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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von Stahl aus flüssigem Roheisen und einem festen Eisenträger, Insbesondere Schrott, wobei der feste Eisenträger mittels der beim Fnschen des flüssigen Roheisens entstehenden Abgase vorgewärmt wird, bevor er geschmolzen und mit dem gefnschten Roheisen vermischt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Zur Gewinnung von flüssigem Roheisen aus Schrott ist es bekannt (DE 32 19 984 A1), den Schrott durch die Abgase aus einem Reaktorgefäss zum Schmelzen des Schrotts vorzuwärmen Um die nötige
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sicherzustellen, wird Ineingeblasen und das entstehende, CO-hältige Abgas innerhalb des Reaktors zum Teil mit Hilfe von zusätzlich eingeblasene Luft zu C02 verbrannt, wobei das geschmolzene Eisen aufgekohlt und aufgewärmt wird.
Der Schrott, der durch die Abgase aus dem Reaktionsgefäss unter einer Nachverbrennung des in den Abgasen enthaltenen Kohlenstoffes vorgewärmt wird, kann dann in das Reaktionsgefäss eingebracht und innerhalb des bereits vorhandenen Bades geschmolzen werden. Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren
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ausgenützt wird, weil die benötigte Schmelzenergie durch das Einblasen von Kohlenstoff in das flüssige Roheisen bereitgestellt werden muss.
Ähnliche Nachteile ergeben sich bei einem anderen bekannten Verfahren (DE 34 23 247 A1), bel dem die beim Frischen von flüssigem Roheisen entstehenden Abgase durch eine Koksschicht zwischen dem Fnschgefäss und dem Schrott geleitet werden, um durch ein Verbrennen des sich bildenden Kohlenmonoxids die Vorwärmung und das Schmelzen des Schrotts zu erreichen, der nach dem Schmelzen durch das Koksbett zum Fnschgefäss durchtropfen soll. Auch in diesem Fall ISt zusätzlicher Brennstoff notwendig, der mit dem Schrott eingesetzt wird.
Schliesslich ist es bekannt (AT 284 179), flüssiges Roheisen durch ein sauerstoffhältiges Gas zu zerstäuben und zu fnschen. Dieses bekannte Sprühfrischverfahren kann jedoch keine Lehre dafür geben, die Wärmeenergie des Roheisens vorteilhaft für eine Schrottvorwärmung auszunützen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass die im Roheisen enthaltene Reaktionswärme vorteilhaft zum Schmelzen des festen Eisenträgers ausgenützt werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das flüssige Roheisen In an sich bekannter Welse durch ein Sprühfnschen gefnscht wird und dass der vorgewärmte Eisenträger durch die sich beim Sprühfrischen bildende, gegen den Eisenträger gerichtete Sprühflamme geschmolzen wird.
Da zufolge dieser Massnahmen die sich beim Sprühfnschen bildende, hoch erhitzte Sprühflamme auf den vorgewärmten Eisenträger einwirkt, kann der Eisenträger im allgemeinen ohne Einsatz von Zusatzbrennstoff geschmolzen werden. Der Abbrand der Roheisenbegleiter wird dabei vorteilhaft so eingestellt. dass die schlackenbildenden Elemente (Si. Mn, P) möglichst vollständig abgebrannt werden, der Kohlenstoff hingegen nur soweit abbrennt, dass die Temperatur und kinetische Energie der entstehenden Sprühflamme ausreichen, um das Schmelzen des vorgewärmten Eisenträgers sicherzustellen.
Der in der Schmelze verbleibende Kohlenstoff soll ja eine übermässige Oxidation des Eisenträgers verhindern Dies kann durch eine geeignete Wahl des Oxidationsmittels, z B. einer Mischung von reinem Sauerstoff und Heissluft, durch eine Regelung des Druckes, der Menge und der Temperatur des Oxidationsgases, der Art der Zufuhr des OXIdationsmittels (Düsenform und Düsenquerschnitt) sowie der Brennraumgestaltung erreicht werden.
