AT404942B - Anlage und verfahren zum herstellen von metallschmelzen - Google Patents

Description

AT 404 942 B

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Herstellen von Metallschmelzen, insbesondere Eisenschmelzen, wie Stahlschmelzen, Rohstahlschmelzen oder Roheisenschmelzen, sowie ein Verfahren zum Herstellen dieser Schmelzen.

Als Standardaggregat zur Elektrostahlerzeugung dient heutzutage der Wechsel- oder Gleichstrom-Elektro-Lichtbogenofen. Dabei werden die eingesetzten Eisenträger aus - 60 bis 100 % Stahlschrott, direkt-reduziertem Eisen-Eisenschwamm in verschiedenen Mengenverhältnissen, und gelegentlich auch Eisenkarbid (zur Zeit bis ca. 10 bis 20 % vom Gesamteinsatz) und - 0 bis 40 % flüssigem und/oder festem Roheisen mit Hilfe von einem oder mehreren Lichtbögen unter Verwendung von Sauerstofflanze(n) - gegebenenfalls Brenner(n), Düsen und/oder Inertgasspülung - und Zugabe von Kohlenstoffträgem und Schlackenbildnern niedergeschmolzen. Anschließend wird das Stahlbad während einer Flachbadperiode (5 bis 10 min) im Elektro-Lichtbogenofen auf die zum Abstich erwünschte Temperatur und Zusammensetzung gebracht und beim Abstich in der Pfanne beruhigt. Die Energie- und Stoffverbräuche sowie die Anlagenproduktivität sind in Abhängigkeit von den jeweiligen Einsatzverhältnissen und der Schmelzpraxis recht unterschiedlich.

Durch die weltweite Einführung sekundärmetallurgischer Verfahren sowie einer Reihe von Entwicklungen im konstruktiven, elektrischen und technologischen Bereich hat sich der Elektro-Lichtbogenofen-Schmelzbetrieb innerhalb der letzten Jahre in ein hinsichtlich Einsatzstoffe und erzeugter Stahlqualität flexibles und leistungsstarkes Verfahren verwandelt, welches immer öfter wesentliche Vorteile gegenüber der Konvertermetallurgie aufweist und diese erfolgreich konkurriert. Vor allem durch die Anwendung von • integrierter Schrottvorwärmung und/oder Heißeinsatz von Eisenschwamm/heiß brikettiertem direkt reduziertem Eisen, • kontinuierlicher Zugabe eines Großteiles der Einsatzstoffe (Eisenträger, Kohlenstoffträger, Zuschläge etc.) unter Minimierung der power-off-Zeit zur Durchführung von Chargieroperationen, • optimaler Schaumschlackenfahrweise und • billigeren Primärenergien (Kohle, Erdgas etc.) als Ersatz für elektrische Energie inklusive verbesserter Abgas-Nachverbrennungspraxis und effizienterer Wärmenutzung wurde bei neuen Verfahrensentwicklungen eine bedeutende Schmelzzeitverkürzung und Senkung des spezifischen Elektroenergieverbrauches und somit eine weitere Reduzierung der spezifischen Betriebs- und Investitionskosten der Elektrostahlerzeugung im Elektro-Lichtbogenofen erzielt.

Bei den bekannten Elektrostahlerzeugungsverfahren mit Elektro-Lichtbogenofen als Schmelzaggregat werden allerdings die potentiellen Vorteile der oben angeführten Verfahrensentwicklungen nur im begrenzten Ausmaß genutzt. Ferner ist es noch nicht gelungen - trotz des zunehmenden Bedarfes - hohe Anteile an flüssigem Roheisen und/oder anderen kohlenstoffreichen Eisenträgern (Eisenschwamm, Eisenkarbid etc.) sowie Problemschrott (Altautos) von ca. 30 bis 70 % im Elektro-Lichtbogenofen-Einsatz mit hoher Produktivität und Energienutzung, und bei Autoschrott außerdem ohne unzulässige Umweltbelastung, zu Flüssigstahl zu verarbeiten.Die großtechnische Anwendung einer unter solchen Bedingungen wirtschaftlich hoch effektiven Technologie und Anlage auf Elektro-Lichtbogenofen-Basis steht noch aus.

Die erwähnten Einschränkungen beim konventionellen Elektro-Lichtbogenofen werden ausschließlich durch die Ofenkonfiguration verursacht, welche keinen quasi-stationären, kontinuierlichen Prozeßablauf ermöglicht. Die Operationen Chargieren, Schmelzen, Frischen, Aufheizen und Abstechen erfolgen an einem Ort, zwangsweise mehr oder weniger zeitlich versetzt und mit Unterbrechung(en) der Einsatz- und Stromzuführung - zumindest vor und beim Abstich - um die erwünschte Zusammensetzung und Temperatur (Homogenität und Überhitzung bezüglich der Liquidustemperatur) des Rohstahles zu erreichen. Der gegenwärtige Verfahrensablauf im Elektro-Lichtbogenofen ist diskontinuierlich und infolge dessen leistungsbeschränkt. Diesbezüglich sei folgendes erwähnt: 1. Bei bereits erreichten tap-to-tap-Zeiten von S 50 min bei konventionellen Elektrolichtbogenöfen bzw. S 35 min für Elektrolichtbogenöfen mit Schacht für Abstichgewichte 70 bis 150 t ist die Möglichkeit zur weiteren Verkürzung der power-off-Phasen stark limitiert. Das gleiche gilt auch für die power-on-Phasen -da unter diesen Bedingungen die Grenze für den wirtschaftlichen Energieeintrag pro Tonne Einsatz und Zeiteinheit beinahe erreicht ist - und somit für die gesamte Schmelzzeit. 2. Beim kontinuierlichen Chargieren sowie beim Frischen und Aufheizen im Flachbadbetrieb, dessen Dauer bei hohem Einsatzanteil an Eisenschwamm und insbesondere an flüssigen Roheisen und Eisenkarbid (ca. 6,1 % C) wesentlich zunimmt, wodurch auch die Wärmeverluste zunehmen, wird die vorhandene Trafoleistung bei Elektro-Lichtbogenofen in der Regel nicht voll ausgenutzt.

Aus der AT-295.566 B ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Stahl durch Schmelzen von vorreduziertem Erz und anschließendes Frischen der Schmelze von Halbstahl (Semistahl) zu Stahl in einem Lichtbogen-Schmelzofen mit einem Schmelzherd, an den eine Frischzone und mindestens eine Schlackenabsetzkammer angeschlossen sind, bekannt, bei dem vorreduziertes Eisenerz in stückiger oder körniger 2

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Form in die Lichtbogenzone des Schmelzherdes eingeführt wird, das Metall im Herd kontinuierlich umgerührt und in Zirkulation gebracht wird und das Metall durch Einblasen von Sauerstoff enthaltendem Gas, während es durch eine Frischzone fließt, zu Stahl gefrischt wird, wogegen Schlacke entlang zumindest eines Teiles der Länge der Frischzone entgegen dem Metall zum Fließen gebracht wird. In einer Schlackenabsetzkammer ohne intensive Baddurchmischung beruhigt sich die Schlacke, die dann aus der Schlackenabsetzkammer abgestochen wird.

Bei diesem bekannten Verfahren können Eigenschrott und geschmolzenes Roheisen eingesetzt werden, jedoch jeweils nur in sehr beschränkten Mengen. Die Abführung der Abgase erfolgt direkt in der Frischzone, also nicht über den Lichtbogen-Schmelzofen. Die Frischzone ist als Rinnenreaktor ausgeführt, wodurch sich eine hohe spezifische Oberfläche mit hohen Wärmeverlusten ergibt. Das Frischen erfolgt mit C-Konzentrationsgefälle entlang der Frischzone des Rinnenreaktors ohne Konzentrationsausgleichgefäß, daher ist der C-Gehalt schwer einstellbar oder regelbar. Dieses bekannte Verfahren ist daher nur beschränkt einsatzfähig und dient in erster Linie zum Erzeugen von Rohstahl aus vorteduziertem Erz.

Aus der DE-3 609 923 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum fortlaufenden Schmelzen von Schrott zu Rohstahl bekannt. Bei diesem Verfahren, das hauptsächlich auf ein Schrottschmelzen beschränkt ist (ein Einsatz von flüssigem Roheisen und/oder von Eisenschwamm ist nicht erwähnt), wird die Wärme des Ofengases zum Erhitzen des Schrotts genutzt. Der Schrott wird in einem zentrisch auf dem Herdofen aufgesetzten Schacht vorgewärmt und zentral in den Herdofen eingebracht, wobei eine Schrottsäule entsteht, welche unter Ausbildung eines Schüttkegels sich auf den Boden des Lichtbogenofens abstützt und bis zur Schrottchargieröffnung im oberen Teil des Schrottvorwärmschachtes hinaufreichen kann. Um die Schrottsäule im Elektro-Lichtbogenofen sind schwenkbare Elektroden (bevorzugt vier Elektroden) symmetrisch angeordnet, mit deren Hilfe der Schrott eingeschmolzen wird. Der Neigungswinkel zwischen Elektro-den-Mittelachse und einer Vertikalen beträgt während des Schrottschmelzens für jede Elektrode mehr als 20*. Hierbei ist der Herdofen einer enormen Wärmebelastung ausgesetzt, da die Lichtbögen zwischen der zentrisch eingebrachten Schrottsäule und den Wänden bzw. dem Deckel des Herdofens brennen. Dies führt einerseits zu einem erhöhten Verschleiß der feuerfesten Auskleidung, und damit zu höheren Material- und Zeitkosten zur Durchführung von Reparaturen. Weiters wird ein großer Teil der eingebrachten Energie durch Strahlung an die Ofenwände und den Ofendeckel übertragen und geht verloren. Außerdem ist durch eine mögliche Brückenbildung in der Schrottsäule - oberhalb der in ihr von den Elektroden eingeschmolzenen Schmelzkavernen - ein Nachsturz der Schrottsäule (oder Teilen davon) nicht ausgeschlossen, welcher zu einem Elektrodenbruch und damit zur Prozeßunterbrechung führen kann.

Aus MPT International 271996, Seiten 56 bis 60 ist das Contiarc-Verfahren bekannt, bei dem Schrott kontinuierlich eingeschmolzen wird, u.zw. in einem Ringschachtofen. Dieses Verfahren dient ausschließlich zum Einschmelzen von Schrott; ein Einsatz von Eisenschwamm und/oder flüssigem Roheisen wird nicht erwähnt. Nachteilig bei diesem Verfahren sind die Schwierigkeiten bei der Einstellung der Rohstahltemperatur unmittelbar vor Beginn und während des Abstichvorganges, da eine sehr große Kontaktfläche des Schrottes, der ringförmig angeordnet ist, mit dem flüssigen Bad vorhanden ist. Es können auch Schwierigkeiten bezüglich Konzentrationsausgleich bzw. chemischer Homogenität der bei diesem Verfahren diskontinuierlich gefrischten und abgestochenen Schmelze auftreten.

