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Verfahren und Blasdüse zum Frischen von phosphorreichen
Roheisen, insbesondere Thomasroheisen, durch Aufblasen von praktisch reinem Sauerstoff auf die Oberfläche des Roheisenbades
Durch die bekannten älteren Verfahren des Frischens von phosphorhaltigen Roheisen, insbesondere
Thomasroheisen, durch Aufblasen von praktisch reinem Sauerstoff auf die Oberfläche des Roheisenbades wurde erstmalig die Verschlackung des Phosphors praktisch vor der Verbrennung des Kohlenstoffes im Kon- verter beendet.
Aus diesen Verfahren wurde die Erkenntnis gewonnen, dass es eine unabdingbare Notwendigkeit zur Erreichung dieses Zieles ist, möglichst frühzeitig zu Beginn des Blaseprozesses eine flüssige, hochreaktionsfähige Schlacke zu erzeugen, die den Phosphor aufzunehmen und zu binden vermag, während praktisch gleichzeitig durch Herabsetzung der Sauerstoffzufuhr und durch Zugage von Erz und/oder andern Kühlmitteln das Bad selbst möglichst auf der tiefstzulässigen Temperatur und die Verbrennung des Kohlenstoffes hintangehalten wird. Wenn auch auf diese Weise das metallurgische Ziel, einen dem SMStahl vergleichbaren Stahl zu erhalten, im wesentlichen erreicht wurde, so haften diesen Verfahren doch noch betriebliche Schwierigkeiten und Mängel an, von denen sich die lange Blasezeit als besonders nachteilig erwies.
Im Zuge der Weiterentwicklung dieser Verfahren ist es dann gelungen, durch Zuführung eines erheblichen Teiles des zur Schlackenbildung benötigtenKalkes in staubförmigem Zustand durch die den Sauerstoff zuführende Blaslanze zu einem befriedigenden metallurgischen Ergebnis in wirtschaftlich tragbaren Zeiten zu kommen. Die Bereitstellung der Hauptmenge des Kalkes in gemahlenem und gesiebtem Zustand sowie seine Mischung mit dem Sauerstoff in bestimmt einzuhaltenden Verhältnissen bedingen jedoch apparative Ausrüstungen und Fördervorrichtungen, die einen Teil der erreichten Wirtschaftlichkeit wieder wettmachen.
Auch ist die Durchführung dieses Verfahrens ungleich umständlicher und damit auch kostspieliger als das sogenannte einfache LD-Verfahren, das sich jedoch im wesentlichen auf die Konvertierung niedrig-phosphorhaltiger, nämlich sogenannter Stahleisensorten beschränkt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Frischen von phosphorreichen Roheisen, insbesondere Thomasroheisen, durch Aufblasen von praktisch reinem Sauerstoff auf die Oberfläche des Schmelzbades, unter Verwendung von stückigem Kalk, dessen Auflösung zur frühzeitigen Bildung einer hochreaktionsfähigen Schlacke mit Hilfe einer Blasdüse bewirkt wird, deren aus einer Ebene an ihrem unteren Ende austretende, mit Bezug auf Menge und Blasdruck unterschiedliche, gegebenenfalls steuerbare, mindestens zwei verschiedene, jedoch zusammenwirkende Reaktionszonen erzeugende Blasstrahlen eine unterschiedliche oder gleichmässige Beaufschlagung von Schlacke und Bad bewirken, bis auf einen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,
5 bis zo und einen Phosphorgehalt von zo worauf die Schmelze weitgehend abgeschlackt und nach Zugabe einer dem verbliebenen Phosphorgehalt entsprechenden Kalkmenge, vorzugsweise Feinkalk, im wesentlichen entsprechend der Arbeitsweise der ersten Blaseperiode fertig geblasen wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blasdüse aus ihrer ursprünglichen Stellung bei Beginn des Blasens dicht über der Badeoberfläche nach erfolgter Zündung in eine Stellung hochgefahren wird, deren Abstand vom theoretischen Badspiegel umso höher ist, je höher der Anteil der Verunreinigungen, insbesondere an Phosphor, des Roheisenbades ist, wobei entsprechend dem Reaktionsablauf und/oder der Zugabe von Kühlmitteln und/oder dem Schäumen der Schlacke und/oder ihrem Eisengehalt ein Senken und Wiederanheben der Blasdüse unter Beibehaltung und/oder Veränderung des
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Blasdruckes sowohl insgesamt als auch getrennt in den einzelnen Reaktionszonen erfolgt.