Besonders vorteilhafte Betriebsbedingungen ergeben sich, wenn der vorgewärmte Eisenträger in einem kontinuierlichen Matenalstrom der Sprühfiamme zugeführt wird, weil In diesem Fall gleichbleibende Schmelzbedingungen eingehalten werden können. Der aus dem flüssigen Roheisen und dem geschmolzenen Eisenträger gewonnene Rohstahl kann dann in an sich bekannter Weise kontinuierlich abgeführt werden. Wird die Zugabe von Schlackenbildnern, beispielsweise Kalk, erforderlich, so kann der Schlackenbildner dem zum Versprühen des flüssigen Roheisens dienenden Oxidationsgas kalt oder warm zugeführt werden, was eine vorteilhafte Verteilung des eingesetzten Schlackenbildners mit sich bnngt.
Um eine vorteilhafte Energieausnutzung zu gewährleisten, kann In weiterer Ausbildung der Erfindung das bei einem allfälligen Fertigfrischen des aus dem flüssigen Roheisen und dem geschmolzenen Elsenträger gewonnenen Rohstahls entstehende Abgas zumindest teilweise zum Vorwärmen des festen Eisenträgers eingesetzt werden Dieses beim Fertigfrischen des gewonnenen Rohstahls entstehende Abgas kann aber auch zum Vorwärmen eines Fnschgefässes für den Rohstahl Verwendung finden
Reicht die Im Roheisen enthaltene Wärmeenergie nicht aus, um den Eisenträger zu schmelzen, was Im allgemeinen nur beim Anfahren einer entsprechenden Anlage aus dem kalten Zustand.
bel einer unzurei- chenden Roheisenanalyse oder bel einem uberproportlonalen Schrottelnsatz der Fall sein wird, so kann dem festen Elsenträger Fremdwärme zugeführt werden
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temperatur teilweise für die Reduktion genutzt werden kann. Neben einer umweltverträglicheren Schlacke ergibt sich der zusätzliche Vorteil einer Matenalrückgewinnung.
Zur Durchführung des Verfahrens kann von einer Vorrichtung mit einem Schachtofen zum Vorwärmen des festen Eisenträgers in dem stehenden oder geneigten Schacht ausgegangen werden. Es muss lediglich dafür gesorgt werden, dass an dem Schacht wenigstens eine in den Schacht mündende Fnschkammer mit einer Sprühfnschelnrichtung seitlich angeschlossen Ist, so dass die beim Sprühfnschen entstehende Sprühflamme aus der Frischkammer gegen den den Schacht durchwandernden Eisenträger gerichtet wird. Besonders vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn der Schacht im Bereich der Frischkammer bzw. der über den Umfang verteilten Frischkammern einen erweiterten Querschnitt aufweist. der höhere Schmelzleistungen ermöglicht.
Der aus dem flüssigen Roheisen und dem geschmolzenen Eisenträger gewonnene Rohstahl wird bevorzugt in einer Auffangwanne gesammelt, die durch den Schachtboden gebildet wird und eine einfache Voraussetzung zur Trennung von Rohstahl und Schrott darstellt.
Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemässe Verfahren zum Erzeugen von Stahl aus flüssigem Roheisen und Schrott näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vomchtung zur Durchführung des Verfahrens in einem blockschaltbild- artigen Vertikalschnitt,
Fig. 2 diese Vorrichtung in einem Honzontalschnltt im Bereich der Frischkammern und
Fig. 3 eine gegenüber den Fig. 1 und 2 abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemässen
Vorrichtung ausschnittswelse im Bereich der Frischkammern in einem schematischen Verti- kalschnitt.
Die Vorrichtung zum Erzeugen von Stahl aus flüssigem Roheisen und Schrott besteht gemäss dem AusführungsbeispIel nach den Fig. 1 und 2 Im wesentlichen aus einem Schachtofen mit einem Schacht 1, einer Beschickung 2 für Schrott, einer Gicht 3 und einem Vorherd 4. Der Schachtofen, der in seinem Aufbau einem Kupolofen entspncht, kann einen vertikal oder geneigt angeordneten Schacht 1 aufweisen.
