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Verfahren zur Herstellung von Vormetall oder Stahl aus phosphorhaltigem Roheisen
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Stickstoff, Kohlensäure oder Wasserdampf soll eine Erniedrigung der Oberflächentemperatur des Bades be- wirken, um die Entphosphorung zu beschleunigen und die Entkohlungsreaktion zu unterbinden ; nach der
Entphosphorung soll das kohlenstoffhaltige Bad mit reinem Sauerstoff oder sauerstoffängereichertem Wind entkohlt und dabei der reine Sauerstoff unter hohem Druck aufgeblasen bzw. der sauerstoffangereicherte
Wind durchgeblasen werden.
Es wurde ferner bereits vorgeschlagen, unter Aufblasen von reinem Sauerstoff den Sauerstoffstrahl auf die Badoberfläche zur Verhinderung einer Überoxydation mit einer vergleichsweise geringen kinetischen
Energie aufzublasen, so dass er nur verhältnismässig wenig in das Bad eindringt.
Auch diesen beiden Frischverfahren haften im wesentlichen die gleichen Nachteile an wie den vorher erwähnten.
Insbesondere gelingt es bei keinem der bekannten Aufblasverfahren bzw. deren Abwandlungen, die
Bildung des braunen Eisenrauches mit den sich daraus ergebenden Nachteilen sowie der Erstellung kost- spielige Anlagen für dessen Unschädlichmachung zu vermeiden ; dies ist die Folge des allen diesen Frisch- verfahren gemeinsamen Prinzips, dass der Sauerstoff entweder in reiner Form oder in Mischung mit andern
Gasen unmittelbar mit dem geschmolzenen Roheisen zur Reaktion gebracht wird, indem der sauerstoffhal- tige Strahl mehr oder weniger tief in das Bad eindringt ; die direkte Frischwirkung des Eisenbades führt an der Berührungsfläche zwischen Sauerstoffstrahl und Metallbad, dem sogenannten Brennfleck, zu einer starken Eisenvergasung sowie zu einer intensiven Verbrennung des Eisens.
Durch das erfindungsgemässe Frischverfahren wird die eingangs aufgezeigte Aufgabe einer weitgehen- den Entphosphorung von einem beliebigen, innerhalb der bei Thomasroheisen praktisch vorkommenden
Ausgangswerte herunter bis auf einen erwünschten Endwert im wesentlichen vor und während der Entkoh- lungsperiode und damit in weitgehender Unabhängigkeit von der Entkohlung auf einem grundsätzlich neuen
Wege gelöst, nämlich ohne Erhöhung der notwendigen Blasdauer sowie unter Erzielung zusätzlicher Vor- teile, insbesondere unter weitgehender Vermeidung einer Bildung von braunen Abgasen.
Die Voraussetzungen hiefür werden durch eine grundsätzlich neue Arbeitsweise geschaffen, nämlich dass, nachdem zunächst während zen der Gesamtdauer des Frischprozesses unmittelbar an der Ober- fläche des Roheisenbades fast ausschliesslich Eisenoxydul in der zur Verflüssigung des jeweils erforderli- chen Kalkes erforderlichen Menge und damit eine entsprechende Menge an flüssiger Schlacke gebildet worden ist, derart weiter gearbeitet wird, dass das in dieser Schlacke enthaltene Eisenoxydul und Eisenoxyd durch Diffusion an der Grenzfläche zwischen Bad und Schlacke eine fortlaufende Verschlackung des
Phosphors und der andern Begleitelemente bewirkt, wobei das durch die Diffusion reduzierte Eisenoxyd ständig durch neugebildetes ersetzt wird.
Dieses Verfahren, das als Schlacken-Diffusions-Reaktionsver- fahren bezeichnet werden kann, ist hinsichtlich des Verlaufes der Oxydation mit dem Siemens-MartinVerfahren vergleichbar, jedoch mit dem Unterschied, dass im Siemens-Martin-Ofen die Oxydation der Schlacke durch die Flammengase erfolgt, wogegen beim erfindungsgemässen Verfahren reiner Sauerstoff verwendet wird.