Gemäß dem Consteel-Verfahren® (bekannt aus Electric Furnace Conference Proceedings 1992, Seite 309 bis 313) wird mit einem langgestreckten, horizontalen Vorwärmofen Schrott vorgewärmt und in einen Elektroofen chargiert, u.zw. an einer Seite des Elektroofens. Das im Elektroofen entstehende Abgas wird über die langgestreckte Vorwärmeinrichtung für den Schrott abgeführt. Hierbei ergibt sich jedoch keine optimale Gasnutzung, da der Schrott vom Abgas nicht durchströmt wird, sondern dieses nur über ihn hinwegstreicht. Der langgestreckte Vorwärmkanal für den Schrott ist ortsfest angeordnet, wogegen der Elektroofen kippbar gelagert ist, damit ein bei diesem Verfahren diskontinuierlicher Rohstahlabstich durchgeführt werden kann. Die Konstruktion selbst ist somit aufwendig, so wie bei allen kippbaren Öfen. Es kommt zu einer mechanischen Beanspruchung der feuerfesten Auskleidung des Ofens. Das Chargieren des Schrottes erfolgt diskontinuierlich, da der Schrott nur an einer Seite des Ofens eingebracht wird, u.zw. in einem Randbereich des Ofens abgelagert wird. Hierdurch sind der Aufschmelzvorgang und der Durchmischungsvorgang nicht optimal durchführbar, die Verwendung von Brennern im Elektroofen zum Unterstützen des Schrottschmelzens wäre nur mit einem geringen Wirkungsgrad möglich. Der Staubgehalt im Abgas ist, da das Abgas nicht vom Schrott gefiltert wird, relativ groß.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Anlage sowie ein Verfahren zum Herstellen von Metallschmelzen, insbesondere Eisenschmelzen zu schaffen, welche grundsätzlich den Einsatz aller in der Hüttenpraxis anfallenden Metallträger, vorzugsweise Eisenträger mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften, wie Eisenschrott, flüssiges und/oder festes Roheisen, Eisenkarbid, Eisenschwamm, Eisenerz mit unterschiedlichem Vorreduktionsgrad, 3

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Sinter, Zunder, Hüttenstaub, getrockneter Schlämme, etc., ermöglichen, u.zw. in den verschiedensten Mengenzusammenstellungen, so daß beispielsweise bei Auftreten von Engpässen eines Eisenträgers auf einen anderen ohne wesentliche Kapazitätseinschränkung ausgewichen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Anlage mit folgenden Merkmalen ausgestattet: mit • einem Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß, das mit mindestens einer Chargieröffnung für eine Metallschmelze und/oder Schrott und/oder direktreduziertes Metall, insbesondere direktreduziertes Eisen und/oder Erz, und mindestens einer Elektrode sowie mindestens einer Schlacken-Absticheinrichtung versehen ist, • einem Sauerstoffblas-Konvertergefäß, das mit mindestens einer Metall-Absticheinrichtung versehen ist, wobei • das Sauerstoffblas-Konvertergefäß mit dem Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß eine durch ein Überlaufwehr verbundene Einheit bildet, und • die spezifisch aufdas Badvolumen bezogene Badoberfläche im Sauerstoffblas-Konvertergefäß kleiner ist als im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß und • das Sauerstoffblas-Konvertergefäß mit dem Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß einen über dem Badspiegel dieser Gefäße liegenden gemeinsamen Reaktionsraum aufweist.

Die erfindungsgemäße Anlage bietet neben der Lösung der oben definierten Aufgabe den Vorteil, daß für den Fall eines kontinuierlichen Abstechens keine bzw. für den Fall eines diskontinuierlichen Abstichs nur geringe Temperaturwechselbeanspruchungen der Feuerfestauskleidung der Anlagenteile stattfinden.

Infolge der gegenüber dem Fundament bevorzugt starren Anordnung der Einheit, gebildet aus Konvertergefäß und Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß, gibt es keine mechanische Beanspruchung der Gefäße, insbesondere der feuerfesten Auskleidung derselben durch Kippbewegungen bzw. dadurch verursachte Gewichtsverlagerungen. Zudem ergibt sich eine Schonung der feuerfesten Ausmauerung im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß, da dort eine C-reiche Metallschmelze stets auf die Schlacke reduzierend einwirkt bzw. den FeO-Gehalt der Schlacke herabsetzt. Die Temperatur im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß ist relativ niedrig, u.zw. geringer als 1600* C. Für einen optimalen Frischvorgang im Sauerstoffblas-Konvertergefäß ist es von Vorteil, wenn das Abstich-Metallbadniveau des Sauerstoffblas-Konvertergefäßes unterhalb des Metallbadniveaus des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes liegt, wobei vorteilhaft der Boden des Sauerstoffblas-Konvertergefäßes auf einem tieferen Niveau angeordnet ist als der Boden des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes.

Bevorzugt ist das Sauerstoffblas-Konvertergefäß mit einer Blaslanze für Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch ausgestattet.

Gemäß einer bevorzugten Variante ist das Sauerstoffblas-Konvertergefäß mit Bodendüsen ausgestattet, vorzugsweise mit Sauerstoffblas-Bodendüsen.

Vorteilhaft ist das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß mit mindestens einer Metall-Absticheinrichtung ausgestattet.

Zweckmäßig ist die Schlacken-Absticheinrichtung an einem mit dem Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß eine Einheit bildenden Dekantiergefäß vorgesehen, das vorzugsweise dem Überlaufwehr diametral gegenüberliegt. Hierdurch gelingt es, die Schlacke, die sich im Sauerstoffblas-Konvertergefäß bildet, im Gegenstrom zur Metallschmelze in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß strömen zu lassen.

Zweckmäßig ist das Sauerstoffblas-Konvertergefäß und/oder das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß mit einer Chargieröffnung zum Chargieren von metallischen Einsatzstoffen, Erz, Zuschlagstoffen, Legierungen, Kohlungsmitteln ausgestattet und ist weiters das Sauerstoffblas-Konvertergefäß mit ein sauerstoffhältiges Gas bzw. Sauerstoff zuführenden Nachverbrennungsdüsen und/oder Lanzen ausgestattet, vorzugsweise mindestens eine davon in der Nähe des Überganges zwischen den beiden Gefäßen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß mit mindestens einem feste Eisenträger zuleitenden Vorwärmschacht, der oberhalb des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes und bevorzugt seitlich an diesem oder ringförmig oberhalb des Ofengefäßes angeordnet ist, ausgestattet, wodurch die Einbringung von vorgewärmtem Schrott und/oder Eisenschwamm oder andere Eisenträger in einfacher Weise und unter Ausnutzung des Wärmeinhaltes der im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß entstehenden Abgase möglich ist. Der Vorwärmschacht kann zentral oder dezentral angeordnet sein und ist vorzugsweise nicht mit gasdurchlässigen Absperrorganen (Fingern) ausgestattet, d.h. daß der Vorwärmschacht direkt und ohne Hindernis in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß mündet, wobei die festen Eisenträger eine am Boden des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes fußende Säule bilden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mündet in den Vorwärmschacht mindestens ein vorzugsweise mit einer Einhausung versehenes Förderband, wobei zweckmäßig in die Einhausung Aufheizeinrichtungen münden, die als in der Einhausung eingebaute Nachverbrennungseinrichtungen und/oder 4

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Brenner mit ein sauerstoffhaltiges Gas zuführenden Leitungen ausgebildet sind. Für eine effiziente Nutzung der eingebrachten Energie ist vorteilhaft mindestens ein Teil der Innenfläche des Vorwärmschachtes und/oder der Einhausung und/oder des Deckels des Elektro-Lichtbogen-Ofengefä-ßes und/oder des Deckels des Sauerstoffblas-Konvertergefäßes mit feuerfesten Materialien ausgekleidet.

Vorzugsweise ist das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß mit einer eine Metallschmelze, vorzugsweise Roheisen zuführenden Einrichtung ausgestattet.

Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß mit einem Vorwärmschacht ausgestattet, der oberhalb des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes angeordnet ist und über eine gasdurchlässige gekühlte Absperreinrichtung in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß mündet.

Eine alternative Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmschacht zentral oberhalb des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes angeordnet ist und der Deckel des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes ringförmig, den Vorwärmschacht umgebend und diesen mit Seitenwänden des Elektro-Lichtbogen-Ofenge-fäßes verbindend ausgestattet ist, wobei Elektroden, vorzugsweise Graphitelektroden, schräg durch den Deckel in das Innere des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes ragen.

Zweckmäßig sind in den Innenraum des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes mündende Düsen und/oder Lanzen und/oder Brenner vorgesehen sind, die entweder an eine Eisenträger-Zufuhreinrichtung und/oder eine Erzzufuhreinrichtung und/oder eine Kohle- bzw. Kohlenstoffträger-Zufuhreinrichtung und/oder eine Schlackenbildner-Zufuhreinrichtung und/oder eine Sauerstoff- bzw. ein sauerstoffhältiges Gas zuführende Zufuhreinrichtung und/oder eine Kohlenwasserstoff-Zufuhreinrichtung und/oder eine Inertgas-Zufuhreinrichtung angeschlossen sind.

Im Sauerstoffblas-Konverter sind vorteilhaft Düsen und/oder Lanzen angeordnet, die entweder an eine Eisenträger-Zufuhreinrichtung und/oder eine Erzzufuhreinrichtung und/oder eine Kohle- bzw. Kohlenstoffträger-Zufuhreinrichtung und/oder eine Schlackenbildner-Zufuhreinrichtung und/oder eine Sauerstoff- bzw. ein sauerstoffhältiges Gas zuführende Zufuhreinrichtung und/oder eine Kohlenwasserstoff-Zufuhreinrichtung und/oder eine Inertgas-Zufuhreinrichtung angeschlossen sind.

Vorzugsweise sind die Düsen als Unterbaddüsen und/oder Bodenspülsteine ausgebildet bzw. sind die Lanzen beweglich angeordnet, insbesondere verschwenkbar und/oder in ihrer Längsrichtung bewegbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß mit etwa zentral angeordneter (angeordneten), von oben in das Gefäß ragender(n) Elektrode(n) sowie gegebenenfalls mit einer Bodenelektrode versehen.

Vorzugsweise ist für einen vielfältigen Einsatz der Anlage der Vorwärmschacht als eine vom Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß und von der Einhausung abtrennbare und austauschbare Einheit ausgeführt.

Zwecks einfacherer Handhabung bilden der Deckel des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes und der Deckel des Sauerstoffblas-Konvertergefäßes eine Einheit bzw. sind als eine Einheit ausgeführt.