Die geneigte Anordnung begünstigt die Abscheidung von im Schrott enthaltenen, bei niedrigen Temperaturen schmelzenden Metallen, wie z. B. Kupfer. Die Höhe des Schachtes 1 ist so gewählt, dass zur Vorwärmung des Schrottes ausreichend Zeit (mindestens ca. 2 Stunden) zur Verfügung steht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kupolöfen wird die zum Schmelzen des Schrottes notwendige Wärmeenergie nicht über einen zusätzlichen Brennstoff zur Verfügung gestellt, sondern aus der Reaktionswärme des Roheisens, das in Frischkammern 5 verdüst und gefrischt wird. Zu diesem Zweck wird das flüssige Roheisen 6 mit Hilfe eines Oxidationsgases 21 in den Frischkammern 5 zu einer Sprühflamme 8 versprüht, die gegen den den Schacht 1 durchwandernden, vorgewärmten Schrott 10 gerichtet ist.
Die für den Prozess notwendigen Zuschlagstoffe 22 zur Verschlackung der schlackenbildenden Roheisenbegleltelemente werden dem Strahl des Oxidationsgases feinkörnig beigemengt, und zwar kalt oder vorgewärmt. Über Zusatzbrenner 23 kann die für die Inbetriebnahme notwendige Vorwärmung sichergestellt bzw. ein allenfalls auftretender Wärmemangel ausgeglichen werden.
Um ein gleichmässiges Schmelzen der Schrottsäule zu ermöglichen, können mehrere Fnschkammern 5 sternförmig um den Schacht 1 gleichmässig über den Umfang verteilt angeordnet sein. In den Fig. 1 und 2 sind beispielhaft zwei derartige Fnschkammern 5 angedeutet.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 zeigt die Fig. 3 einen Schachtofen, der Im Bereich der Sprühflammen 8 einen gegenüber dem übrigen Ofendurchmesser D erweiterten Durchmesser 01 aufweist, um die Schmelzleistung zu vergrössern. Die Sprühflammen 8 werden dabei schräg von oben auf die Schrottsäule geblasen. Der Schachtboden bildet eine Auffangwanne 25, die die sofortige Trennung der Schmelze vom Schrott und durch die muldenförmige Ausgestaltung dessen Zentnerung bewirkt.
Die Zufuhr des flüssigen Roheisens 6 zur jeweiligen Verdüsungsstelle erfolgt entweder durch einzelne Roheisenbehälter (Pfannen) oder mittels einer den Schacht 1 ringförmig umschliessenden Rinne 7, die zur besseren Temperaturregelung beheizt werden kann. Die Zuflussmenge des flüssigen Roheisens 6 muss entsprechend der gewünschten Erzeugungsleistung des Ofens durch ein Regelorgan regelbar sein. Die bei der Verdüsung entstehende, hocherhitzte, energiereiche Sprühfiamme 8 wird kontinuierlich mit hoher kinetischer Energie aus den Verdüsungseinrichtungen durch seitliche Öffnungen 9 des Schachtes 1 auf den vorgewärmten Schrott 10 geblasen, der dadurch geschmolzen wird.
Der geschmolzene Schrott und das fast fertig gefnschte Roheisen aus der Sprühflamme 8 ergeben eine Schmelze 11 mit einem wesentlich
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sammelt sich am Boden des Ofens und wird von dort gemäss der Fig. 1 kontinuierlich in den Vorherd 4 geleitet. Im Vorherd werden wie üblich Elsen und Schlacke getrennt. Die von der Schlacke getrennte Schmelze wird alternativ über die Rinnen 14a bzw. 14b In die Fertlgfnschpfannen 12a bzw. 12b geleitet. Dort wird der endgültige Kohlenstoffgehalt der Schmelze durch kontinuierliche oder diskontinuierliche
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Zufuhr des noch nötigen Frischsauerstoffes 13 eingestellt.
