Аргоно-кислородное обезуглероживание

Аргонокислородное обезуглероживание ( АОД ) – это процесс, в основном используемый при нержавеющей стали производстве и других высококачественных сплавов с окисляемыми элементами, такими как хром и алюминий . После первоначальной плавки металл переносится в резервуар AOD, где он подвергается трем этапам рафинирования; обезуглероживание , восстановление и десульфурация .

Процесс AOD был изобретен в 1954 году подразделением Lindé компании Union Carbide Corporation. ^[1]^[2] (который стал известен как Praxair в 1992 году). ^[3]

Процесс

Процесс AOD обычно делится на три основных этапа: обезуглероживание, восстановление и десульфурация. ^[2]

Обезуглероживание

Перед этапом обезуглероживания следует принять во внимание еще один этап: декремнирование , которое является очень важным фактором для огнеупорной футеровки и ее дальнейшего рафинирования.

Стадия обезуглероживания контролируется соотношением кислорода и аргона или азота для удаления углерода из металлической ванны. Соотношения могут быть выполнены в любом количестве фаз для облегчения реакции. Газы обычно продуваются через верхнюю фурму (только кислород) и фурмы по бокам/снизу (кислород с кожухом из инертного газа). Стадии продувки удаляют углерод за счет соединения кислорода и углерода с образованием газообразного CO .

4 Cr _(ванна) + 3 O ₂ → 2 Cr ₂ O _{3( шлак )}

Cr ₂ O _3(шлак) + 3 C _(ванна) → 3 CO _(газ) + 2 Cr _(ванна)

Чтобы вызвать реакцию образования CO, парциальное давление CO понижают с помощью аргона или азота. Поскольку резервуар AOD не имеет внешнего обогрева, ступени продувки также используются для контроля температуры. Сгорание углерода повышает температуру ванны. К концу этого процесса в стали сохраняется около 97% Cr.

Снижение

После достижения желаемого уровня углерода и температуры процесс переходит к восстановлению. Восстановление восстанавливает окисленные элементы, такие как хром, из шлака. Для достижения этой цели в сплав добавляются элементы, которые имеют более высокое сродство к кислороду, чем хром, используя либо кремниевый сплав, либо алюминий. В восстановительную смесь также входят известь (CaO) и плавиковый шпат (CaF ₂ ). Добавление извести и плавикового шпата способствует снижению содержания Cr ₂ O ₃ и управлению шлаком, сохраняя шлаковую жидкость и небольшой объем.

Десульфуризация

Обессеривание достигается за счет высокой концентрации извести в шлаке и низкой активности кислорода в металлической ванне.

S _(ванна) + CaO _(шлак) → CaS _(шлак) + O _(ванна)

Так, добавки извести добавляют для разбавления серы в металлической ванне. Также для удаления кислорода могут быть добавлены алюминий или кремний. Другие добавки для обрезки сплава могут быть добавлены в конце этапа. После достижения уровня серы шлак удаляется из емкости AOD, и металлическая ванна готова к выпуску. Затем выпускную ванну отправляют либо на станцию перемешивания для дальнейшей химической обработки, либо в литейную машину для отливки.

Стадия десульфурации обычно является первой стадией процесса.

История

Процесс AOD занимает важное место в истории производства стали, внедряя революционный метод рафинирования нержавеющей стали и формируя ландшафт отрасли. ^[4]

1960-е годы

Разработка технологии AOD началась в 1960-х годах как альтернатива традиционным методам производства стали. Первоначально этот процесс был внедрен американскими химическими компаниями, которые стремились более эффективно и экономично очищать нержавеющую сталь.

Конец 1960-х годов

В конце 1960-х годов процесс AOD получил признание за свою способность эффективно удалять углерод, достигая более низких уровней углерода, чем другие методы переработки. Это также давало возможность производить нержавеющую сталь с низким содержанием углерода, что делало ее подходящей для различных применений.

1970-е годы

В 1970-е годы процесс AOD претерпел дальнейшие усовершенствования и усовершенствования. Сталелитейные компании в Европе и США все чаще применяют метод AOD в своей деятельности, привлеченные его гибкостью и способностью производить высококачественную нержавеющую сталь.

1980-е годы

В 1980-х годах процесс AOD получил широкое признание в качестве стандартного метода рафинирования нержавеющей стали во всем мире. Его преимущества, такие как высокий выход металла, точный контроль над химическим составом, контроль выбросов углерода, возможности десульфурации и более чистое производство металла, способствовали его популярности.

Сегодняшний день

Сегодня процесс AOD остается популярным методом в сталелитейной промышленности. Он предлагает производителям стали большую гибкость в выборе сырья, позволяя использовать экономически эффективные ресурсы и обеспечивать точные и стабильные результаты. Этот процесс также способствовал увеличению производственных мощностей при относительно небольших капиталовложениях по сравнению с традиционными методами электропечи.

Дополнительное использование

Помимо основного применения в производстве нержавеющей стали, AOD было обнаружено множество различных дополнительных применений в различных отраслях промышленности и материалах.