Nach der Erfindung wird nun bei Frischverfahren der eingangs beschriebenen Art dieser Verlauf des Frischvorganges im Gegensatz zu allen bekannten Aufblasverfahren, einschliesslich derjenigen, bei denen die gasförmigen Frischmittel auf die Badoberfläche mit geringem Druck auftreffen, aber ausnahmslos die jeweilige Schlackenschicht durch das auftreffende Blasmittel durchschlagen wird, dadurch erzielt, dass nach Bildungder eisenoxydhaltigen Kalkschlacke das Blasmittel, vorzugsweise praktisch reiner Sauerstoff, mit in Abhängigkeit von der Dicke der Schlackenschicht bemessenem Druck auf diese bzw. in sie derart eingeblasen wird, dass es eine in der Anfangsphase des Frischprozesses auf dem Bad gebildete Schlackenschicht nicht bis zur Badoberfläche durchbricht bzw.
diese nicht berührt und somit das in der Schlacke enthaltene FeO kontinuierlich zu Fe20, oxydiert, welches an der Grenzfläche zwischen Schlacke und Bad die Entphosphorung übernimmt, wobei das sich bildende FeO durch den gasförmigen Sauerstoff laufend erneut zu Fe"03oxydiert wird.
Nach Bildung der Schlacke kann nunmehr kein brauner Rauch mehr entstehen, da der Sauerstoffstrahl nicht mehr direkt mit dem Roheisenbad in Berührung kommt und eine Eisenvergasung durch die dazwischen liegende Schlackenschicht verhindert wird ; weiters spielt zum Unterschied von andern Aufblasverfahren, da es sich hier um indirekte Oxydation über den Sauerstoff der Schlacke handelt, der Reinheitsgrad des Sauerstoffes für den Stickstoffgehalt des zu erzeugenden Stahles nicht mehr die entscheidende Rolle ; ausserdem ergibt sich eine erwünschte erhebliche Überhitzung der Schlacke.
In weiterer Ausbildung des neuen Frischverfahrens kann auch während der ersten der Schlackenbildung dienenden Blasperiode die Bildung von braunem Rauch verhindert werden, wenn dem Blasgas über- hitzter Wasserdampf zugesetzt wird ; der Erfolg dieser Massnahme beruht darauf, dass durch die Zersetzungs-
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wärme des Wasserdampfes in dieser Phase der Brennfleck gekühlt und damit die Verbrennung praktisch verhindert wird ; durch Verhinderung der Eisenrauchbildung entfällt nunmehr die kostspielige Erstellung von Abgasreinigungsanlagen.
Der Zusatz von überhitztem Wasserdampf zum Blaswind in dieser ersten Phase und die dadurch erfolgende Kühlung begünstigt ausserdem zusätzlich die Bildung von FeO, während gleichzeitig die Entkohlung zurückgehalten wird ; diesem Vorteil gegenüber spielt die Tatsache, dass der Zusatz von Wasserdampf in den ersten Blasminuten die umschmelzbare Schrottmenge leicht verringert, d. h. also ein gewisser Verlust an Kühlschrott, keine Rolle, da ja nur während etwa maximal 25% der ge- samten Blaszeit mit dem Wasserdampfzusatz und während der restlichen Zeit mit reinem Sauerstoff geblasen werden kann.
Wesentlich für die Erzielung der günstigsten Wirkung des neuen Verfahrens ist eine vergleichsweise geringe Badhöhe, die, da es sich im wesentlichen um ein Diffusionsverfahren handelt, 40 cm nicht übersteigen soll, weil sonst der Reaktionsverlauf ungünstiger ist und es ausserdem zu Auswurferscheinungen kommen kann.
Bei dem erfindungsgemässen Frischverfahren ist die bisher erforderliche Anwendung gasförmiger oder fester oxydischer Kühlmittel an sich nicht mehr notwendig, da ein Ausgleich der Wärmebilanz ohne Beeinträchtigung der gewünschten Entphosphorung vor Ende der Kohlenstoffverbrennung auch lediglich durch Schrott erfolgen kann.
Der Zusatz von Kalk erfolgt entsprechend dem Ausgangsphosphorgehalt zu Anfang und erforderlichenfalls folgend portionsweise während der ersten allenfalls 8-10 Minuten des Blasvorganges ; zusätzliche Verflüssigungsmittel, wie Flussspat, sind nicht erforderlich.
Die weitgehende Entphosphorung ergibt eine hoch phosphorsäurehaltige Schlacke von entsprechend hohem Wert als Düngemittel ; durch unter Umständen erfolgendes ein- oder zweimaliges Abschlacken können gewünschtenfalls Schlacken mit besonders hohen Phosphorsäuregehalten gewonnen werden.