Zweckmäßig ist mindestens eine Kontroll- und/oder Reparaturöffnung vorgesehen, vorzugsweise oberhalb des Überganges vom Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß zum Sauerstoffblas-Konvertergefäß.

Zur Vermeidung größerer Betriebsunterbrechungen bei Reparaturbedürftigkeit einzelner Anlagenteile ist eine vorteilhafte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffblas-Konvertergefäß als vom Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß abtrennbare und austauschbare Baueinheit ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß mit einem in Richtung des Dekantiergefäßes hin abfallenden Boden ausgestattet und geht in einen etwa horizontal liegenden Bodenteil des Dekantiergefäßes über, wobei die tiefste Stelle des Bodens im Dekantiergefäß angeordnet ist, und an der tiefsten Stelle des Bodens des Dekantiergefäßes eine Metail-Abstichöffnung vorgesehen ist.

Ein Verfahren zum Herstellen von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, wie Rohstahlschmelzen, ist durch die Kombination folgender Verfahrensschritte gekennzeichnet: • im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß wird eine Vorschmelze hergestellt und auf ein bestimmtes Temperaturniveau und auf eine bestimmte chemische Zusammensetzung gebracht, • die Vorschmelze strömt über das Überlaufwehr kontinuierlich und unumkehrbar in das Sauerstoffblas-Konvertergefäß, • die Vorschmelze wird im Sauerstoffblas-Konvertergefäß kontinuierlich gefrischt, vorzugsweise zu Rohstahl und • die gefrischte Schmelze wird kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Sauerstoffblas-Konvertergefäß abgeführt, • die im Sauerstoffblas-Konvertergefäß sich bildende Schlacke strömt im Gegenstrom in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß, aus dem sie abgezogen wird.

Zweckmäßig erfolgt im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß ein Vorfrischen und im Sauerstoffblas-Konverter-gefäß das Fertigfrischen des Metallproduktes. 5

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Vorzugsweise werden im Sauerstoffblas-Konvertergefäß eine chemische Zusammensetzung und eine Temperatur der Metallschmelze in kontinuierlicher Weise eingestellt, die der chemischen Zusammensetzung und der Temperatur der Fertigschmelze bzw. des Endproduktes entsprechen, die beim Abstich gewünscht sind.

Zur Einstellung einer hohen Schmelzleistung werden vorteilhaft die im Sauerstoffblas-Konvertergefäß gebildeten Abgase über das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß abgeleitet, wobei eine CO + H2-Nachverbrennung sowohl im Sauerstoffblas-Konvertergefäß wie auch im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß durchgeführt wird, wobei zweckmäßig die im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß entstehenden Abgase und die in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß vom Sauerstoffblas-Konvertergefäß überströmenden Abgase zur Vorwärmung des in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß eingebrachten stückigen Chargiergutes verwendet werden.

Oie zur Vorwärmung herangezogenen Abgase werden zur besseren Energieausnutzung während des Vorwärmprozesses stufenweise nachverbrannt.

Vorzugsweise wird im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß und im Sauerstoffblas-Konvertergefäß ein Unterdrück aufrecht erhalten.

Ein alternatives vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen von Roheisenschmelzen ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte: • in das Elektrolichtbogen-Ofengefäß wird Roheisen in flüssiger Form chargiert und auf ein bestimmtes Temperaturniveau gebracht, • der Si- und P-Gehalt wird beim Vorfrischen im Elektrolichtbogen-Ofengefäß gesenkt, • das flüssige Roheisen strömt über das Überlaufwehr kontinuierlich in das Sauerstoffblas-Konvertergefäß, • das flüssige Roheisen wird weiter im Sauerstoffblas-Konvertergefäß ebenfalls kontinuierlich teilgefrischt, • das teilgefrischte Roheisen wird diskontinuierlich oder kontinuierlich aus dem Sauerstoffblas-Konvertergefäß abgeführt und • die im Sauerstoffblas-Konvertergefäß sich bildende Schlacke strömt im Gegenstrom in das Elektrolichtbogen-Ofengefäß, aus dem sie abgezogen wird, wobei das teilgefrischte (vorbehandelte) Roheisen zweckmäßig in einem zusätzlich zur Anlage vorgesehenen Konverter oder Elektro-Lichtbogenofen nach herkömmlicher Art ohne oder mit Zuführung von anderen Eisenträgern zu flüssigem Endprodukt fertiggefrischt wird.

Vorzugsweise wird der metallische Einsatz-Mix aus mindestens einer der folgenden Komponenten • Schrott, wie Stahlschrott, und/oder festes Roheisen bzw. Gußeisen, • direkt-reduziertem Eisen als Pellets und/oder Briketts und/oder Eisenkarbid, • flüssigem Roheisen gebildet.

Zur Herstellung von legierten Stahlschmelzen oder Edelstahlschmelzen oder Rostfreistahlschmelzen wird der metallische Einsatz-Mix mindestens aus legiertem Stahlschrott und flüssigen und/oder festen Legierungsmitteln und/oder Ferrolegierungen gebildet.

Vorzugsweise wird die vom Stauerstoffblas-Konvertergefäß abgestochene Stahlschmelze als Vorschmelze in einer nachfolgenden sekundärmetallurgischen Behandlung inkl. Entkohlung, entweder mit oder ohne Unterdrück (Vakuum), weiterbehandelt. Die Vakuumbehandlung kann mit einer VOD, RH-OB oder einer KTB-Anlage erfolgen. Die Vorschmelze weist schon einen C-Gehalt auf, der höher ist als für die herzustellende Qualität gefordert.

Ist der C-Gehalt nach der Behandlung im Sauerstoffblas-Konvertergefäß bereits so niedrig wie in der Fertigschmelze gewünscht, wird die vom Sauerstoffblas-Konvertergefäß abgestochene Stahlschmelze als Fertigschmelze in einer nachfolgenden sekundärmetallurgischen Behandlung z.B. an einem Pfannenofen oder Spülstand weiterbehandelt.

Um Verbärungen durch die Schlacke zu vermeiden und um eine Mengeriregelung für die Schlacke vornehmen zu können, wird nach bestimmten Prozeßzeiten eine Verflüssigungs- bzw. Reduktionsbehandlung der Schlacke im Sauerstoffblas-Konvertergefäß durchgeführt wird.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Anlage nach einer ersten Ausführungsform und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie ll-ll der Fig. 1 zeigen. Die Fig. 3, 4 und 5, 6 sowie 7, 8 und 9, 10 veranschaulichen jeweils alternative Ausführungsformen in zu Fig. 1 und 2 jeweils analogen Darstellungen.

Ein Ofengefäß 1 eines Gleichstrom-Elektro-Lichtbogenofens ist als Zwischengefäß zwischen einem Dekantiergefäß 2 und einem als Sauerstoffblas-Konverter ausgebildetem Konvertergefäß 3 vorgesehen, u.zw. mit diesen Gefäßen 2 und 3 jeweils unmittelbar verbunden, so daß eine zusammenhängende 6

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Reaktoranlage mit drei Funktionszonen gebildet ist. Das Ofengefäß 1 des Elektro-Lichtbogenofens dient vor allem als Schmelz- bzw. Schmelzreduktions- und Aufheizzone, das Konvertergefäß 3 überwiegend als Frisch- und Aufheizzone, und das Dekantiergefäß 2 als Dekantierzone (Absetzzone). Seitlich zum Ofengefäß 1 ist auf dessen Deckel 4 ein Vorwärmschacht 5 aufgesetzt, welcher mit metallischen Einsatzstoffen 7 - vor allem Stahlschrott, gegebenenfalls auch festem Roheisen und/oder Eisenschwamm - bevorzugt über ein Förderband 8 beschickbar ist. Zweckmäßig ist das Förderband 8 von einer Einhausung 6 umhaust, so daß ein Aufheizteil 9 gebildet wird, in dem eine Vorwärmung der Einsatzstoffe 7 während der Bandförderung mit Hilfe von Brennern und/oder Nachverbrennungsdüsen 10 erfolgen kann. Aufheizteil 9 und Vorwärmschacht 5 sind unmittelbar miteinander verbunden. Im Deckel 4 des Ofengefäßes 1 ist mindestens eine Chargieröffnung 11 für die kontinuierliche Zuführung von festen, stückigen Eisenträgern 12 (direkt-reduziertes Eisen, Feinschrott, vorreduziertes Eisenerz, Sinter, Zunder, Filterstaub- und/oder Schlamm-Briketts, ggf. Feinschrott, etc.), und/oder Kohlenstoffträgern 13, (Kohle, Koks, Preßlinge aus organischer Leichtfraktion etc.) und/oder Schlackenbildnern 14 (Kalk, Flußspat, Quarzsand, Bauxit etc.). Die Zuführung erfolgt über ein Förderband 15 bzw. Förderbänder. Die Einheit aus Ofengefäß 1, Konvertergefäß 3, Dekantiergefäß 2, Vorwärmschacht 5 und Aufheizteil 9 bildet das Kernstück einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage, die in Fig. 1,2 dargestellt ist.

Das Ofengefäß 1 verfügt bei Gleichstromausführung über eine einzige oder bei Wechselstromausführung bevorzugt über mehrere Graphitelektroden 16 für die Zuführung von elektrischer Energie. Die Elektroden 16 können ggf. innerhalb eines Neigungswinkels von 0 bis 30* gegenüber der Vertikalen in Richtung zum Zentrum des Ofengefäßes 1 und bis zu 10· in die umgekehrte Richtung zur Wand des Ofengefäßes 1 hin schwenkbar sein. Der Neigungswinkel kann für jede einzelne Elektrode 16 unterschiedlich eingestellt bzw. geregelt werden und beträgt während des Schmelzbetriebes meist ca. 15 bis 20*. In der Regel sind die Elektroden 16 senkrecht und nicht schwenkbar. Als Gegenelektrode 17 (bei Gleichstrom) dient eine im Boden 18 des Ofengefäßes 1 mittig angebrachte Bodenanode.

Die im Vorwärmschacht 5 durch die aufsteigenden, heißen Abgase 19 vorgewärmten metallischen Einsatzstoffe 7 gelangen aufgrund des kontinuierlichen Schmelzvorganges bei kontinuierlicher Stromzuführung kontinuierlich in das Ofengefäß 1 der Anlage.

Das Chargieren von festen Eisenträgern 12 mit oxidischem Eisenanteil (Eisenschwamm, Feinschrott, vorreduziertes Erz, Staubbriketts etc.) und beim Bedarf - von Kohlenstoffträgern 13, wie Koks, Preßlinge aus organischer Leichtfraktion etc., und Schlackenbildnern 14 (Kalk, Flußspat, Quarzsand, Bauxit etc.) - in das Ofengefäß 1 erfolgt kontinuierlich über Chargieröffnungen 10 im Deckel 4 in einer mit dem Schmelzablauf aus dem Ofengefäß 1 und aus dem Konvertergefäß 3 angepaßten Geschwindigkeit.

