehaltes aan het einde van het blazen bereiken van slechts 30 ppm.

   De rol van secundaire raffinage: Het uiteindelijke fosforgehalte wordt beïnvloed door aftapmethoden en downstream-stappen. Elke slakoverdracht tijdens het aftappen kan leiden tot fosforreversie, aangezien P₂O₅ in de slak wordt gereduceerd. Bovendien kunnen toevoegingen van fosforhoudende legeringen (bijv. sommige ferro-mangaan soorten) het fosforgehalte verhogen. Doorgaans is het fosforgehalte van het eindproduct ongeveer 10 ppm hoger dan aan het convertereindpunt.

   Geavanceerde panraffinage voor ultra-laag fosforgehalte: Het gebruik van een Panoven (LF) met gespecialiseerde slakpraktijken maakt nog lagere uiteindelijke fosforgehaltes mogelijk. Een strategische aanpak is om de converter af te tappen bij een ~50°C lagere temperatuur, wat de fosforretentie in de slak bevordert. De benodigde thermische energie wordt vervolgens geleverd door boogverwarming in de LF onder gecontroleerde, reducerende omstandigheden om reversie te voorkomen. Modellen tonen aan dat met geoptimaliseerde slak (bijv. ~18% FeO, 0,4% P₂O₅) en gecontroleerd aftappen, staal met ~20 ppm fosfor haalbaar is.

II. Ontzwaveling

Ontzwaveling in geïntegreerde staalproductie vindt plaats in drie fasen: ontzwaveling van ruwijzer, beperkte ontzwaveling in de converter en panontzwaveling tijdens secundaire raffinage.

   Ontzwaveling van ruwijzer: Bereikt door het injecteren van reagentia zoals calciumcarbide, magnesium of kalk-magnesiummengsels in de ijzerpan. Dit kan zwavel terugbrengen tot zeer lage niveaus (bijv. 20 ppm), afhankelijk van het verbruik van het reagens.

   Panontzwaveling (belangrijkste fase): Voor efficiënte diepe ontzwaveling in de pan zijn drie voorwaarden van cruciaal belang:

    1.  Sterke reducerende omstandigheden: Er moet voldoende aluminium worden toegevoegd om het staal grondig te deoxideren, waardoor een laag zuurstofpotentieel ontstaat.

    2.  Optimale slakchemie: De pan-slak moet kalkverzadigd (CaO-verzadigd) zijn. De "Kalkverzadigingsgraad" is een belangrijke parameter:

           =1: Slak is CaO-verzadigd (optimaal voor hoge CaO-activiteit).

           <1: Slak is onverzadigd, vloeibaar, maar met lagere CaO-activiteit, waardoor de efficiëntie afneemt.

           >1: Slak is oververzadigd, heterogeen en minder reactief.

    3.  Intensief roeren: Het gesmolten staal moet krachtig worden geroerd (via argonbellen) om een sterk slak-metaalcontact en kinetische omstandigheden voor de reactie te garanderen.

Onder optimale omstandigheden (CaO-verzadigde slak + intensief roeren) kunnen ontzwavelingssnelheden 95% bereiken. De efficiëntie daalt aanzienlijk bij zwakker roeren of niet-optimale slak.

   Complexiteiten tijdens het roeren: Intensief roeren van de pan veroorzaakt andere gelijktijdige reacties:

       Reductie van SiO₂ in de slak door opgelost [Al], waardoor het siliciumgehalte van het staal toeneemt.

       Heroxidatie van aluminium door lucht.

       Reductie van MnO uit slak, waardoor het mangaangehalte licht toeneemt.

    De toename van het siliciumgehalte is met name nadelig voor de productie van staalsoorten met een laag siliciumgehalte (bijv. voor dunne strips) en kan de ontzwaveling zelf belemmeren.

   Geïntegreerde ontzwavelingsstrategie: Het bereiken van ultra-laag zwavelgehalte (bijv. <20 ppm) vereist een geïntegreerde aanpak:

       Ontzwaveling van ruwijzer moet een efficiëntie van ~75% bereiken, waardoor zwavel wordt teruggebracht tot <30 ppm.

       Panontzwaveling moet dan met een hoge efficiëntie (>90%) werken. Als de efficiëntie van de panontzwaveling laag is (bijv. 35%), moet de ontzwaveling van ruwijzer nog agressiever zijn om een uitgangspunt van ~30 ppm S te bereiken om een einddoel van ~50 ppm te bereiken.

       Voor een einddoel van ~100 ppm S moet de voorbehandeling van ruwijzer doorgaans zwavel terugbrengen tot ~150 ppm.

 Wij zijn een professionele fabrikant van elektrische ovens. Voor verdere vragen, of als u ondergedompelde boogovens, elektrische boogovens, panraffinageovens of andere smeltapparatuur nodig heeft, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen via  susan@aeaxa.com