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Die Erfindung bezieht'sich auf ein Verfahren zum Erschmelzen von Stahl aus Eisenschwamm in einem Elektroofen, der eine auf einem Metallbad schwimmende flüssige Schlackenschicht enthält, die mit dem Eisenschwamm nach und nach beschickt und durch eine elektrische Widerstandsheizung mit in die Schlackenschicht ragenden Elektroden und der Schlackenschicht als Widerstands-Heizleiter erwärmt wird.
Das Erschmelzen von Stahl aus Eisenschwamm im sogenannten Elektro-Schlacke-Widerstandsverfahren, bei dem die auf dem Metallbad schwimmende Schlacke als Heizelement einer elektrischen Widerstandsheizung Verwendung findet, hat gegenüber der Stahlherstellung in einem elektrischen Lichtbogenofen den Vorteil, dass für das Erschmelzen ein geringerer Energieaufwand erforderlich ist, dass die Ofenauskleidung nicht durch den Lichtbogen beansprucht werden kann und dass eine geringere spezifische Schlackenmenge zum Einsatz kommt, weil die metallurgischen Reaktionsabläufe in der Schlackenschicht erfolgen und der Eisenschwamm so lange in der Schlackenschicht verbleibt, bis er in kleinste Eisentröpfchen verteilt vorliegt.
Der Eisenschwamm wird nämlich von der aufschäumenden Schlackenschicht getragen, so dass die gesamte Entkohlung, Entphosphorung und Entschwefelung noch innerhalb der Schlackenschicht an den kleinen Eisentröpfchen des aufschmelzenden Eisenschwammes abläuft. Der Schäumeffekt ergibt sich aus der Entkohlungsreaktion des im Eisenschwamm befindlichen Kohlenstoffes mit dem Eisenoxyd des Eisenschwammes, wobei ein weitgehend kohlenstofffreies Eisen und Kohlenoxyd entsteht, das bei seinem Aufsteigen in der Schlacke die Schlackenschicht aufschäumt. Die schlackenbildenden Teilchen des Eisenschwammes vermischen sich mit der Schlacke auf dem Metallbad.
Um vor allem den Vorteil eines geringen Energiebedarfes ausnutzen zu können, wird die Temperatur im Ofen nach oben begrenzt, weil zur Erreichung höherer Temperaturen das Metallbad über die Schlackenschicht aufgewärmt werden muss, was einen erhöhten Energieeinsatz für die sonst nicht erforderliche Schlackenerwärmung bedingt. Zum Fertigstellen des erschmolzenen Stahles wird dieser folglich aus dem Ofen entfernt und einem Lichtbogenofen zugeführt (DE-OS 2841697), in dem die Badaufwärmung wirtschaftlicher erfolgen kann, obwohl mit dem Umfüllen zwangsläufig ein Temperaturverlust des erschmolzenen Metalls in Kauf genommen werden muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mit der Verwendung eines zusätzlichen Lichtbogenofens notwendigen Aufwand zu vermeiden und die durch den Wärmeverlust beim Umfüllen des Metallbades erforderliche Energie für den Temperaturausgleich einzusparen, ohne für die Temperaturerhöhung des Metallbades grössere Energiemengen bereitstellen zu müssen.
Ausgehend von dem eingangs geschilderten Verfahren zum Erschmelzen von Stahl aus Eisenschwamm in einem Elektroofen löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass nach dem Schmelzen des Eisenschwammes und vor dem Abstechen des erschmolzenen Stahls zwischen der Badoberfläche und den Elektroden ein elektrischer Lichtbogen gezündet und das Stahlbad auf Abstichtemperatur erwärmt wird.
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verursachter Wärmeverlust auftreten, so dass auch die sonst zum Ausgleich dieses Wärmeverlustes notwendige Energie eingespart werden kann.
Die gegenüber dem Einschmelzvorgang zur Stahlfertigstellung erwünschte Temperaturerhöhung des Bades erfordert dabei keine höhere elektrische Energie als bei der Stahlfertigstellung in einem Lichtbogenofen, weil diese Temperaturerhöhung nicht über die Widerstandserhitzung der Schlackenschicht, sondern über einen Lichtbogen erfolgt, der zwischen der Badoberfläche und den Elektroden gezündet wird. Der Plasmawind des Lichtbogens bläst die Schlackenschicht im Bereich des Lichtbogens weg, was durch die Aufschäumung der Schlacke noch unterstützt wird. Es treten folglich hinsichtlich der Baderwärmung mit den Vorgängen in einem Lichtbogenofen vergleichbare Verhältnisse auf, wobei höhere Wärmestrahlungsverluste durch die schaumige, oxydreiche Schlacke vermieden werden, die den Lichtbogen weitgehend umschliesst.