Die beim Verdüsen entstehenden, überwiegend brennbaren, CO-haltigen Abgase 15 steigen im Schacht 1 auf und geben einen Teil Ihrer fühlbaren Wärme an den Schrott 10 ab. Der weitaus grössere, chemisch gebundene Energieanteil der Abgase 15 wird für die Vorwärmung des Schrottes 10 auf ca. 1000. C im Schacht 1 durch Nachverbrennung mit Kalt- oder Warmluft 16 genutzt Hiezu sind im Schacht 1 Luftzufuhr- öffnungen 17 vorgesehen, durch welche der für die Nachverbrennung des CO-Gases notwendige Sauerstoff zugeführt wird.
Das beim Nachfrischen des Kohlenstoffes in den Nachfnschpfannen 12a bzw. 12b entstehende. CO- hältige Abgas wird entweder dem Schachtofen zugeführt oder über eine Heissgasleitung 18 der jeweils nicht genutzten Nachfrischpfanne zur Vorwärmung durch Nachverbrennung zugeleitet. Das dabei entstehende Abgas wird über eine Leitung 24 abgeführt.
Die aus dem Vorherd 4 kontinuierlich auslaufende Schlacke 19 wird zur Reduktion der Metalloxide MnO und FeO laufend In die Reduktionstrommel 20 geleitet. Diese ist mit heissem Reduktionsmittel, z. B. Koks gefüllt. Die für die Reduktion der Metalloxide erforderliche Wärme wird der Reduktionstrommel 20 stetig, z.
B. durch Induktion zugeführt. Das austretende Gemenge, bestehend aus den Metallen und den Schlackenbestandteilen, wird In einer Pfanne aufgefangen, wo sich Metalle und Nichtmetalle durch Gewichtsdifferenz trennen.
Da die kontinuierlich anfallende Wärme des Frischprozesses zur Schrottvorwärmung und-schmelzung ausgenutzt wird, ergeben sich im Vergleich zu den üblichen Blasstahlverfahren erheblich geringere Energiekosten. Die weitgehende Ausnützung der Wärme des Frischprozesses macht auch sonst übliche Anlagen zur Abwärmenutzung überflüssig. Ausserdem kann aufgrund des besseren thermischen Wirkungsgrades das Einsatzverhältnis von Roheisen zu Schrott deutlich zugunsten des preiswerteren Schrottes verschoben werden.
Der einfache kontinuierliche Betrieb verringert nicht nur den konstruktiven Aufwand, sondern bietet wegen des ebenfalls kontinuierlich anfallenden Schlackenstromes die Möglichkeit, die Schlackenwärme zur Reduktion der in der Schlacke enthaltenen Metalle zu nutzen, was den für den Reduktionsvorgang nötigen Wärmebedarf verringert. Dadurch können Eisen und Mangan ohne besonderen Mehraufwand rückgewonnen werden, wobei die derart reduzierte Schlacke besser wirtschaftlich verwertet werden kann.
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The invention relates to a method for producing steel from liquid pig iron and a solid iron carrier, in particular scrap, wherein the solid iron carrier is preheated by means of the exhaust gases produced when the molten pig iron is being fought before it is melted and mixed with the fished pig iron, and on a device for performing the method
To obtain molten pig iron from scrap, it is known (DE 32 19 984 A1) to preheat the scrap by means of the exhaust gases from a reactor vessel in order to melt the scrap
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To ensure this is blown in, and the resulting CO-containing offgas is burned within the reactor, in part with the aid of additionally blown-in air, to form C02, the molten iron being carburized and warmed up.
The scrap, which is preheated by the exhaust gases from the reaction vessel with post-combustion of the carbon contained in the exhaust gases, can then be introduced into the reaction vessel and melted within the bath already present. A disadvantage of this known method
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is used because the required melting energy has to be provided by blowing carbon into the molten pig iron.
Similar disadvantages arise in another known method (DE 34 23 247 A1), in which the exhaust gases formed when fresh pig iron is fresh are passed through a layer of coke between the fishing vessel and the scrap in order to preheat and burn the carbon monoxide which forms to achieve the melting of the scrap, which, after melting, should drip through the coke bed to the fishing vessel. In this case, too, additional fuel is required that is used with the scrap.