Da die Höhe der über dem Roheisenbad liegenden Schlackenschicht je nach deren Menge, die wiederum aus dem Phosphorgehalt des Roheisens resultiert, verschieden stark sein kann, müssen unter zweckentsprechender Formgebung der Düse Blasdruck und Abstand der Lanze vom Bad entsprechend variiert werden.
Hiebei muss zur Errichtung der für das erfindungsgemässe Verfahren charakteristischen "indirekten" Frischwirkung die Voraussetzung erfüllt werden, dass durch den diffusen Sauerstoffstrahl ein erheblicher Anteil der Schlackenoberfläche bestrichen wird, wenigstens 100/0, vorzugsweise mehr.
Das diffuse Auftreffen des Sauerstoffstrahles unter den nach der Erfindung einzuhaltenden Bedingungen lässt sich am vorteilhaftesten durch Verwendung von mit Laval-Düsen ausgerüsteten Lanzen erzielen, die in solchem Abstande vom Bad angeordnet werden, dass die Verteilung des Auftreffdruckes des Frischmittels über den Badquerschnitt im gesamten mittleren Bereich nur sehr schwach gewölbt, nahezu flach verläuft. Der Lanzendruck wird so bemessen, dass dem Auftreffdruck des diffusen Strahles auf die Schlacke eine obere Grenze gesetzt ist, die durch die Vorschrift bestimmt ist, dass die In der ersten Phase des Prozesses gebildete Schlackendecke nicht durchstossen werden darf. Selbstverständlich können, abhängig von der Grösse des Ofens oder Frischgefässes, sowohl eine als auch mehrere Lanzen verwendet werden, z.
B. eine Anzahl um eine mittlere Lanze kranzförmig verteilte, um die Forderungen hinsichtlich des maximalen Auftreffdruckes des Frischmittels bzw. eines Vermeidens des Durchschlagens der Schlackenschicht durch dieses zu erfüllen.
In der Zeichnung ist der Arbeitsvorgang beim erfindungsgemässen Frischverfahren schematisch veranschaulicht, unter Weglassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten ; daraus ist insbesondere die auch im Vergleich zur Dicke der Schlackenschicht niedrige Badhöhe und das gewissermassen fächelnde Auftreffen des Blaswindstrahles auf die Schlackenoberfläche ersichtlich, u. zw.
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suchskonverter ermittelte Werte zugrundeliegen. Die angegebenen Lanzenabstand und Drücke entsprechen deshalb den Werten, die sich auf Grund der grundsätzlichen Verfahrens vorschrift in diesem Falle ergeben, und die sich selbstverständlich bei grösseren Gefässen entsprechend ändern.
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Beispiel 1 : Herstellung von Vormetall aus Thomasroheisen.
Einsatz : 2 t Thomasroheisen mit folgender Analyse :
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<tb>
<tb> 3, <SEP> 45 <SEP> % <SEP> C
<tb> 0, <SEP> 33 <SEP> % <SEP> Si <SEP>
<tb> i <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP> % <SEP> Mn
<tb> 1, <SEP> 76 <SEP> % <SEP> P
<tb> 0,0075% <SEP> N.
<tb>
Zu Beginn der Schmelze wurden 40 kg Kalk/t Roheisen und 25 kg Erz/t Roheisen zugesetzt und nach
8 Minuten Blaszeit weiter 80 kg Kalk/t Roheisen und 25 kg Erz/t Roheisen. Es wurde mit hochhaltigem Sauerstoff geblasen. Von Beginn bis Ende der Schmelze wurde mit einem Lanzenabstand von 900 mm und einem Sauerstoffdruck an der Düse von 2 atü geblasen, was einem Auftreffdruck des Sauerstoffes auf das
Bad von 0, 02 kg/crn entsprach.
Nach 20,5 Minuten lag ein Vormetall mit folgender Analyse vor :
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<tb>
<tb> 1, <SEP> 90 <SEP> % <SEP> C <SEP>
<tb> 0,010 <SEP> % <SEP> P
<tb> 0,002 <SEP> % <SEP> N
<tb>
und die Temperatur der Schmelze betrug 15000C.
Beispiel 2 : Herstellung von Vormetall aus Thomasroheisen.
Einsatz : 2 t Thomasroheisen mit folgender Analyse :
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<tb>
<tb> 3, <SEP> 65 <SEP> % <SEP> C
<tb> 0,41 <SEP> % <SEP> Si
<tb> 0,65 <SEP> % <SEP> Mn
<tb> 1,98 <SEP> % <SEP> P
<tb> 0, <SEP> 0075 <SEP> % <SEP> N.