Gemäss einem weiteren Kennzeichen der Erfindung werden die dem Reaktionsablauf anzupassenden
Blasbedingungen wahlweise durch stärkere Beaufschlagung des Bades oder der Schlacke sowohl durch Ände- rung des Düsenabstandes vom theoretischen Badspiegel als auch durch Änderung des Druckes der aus der
Düse austretenden Zentral- und/oder Randstrahlen insgesamt wie auch durch die Druckänderung der die einzelnen Reaktionszonen erzeugenden Blasstrahlen geregelt.
Das erfindungsgemässe Verfahren baut auf der grundsätzlichen Erkenntnis der bekannten älteren Ver- fahren auf, vermeidet jedoch den Aufwand und die Schwierigkeiten, die sich durch das gleichzeitige Ein- blasen der Hauptmenge des zur Schlackenbildung benötigten Kalkes in staubförmigem Zustand durch die den Sauerstoff zuführenden Lanzen ergeben haben.
Die in den älteren Verfahren gewonnene Erkenntnis, dass eine wesentliche Voraussetzung für einen erfolgreichen Frischvorgang die frühzeitige Bildung einer flüssigen hochreaktionsfähigen Schlacke ist, bil- det auch die Grundlage des erfindungsgemässen Verfahrens. Bekanntlich hat man anfänglich dieses Ziel durch eine Zugabe von Erz zu normalem stückigem Kalk bei anfänglich hohem und später vermindertem
Sauerstoffangebot zu erreichen versucht und dabei eine Blaslanze vom Laval-Typ verwendet. Die sich hiebei ergebenden unwirtschaftlich langen Blaszeiten konnten jedoch auch dann nicht entscheidend ver- kürzt werden, wenn an Stelle von stückigem Kalk Feinkalk verwendet wurde.
Das Aufblasen des Sauerstoffes erfolgt durch eine Düse, die neben einem relativ grossen zentralen und vertikal gerichteten Blasstrom mindestens einen Kranz umgebender kleinerer, radial, jedoch im wesentlichen tangential nach unten gerichteter Blasströme am Düsenende aufweist. Während aber bei den bekannten Düsen entweder keine zentrale Blasöffnung mit grösserem Querschnitt vorgesehen war oder aber die tangential schräg nach unten gerichteten Austrittsöffnungen mit einem Abstand vom unteren Düsenende, also im Düsenschaft angeordnet sind, zeichnet sich die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendete Düse dadurch aus, dass alle Austrittsöffnungen in einer Ebene am unteren Düsenende liegen.
Diese besondere Ausbildung hat neben einer herstellungsmässigen Vereinfachung noch den Vorteil, dass wichtige Einzelteile relativ leicht austauschbar sind, weil die Düse nicht wie die bekannten Düsen aus einem Stück besteht. Auch"blastechnisch"bietet diese Düse unverkennbar Vorteile. Eine derartige Düse gestattet nicht nur eine beliebige Beaufschlagung von Bad und Schlacke, sondern bietet auch den Vorteil, dass sich die Blasstrahlen mit dem Absenken der Düse mehr und mehr der Wirkung der einstrahligen Düse nähern.
Es ist auch beispielsweise nicht mehr notwendig, bei Änderung des Düsenabstandes von der Badoberfläche den Abstand zwischen der zentralen Blasöffnung und den im Düsenschaft angeordneten Austrittsöffnungen zu berücksichtigen bzw. zu berechnen, der besonders dann von Bedeutung ist, wenn neben einer Abstandsänderung auch noch eine Änderung des Blasdruckes vorgenommen werden soll.