Finally, it is known (AT 284 179) to atomize and purge liquid pig iron with an oxygen-containing gas. However, this known spray-freshening method cannot provide any teaching for advantageously utilizing the heat energy of the pig iron for preheating scrap.
The invention is therefore based on the object of designing a method of the type described at the outset in such a way that the heat of reaction contained in the pig iron can advantageously be used to melt the solid iron carrier.
The invention solves this problem in that the molten pig iron is sprayed in a catfish known per se by means of a spray and that the preheated iron carrier is melted by the spray flame that forms against the iron carrier when freshly sprayed.
As a result of these measures, the highly heated spray flame which forms during spraying acts on the preheated iron carrier, the iron carrier can generally be melted without the use of additional fuel. The burn-off of the pig iron companion is advantageously set in this way. that the slag-forming elements (Si. Mn, P) are burned off as completely as possible, whereas the carbon burns only to such an extent that the temperature and kinetic energy of the resulting spray flame are sufficient to ensure that the preheated iron carrier melts.
The carbon remaining in the melt is supposed to prevent excessive oxidation of the iron carrier.This can be done by a suitable choice of the oxidizing agent, e.g. a mixture of pure oxygen and hot air, by regulating the pressure, the amount and the temperature of the oxidizing gas, the type the supply of the OXIdationsmittel (nozzle shape and nozzle cross-section) and the combustion chamber design can be achieved.
Particularly advantageous operating conditions result when the preheated iron carrier is fed to the spray flame in a continuous material flow, because in this case constant melting conditions can be maintained. The crude steel obtained from the molten pig iron and the molten iron carrier can then be continuously removed in a manner known per se. If the addition of slag formers, for example lime, is required, the slag formers can be added cold or warm to the oxidizing gas used to spray the liquid pig iron, which entails an advantageous distribution of the slag formers used.
In order to ensure an advantageous use of energy, in a further development of the invention, the exhaust gas resulting from any possible refurbishment of the raw steel obtained from the molten pig iron and the molten iron carrier can at least partially be used for preheating the solid iron carrier can also be used to preheat a tank for crude steel
The thermal energy contained in the pig iron is not sufficient to melt the iron carrier, which is generally only the case when starting up a corresponding system from the cold state.
If an inadequate pig iron analysis or an overproportional scrap scrap is used, external heat can be supplied to the solid bearer
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temperature can partially be used for the reduction. In addition to a more environmentally friendly slag, there is the additional advantage of material recovery.
To carry out the method, a device with a shaft furnace for preheating the solid iron support in the standing or inclined shaft can be assumed. It is only necessary to ensure that at least one pusher chamber opening into the shaft with a spray fuselage direction is laterally connected to the shaft, so that the spray flame which arises during spraying is directed from the fresh chamber against the iron carrier traveling through the shaft. In this context, particularly advantageous constructional relationships result if the shaft has an enlarged cross-section in the area of the fresh chamber or the fresh chambers distributed over the circumference. which enables higher melting rates.
The crude steel obtained from the molten pig iron and the molten iron carrier is preferably collected in a collecting trough which is formed by the shaft floor and represents a simple requirement for the separation of crude steel and scrap.
The method according to the invention for producing steel from molten pig iron and scrap is explained in more detail with reference to the drawing. Show it
1 shows a device according to the invention for carrying out the method in a block diagram-like vertical section,
Fig. 2 shows this device in a Honzontalschnltt in the area of the fresh chambers and
3 shows an embodiment of an embodiment of the invention which is modified compared to FIGS. 1 and 2
Device catfish in the area of the fresh chambers in a schematic vertical section.
The device for producing steel from molten pig iron and scrap consists, according to the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, essentially of a shaft furnace with a shaft 1, a feed 2 for scrap, a gout 3 and a forehearth 4. The shaft furnace, the corresponds in its construction to a cupola furnace, can have a vertically or inclined shaft 1.