Flüssiges Roheisen 20 wird in das Ofengefäß 1 über eine in das Ofengefäß 1 einmündende Roheisen-Zuführeinrichtung 21, die als Rinne ausgebildet ist, kontinuierlich zugeführt. Durch eine bevorzugt an der der Rinne 21 gegenüberliegenden Seite des Ofengefäßes 1 vorgesehene Schlackentür 22, durch die auch Schlacke entfernt werden kann, kann eine Prozeßkontrolle, eine Einführung eines zusätzlichen Lanzenmanipulators 23 und können Wartungsarbeiten im Bereich des Ofengefäßes 1 durchgeführt werden.

Durch die Form der Anlage vorgegeben, erfolgt das Chargieren und Schmelzen im Ofengefäß 1 stets mit Flüssigsumpf 24. Dieser ermöglicht einen durchgehenden, quasi-stationären Schmelzbetrieb mit Schaumschlacke 25 und mit einem von ihr nahezu vollständig umhüllten Lichtbögen 26. Dadurch ergibt sich eine hohe Trafo- und Wärmeeffizienz und eine geringe Lärmemission.

Ferner wird bzw. werden zur Erfüllung der folgenden Anforderungen • Verarbeiten von feinkörnigen Eisenträgern 12’ (z.B. Eisenkarbid, Eisenschwamm-Siebrückstand, Filterstäuben etc.), • Erzeugung bzw. Regelung der Schaumschlacke 25, • Beschleunigen des Schmelzvorganges der Einsatzstoffe 7, 12, 13, 14 durch erhöhte Energieeinträge in den Elektro-Lichtbogenofen (inklusive Nachverbrennung von CO und H2 im Abgas 19 innerhalb bzw. oberhalb der Schaumschlacke 25) und Ausgleich von Konzentrations- und Temperaturgradienten im Schmelzenbad 24 sowie • Ersatz eines Teiles der benötigten elektrischen Energie durch billigere Primärenergien in das Ofengefäß 1, • feinkörnige Eisenträger 12’ und/oder • feinkörnige Kohle 13’ bzw. andere Kohlenstoffträger (aufbereitete organische Leichtfraktion, z.B. Shredder-Leichtfraktion) und/oder • feinkörnige Schlackenbildner 14' (Kalk, Flußspat etc.) und/oder • gasförmiger Sauerstoff und/oder andere oxidierende Gase 27 (CO2, H20 etc.) sowie Sekundärluft inkl. Luft mit O2-Anreicherung 28 und/oder • CH* bzw. andere Kohlenwasserstoffe 29 und/oder 7

AT 404 942 B • Inertgase 30 (N2, Ar) in geregelten, an den örtlichen und zeitlichen Bedarf angepaßten Mengen über eine oder mehrere • geschützte und/oder nicht geschützte Düsen und/oder Lanzen 32 (bewegliche und/oder fest eingebaute Lanzen, gegebenenfalls als Kombi-Lanzen/Brenner 32a) an verschiedenen Stellen im Deckel- 5 und/oder Wandbereich des Elektro-Lichtbogenofens oberhalb und/oder unterhalb der Oberfläche der

Schlacke für das Auf-/Einblasen von mindestens einem der oben genannten Stoffe 12', 13', 14', 27, 28, 29, 30 und/oder • geschützte Unterbaddüsen 33 (vorzugsweise Hochdruckdüsen) und/oder Bodenspülsteine oder Unterbaddüsen für Einblasen von mindestens einem der oben angegebenen Stoffe 12', 13', 14', 27 bis 30, io bzw. Spülsteine für Inertgase 30 zugeführt. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in Fig. 1 nicht alle diese Einrichtungen eingezeichnet.

Ab einer gewissen Flüssigsumpfmenge 24 läuft die im Ofengefäß 1 gebildete Metallschmelze 24 über ein Wehr 34 in das Konvertergefäß 3 und wird dort bis zum Abstich gefrischt und zugleich aufgeheizt. Zu diesem Zweck verfügt das Konvertergefäß 3 über mindestens eine, bevorzugt mehrere 75 - Düsen, u.zw. geschützte (erdgasgeschützte - es kann aber auch Ar, C02 und höhere Kohlenwasser stoffe als Schutzgas verwendet werden) und/oder nicht geschützte Düsen, wie Überbad-Düsen für Nachverbrennung und/oder Lanzen 35 (beweglich und/oder fest eingebaute Lanzen gegebenenfalls als Kombi-Lanzen/Brenner) an verschiedenen Stellen im Deckel- und Wandbereich des Konvertergefäßes 3 oberhalb und/oder unterhalb der Oberfläche der Schlacke für ein Auf-/Einblasen von mindestens 20 einem der Stoffe 12', 13', 14', 27 bis 30 und/oder - geschützte Unterbaddüsen 36 und/oder Bodenspülsteine für das Einblasen von mindestens einem der Stoffe 12', 13', 14', 27 bis 30 sowie Spülsteine für Inertgase 30, und/oder - mindestens eine Öffnung 39 für eine Zugabe von stückigen Eisenträgern 12, Kohlenstoffträgern 13 und Schlackenbildnern 14 - einzeln oder in Kombination 25 wobei eine bevorzugte Ausführungsvariante des Konvertergefäßes 3 folgendes vorsieht: - Über mehrere Lanzen 35 wird ausschließlich gasförmiger Sauerstoff 27 aufgeb lasen. Die Lanzen 35 sind ca. symmetrisch am Deckel 37 des Konvertergefäßes 3 angeordnet, sind in die Vertikalrichtung beweglich und können zugleich innerhalb eines Neigungswinkels von ca. 0 bis 30' zur Vertikalen in bzw. gegen die Fließrichtung 38 der Metallschmelze 24 ausgeschwenkt werden. 30 - Über mehrere im Boden des Konverters 3 angeordnete, geschützte Unterbaddüsen 36 und/oder

Spülsteine wird ausschließlich Inertgas 30 (N2 und/oder Ar in beliebigen Mischungsverhältnissen) zugeführt. Die Unterbaddüsen und/oder Spülsteine 36 sind ca. symmetrisch am Boden des Konvertergefäßes 3 angebracht. - In das Konvertergefäß 3 werden ausschließlich stückige Schlackenbildner 14 (Kalk, Flußspat, Quarz- 35 sand, Bauxit etc.) und nur über die Deckelöffnung 39 mit Hilfe des Förderbandes 40 zugeführt. - Etwa oberhalb des Wehres 34 ist eine Kontroll- und Reparaturöffnung 50 angebracht.

Die Zugabe der stückigen Schlackenbildner 14 durch die Deckelöffnung 39 im Konvertergefäß 3 - etwa oberhalb einer Rohstahlabstichöffnung 41 - beschleunigt die Kalkauflösung bzw. die Bildung einer reaktionsfähigen Frischschlacke 25, welche im Bereich des Konvertergefäßes 3 hohe Eisenoxidgehalte aufweist. 40 Getrieben durch die eigene Schwerkraft sowie durch den von den Lanzen 35 und 35' übertragenen Impuls bewegt sich die Frischschlacke 25 vom Konvertergefäß 3 gegenläufig zur Metallschmelze 24 in Richtung des Pfeiles 42 zum Ofengefäß 1, wobei sie auf Metallschmelze 24 mit stets abnehmender Temperatur bzw. zunehmendem Gehalt an Begleitelementen (C, Si, Mn, P, S etc.) trifft und diese aufheizt und frischt bzw. von dieser abgekühlt und reduziert wird, bis die Schlacke 25 durch eine Schlackentür 22 45 am Ende des Dekantiergefäßes 2 abgestochen wird.

Die Vorteile dieser "Metall/Schlacke-Gegenstrombewegung” sind folgende: 1) Geringe Wärme- und Eisenverluste mit der Schlacke 25 beim Verlassen des Dekantiergefäßes 2 über die Schlackentür 22, weil einerseits die Schlacke 25 die Anlage an der "kalten Seite" verläßt und andererseits neben der vor allem im Ofengefäß 1 stattfindenden Eisenoxidreduktion auch ein sogenann- 50 tes "Ausregnen" von Metalltröpfchen aus der Schlacke 25 im Dekantiergefäß 2 erfolgt. 2) Erzielung der erwünschten Stahlqualität mit wesentlich geringerem Verbrauch an Schlackenbildnern 14 bzw. geringerer spezifischer Menge der gebildeten Schlacke 25 und infolgedessen bei geringerem Feuerfestverschleiß der Anlage. Da die Schlackenmenge im Konvertergefäß 3 vom Metallbadniveau bestimmt wird, können hohe Verweilzeiten bzw. sehr gute Nutzungsgrade der Schlacke erzielt werden. 55 Die im Konvertergefäß 3 gebildeten, heißen Abgase 19 geraten zuerst in das Ofengefäß 1 und vermischen sich mit den dort entstehenden Abgasen, bevor sie dann durch den Vorwärmschacht 5 aufsteigen und entweder (Variante ohne Aufheizteil, Fig. 5, 9) die Anlage durch die Abgasleitung 46 im oberen Bereich des Vorwärmschachtes 5 verlassen oder in den Aufheizteil 9 gelangen (Variante mit 8

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Aufheizteil, Fig. 1, 2, 7, 8). Unterwegs werden die Abgase in Abhängigkeit vom örtlichen Wärmebedarf in den verschiedenen Teilen der Anlage bevorzugt mit Sauerstoff 27, gegebenenfalls mit Luft 28 oder Luft/Sauerstoffgemischen über die Lanzen 32, 35 und/oder Düsen 47, Düsen 10 im Aufheizteil teilweise nachverbrannt. Dabei sind unter gewissen Einsatzverhältnissen und Prozeßführungsbedingungen hohe Nachverbrennungsgrade von über 50 % beim Austritt aus dem Ofengefäß 1, bis zu 90-100 % beim Austritt aus dem Vorwärmschacht 5 oder aus dem Aufheizteil 9 technisch realisierbar. Somit wird beim vorliegenden Verfahrens- und Anlagenkonzept der weitaus überwiegende Anteil der chemischen und der fühlbaren Wärme der Abgase 19 an das Metallbad 24 entweder direkt im Konvertergefäß 3 und im Ofengefäß 1 oder indirekt durch die Vorwärmung der Einsatzstoffe 7 im Aufheizteil 9 und/oder Vorwärmschacht 5 übertragen und für den Prozeß unmittelbar genutzt. Zugleich wird die Wahrscheinlichkeit für unkontrollierbar hohe CO-Ausstöße nahezu eliminiert. Die Schüttung im Vorwärmschacht 5 leistet eine Filterfunktion und damit eine Reduzierung des Staubanteils im Abgas. Für das erfindungsgemäße Anlagen- und Verfahrenskonzept ergibt sich ein geringerer Verbrauch an elektrischer Energie im Vergleich zum konventionellen Elektro-Lichtbogenofen ohne Schrottvorwärmung (um ca. 25 bis 40 %) und zum diskontinuierlich betriebenen Elektro-Lichtbogenofen mit integrierter Schrottvorwärmung (um ca. 15 bis 25 %) bei jeweils gleichen Einsatzstoffen. Dabei wird die Anlagenproduktivität im Vergleich zum konventionellen Elektro-Lichtbogenofen ohne Schrottvorwärmung bei etwa gleicher Größe und Ausstattung des Lichtbogenofens (Trafoleistung, Lanzen, Brenner etc.) etwa verdoppelt.