Hinzu kommt bei einer bekannten Ausführungsform der Nachteil, dass sich zwischen den vom Düsenschaft ausgehenden, tangential schräg nach unten gerichteten Blasstrahlen und dem vertikal austretenden Zentralstrahl ein Kegel von praktisch reinem Sauerstoff bildet, in dem aufspritzende Eisenteilchen verbrennen und den unteren Teil der Düse erheblich beeinträchtigen und relativ schnell unbrauchbar machen. Hier muss aber dann-bei der einstückigen Bauart - die gesamte Düse ausgewechselt werden. Ein anderer Nachteil dieser Düsenart liegt darin, dass sie die Wirkung einer einstrahligen Düse nicht zu erreichen vermag. weil selbst dann, wenn die zentrale Austrittsöffnung schon in Schlacke oder Bad eintauchen sollte, die seitwärts und abwärts gerichteten Blasstrahlen immer noch einenBlaskegel mit beschränkter Auftrefffläche einschliessen.
Es ist bereits empfohlen worden, der Grundfläche (Auftrefffläche) eines von einer einstrahligen Düse ausgehenden Blaskegels eine bestimmte Grösse im Verhältnis zur Badoberfläche zu erteilen, ohne dass damit bei phosphorreichen Roheisen eine Beschleunigung des Ablaufes des Verfahrens erreicht werden konnte. Wesentlich ist die Tatsache, dass mit der erfindungsgemäss zu verwendenden Blasdüse mindestens zwei unterschiedliche und getrennt voneinander steuerbare Auftreffregionen erzeugt werden können, die von einer Ebene ausgehend an sich nicht mehr im Zusammenhang miteinander stehen, jedoch zusammenwirken.
Der durch die zentrale Blasöffnung vertikal austretende Blasstrahl dringt durch die Schlacke verhältnismässig tief in das Eisenbad ein und ruft - nicht zuletzt durch die Umsetzung des Sauerstoffes mit dem Kohlenstoff - eine lebhafte Badbewegung hervor, während die im wesentlichen tangential geführten Randstrahlen mit minderer Energie auf die Schlacke treffen.
Vornehmlich durch den durch die Randstrahlen zugeführten Sauerstoff werden die durch die Badbewegung in grosser Menge ausgeworfenen bzw. die in der bereits gebildeten Schlacke festgehaltenen Eisenteilchen oxydiert und bewirken in Verbindung mit einer direkten Oxydation des Eisenbades eine schnelle Lösung des Kalkes, wobei auch der Sauerstoff des zen-
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tralen Mittelstrahles in gewissem Umfang, aber deutlich schwächer als der Sauerstoff der Randstrahlen, beteiligt ist. Durch Verändern des Blasdruckes sowohl innerhalb der einzelnen Regionen als auch durch Änderung des Abstandes der Blasdüse vom theoretischen Badspiegel kann man wahlweise durch stärkere Beaufschlagung der Schlacke oder des Bades den Prozess in der gewünschten Richtung beeinflussen.
Wie schon bei einer der bekannten Düsen, sind auch im Innern der erfindungsgemässen Düse die Gasströme getrennt geführt und auch getrennt steuerbar, während gleichzeitig ein Kühlmittelumlauf vorgesehen ist. Die Querschnittsabmessungen der zentralen Düsenöffnung bei der erfindungsgemässen Düse im Verhältnis zu den im wesentlichen tangential abwärts gerichteten Austrittsöffnungen soll so bemessen sein, dass etwa ein Drittel bis zur Hälfte des zuzuführenden Sauerstoffes durch die letztgenannten Austrittsöffnungen zugeführt werden kann.
Beim Frischen eines phosphorreichen Roheisens durch Aufblasen von Sauerstoff auf die Bad-bzw.
Schlackenoberfläche mit einer Laval-oder ähnlichen Düse wird sowohl das Bad wie auch die Schlacke vom Sauerstoffstrahl gemeinsam beaufschlagt. Wenn auch grössere Mengen Eisenoxydul in der Schlacke gebildet werden, so reicht doch die Gesamtmenge nicht aus. um den Kalk frühzeitig genug und in ausreichendem Umfang zur Lösung zu bringen und damit den Prozess in den wünschenswert kurzen und wirtschaftlich tragbaren Blasezeiten zu beenden. Das gelingt aber eindeutig unter Zuhilfenahme der erfindungsgemäss zu verwendenden Düse in der beschriebenen Ausstattung.
Durch die Veränderung des Düsenabstandes von der Badoberfläche in Verbindung mit der beschriebenen Düse ist es ohne weiteres möglich, ein übermässiges Schäumen und die damit verbundenen Auswurferscheinungen sicher zu unterbinden. Von entscheidender Bedeutung ist jedoch die Tatsache, dass sich mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens und der beschriebenen Düse die Eisengehalte der Schlacke auf jede gewünschte Höhe einstellen lassen.