Damit ist auch ein erhöhter Schutz der feuerfesten Ofenzustellung vor dem Lichtbogen erreicht. Nach dem Fertigstellen des Stahles wird dieser abgestochen, wobei vorzugsweise ein Rest im Ofengefäss verbleibt, um ohne einen Schrotteinsatz, der mit Hilfe des Lichtbogens geschmolzen werden müsste, die nächst Charge an Eisenschwamm verarbeiten zu können. Bei einem solchen halbkontinuierlichen Verfahren kann die Schlackenschicht im Ofen verbleiben, was das Aufwärmen einer neuen Schlackenschicht überflüssig macht. Die sich durch die Gangart des Eisenschwammes vermehrende Schlackenschicht wird durch teilweises Abgiessen auf einer gewünschten Stärke gehalten, wobei eine Mindest-
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stärke sichergestellt werden muss, um die Schlackenschicht als elektrischen Widerstands-Heizleiter einer Widerstandsheizung verwenden zu können.
Die in die Schlackenschicht eintauchenden Elektroden müssen dabei in Abhängigkeit vom Badspiegel geführt werden.
An Hand der Zeichnung, die einen entsprechenden Elektroofen zur Durchführung des erfin- dungsgemässen Verfahrens im schematischen Schnitt zeigt, wird ein Verfahren zum Erschmelzen von
Stahl aus Eisenschwamm näher beschrieben.
In das dargestellte Ofengefäss --1--, das kippbar gelagert ist und einen ausschwenkbaren oder ausfahrbaren Deckel --2-- aufweist, wird zunächst Schrott mit entsprechenden Schlackenbildnern chargiert und mit Hilfe eines Lichtbogens aufgeschmolzen, der zwischen den Elektroden --3-- und dem Schrotteinsatz gezündet wird, so dass der Elektroofen als Voraussetzung zum Erschmelzen von
Stahl aus Eisenschwamm eine auf einem schmelzflüssigen Metallbad schwimmende Schlackenschicht enthält. Dieser Zustand kann auch dadurch erreicht werden, dass beim Abstich des erschmolzenen
Stahls der vorangegangenen Charge die Schlackenschicht und ein Teil des flüssigen Metalls im
Ofen zurückbehalten werden.
In diese Schlackenschicht werden nun die Elektroden --3-- eingetaucht, so dass die Schlacken- schicht über den durch sie hinduchgeleiteten Strom in einem Widerstands-Heizverfahren erwärmt wird. Gleichzeitig wird der Eisenschwamm durch Beschickungsrohre-4-nach und nach zugeführt.
Dieser Eisenschwamm soll unreduziertes Eisenoxyd und Kohlenstoff etwa im Gleichgewicht enthalten, um den Sauerstoffgehalt der Schlacke nicht unzulässig zu erhöhen. Bei Sauerstoffüberschuss im Eisen- schwamm können Reduktionsmittel mitchargiert werden.
Der Eisenschwamm löst sich in der Schlacke auf, wobei die erschmolzene Gangart sich mit der Schlacke vermischt und die Eisentröpfchen durch die Schlacke hindurch in das Stahlbad absin- ken. Dabei findet eine Entkohlung und eine Entschwefelung statt. Zusätzlich ist eine zur Ent- schwefelung parallel verlaufende Entphosphorung möglich, wenn die Schlackenschicht geeignete
Eisenoxyd- und Kalziumoxyd-Gehalte aufweist.
Die während des Eisenschwamm-Aufschmelzens zunehmenden Schlackenmengen können durch die Schlackentür des Ofens abfliessen. Darüber hinaus ist die Stärke der Schlackenschicht durch ein Kippen des Ofengefässes einstellbar.
Um die Schlackenschicht unter konstanten Verhältnissen erwärmen zu können, muss selbstverständlich die Eintauchtiefe der Elektroden gesteuert werden, weil mit dem aufgeschmolzenen Eisenschwamm der Badspiegel steigt.
Ist die Eisenschwammenge einer Charge aufgeschmolzen, so wird auf einen üblichen Lichtbogenbetrieb umgeschaltet, indem zwischen den Elektroden --3-- und dem Metallbad ein Lichtbogen gezündet wird. Mit Hilfe dieses Lichtbogens wird die Badtemperatur in energiesparender Weise erhöht, wobei am Beginn dieser Periode eine allenfalls noch erforderliche Entphosphorung unter Sauerstoffzufuhr stattfinden kann. Die übrige Schmelzführung bis zum Abstich erfolgt in einer für das Elektrolichtbogenverfahren bekannten Weise unter schwarzer Schlacke ab.
Da in dem Ofengefäss durch eine entsprechende Ausbildung des Ofentransformators und der Elektrodenregulierung sowohl der Betrieb im Elektro-Lichtbogenverfahren als auch im ElektroSchlacke-Widerstandsschmelzverfahren möglich ist, ergibt sich als besonderer Vorteil, dass Schrott und Eisenschwamm jeweils für sich und in jedem beliebigen Mischungsverhältnis unter den für den jeweiligen Einsatz günstigsten Bedingungen aufgeschmolzen werden können.