Auslegung der Anlage

Die Auslegung der einzelnen Teile der Anlage, wie - Ofengefäß 1, - Vorwärmschacht 5, - Aufheizteil 9 (falls vorgesehen, bevorzugt bei > 30 % Schrott im Einsatz-Mix), - Konvertergefäß 3, - Dekantiergefäß 2, - Anzahl und Anordnung der Chargieröffnungen 11 im Ofengefäß 1 und 39 im Konvertergefäß 3 erfolgt in Abhängigkeit von - den zu verwendenden Einsatzstoffen, insbesondere den Eisenträgern 7 (Form, Größe, Zusammensetzung, Temperatur und Aggregatzustand) - der erwünschten Produktionsleistung - den Ansprüchen bezüglich der Stahlqualität - der erwünschten Betriebsweise der Anlage (kontinuierlich oder semi-kontinuierlich - mit diskontinuierlichem Abstich), auch im Hinblick auf die erwünschte Integration mit vor- und/oder nachgeschalteten Anlagen (z.B. für Roheisengewinnung, Direktreduktion, sekundärmetallurgische Behandlung, Strangguß etc.) - der Art und Preise der zur Verfügung stehenden Energiequellen.

Das Hauptziel bei der Auslegung ist es, die Prozeßteilschritte Vorwärmen, Chargieren, Schmelzen bzw. Schmelzreduktion, Frischen, Aufheizen und Abstechen innerhalb der Anlage gleichzeitig, jedoch örtlich versetzt und somit voneinander möglichst unabhängig in verschiedenen Anlagenteilen bei kontrollierbarem Ablauf unter jeweils günstigen physikalisch-chemischen, reaktions-kinetischen und wärmetechnischen Bedingungen durchzuführen, d.h. eine Gesamtanlage aus nahezu perfekt (hoch-effektiv) arbeitenden Teilreaktoren für den konkreten Anwendungsfall zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Konfiguration der Anlage ermöglicht ein voneinander unabhängiges Entleeren des Anlagenbereiches, bestehend aus Ofengefäß 1 und Dekantiergefäß 2 einerseits (über die Abstichöffnung 43) und des Konvertergefäßes 3 anderseits über die Abstichöffnung 41 ohne dabei ein Kippen der Gesamtanlage zu erfordern, wodurch bei Bedarf Kontroll- und geringe Reparaturarbeiten im Heißzustand eines jeden dieser beiden Bereiche kurzfristig bei Drosseln der Anlage durchführbar sind. Erfindungsgemäß bevorzugt sind alle Teile der Anlage während des Betriebes miteinander als eine Einheit fest verriegelt bzw. nicht bewegbar oder kippbar. Durch die vorzugsweise Sektionsausführung sowohl des Untergefäßes als auch des Deckels 4 und 37 der Anlage kann - nach seitlichem Ausfahren (dies gilt auch für den Vorwärmschacht 5) - der Austausch einzelner oder mehrerer reparaturbedürftiger Teile bzw. Gefäße vorgenommen werden. Um lange Produktionsunterbrechungen zu vermeiden wird das Wechselgefäß-Konzept bevorzugt, d.h. sofort ersetzbare, gegebenenfalls vorgeheizte Stand-by-Gefäße (z.B. Konvertergefäß 3 und eine Einheit aus Ofengefäß 1 und Dekantiergefäß 2) sind kurzfristig verfügbar. 9

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Anlagenvarianten in Abhängigkeit vom Einsatz-Mix (Richtlinien zur Wahl der Gesamtanlagenkonfiguration):

Eine Gesamtanlagenkonfiguration mit Schrottvorwärmschacht 5 und Aufheizteil 9, wie in Fig. 1 dargestellt, ist dann anwendbar, wenn ein bestimmter Mindestanteil an festem Schrott 7 im Einsatz-Mix eingesetzt wird. Als allgemeine Richtlinie für die Auswahl der Gesamtanlagenkonfiguration in Abhängigkeit vom Einsatz-Mix kann die folgende Tabelle I verwendet werden:

Tabelle I

Schrottanteil (%) im Einsatz-Mix als Auswahlkriterium Anlagenkonfiguration Hauptaniagenteile Variante, dargestellt in Fig. < 15 % Ofengefäß 1, Konvertergefäß 3 3/4 15-30 % Vorwärmschacht 5, Ofengefäß 1, Konvertergefäß 3 5/6, 9/10 > 30 % Aufheizteil 9, Vorwärmschacht 5, Ofengefäß 1, Konvertergefäß 3 1/2, 7/8

Gemäß den Fig. 3, 4 wird der Schrottanteil 12 im Ofengefäß 1 und/oder im Konvertergefäß 3 über die Deckelöffnungen 11 bzw. 39 mit Hilfe von Förderband- und Rutschensystem 15, 15' bzw. 40 zugeführt, wobei die maximale Abmessung der Schrottstücke 12 ein bestimmtes Maß (z.B. 200 mm) nicht überschreiten darf.

Gemäß den Fig. 5, 6 weist der Schrottvorwärmschacht 5 nur einen geringen Querschnitt auf, da nur wenig Schrott chargiert wird und er wird durch ein Schrottförderband 8 ohne Vorwärmfunktion, d.h. ohne Aufheizteil 9, kontinuierlich befüllt. Bei dieser Variante müssen gegebenenfalls übergroße Schrottstücke vor dem Einsatz aussortiert und geschnitten werden. Die Abführung der Abgase erfolgt im oberen, sogenannten Haubenbereich 5’ des Schrottvorwärmschachtes 5 über die Abgasleitung 46.

Gemäß der in den Fig. 1, 2 und 7, 8 dargestellten Varianten wird mindestens ein Schrottvorwärmschacht 5 durch mindestens ein Schrottförderband 8 mit Vorwärmfunktion, d.h. mittels eines Aufheizteiles 9, kontinuierlich befüllt. Dabei sind in Abhängigkeit von • dem Einsatz-Mix (insbesondere Schrottanteil) • den Platz- und Höhenverhältnissen im konkreten Anwendungsfall (Werkslayout) • den gewünschten Betriebsparametern (Anlagenproduktivität, Verbrauch an elektrischer Energie, Verfügbarkeit an fossilen Energieträgern, wie z.B. Erdgas, Kohle, etc.) z.B. folgende Ausführungsvarianten von Schrottvorwärmschacht 5 und Aufheizteil 9 möglich: • Ein Schrottvorwärmschacht 5 mit einem Aufheizteil 9 mit einem Schrottförderband 8 oder mehreren parallel angeordneten Schrottförderbändern 8 (Fig. 1, 2). • Zwei Schrottvorwärmschächte 5 (Fig. 7, 8) mit je einem oder einem gemeinsamen Aufheizteil 9, wobei jeder Aufheizteil 9 mindestens ein Schrottförderband 8 umhaust.

Die Abführung der Abgase 19 erfolgt über eine am Anfang des Aufheizteiles 9 angeordnete, nicht dargestellte Heißgasleitung.

Gemäß der in den Fig. 9 und 10 dargestellten Variante ist aufdem Deckel 4 des Ofengefäßes 1 ein Vorwärmschacht 5 mit gasdurchlässiger und wassergekühlter Absperrvorrichtung 5” aufgesetzt, welcher mit metallischen Einsatzstoffen 7 - vor allem Stahlschrott, gegebenenfalls auch festem Roheisen - bevorzugt über ein Förderband 15 beschickbar ist. Das Ofengefäß 1 verfügt über mehrere kathodisch geschaltete, schräge Graphitelektroden 16, die gegebenenfalls als Hohlelektroden ausgeführt sind, bevorzugt in einer symmetrischen Anordnung bezüglich des Elektro-Lichtbogenofens und des aufgesetzten Vorwärmschachtes 5. Die Elektroden 16 sind innerhalb eines Neigungswirkeis von 0 bis 30' gegenüber der Vertikalen in Richtung zum Zentrum des Ofengefäßes 1 und bis zu 10* in die umgekehrte Richtung zur Wand des Ofengefäßes 1 hin schwenkbar. Der Neigungswinkel kann für jede einzelne Elektrode 16 unterschiedlich eingestellt bzw. geregelt werden. Er beträgt während des Schmelzbetriebes meist ca. 15 bis 20*. Gelegentlich kann auf die Schwenkbarkeit der Elektroden 16 verzichtet werden. Als Gegenelektrode 17 dient eine im Boden 18 des Ofengefäßes 1 mittig angebrachte Bodenanode.

Die Grundprinzipien der Verfahrensfünktion und der Technologieführung können folgenderweise zusammengefaßt werden: 10

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Zufuhr der Einsatzstoffe/Prozeßmedien und Abfuhr der Produkte:

Kontinuierliche Zufuhr der Einsatzstoffe und Medien mit regelbarer Geschwindigkeit in das Ofengefäß 1 (Hauptmenge) und gleichzeitig in das Konvertergefäß 3 (eine Teilmenge davon als Kühlmittel).

Kontinuierliche Abführ der Produkte aus mindestens zwei Anlagenteilen, und zwar vorzugsweise Rohstahl aus dem Konvertergefäß 3 und Schlacke 25 aus dem unmittelbar am Ofengefäß 1 angeschlossenen Dekantiergefäß 2, sowie Abgas 19 in Abhängigkeit von der Anlagenkonfiguration gemäß Einsatz-Mix: • vom Ofengefäß bei Anlagenvariante Fig. 3, 4, • vom Vorwärmschacht 5 bei Anlagenvariante Fig. 5, 6 und Variante Fig. 9, 10 oder • vom Aufheizteil 9 bei Anlagenvariante Fig. 1, 2 sowie Fig. 7, 8.