<tb>
Zu Beginn der Schmelze wurden 60 kg Kalk/t Roheisen und nach weiteren 9 Minuten Blaszeit 60 kg Kalk/t Roheisen und 80 kg Schrott/t Roheisen zugesetzt. Vom Beginn bis zum Ende des Blasprozesses wurde mit hochhaltigem Sauerstoff geblasen. Der Lanzenabstand betrug 900 mm und der Sauerstoffdruck an der Dilse 2 atü, ebenfalls einem Auftreffdruck des Sauerstoffes auf das Bad von 0,02 kg/cm2 entsprechend.
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<tb>
<tb> :1, <SEP> 5 <SEP> % <SEP> C
<tb> 0, <SEP> 045 <SEP> % <SEP> P
<tb> 0, <SEP> 005 <SEP> % <SEP> N,
<tb>
bei einer Badtemperatur von 1550 C.
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<tb> 3 <SEP> :a, <SEP> alto <SEP> C <SEP>
<tb> 0, <SEP> 33 <SEP> % <SEP> Si
<tb> 0, <SEP> 63 <SEP> Ufo <SEP> Mn
<tb> 1, <SEP> 76 <SEP> Ufo <SEP> P
<tb> 0,063 <SEP> % <SEP> S
<tb> 0,0075% <SEP> N.
<tb>
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Zu Beginn der Schmelze wurden 50 kg Kalk/t Roheisen, nach 9 Minuten Blaszeit weitere 90 kg Kalk/t Roheisen und 25 kg Erz/t Roheisen zugesetzt. Nach 13 Minuten Blaszeit erfolgte ein weiterer Erzzusatz von 50 kg/t Roheisen. Bei dieser Schmelze wurde mit hochhaltigem Sauerstoff geblasen. Die Reinheit des Sauerstoffes betrug 97, W/o. Es wurde mit einem Sauerstoffdruck von 2 atü, gemessen an der Düse, und einem während des gesamten Blasprozesses gleichmässigen Düsenabstand von 900 mm gearbeitet, was einem Auftreffdruck ebenfalls von 0,02 kg/cm2 des Sauerstoffes auf das Bad entsprach.
Nach 26 Minuten Blaszeit konnte ohne Schlackenwechsel ein Stahl mit folgender Analyse erzeugt werden :
0, 04 % C O, 022a, b P 0, 004% N.
Die Badtemperatur betrug noooc.
Bei keinem der in den Beispielen wiedergegebenen Versuchsreihen war, abgesehen von den ersten 3 - 4 Minuten, d. h. der Zeitdauer, innerhalb deren zunächst die Bildung der Schlacke erfolgt, ein Auftreten von braunem Rauch zu beobachten.
Die Anwendung des neuen Verfahrens ist nicht auf die Entphosphorung von hochphosphorhaltigem Roheisen beschränkt, sondern auch bei niedrigeren Phosphorgehalten des Ausgangsroheisens von Vorteil.
Ferner ist das Prinzip des neuen Verfahrens auch erfüllt, wenn der Sauerstoff bzw. das sauerstoffhaltige Frischgas nicht durch senkrechtes Aufblasen von oben, sondern auch Aufblasen in anderer Richtung zur Einwirkung auf die Schlacke, und nur diese allein, ohne in das Metallbad einzudringen, gebracht wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Vormetall oder Stahl aus phosphorhaltigem Roheisen mit beliebigen, bis zu den praktisch für Thomasroheisen in Betracht kommenden Phosphorgehalten in Konvertern oder andern Frischgefässen unter Verwendung sauerstoffhaltiger, gasförmiger Frischmittel und von Schlakkenbildnern, insbesondere Kalk, nach dem Aufblasprinzip, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bildung der eisenoxydhaltigen Kalkschlacke das Frischmittel, vorzugsweise praktisch reiner Sauerstoff, mit in Abhängigkeit von der Dicke der Schlackenschicht bemessenem Druck auf diese bzw. in sie derart eingeblasen wird, dass es eine in der Anfangsphase des Frischprozesses auf dem Bad gebildete Schlackenschicht nicht bis zur Badoberfläche durchbricht bzw.
diese nicht berührt, und somit das in der Schlacke enthaltene FeO kontinuierlich zu fie 203 oxydiert, welches an der Grenzfläche zwischen Schlacke und Bad die Entphosphorung übernimmt, wobei das sich bildende FeO durch den gasförmigen Sauerstoff laufend erneut zu Fez03 oxydiert wird.