The inclined arrangement favors the deposition of metals contained in the scrap, melting at low temperatures, such as. B. copper. The height of the shaft 1 is selected so that there is sufficient time (at least approx. 2 hours) to preheat the scrap. In contrast to conventional cupola furnaces, the thermal energy required to melt the scrap is not made available via an additional fuel, but rather from the heat of reaction of the pig iron, which is atomized and refreshed in fresh chambers 5. For this purpose, the liquid pig iron 6 is sprayed with the aid of an oxidizing gas 21 in the fresh chambers 5 to a spray flame 8, which is directed against the preheated scrap 10 passing through the shaft 1.
The additives 22 necessary for the process for slagging the slag-forming pig iron elements are added to the jet of the oxidizing gas in fine-grained form, namely cold or preheated. The preheating required for commissioning can be ensured or any heat deficiency that occurs can be compensated for via additional burner 23.
In order to enable the scrap column to melt uniformly, a plurality of frog chambers 5 can be arranged in a star shape around the shaft 1 and distributed uniformly over the circumference. 1 and 2, two such fake chambers 5 are indicated by way of example.
In contrast to the embodiment according to FIGS. 1 and 2, FIG. 3 shows a shaft furnace which, in the area of the spray flames 8, has a diameter 01 which is wider than the other furnace diameter D in order to increase the melting capacity. The spray flames 8 are blown obliquely from above onto the scrap column. The shaft floor forms a collecting trough 25, which causes the melt to be separated immediately from the scrap and, due to the trough-shaped configuration, to center it.
The liquid pig iron 6 is fed to the respective atomization point either through individual pig iron containers (pans) or by means of a channel 7 which surrounds the shaft 1 in an annular manner and which can be heated for better temperature control. The inflow amount of the liquid pig iron 6 must be controllable by a control device in accordance with the desired output of the furnace. The resulting high-temperature, high-energy spray flame 8 is sprayed with high kinetic energy from the atomization devices through side openings 9 of the shaft 1 onto the preheated scrap 10, which is thereby melted.
The melted scrap and the almost completely fished pig iron from the spray flame 8 result in a melt 11 with a substantially
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collects at the bottom of the furnace and from there is continuously conducted into the forehearth 4 according to FIG. 1. Elsen and slag are separated in the forehearth as usual. The melt separated from the slag is alternatively passed via the channels 14a and 14b into the production pans 12a and 12b. There the final carbon content of the melt becomes continuous or discontinuous
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Supply of the fresh oxygen 13 still required.
The mostly combustible, CO-containing exhaust gases 15 which arise during atomization rise in the shaft 1 and give off part of your sensible heat to the scrap 10. The much larger, chemically bound energy portion of the exhaust gases 15 is used for preheating the scrap 10 to approx. 1000 ° C. in the shaft 1 by post-combustion with cold or warm air 16. Air inlet openings 17 are provided in the shaft 1, through which the for the afterburning of the CO gas necessary oxygen is supplied.
That which occurs when the carbon is replenished in the replenishment pans 12a or 12b. CO-containing exhaust gas is either fed to the shaft furnace or fed via a hot gas line 18 to the freshly used frying pan for preheating by post-combustion. The resulting exhaust gas is discharged via a line 24.
The slag 19 which continuously runs out of the forehearth 4 is continuously fed into the reduction drum 20 to reduce the metal oxides MnO and FeO. This is with hot reducing agent, e.g. B. filled coke. The heat required for the reduction of the metal oxides is the reduction drum 20 continuously, for.
B. supplied by induction. The emerging mixture, consisting of the metals and the slag components, is collected in a pan, where metals and non-metals separate by weight difference.
Since the continuously generated heat of the fresh process is used for preheating and melting scrap, energy costs are considerably lower compared to the usual blowing steel processes. The extensive use of the heat of the fresh process also makes the usual waste heat recovery systems superfluous. In addition, due to the better thermal efficiency, the usage ratio of pig iron to scrap can be significantly shifted in favor of the cheaper scrap.
The simple continuous operation not only reduces the design effort, but also offers the possibility of using the heat of the slag to reduce the metals contained in the slag due to the continuously occurring slag flow, which reduces the heat required for the reduction process. As a result, iron and manganese can be recovered without any particular additional effort, and the slag reduced in this way can be used more economically.