Улавливание и утилизация углерода

Шлак AOD показал многообещающий потенциал для использования в качестве строительного материала, улавливающего углерод, благодаря его высокой способности выделять CO2 и низкой стоимости. Карбонизация, процесс использования CO2 в качестве отверждающего агента при производстве бетона, улучшает химические свойства шлака нержавеющей стали путем его стабилизации. Во время карбонизации g-C2S (ди-силикат кальция) в шлаке реагирует с CO2 с образованием таких соединений, как кальцит и силикагель, что приводит к увеличению прочности на сжатие и долговечности вяжущих материалов. Было изучено введение шлака AOD в качестве материала-заменителя в обычный портландцемент (OPC) во время карбонизации, что продемонстрировало положительное влияние на прочность и снижение пористости. ^[5]

Цементирующая активность и модификаторы

Шлак АОД проявляет цементирующую активность, но его свойства можно изменить модификаторами. Исследования были сосредоточены на влиянии модификаторов, таких как B2O3 и P2O5, на предотвращение кристаллического перехода β-C2S и улучшение цементирующей активности шлака. Добавление B2O3 и P2O5 показало эффект отверждения и увеличило прочность на сжатие. Эти результаты позволяют предположить, что правильный выбор модификаторов может повысить эффективность шлака нержавеющей стали в цементирующих процессах. ^[6]

Выщелачивание хрома и карбонизация

Другим аспектом исследования шлака AOD является его потенциал карбонизации и влияние на выщелачиваемость хрома. Карбонизация двухкальциевого силиката в шлаке АОД приводит к образованию различных соединений, в том числе аморфного карбоната кальция, кристаллического кальцита и силикагеля. Степень карбонизации шлака влияет на минеральные фазы, которые впоследствии влияют на выщелачивание хрома. Были определены оптимальные коэффициенты карбонизации, позволяющие минимизировать риски выщелачивания хрома во время производственной деятельности, связанной с карбонизацией. ^[7]

Ссылки

^ Кривский, Вашингтон (1973). «Аргоно-кислородный процесс Linde для обработки нержавеющей стали; пример крупных инноваций в базовой отрасли» . Металлургические операции . 4 (6): 1439–1447. Бибкод : 1973MT......4.1439K . дои : 10.1007/BF02667991 . S2CID 135951136 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Ялканен, Хейкки; Холаппа, Лаури (2014). Ситхараман, Сешадри (ред.). «Конвертерное производство стали». Трактат по технологической металлургии: промышленные процессы . Эльзевир. дои : 10.1016/C2010-0-67121-5 . ISBN 9780080969886 .
^ История , заархивированная 9 июня 2017 г. в Wayback Machine . Unioncarbide.com (1 ноября 1917 г.). Проверено 28 декабря 2013 г.
^ Кобб, Гарольд (2010). История производства стали .
^ Мун, Цой; ЮК, Э.Дж. (2018). «Разработка углеродоулавливающего связующего с использованием шлака аргоно-кислородного обезуглероживания нержавеющей стали, активированного карбонизацией». Журнал чистого производства . 180 : 642–654. дои : 10.1016/j.jclepro.2018.01.189 .
^ Бачокки, Ренато; Коста, Джулия; Ди Бартоломео, Элизабетта; Полеттини, Алессандра; Поми, Рафаэлла (2010). «Карбонизация шлака нержавеющей стали как процесс хранения CO2 и повышения ценности шлака». Валоризация отходов и биомассы . 1 (4): 467–477. дои : 10.1007/s12649-010-9047-1 .
^ Ван, Я-Джун; Цзэн, Я-Нан; Ли, Цзюнь-Го; Чжан, Ю-Чжу; Чжан, Я-Цзин; Чжао, Оин-Чжан (2020). «Карбонизация шлака нержавеющей стали аргон-кислородного обезуглероживания и ее влияние на выщелачиваемость хрома». Журнал чистого производства . 256 . дои : 10.1016/j.jclepro.2020.120377 .

[krivsky73-1] Кривский, Вашингтон (1973). «Аргоно-кислородный процесс Linde для обработки нержавеющей стали; пример крупных инноваций в базовой отрасли» . Металлургические операции . 4 (6): 1439–1447. Бибкод : 1973MT......4.1439K . дои : 10.1007/BF02667991 . S2CID 135951136 .

[jalkanen14-2] Перейти обратно: ^а ^б Ялканен, Хейкки; Холаппа, Лаури (2014). Ситхараман, Сешадри (ред.). «Конвертерное производство стали». Трактат по технологической металлургии: промышленные процессы . Эльзевир. дои : 10.1016/C2010-0-67121-5 . ISBN 9780080969886 .

[uchist-3] История , заархивированная 9 июня 2017 г. в Wayback Machine . Unioncarbide.com (1 ноября 1917 г.). Проверено 28 декабря 2013 г.

[4] Кобб, Гарольд (2010). История производства стали .

[5] Мун, Цой; ЮК, Э.Дж. (2018). «Разработка углеродоулавливающего связующего с использованием шлака аргоно-кислородного обезуглероживания нержавеющей стали, активированного карбонизацией». Журнал чистого производства . 180 : 642–654. дои : 10.1016/j.jclepro.2018.01.189 .

[6] Бачокки, Ренато; Коста, Джулия; Ди Бартоломео, Элизабетта; Полеттини, Алессандра; Поми, Рафаэлла (2010). «Карбонизация шлака нержавеющей стали как процесс хранения CO2 и повышения ценности шлака». Валоризация отходов и биомассы . 1 (4): 467–477. дои : 10.1007/s12649-010-9047-1 .

[7] Ван, Я-Джун; Цзэн, Я-Нан; Ли, Цзюнь-Го; Чжан, Ю-Чжу; Чжан, Я-Цзин; Чжао, Оин-Чжан (2020). «Карбонизация шлака нержавеющей стали аргон-кислородного обезуглероживания и ее влияние на выщелачиваемость хрома». Журнал чистого производства . 256 . дои : 10.1016/j.jclepro.2020.120377 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]