Es besteht die Möglichkeit zum diskontinuierlichen Rohstahlabstich aus dem Konvertergefäß 3 mit oder ohne Drosseln der Gesamtanlage, wobei bei hohen Anforderungen bezüglich Rohstahlqualität ein Sperrdamm am Überlaufwehr 34 ofenseitig aufgesetzt wird, um den Rücklauf der Ofenschlacke 25 in das Konvertergefäß 3 während des diskontinuierlichen Rohstahlabstiches und danach (bis zur Erstellung gleichen Schlackenniveaus im Ofengefäß 1 und im Konvertergefäß 3) einzuschränken bzw. zu verhindern. Zeitlicher Ablauf und Durchmischungsverhältnisse: • Bei kontinuierlichem Rohstahlabstich · durchgehend semi-stationärer Zustand bezüglich Temperatur-, Konzentrations-, Strömungs-, Durchmi-schungs- und Mengenverhältnisse für Metall, Schlacke und Abgas in jedem Gefäß der Gesamtanlage. • Bei diskontinuierlichem Rohstahlabstich - mit einem ausgeprägten Abstichzyklus hinsichtlich der oben angeführten Kriterien bezüglich Metall und Schlacke im Konvertergefäß 3 und Schlacke im Ofengefäß 1, sonst semi-stationär.

Unabhängig von der Art des Rohstahlabstiches (kontinuierlich oder diskontinuierlich) werden folgende Prozeßablaufbedingungen durchgehend erfüllt: -» intensive Baddurchmischung im Ofengefäß 1 und im Konvertergefäß 3, — hohe Reaktions- und Wärmeaustauschfläche in allen Anlageteilen, — Rohstahl im Konvertergefäß 3 wird stets auf der zum Abstich erwünschten Zusammensetzung und Temperatur gehalten.

Vorwärmung, Schmelzen, Frischen und Temperaturführung·.

Es erfolgt eine stufenweise Änderung der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Einsatzstoffe (insbesondere der Temperatur, der chemischen Zusammensetzung und des Aggregatzustandes) im Hinblick auf die Erzeugung einer Rohstahlschmelze als Hauptprodukt sowie von Schlacke und Abgas als Nebenprodukte unter optimaler Energienutzung nach dem folgenden Schema:

Im Aufheizteil 9 und Vorwärmschacht 5:

Vorwärmung des Schrottes (bis zu 100 % des Schrottes im Einsatz-Mix) unter Berücksichtigung der Kriterien zur Wahl der Anlagenkonfiguration, wobei im Aufheizteil 9 (falls vorgesehen) eine Vorwärmung auf niedrige Temperatur, z.B. max. 400-450* C und im Vorwärmschacht 5 (falls vorgesehen) eine Vorwärmung auf höhere Temperatur, z.B. 2 800* C (Schrottvorwärmtemperaturen von 1000* C und mehr sind durchaus möglich, gegebenenfalls bei Verwendung von gefüttertem Vorwärmschacht) erfolgt. Neben Schrott können auch andere Einsatzstoffe vorgewärmt werden, wie z.B. ’ stückige Schlackenbildner (Dolomit, Quarzit etc.), ' Stückkohle bzw. -koks, * gegebenenfalls Eisenschwamm (bis zu einem begrenzten Anteil der Einsatzstoffe über Aufheizteil 9 und/oder Vorwärmschacht 5), allerdings unter Rücksicht auf mögliche unerwünschte Erscheinungen (Rückoxidation, verstärkte Ausflam-mungen etc.) in Abhängigkeit von ihrer Verweildauer und der Vorwärmtemperatur im Aufheizteil 9 und/oder Vorwärmschacht 5.

Im Ofengefäß 1: + Schmelzen des Großteils (Hauptmenge) der Einsatzstoffe im Einsatz-Mix (bis auf die im Konvertergefäß 3 gebrauchte und dort direkt zugeführte geringere Teilmenge der Einsatzstoffe als Kühlmittel) und zugleich + Aufkohlung und Vorfrischen des Metalls mit dem Ziel der Erzeugung einer Vorschmelze mit etwa folgenden Eigenschaften in Abhängigkeit vom Einsatz-Mix: 11

AT 404 942 B % Si £ 0,10 %C = 1,0-3,0 T = 1540-1560“ C (0 ca. 1550“C), welche Vorschmelze in das Konvertergefäß 3 überläuft, wobei die durchschnittliche Entkohlungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Einsatz-Mix von 0,06 bis 0,10 (max. 0,12) % C/min beträgt, und + unter kontinuierlicher Zuführung von kalten Einsatz-Mix-Komponenten, z.B. Eisenschwamm und/oder Eisenkarbid, gegebenenfalls Feinschrott und/oder heißen Einsatz-Mix-Komponenten, z.B. flüssiges Roheisen (aus vorgeschaltetem Hochofen oder einer Schmelzreduktion), heißem Eisenschwamm und/oder Eisenkarbid und Stück- und/oder Feinkohle (Koks, SLF), stückige und/oder staubförmige Schlackenbildner (Kalk, Dolomit, Quarzit, Flußspat etc.).

Im Konvertergefäß 3: + Kontinuierliches Fertigfrischen (hauptsächlich Entkohlung sowie Tiefentphosphorung) und zugleich Aufheizen der vom Ofengefäß 1 stets überlaufenden C-reichen Vorschmelze auf die zum Rohstahlabstich gewünschte und bereits (stets) eingestellte Zusammensetzung und Temperatur des Rohstahls im Konvertergefäß unter Konzentrations- und Temperaturausgleich durch intensive Baddurchmischung (Homogenisation) bei + kontinuierlicher Zuführung von stückigen und/oder feinkörnigen Kühlmitteln (inkl. Einsatz-Mix-Komponenten) und/oder Schlackenbildnern, und/oder Kohlenstoffträgern, z.B. Eisenschwamm und/oder Eisenkarbid, Feinschrott, Erz, Zunder, Hüttenwerkstäube/-schlämme, Kalkstein, Dolomit, Kalk, Quarzit, Flußspat etc, Kohle, (Koks), aufbereitete Shredder-Leichtfraktion und + ohne Unterbrechung des Frischprozesses während eines, falls vorgesehen, diskontinuierlichen Rohstahlabstiches, d.h. ohne Unterbrechung und wesentliche Beeinflussung des Prozeßablaufes in den vorgeschalteten Anlagenteilen (gegebenenfalls leichte Drosselung durchführbar), + wobei die bevorzugte Entkohlungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Einsatz-Mix von 0,08 bis 0,13 (max. 0,15) % C/min beträgt.

Schlackenführung

Das Verfahrenskonzept beruht auf einer Gegenstrombewegung von Metall 24 und Schlacke 25 im Bereich Ofengefäß 1 /Konverter 3, d.h. die Schlacke bewegt sich vom Konvertergefäß 3, dem Anlagenteil mit höchster Temperatur und höchstem Sauerstoffpotential des Metallbades, über das Ofengefäß 1 - dieses weist eine geringere Temperatur und ein geringeres Sauerstoffpotential des Metallbades, weil es eine C-reiche Metallschmelze enthält, auf - in Richtung der Schlackentür 22 am Ende des Dekantierteils 2, wo die Schlacke 25 die Anlage erst verlassen kann. Die Triebkraft dieser Bewegung der Schlacke 25 ist vor allem die Schwerkraft, unterstützt durch Impulse, welche infolge der intensiven Baddurchmischung im Konvertergefäß 3 und im Ofengefäß 1 an die Schlacke 25 übertragen werden. Während dieser Bewegung (insbesondere beim Überqueren des Ofengefäßes 1) trifft die Schlacke 25 auf Metallschmelze 24 mit niedriger Temperatur und höheren Gehalten an Si und C und wird von dieser, wegen der intensiven Baddurchmischung, bezüglich FeO-Gehalt reduziert und zugleich abgekühlt. Außerdem vermischt sich die Teilmenge der Schlacke 25 vom Konvertergefäß 3 mit im Ofengefäß 1 und im Dekantierteil 2 entstehenden nichtmetallischen Phasen, u.zw. - aus der Gangart und Asche der Einsatz-Mix-Komponenten (Eisenschwamm, HBI, Eisenkarbid, Schrott etc.), - aus der Oxidation von Si, Mn, P und anderen sauerstoffaffinen Elementen im Einsatz-Mix (flüssiges und/oder festes Roheisen, Schrott etc.), - aus den dem Ofengefäß 1 zugeführten Schlackenbildnern, die z.B. als Korrekturzuschläge zugesetzt werden, - aus dem Feuerfestverschleiß im Ofengefäß 1 und im Dekantierteil 2, wodurch die Menge der gebildeten Schlacke 25 im Ofengefäß 1 wesentlich höher ist als jene der im Konvertergefäß 3 gebildeten Schlacke. Nach einer gewissen "Beruhigung1* der Schlacke 25 im Dekantierteil 2 (ohne intensive Baddurchmischung) und teilweisem Ausregnen der in ihr enthaltenen Metalltropfen, verläßt die Schlacke 25 die Anlage durch die Schlackentür 22 am Ende des Dekantierteils 2.

Ein wichtiges Verfahrensmerkmal im Unterschied zu diskontinuierlichen Verfahren ist darin zu sehen, daß die spezifische Schlackenmenge, bezogen auf die Metallmenge im Konvertergefäß 3, nicht mit der sehr geringen Menge der Schlacke pro Tonne aus dem Ofengefäß 1 überlaufende Vorschmelze gleich ist, 12

AT 404 942 B sondern viel höher und beim Betrieb mit kontinuierlichem Rohstahlabstich und nahezu konstantem Niveau der Metallschmelze im Konvertergefäß 3 durch den Höhenunterschied zwischen Ofengefäß 1 und Konver-tergefäß 3 bestimmt wird bzw. dadurch innerhalb gewisser Grenzen geregelt werden kann. Dieses Verfährensmerkmal bedeutet zugleich, daß die Verweilzeit der im Konvertergefäß 3 gebildeten Schlacke 25 (mit sehr guten Eigenschaften bezüglich Entphosphorung und Entschwefelung) im Konvertergefäß 3 wesentlich höher ist als z.B. in einem diskontinuierlichen LD-Konverter und außerdem geregelt werden kann, wodurch sich folgende Vorteile ergeben: -«· bessere Nutzung der Raffinationseigenschaften der dem Konvertergefäß 3 zugeführten Schlackenbildner, -* Möglichkeit zur Erzielung von sehr niedrigen P- und S-Gehalten im Rohstahl (ein Beitrag dazu leistet auch die Verfahrens- und Anlagenkonfiguration, welche grundsätzlich einem diskontinuierlichen Verfahren mit Zwischenabzug einer Schlackenteilmenge entspricht), —· keine Verbärungsgefahr für die Sauerstoff-Blaslanze 35 im Konvertergefäß 3 infolge einer sehr geringen Schlackenmenge, welche z.B. bei diskontinuierlichen Konverterverfahren mit Einsatz von vorbehandeltem Roheisen (deSi + deP) und schlackenarmem Frischen (Slag Minimum Process) bei 2 30 kg Schiacke/t Stahl bekannterweise auftritt.

