uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Optimisation of the bottom stirring praxis in a LD-LBE converter: Investigations and tests on phosphorous removal, nitrogen as stirring gas, and slopping
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Chemistry, Department of Chemistry - Ångström, Inorganic Chemistry.
2015 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The LD-process, called after the cities Linz and Donawitz, is used to convert pig iron into crude steel by blowing oxygen on top of the pig iron. A LD-LBE converter, Lance Bubbling Equilibrium, also stirs the melt trough a bottom stirring system.

The bottom stirring in a LD-LBE converter is believed to have a positive effect alone on the phosphorous removal. Previous studies have shown that the temperature and slag composition are the main factors affecting phosphorus removal. Phosphorus binds to the slag easier at low temperature and to slag with certain levels of dissolved calcium (a process additive). Different praxes were tested and a better dephosphorisation was reached. The bottom stirrings effect on the dissolution of calcium additives is a possible explanation to the results and mechanisms presented in this study.

The study also aimed to investigate the use of nitrogen as stirring gas instead of argon. Nitrogen is removed from the steel during the formation of carbon oxide gases. Nitrogen was used in varying amounts as stirring gas during the first half of the oxygen blow. It proved to be safe to use as long as there was a high content of carbon in the melt. However using nitrogen beyond half of the blow showed to be risky for nitrogen sensible steels; even in small amounts since there is not enough carbon left to degas the steel from nitrogen.

Slopping happens when formed gas from the LD-process is trapped in the slag. The slag level rises and sometimes it floods the converter resulting in yield losses. The influence of the bottom stirring on slopping was studied, which resulted in the conclusion that slopping cannot be avoided by simply improving the bottom stirring.

Although some verification studies remains to be done, if the suggestions based on the results of this thesis were employed, savings in the oxygen and stirring gas economies could be made. Not least improvements on the iron yield.

Abstract [sv]

En järnmalmsbaserad stålproduktion börjar med att järnmalm matas i en masugn tillsammans med koks, kalk och tillsatsämnen. Ut kommer råjärn med höga kol och svavelhalter. Råjärnet transporteras till stålverket i så kallade torpedvagnar. I vissa stålverk, t.ex. SSAB Special Steels i Oxelösund, renas råjärnet från svavel i torpedvagnen. I andra stålverk svavelrenar man i separata skänkar. Svavelreningen sker med bland annat kalciumkarbid som binder till svavlet.

Det svavelfattiga råjärnet måste sedan renas från kol för att bli stål. Det görs i en LD-konvertern (Linz Donawitz). LD-konvertern laddas med flytande råjärn som har en kolhalt på 4,5 procent och som är runt 1350 grader varmt. Råjärnet kyls genom att cirka 20 procent skrot tillsätts. En syrgaslans sänks sedan in i konvertern ovanför smältan och reningen startar.  Syrgaslansen blåser syrgas i ultraljudsfart vilket oxiderar en del av järnet, så väl som kol, kisel, mangan, fosfor and andra föroreningsämnen i råjärnet. Kol försvinner ur konvertern i form av kolmonoxidgas. Andra oxiderade föroreningar och järnoxid bildar tillsammans en så kallad slagg som flyter ovanpå smältan. Det tillsätts även så kallade slaggbildare som förbättrar upptaget av föroreningar i slaggen. Processen varar i cirka 17 minuter och är mycket beroende av slaggen som bildas. Kol försvinner ur konvertern i form av kolmonoxidgas. Under processens gång rör man om smältan med hjälp av gaser som spolas genom botten av konvertern. Omröringen jämnar ut smältans sammansättning och temperatur. När man inte länge behöver avlägsna kol stoppas processen. Stålets temperatur är då cirka 1700 grader och kolhalten ligger nära 0,05 procent.

Stålet överförs sedan till en skänk för att skilja det ur slaggen. Stålet förädlas vidare i olika processer där sammansättningen justeras så att det möter kundens krav. Sedan gjuts stålet i strängar för transport till valsverk eller kunder.

Denna studie behandlar bottenomrörningen under LD-processen i SSAB Special Steels's stålverk i Oxelösund. Omrörningen sker genom åtta porösa stenar i botten av konvertern som blåser med argon eller kväve. Gasflödet genom stenarna justeras genom ett ventilsystem. Under blåsningen rör man om med hjälp av förinställda program. Omrörningens primära funktion är att avlasta syrgaslansen. I fallen där ingen bottenomrörning finns måste syrgaslansen blåsa ”hårdare” på stålet för att avlägsna kol. Avlastningen som bottenomrörningen bidrar med gör att processen även kallas för LD-LBE, där LBE står för Lans Bubbling Equilibrium.

Bottenomrörningen tros ha en positiv effekt på stålets rening från fosfor. Sedan tidigare vet man att temperatur och slaggsammansättning är de största faktorerna som påverkar fosforreningen. Fosfor tas lättare upp i slaggen vid låga temperaturen samt i slagg med högre kalkhalter. Olika omrörningsprogram testades och en bättre fosforrening nåddes. Bottenomrörningen visade sig ha positiva effekter som är teoretisk kopplade till kalksmältning. Två möjliga förklaringsmekanismer hittades.

Studien undersökte även användningen av kväve som omrörningsgas istället för argon, då kväve är ekonomisk fördelaktig gentemot argon. Kväve finns inlöst i råjärnet som sätts in i konvertern. Kvävgasen försvinner ur stålet under och med hjälp av kolreningen. Det visade sig vara säkert att använda kväve från start fram till halva syrgasblåset på kvävekänsliga stålsorter, var efter man sedan byte till argon. Kväve som används sent under blåset visade ge högre kvävehalter.

Urkok är en kraftig volymökning av slaggen som sker när bildad gas från reningen av smältan fångas i slaggen och får slaggen att ”koka över”. Urkok resulterar i ekonomiska förluster då slaggen som lämnar konvertern vid urkok är rik på järn. Bottenomrörningens eventuella påverkan på urkok studerades. Det visade sig att urkok inte kan undvikas genom att enbart optimera bottenomrörningen.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , 31 p.
Series
UPTEC K, ISSN 1650-8297 ; 15035
Keyword [en]
LD, BOS, Bottom Stirring, Phosphorous, Steel making, Nitrogen
National Category
Chemical Engineering Materials Engineering Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-265159OAI: oai:DiVA.org:uu-265159DiVA: diva2:862678
External cooperation
SSAB Special Steels
Subject / course
Material
Educational program
Master Programme in Chemical Engineering
Presentation
2015-09-11, ITC 2247, Lägerhyddsvägen 2, Uppsala, 12:20 (Swedish)
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-11-06 Created: 2015-10-23 Last updated: 2015-11-06Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1945 kB)329 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1945 kBChecksum SHA-512
639c14d75440fe2291e44ec5a641215a799840d60bb6b8a205424aad91e325b8c75d31bea07be1b26b8270cc3a286e4ff2778dea786d4615e605ade0e519cfd9
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Inorganic Chemistry
Chemical EngineeringMaterials EngineeringEngineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 329 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 972 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf