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Beim Frischen von Roheisen im bodenblasenden Konverter mit den bekannten Frischmitteln, wie normalem oder mit Sauerstoff angereichertem Wind oder einem Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisch, werden die im Roheisen enthaltenen Elemente entsprechend den physikalisch-chemischen Gesetzen nacheinander gefrischt, beginnend mit Silizium, Mangan, Kohlenstoff und-erst nach Entstehung einer gut flüssi ;gen Schlacke - Phosphor. Je nach dem Phosphorgehalt des Roheisens ergibt sich nach der Kohlenstoff Ver- brennung eine mehr oder weniger lange Entphosphorungsperiode. Der Phosphorgehalt im Stahl bestimmt auch den Eisengehalt der Schlacke.
Für die eisenerzeugende Industrie ist es von grossem Interesse, phosphorhaltiges Roheisen so zu fri- schen, dass der im Eisen enthaltene Phosphor schon vor oder während der Entkohlungsperiode ganz oder teilweise entfernt wird, um die Entphosphorung oder Nachblaseperiode zu verkürzen bzw. bei vorheriger Abscheidung des Phosphors den ganzen Prozess bei einem höheren Kohlenstoffgehalt beenden zu können.
Diese Arbeitsweise bringt metallurgische und technologische Vorteile, die darin bestehen, dass sich die Eisenverschlackung nicht nach dem Phosphorgehalt, sondern nach dem Restkohlenstoffgehalt richtet und dass eine zusätzliche Aufkohlung des Bades zwecks Erzielung höherer Festigkeiten des Stahles nicht mehr erforderlich ist. Die bisherigen Versuche im bodenblasenden Konverter haben gezeigt, dass eine Vorverlegung der Entphosphorung praktisch nicht möglich ist, weil die Bedingungen hiefür nicht ohne weiteres eingehalten werden können. Wenn das Roheisenbad mit den bekannten und bereits erwähnten Frischgasen in kürzester Zeit, etwa in 8 - 12 Minuten, gefrischt wird, entsteht eine hohe Entkohlungsgeschwindigkeit, die die Bildung eisenoxydhaltiger Schlacken verhindert.
Die Entphosphorung ist aber nur bei Anwesenheit flüssiger, eisenoxydulhaltiger, basischer Schlacken möglich. Eine Entphosphorung in der Entkohlungsperiode ist also nur dann erzielbar, wenn der Schmelzprozess im bodenblasenden Konverter so geführt wird,
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tet. Bei einem mittleren Kohlenstoffgehalt von etwa 3,5 % im Roheisen soll die Höchstentkohlungsgeschwindigkeit eine Blasezeit von mindestens 18 Minuten ergeben.
Um eine Blasezeit von 18 Minuten zu erreichen, ist je nach der Konvertergrösse der Bodenblasquerschnitt entsprechend den Blasdruckverhältnissen festzulegen. Die Entphosphorung innerhalb der Entkohlungsperiode ist aber nur dann möglich, wenn gleichzeitig mit der geringeren Entkohlungsgeschwindigkeit für die Bildung einer von Beginn der Schmelze an flüssigen eisenoxydulhaltigen Schlacke Sorge getragen wird. Zur Bildung eisenoxydulhaltiger flüssiger basischer Schlacke eignet sich z. B. Erz. Der Zusatz von Erz stellt aber an den Wärmehaushalt des normalen Konverterprozesses bestimmte Bedingungen.
Bei Anwendung von Wind ist der Wärmeüberschuss so gering, dass der Zusatz von Erz od. dgl. die Bildung flüssiger Schlacken nicht gewährleisten kann. Ein stark sauerstoffangereicherter Wind verbessert zwar die Bedingungen, ist aber praktisch wegen der hiedurch bedingten Verringerung der Bodenhaltbarkeit nicht anwendbar.
Man hat aus diesen Gründen vorgeschlagen, das Roheisen in einem topfartigen Gefäss ohne Düsenboden mit Hilfe eines durch eine Lanze mit Überschallgeschwindigkeit eingeblasenen reinen Sauerstoff- Verfahren zur Herstellung von hochwertigen Stählen aus phosphorhaltigem
Roheisen im bodenblasenden Konverter
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strahles zu frischen. Die Mängel einer solchen Arbeitsweise sind die dabei resultierende ausserordentlich geringe Entkohlungsgeschwindigkeit und die dementsprechend lange Blasezeit von 50 bis 80 Minuten zum Verblasen eines phosphorhaltigen Roheisens.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, im bodenblasenden Konverter ein kombiniertes Durch- und Aufblasen von Sauerstoff-Kohlensäuregemisch und reinem Sauerstoff anzuwenden, um die gründliche Durchmischung der Badflüssigkeit zu steigern, damit ein gleichförmiges, gut vergiessbares Stahlbad erzielt und die Blasezeit verkürzt wird. Weiters ist es auch bereits bekannt, dass es durch frühzeitige Bildung einer hochbasischen Schlacke gelingt, die Entphosphorung vor der Entkohlung zu beenden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das vorstehend erwähnte Frischverfahren im bodenblasenden Konverter derart zu verbessern, dass sich aus phosphorhaltigem Roheisen hochwertige Stähle wirtschaftlich herstellen lassen. Erfindungsgemäss wird dieses Ziel durch die Kombination der beiden letzterwähnten Verfahren erreicht, indem vom Beginn des Frischprozesses an in an sich bekannter Weise durch
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während gleichzeitig und bis zum gewünschten Entkol1lungsgrad Wind oder sauerstoffangereicherte Frischgase durch die Bodendüsen in einem solchen Ausmasse zugeführt werden, dass die Entkohlungsgeschwindigkeit im Durchschnitt 0, 2-0, 25 % pro Minute nicht überschreitet.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass die zur Bildung einer flüssigen, basischen, eisenoxydulhaltigen Schlacke zeitweilig z. B. mit Hilfe einer Lanze auf das Bad aufgeblasenen sauerstoffreichen Gase aus einem Gemisch von Sauerstoff und Wasserdampf bestehen. Durch dieses Mittel wird die Badoberfläche stark oxydiert und gleichzeitig gekühlt, wodurch die Entphosphorung begünstigt und die vorzeitige Entkohlung gehemmt wird.
Zur Bildung der flüssigen, basischen, eisenoxydulhaltigen Schlacke können an Stelle von Eisenerz auch beliebige Sauerstoffträger gemeinsam mit Eisenoxyd verwendet werden, wobei aber dÅas Mischungsverhältnis derart zu wählen ist, dass die Entstehung der eisenoxydulhaltigen Schlacke unter allen Umstän- den gewährleistet ist. Diese Ausführungsform des Verfahrens hat den Vorteil, dass sie die Anpassung an verschiedene Betriebsverhältnisse erleichtert.
Als vorteilhaft zu Erzielung der erfindungsgemäss angestrebten geringen Entkohlungsgeschwindigkeit., also zur bewussten Verlängerung der Blaszeit, hat sich eine Verringerung des Blasquerschnittes des Düsenbodens ergeben. Ein Merkmal der Erfindung besteht demgemäss darin. dass ein Konverter mit einem gegenüber dem normalen Thomaskonverter verringertem Blasquerschnitt verwendet wird.
Als günstig zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hat sich gezeigt, dass beim Aufblasen von sauerstoffreichen Gasen die Aufblasgeschwindigkeit bzw. der Blasdruck so gering gehalten wird, dass kein Sauerstoff in das Bad eindringt, sondern nur eine Eisenoxydation an der Oberfläche des Bades zur Verflüssigung der Schlacke erreicht wird.
Beispielsweise wird das Gas mit 3 - 5 atü aufgeblasen. Ausser dem Zweck der schnellen Bildung einer flüssigen basischen eisenoxydulhaltigen Schlacke wird erreicht, dass eine zusätzliche Verbrennung der Abgase verhindert wird. Es ist darauf zu achten, dass die Blasedauer des auf das Bad zusätzlich aufgeblasenen Gasstrahles nicht länger dauert als bis eine zur völligen Entphosphorung ausreichende eisenreiche Schlacke gebildet und eine weitgehende Entphosphorung erreicht ist. Die Sauerstoffkonzentration des Blaswindes muss dabei so abgestimmt sein, dass eine Blasezeit von 18 Minuten nicht unterschritten wird, d. h. dass die Entkohlungsgeschwindigkeit 0, 20-0, 25 % pro Minute nicht übersteigt. Dabei erfolgt der eigentliche Frischprozess in üblicher Weise durch das durch den Düsenboden des Konverters eingeblasene Gas.
Ein weiterer Vorteil des Aufblasens von sauerstoffangereichertem Wind oder von Mischungen, bestehend aus Sauerstoff und Wasserdampf, liegt darin, dass eine Entwicklung von braunem Rauch, wie sie bei den bekannten Aufblaseverfahren mit reinem Sauerstoff beobachtet wird, nicht stattfindet.
Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, die Vorverlegung der Entphosphorung dadurch zu erreichen, dass während des ganzen Frischprozesses im Konverter sauerstoffhaltige Gase zur Nachverbrennung der Abgase aus dem Konverterfrischprozess verwendet werden, um durch die hiebei entstehende Wärme eine zusätzliche verflüssigung der Schlacke und somit eine Abscheidung des Phosphors zu erreichen.