Um die im Ofengefäß 1 zugeführten Schlackenbildner besser zu nutzen ist es vorteilhaft, diese in möglichst feinstückiger Form zuzuführen, damit ihre Auflösung in der Schlacke 25 möglichst rasch und vollständig erfolgt. Dies gilt insbesondere für Kalk und Dolomit. Durch die bevorzugte Zuführung von bis zu 100% des Kalkes bzw. des Dolomites in das Ofengefäß 1 in feinkörnigem Zustand (als Staubkalk bzw. Staubdolomit) läßt sich außerdem bei AC-Ofenausführung die negative Auswirkung durch die sogenannten Hot Spots wesentlich einschränken. Im Konvertergefäß 3 werden bevorzugt stückige Schlackenbildner zugeführt (feinkörnige Schlackenbildner nur dann, wenn extreme Anforderungen bezüglich der Rohstahlqualität erfüllt werden müssen).

Die erfindungsgemäß bevorzugten Eigenschaften der Schlacke 25 im Konvertergefäß 3 und im Ofengefäß 1 (ca. identisch mit der Endschlacke beim Austritt aus der Schlackentür 22 am Ende des Dekantierteils 2) können wie folgt zusammengefaßt werden:

Konverterschlacke - im Bereich der technischen Kalksättigung - %Ca0/%Si02 ä 3,4 - % MgO 2 7 - % FeOn = 25-30 bei Rohstahl

% C = 0,03-0,05 TAbsttch = 1620-1630· C - bevorzugte Zugabe von stückigen Schlackenbildnern (Kalk, Dolomit, Quarzit) - bevorzugte Verweilzeit im Konvertergefäß 3: £ 80 min

Ofenschlacke = Endschlacke beim Verlassen der Anlage - % CaO/%Si02 = 1,8-2,0 - % MgO 2 7 - % FeOn = 10-15% bei Vorschmelze

%C = 1,0-3,0 ^Überlauf = 1540-1560* C EAF — LD - bevorzugte Zuführung von feinkörnigen Schlackenbildnern (insbesondere Staubkalk, Staubdolomit) über mehrere Düsen/Lanzen im/durch den Ofendeckel 4, Materialzuführung in die Hot Spot-Bereiche

Diese Grundprinzipien der Schlackenfürung gelten auch für die Verfahrensvariante mit diskontinuierlichem Rohstahlabstich. Es besteht kein wesentlicher Unterschied durch den in diesem Fall gegebenenfalls zu verwendenden Damm, der nur bei hohen Qualitätsanforderungen eingesetzt wird.

Abgascharakteristika (Erfassung, Nachverbrennung, Temperatur, Staub und giftige Bestandteile im Rohgas):

Abgas vom Konvertergefäß 3 und Ofengefäß 1 wird einheitlich durch den allenfalls vorhandenen Schrottvor-wärmschacht 5 und gegebenenfalls durch den Aufheizteil 9 abgezogen, wobei die chemische und die physikalische Abgaswärme optimal (aufgeteilt) genutzt wird: wenn kein Vorwärmschacht 5 vorgesehen ist, gelangen die Abgase vom Ofengefäß 1 in die unmittelbar angeschlossene Heißgasleitung. Es findet nahezu 13

AT 404 942 B eine 100%ige Abgaserfassung durch ein abgekapseltes System mit einem Minimum unkontrollierter Ausstöße bzw. einer minimalen Belastung durch Hitze, Staub und giftige Abgaskomponenten statt, da kein Öffnen eines Anlageteils für Chargieroperationen erforderlich ist. Die Abgase werden auf dem Wege vom Konvertergefäß 3 zum Ofengefäß 1 und weiter zum Vorwarmschacht 5 sowie zum Aufheizteil 9 je nach Bedarf und Einsatz-Mix zunehmend nachverbrannt.

Dazu folgende Richtwerte:

Anlagenteil CO + H2-Nachverbrennungsgrad % Abgastemperatur 'C Konvertergefäß 3 10-15 TS 1700 Ofengefäß 1 ca. 30 ohne Schacht ca. 40 mit Schacht TS 1700 Vorwärmschacht 5 60-70 800 S TS 1500 ' Aufheizteil 4 85-100 800 S TS 1300

Bevorzugte Medien für die Abgasnachverbrennung

Medienart Bevorzugter Einsatz o2 02 + Luft Luft Konvertergefäß 3 Ofengefäß 1, Vorwärmschacht 5 Aufheizteil 9 Für alle Anlagenteile sind Oi/Luft-Gemische mit beliebig einstellbarem Mischungsverhältnis verfügbar. Zusatzwärmequellen/Energiezufuhr zur Deckung des Wärmebedarfes Richtwerte gemäß folgender Tabelle:

Richtanteil zur Deckung des Wärmebedarfes, (%) Anlagenteil Oxidation von Fe Oxidation von co + h2 Brenner Elektrische Energie Begleitelementen Nachverbrennung C, Si etc.1 Aufheizteil 9 3-9 <1 2 80 0-10 - Vorwärmschacht 5 20-30 <1 2 70 - - Ofengefäß 1 - 10-20 15-20 10-15 50-60 Konvertergefäß 3 15-25 2 60 10-15 - - ' inkl. Schlackenbildungswärme für verschlackende Oxidationsprodukte

Ausführungsbeispiele

Die folgenden drei Ausführungsbeispiele erläutern die technologischen Abläufe und die erzielbaren Ergebnisse bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahrens- und Anlagenvarianten zur kontinuierlichen Erzeugung von Rohstahl aus den weltweit wichtigsten Einsatzstoffen (Eisenträgern), wie Stahlschrott, Eisenschwamm- und flüssigem Roheisen. Der Einsatz-Mix ist für jedes Ausführungsbeispiel unterschiedlich, nämlich:

Ausführungsbeispiel 1: 100 % Stahlschrott

Ausführungsbeispiel 2: 40 % Stahlschrott 30 % Eisenschwamm 30 % flüssiges Roheisen 14

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Ausführungsbeispiel 3: 50 % Eisenschwamm 50 % flüssiges Roheisen

Die erfindungsgemäßen Verfahrens- und An lagen Varianten ermöglichen auch die kontinuierliche Erzeugung von Rohstahl aus 100 % Eisenschwamm oder aus 100 % flüssigem Roheisen, wobei im letzten Fall Erz, Karbonat, Zunder, Staubbriketts etc. einzeln oder in Kombination als Kühlmittel eingesetzt werden können.

Neben den Fe-hältigen Einsatzstoffen werden gemäß den Ausführungsbeispielen die für die Stahlerzeugungspraxis üblichen

Zuschläge: Gase: Feste Kohle: Feuerfestmaterialien: Graphitelektroden: Kühlwasser: weich gebrannter Kalk, Dolomit, Quarzit Sauerstoff, Stickstoff, Erdgas, Luft (Kompressor und Ventilator)

Stückkohle, Feinkohle (Blasekohle)

Steine für Zustellung im Ofen- als auch im Konvertergefäß 3, Spritzmassen (Reparatur) für Ofengefäß 1 und für wassergekühlte Paneele des Ofengefäßes 1, des Vorwärmschachtes 5 und des Aufheizteiles 9 verwendet. Obwohl kostengünstiger und/oder im Hinblick aufbessere Stahlqualität vorteilhaft, wird bei den nächsten Ausführungsbeispielen auf eine mögliche Anwendung von alternativen festes Roheisen Eisenkarbid, Filterstaub, Zunder, getrockneter Schlamm, Erz (Fe-/Mn-Erz) Feinkalk, Feindolomit, Flußspat Ar (für Inertgasbodenspülung) Shredder-Leichtfraktion

Fe-hältigen Einsatzstoffen: als Fe-Trägern und/oder als Kühlmitteln:

Zuschlagstoffen:

Medien:

Energiequellen: verzichtet.

Die Qualität und die Temperatur der verfügbaren Einsatzstoffe und Gase ist aus den Tabellen II, III und IV ersichtlich.

Zur Durchführung des Verfahrens werden folgende Anlagenkonfigurationen verwendet:

Ausführungsbeispiele 1 und 2:

Anlage gemäß Fig. 1 bestehend aus • einem Aufheizteil 9 (Förderband 8 mit Vorwärmfünktion) • einem Schrottvorwärmschacht 5 mit ovalem Querschnitt • einem als AC-EAF ausgebildeten Ofengefäß 1 als Schmelz- und Vorfrischgefäß • einem Konvertergefäß 3 vom Typ LD-S 1 • einem Dekantierteil 2 zum Ofengefäß 1 gehörig

Ausführungsbeispiel 3:

Anlage gemäß Fig. 3, bestehend aus • einem AC-Elektro-Lichtbogenofen als Ofengefäß 1, als Schmelz- und Vorfrischgefäß • einem Konvertergefäß 3 vom Typ LD-S1 • einem Dekantierteil 2 15 1

Konverter mit Inertgasbodenspülung Ni/Ar

AT 404 942 B

Tabelle II

Chemische Zusammensetzung und Temperatur der Fe-hältigen Einsatzstoffe Stahlschrott 0,30 % C 0,50 % Mn 0,20 % Si 0,030 % S 0,020 % P 2,5 % Asche 0,2 % Feuchte 25’ C Eisenschwammpellets (MIDREX-DRI) 91,9% FEt01 92,9 % Metallisierungsgrad 1,8% C 4,6 % Gangart ca. 0,5 Gangartbasizität 25* C Flüssiges Roheisen 4,2 % C 0,5 % Mn 0,6 % Si 0,04 % S 0,09 % P 1320* C

Tabelle III

Chemische Zusammensetzung, Korngröße und Temperatur von Zuschlägen, festen Energieträgern und Feuerfestmaterialien Kalk (10-30 mm) Dolomit (10-30 mm) Quarzit (<5 mm) 92,0 % CaO 54,0 % CaO 96,0 % SiOz 1,0% MgO 41,0% MgO 2,4 % Si02 2,9 % SiOa 25* C 25· C 25* C Stückkohle (3-15 mm) Feinkohle (<3 mm) Mauerung (Steine) EAF und LD-Konverter 84,0 % C 92,0 % C 96,5 % MgO 97,0 % MgO 0,5 % S 0,5 % S 2,1 % CaO 1,9 % CaO 9,4 % Flüchtige 2,0 % Flüchtige 6,1 % Asche 5,5 % Asche 10 % C' 10 % C* 25* C 25 *C 1550* C 1620· C Spritzmassen: 2 95 % MgO " Rest C (firing in red.atm at 1000* C - British Coking Test) 16