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dass seine Auflösung bis zum Blasende gewährleistet ist. Bei Verwendung von Erz als Kühlmittel, das zusätzlich der Verflüssigung der Schlacke dient, soll die Zugabe in Teilmengen in den ersten Blaseminuten erfolgen, wobei durch Steuerung der Blasströme dem erhöhten Sauerstoffangebot Rechnung zu tragen ist.
Am Ende einer ersten Blaseperiode, das durch einen Kohlenstoffgehalt des Eisenbades von etwa 0, 5 bis 1, 5% und einen Phosphorgehalt von weniger als 0, 2% gekennzeichnet ist, wird die Schmelze weitgehend abgeschlackt und unter erneuter Aufgabe von Kalk, vorzugsweise Feinkalk, kurzzeitig nach-und fertiggeblasen. Im Gegensatz zur ersten Periode ist es notwendig, in der Zweitschlacke einen relativ hohen Eisenoxydul-Gehalt anzustreben, weil bei dem geringen Gehalt an Phosphorsäure die sich neu bildende Schlacke sonst nicht mehr flüssig ist. Eine Senkung des Eisenoxydul-Gehaltes in der Zweitschlacke
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zugabe grundsätzlich nur so hoch bemessen werden, dass die Kalksättigung der Schlacke erhalten bleibt.
Das gleiche gilt sinngemäss beider Verwendung anderer, der Schlackenverflüssigung dienender Mittel.
Von ausschlaggebender Bedeutung ist die Tatsache, dass die Gesamtblasezeit bei den umfangreichen Versuchen (unter provisorischen und damit relativ ungünstigen Voraussetzungen) ausnahmslos bei etwa 14 min lag. Neben einem Zeitgewinn fällt auch die mit den kürzeren Blasezeiten verbundene Schonung des Konverterfutters erheblich ins Gewicht.
Die bei den bisherigen Versuchen erhaltenen Werte von Stahl und Schlacke sind folgende : a) Nach Ablauf der 1. Blasperiode lag der Phosphorgehalt in allen Fällen unter 0, 20/0 bei einem Koh-
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b) Bei beendetem Blasen, also nach Ablauf der 2. Blaseperiode, betrug der Kohlenstoffgehalt je nach Sauerstoffangebot 0, - 0, 6je. Bei einem Eisengehalt der Schlacke von mindestens 20% wurde ein mitt-
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0170/0,0, 012 und 0, 027% schwankten. Unter Verwendung eines Frischsauerstoffes mit einem Reinheitsgrad von 98, 5% Sauerstoff wurden Endstickstoffgehalte von im Mittel 0, 0035% erzielt. Bei höherem Reinheitsgrad des Sauerstoffes ist eine weitere Herabsetzung dieser Werte zu erwarten.
Die Sauerstoffgehalte zum Zeitpunkt des Abstiches entsprechen denen von SM-Stählen vergleichbarer Zusammensetzung.
Der Kalkverbrauch liegt bei 130 kg/t RE, wovon 100 kg/t RE für die 1. Blaseperiode und 30 kg/t RE für die 2. Blaseperiode benötigt wurden.
Bei ausschliesslicher Kühlung mit Schrott würden maximal 64 Nm3 O/t RE benötigt. Diese Zahl vermindert sich bei Erzkühlung entsprechend der Menge und Zusammensetzung des zugegebenen Erzes.
Das gesamtflüssige Ausbringen ist mit etwa 90% zu veranschlagen, wobei weitere Verbesserungen zu erwarten sind, wenn das Verfahren in einem Konverter oder konverterähnlichen Gefäss mit Abstichloch durchgeführt wird und die imKonverterzurilckgehalteneRestschlacke den Grundstock für die Schlacke der 1. Blaseperiode der nächsten Schmelze bildet, wodurch neben einer Verbesserung des Ausbringens eine Einsparung an Kalk erreicht wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Blasdüse dargestellt, die zwei Reaktionszonen erzeugt. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Düse insgesamt, Fig. 2 den austauschbaren Düseneinsatz, Fig. 3 einen Aufblick auf das obere Ende des Einsatzstückes und Fig. 4 einen Aufblick auf das untere Ende des Einsatzstückes.