Der Erfolg ist jedoch zweifelhaft, da die gewonnene zusätzliche Wärme nur in geringem Mass der Schlacke zugute kommen kann und ausserdem ohne FeO als Flussmittel eine Verflüssigung der Schlacke und eine Entphosphorungsreaktion undenkbar ist ; d. h. gerade wegen der hohen Temperatur findet eine zusätzliche Entphosphorung nicht statt, weil die Entphosphorung von der Temperatur abhängig ist und weil eine zusätzliche Eisenoxydulbildung bei erhöhter Entkohlungsgeschwindigkeit stets unterbunden wird.
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Die Vorverlegung der Entphosphorung ist also nur nach dem erfindungsgemässen Vorschlag möglich, indem einlaufender Zusatz von kühlenden Sauerstoffträgern, z. B. Erz, unter Einhaltung einer geringen Entkohlungsgeschwindigkeit gegeben wird, wobei die Erzzugabe gleichzeitig neben der zusätzlichen Sauerstoffzufuhr das Bad und die Schlacke kühlt, um die Entphosphorung zu verkürzen. Das Aufblasen von Sauerstoff in der einen oder andern Form darf auch nur so lange erfolgen, dass keine zusätzliche Temperaturerhöhung des Bades eintritt, da andernfalls mit steigender Temperatur die Entphosphorung durch verstärkte Entkohlung unterbunden wird.
Für das verfahren fördernd ist die Zusetzung von Schlackenbildnern, z. B. Kalk, auf einmal zu Beginn des Blasprozesses oder in kleineren Portionen, laufend oder zeitweilig während des Blasprozesses.
Die Erfindung bricht mit den bisherigen Erkenntnissen, wonach es mit bodenblasenden Konvertern nicht möglich sei, eine Vorverlegung der Entphosphorung zu erzielen mit dem Vorteil, den ganzen Stahlgewinnungsprozess bei einem höheren Kohlenstoffgehalt ohne Aufkohlung zu beenden, zur Erreichung der eingangs erwähnten metallurgischen und technologischen Vorteile, indem der Weg erstmals offenbart wird, wie bei einem bodenblasenden Konverter verfahren werden muss, um die Vorverlegung der Entphosphorung zu erreichen.
Einige Beispiele zur Erläuterung der Erfindung :
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Querschnitt, deren Abstand von der Badoberfläche 500 mm betrug, reiner Sauerstoff auf die Badoberfläche geblasen. Der Blasdruck betrug 3 atü. Nach 3 min wurden weitere 110 kg Kalk und 100 kg Erz zugegeben. Nach 17 min wurde die Lanze ausgefahren und dem umgelegten Konverter eine Probe entnommen, die 0, 64 % C, Spuren Si, 0, 35 % Mn, 0, 07 % P, 0, 025 % S, 0, 007 % N enthielt. Anschliessend wurde zur weiteren Entkohlung des Stahles die Lanze nicht mehr benötigt und die Schmelze durch den Boden mit sauerstoffangereichertem Wind (30 % ) fertig geblasen. Ende des Frischprozesses nach 20 min.
Die Stahlzusammensetzung war folgende : 0, 11 % C, 0, 28 % Mn, 0, 045 % P, , 028 % S, 0, 008 % N.
Der Stahl brauchte nicht desoxydiert zu werden.
An Frischgas wurde dem Konverter zugeführt :
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Boden des hochgestellten Konverters mit 4,75 cm2 Blasquerschnitt wurde Wind mit 1, 8 atü Blasdruck geblasen. Nach 0,5 min wurde die Lanze eingefahren und mit 3 atü Blasdruck ein Gemisch von Sauerstoff und überhitztem Wasserdampf im Mischungsverhältnis 1 : 1 auf das Bad geblasen. Der Abstand der Düse von der Badoberfläche betrug etwa 400 mm. Nach 4 min wurden weitere 55 kg Kalk und 50 kg Erz zugesetzt. Nach 8 min erfolgte eine weitere Zugabe von 50 kg Kalk. Ab der 8. min wurde mit sauerstoffan- gereichertem Wind (35 % 02) durch den Boden geblasen.
Nach 21 min wurde die Lanze ausgefahren und dem umgelegten Konverter eine Probe mit folgender Zusammensetzung entnommen: 0; 22 % C, Spu-
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noch zu viel Kohlenstoff enthielt, wurde 1 min nur durch den Boden fertig geblasen bis : 0, 05 % C, 0, 024 % Mn, 0, 04 % P, 0, 025 % S, 0, 007 % N.
An Frischgas wurde zugeführt : Durch den Boden : l.-8. min : 66Nm3 Wind = 32 Nm3/t Roheisen ; von der 8. - 22. min 114 Nm3 Wind =
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