Ein das untere Düsenende umgebendes Schutzrohr a ist nach innen eingezogen und bildet so den Kühlmittelumlauf b. Durch das Rohr c wird der Sauerstoff den im wesentlichen tangential nach unten gerichteten Austrittsöffnungen zugeleitet, während das Rohr d den Sauerstoff für die grössere zentrale Austritts- öffnung zuführt.
In das untere Ende des Rohres d ist das austauschbare Einsatzstück e mit Gewinde f eingeschraubt, das in Fig. 2 vergrössert dargestellt ist. Der verstärkte untere Teil g ist in seinem äusseren Umfang so bemessen, dass er in das untere Ende der Düse möglichst dicht an der eingezogenen Schutzmantelwandung a anliegend eingeführt werden kann. An seinem äusseren Umfang trägt dieser Teil g gerade oder schräg gerichtete Nuten h, durch die der zugeführte Sauerstoff an ihrem oberen Ende eingeführt wird und an ihrem unteren Ende austritt. Die dazu parallel verlaufenden Einfräsungen i dienen der Wärmeabfuhr, die ausserdem durch das möglichst dichte Anliegen ihres äusseren Umfanges an der gekühlten - eingezogenen - Schutzmantelwandung a unterstützt wird.
Die Fig. 3 zeigt das obere Ende des verstärkten Teiles g mit den oberen Öffnungen der Sauerstoffzu- führungsnuten hsowiedieobereöffnung jfürdieSauerstoffzufuhr zur zentralen grösseren Austrittsöffnung k,
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während die Fig. 4 sein unteres, in einer Ebene mit dem unteren Ende der zentralen Austrittsöffnung der Mitteldüse liegendes Ende zeigt.
Zur Erzeugung von mehr als zwei Reaktionszonen werden ein zweiter oder weitere, die zentrale grössere Mitteldüse im wesentlichen tangential umgebende Blasstrahlführungen vorgesehen, die die vorhandenen Reaktionszonen vorteilhafterweise konzentrisch einfassen.
Erfindungsgemäss liegen alle Austrittsöffnungen in einer Ebene, und die Summe der Querschnitte der im wesentlichen tangential angeordneten Nuten h soll so gewählt werden, dass durch diese Nuten ein Drittel bis zur Hälfte des insgesamt benötigten Sauerstoffes geführt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Frischen von phosphorreichen Roheisen, insbesondere Thomasroheisen, durch Aufblasen von praktisch reinem Sauerstoff auf die Oberfläche des Schmelzbades unter Verwendung von stückigem Kalk, dessen Auflösung zur frühzeitigen Bildung einer hochreaktionsfähigen Schlacke mit Hilfe einer Blasdüse bewirkt wird, deren aus einer Ebene an ihrem unteren Ende austretenden, mit Bezug aufmenge und Blasdruck unterschiedlichen, gegebenenfalls steuerbaren, mindestens zwei verschiedene, jedoch zusammenwirkende Reaktionszonen erzeugenden Blasstrahlen eine unterschiedliche oder gleichmässige Beaufschlagung von Schlacke und Bad bewirken, bis auf einen Kohlenstoffgehalt von etwa 0, 5 bis 1,5go und einen Phosphorgehalt von < 0,'2JT/o,
worauf die Schmelze weitgehend abgeschlackt und nach Zugabe einer dem verbliebenen Phosphorgehalt entsprechenden Kalkmenge, vorzugsweise Feinkalk, im wesentlichen entsprechend der Arbeitsweise der ersten Blaseperiode fertig geblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasdüse aus ihrer ursprünglichen Stellung bei Beginn des Blasens dicht über der Badoberfläche nach erfolgter Zündung in eine Stellung hochgefahren wird, deren Abstand vom theoretischen Badspiegel umso höher ist, je höher der Anteil der Verunreinigungen, insbesondere an Phosphor, des Roheisenbades ist, und entsprechend dem Reaktionsablauf und/oder der Zugabe von Kühlmitteln und/oder dem Schäumen der Schlacke und/oder ihrem Eisengehalt ein Senken undWiederanheben unter Beibehaltung und/oder Veränderung des Blasdruckes sowohl insgesamt als auch getrennt in den einzelnen Reaktionszonen erfolgt.