AT 404 942 B

Tabelle IV

Chemische Zusammensetzung (vol.%), Temperatur von Gasen Erdgas Sauerstoff (Lanzen) Sauerstoff (Brenner) Stickstoff (Förderung + Spülung) Luft (Ventilatorluft, Kompressorluft) 96 v.% CH4 99,7 v.% 02 96,0 v.% 02 99,9 % N2 79 v.% N2 21 v.% O2 25· C 25* C 25' C 25· C 25· C

In allen drei Ausführungsfällen besitzen das Ofengefäß 1 und das Konvertergefäß 3 die folgende gleiche Konfiguration und Ausstattung, wobei die Spezifikation sich auf konventionelle diskontinuierliche Anlagen gemäß Standardreihen bezieht:

Spezifikation des Ofengefäßes 1: - ca. 6 m Gefäßdurchmesser entspricht einem diskontinuierlichen Abstichgewicht von 90 t Rohstahl bei ca. 11 t Flüssigsumpf (Restsumpf), - 70 MVA Trafoleistung, Wechselstrom, - drei Stück Graphitelektroden 16 mit Durchmesser 560 mm (keine Bodenanode 17, weil Wechselstromversorgung), - eine Roheisenrinne 21 für kontinuierliche Zuführung von flüssigem Roheisen 20, - zwei Chargieröffnungen 11 im Deckel 4 für kontinuierliche Zuführung von Eisenschwamm Pellets und/oder Feinschrott 12, Stückkohle 13 und stückigen Schlackenbildnern (Kalk, Dolomit, Quarzit) 14, welche über ein Förderband- und Rutschensystem 15 herantransportiert werden, - drei Stück Kalkdüsen im Deckel 4 des Ofengefäßes 1 zum kontinuierlichen Einblasen von bis zu 100 % der im Ofengefäß 1 zugeführten Kalk- und Dolomitmenge als Staubkalk bzw. Staubdolomit 14 in die Hot Spots mittels Luft 28 als Trägergas, - zwei Stuck wassergekühlte Manipulatorlanzen (eine Lanze 32 durch die Seitenwand des Ofengefäßes 1, eine Lanze 23 durch die Schlackentür 22 im Dekantierteil 2 bis in das Ofengefäß 1 hineinreichend) zum kontinuierlichen Einblasen von gasförmigem Sauerstoff 27 und/oder Feinkohle 13 (Luft 28 als Trägergas) unterhalb der Oberfläche der Schlacke 25 im Ofengefäß 1, - drei Stück Kohle-Unterbaddüsen 33 zum kontinuierlichen Einblasen von Feinkohle 13 mittels Luft 28 als Trägergas, - sechs Stück Inertgas-Unterbaddüsen 33 zum kontinuierlichen Einblasen von Inertgas 30 (N2/Ar, Verhältnis beliebig einstellbar) zwecks der intensiven Durchmischung von Metall 24 und Schlacke 25 im Ofengefäß 1, - drei Stück 02-Unterbaddüsen 33 zum kontinuierlichen Einblasen von gasförmigem Sauerstoff 27, wobei die 02-Unterbaddüsen 33 mit Erdgas oder LPG (Liquid Propan Gas) 29 geschützt sind und im Boden des Ofengefäßes 1 bevorzugt unterhalb des Schrottvorwärmschachtes 5 angeordnet sind, - fünf Stück Erdgas/Sauerstoff-Brenner 32a mit einer Leistung je Brenner von max. 3,5 MW, welche in der Seitenwand des Ofengefäßes 1 ca. symmetrisch unterhalb des Schrottvorwärmschachtes 5 angeordnet sind, - drei Stück Nachverbrennungsdüsen 35 im Deckel 4 des Ofengefäßes 1 für Gassauerstoff 27 und/oder Luft 28 (02/Luft-Verhältnis beliebig einstellbar), welche bevorzugt als bewegbare kurze Lanzen, d.h. als Nachverbrennungslanzen ausgeführt sind, - ein Deckel 4 des Ofengefäßes 1, der außen aus wassergekühlten Paneels, welche von der Innenseite (Ofenraum) mit Feuerfestschicht versehen sind, ausgeführt ist, - ein breiter Teil der Seitenwand des Ofengefäßes 1 an der Seite des Konvertergefäßes 3 der als Wehr 34 ausgebildet ist, wodurch einerseits eine Aufteilung des Unterteiles der Anlage in ein Ofengefäß 1 und in ein Konvertergefäß 3 erfolgt, anderseits ein beiden Gefäßen gemeinsamer Oberteil gebildet wird, so daß eine kontinuierliche Überführung von Metallschmelze 24, Schlacke 25 und Abgas 19 zwischen den Reaktorteilen 1 und 3 nur mit Hilfe der Schwerkraft erreicht wird, wobei Metall 24 in zur Schlacke 25 entgegengesetzter Richtung fließt (sogenannte Metall/Schlacke-Gegenstrombewegung), die Abgase aus den Teilräumen im Ofengefäß 1 und Konvertergefäß 3 durch die Schrottschüttung 7 im Ofengefäß 1 und dem unmittelbar darüber liegenden Schrottvorwärmschacht 5 durch die einheitli- 17 ΑΤ 404 942 Β che Abgasabsaugung hingetrieben werden, oder wie in Fig. 3 dargestellt, direkt vom Ofengefäß 1 in die Heißgasleitung der nicht dargestellten Abgasbehandlungsanlage gelangen, wenn die Gesamtanlagenkonfiguration keinen Schrottvorwärmschacht 5 und/oder Aufheizteil 9 vorsieht.

Spezifikation des Konvertergefäßes 3: - Innenvolumen nach Neuzustellung ca. 76,5 m3, - spezifisches Volumen ca. 0,85 m3/t Metallinhalt (entspricht etwa einem diskontinuierlichen Abstichgewicht von ca. 90 t/Rohstahl für konventionelle Anlage), - ein Stück wassergekühlte Konverterlanze (Top-Lanze) für Aufblasen von max. 10000 Nm3 02/Stunde, - drei Stück Nachverbrennungsdüsen 35 für Gassauerstoff 27 und/oder Luft 28 (02/Luft-Verhältnis beliebig einstellbar) im Deckel 37 und im oberen konischen Teil des Konvertergefäßes 3, welche bevorzugt als bewegbare kurze Lanzen, d.h. als Nachverbrennungslanzen ausgeführt sind, - zwei Chargieröffnungen 39, davon bevorzugt nur eine in Betrieb (in den Fig. 1 und 3 ist nur eine davon dargestellt) im Konverterdeckel 37 für kontinuierliche Zuführung von Feinschrott (hier Shredderschrott mit £ 100 mm Stichgröße) und/oder Eisenschwamm-Pellets (DRI) 12, Stückkohle 13 und stückigen Schlackenbildnern (Kalk, Dolomit, Quarzit) 14, welche über ein Förderband-/Rutschensy-stem 40 herantransportiert werden, - sechs Stück Inertgas-Unterbaddüsen 36 zum kontinuierlichen Einblasen von Inertgas 30 (N2/Ar, Verhältnis beliebig einstellbar) zwecks der intensiven Durchmischung von Metall 24 und Schlacke 25 im Konvertergefäß 3, - eine Rohstahl-Abstichöffnung 41 mit Regeleinheit für die Abstichgeschwindigkeit des Rohstahls 24 sowie automatische Verschlußeinrichtung (hier nicht näher erläutert) zur Unterbrechung des sonst kontinuierlichen Abstichvorganges, wenn notwendig, - ein Deckel 37 des Konvertergefäßes 3 der in identischer Ausführung gestaltet ist wie der Deckel 4 des Ofengefäßes 1 und mit diesem im verriegelten Zustand während des Betriebes eine Einheit (Sektionsausführung) bildet. Etwa oberhalb des Wehrs 34 ist er mit einer Kontroll- und Reparaturöffnung 50 versehen. Diese bleibt während des kontinuierlichen Prozeßablaufes verschlossen.

Spezifikation des Schrottvorwärmschachtes 5, des Aufheizteiles 9 und des Schrottförderbandes 8:

Um die recht unterschiedlichen Anforderungen bezüglich Schrottzufuhr und -vorwärmung für die betrachteten drei Ausführungsfälle (100 %, 40 %, 0 % Schrott im Einsatz-Mix) zu erfüllen, sind folgende Einrichtungen vorgesehen: 1. Ein Schrottvorwärmschacht 5 mit großem innerem Nutz-Querschnitt von ca. 11,5 m2 und abgerundeten Kanten, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt. - Ca. konstanter Schachtquerschnitt über die Schachthöhe, - Schachthöhe oberhalb des Deckels 4 des Ofengefäßes 1, d.h. oberhalb der Schachteinmündungsebene in das Ofengefäß 1 bis zum oberen Haubenbereich (Deckel) des Vorwärmschachtes 5 ca. 6,50 m, wobei - der Vorwärmschacht 5 aus wassergekühlten Paneelen gebildet ist, welche im oberen Haubenbereich innenseitig mit Feuerfestplatten (wie in Fig. 1 ersichtlich) versehen sind, - der Vorwärmschacht 5 mit zwölf Nachverbrennungsdüsen 47 für Sauerstoff 27, Luft 28 oder Sauerstoff/Luft-Gemisch versehen ist, wobei diese Nachverbrennungsdüsen 47 etwa symmetrisch am äußeren Schachtperimeter in zwei Ebenen mit je sechs Düsen pro Ebene angeordnet sind, - im oberen Haubenbereich des Vorwärmschachtes 5 zwei Erdgas/Sauerstoff/Luft-Kombibrenner 10 angeordnet sind, welche zugleich auch als Nachverbrennungslanzen verwendet werden können und als Brenner mit max. 3,5 MW je Brenner betrieben werden können.

Grundsätzlich kann der gesamte Vorwärmschacht 5 aus wassergekühlten Paneelen mit einer Innenausmauerung ausgeführt werden, wodurch folgende Vorteile erzielbar sind: - geringe Wärmeverluste mit dem Kühlwasser im Vorwärmschacht bzw. geringere Kühlwassermenge notwendig - höhere Schrottvorwärm- und Abgastemperaturen beim Schachtaustritt ohne Störungsgefahr einstellbar. 2. Ein Schrottvorwärmschacht 5 mit kleinem innerem Nutz-Querschnitt von ca. 5 m2 und abgerundeten Kanten (wie in Fig. 1 dargestellt): - Über die Schachthöhe ca. konstanter Schachtquerschnitt, - gesamte Schachthöhe ca. 6,50 m, wobei 18

AT 404 942 B - der Vorwärmschacht 5 aus wassergekühlten Paneelen besteht, die innenseitig im oberen Haubenbereich mit Feuerfestplatten versehen sind, - der Vorwärmschacht 5 mit acht Nachverbrennungsdüsen 47 für Sauerstoff 27, Luft 28 oder Sauerstoff/Luft-Gemischen versehen ist, wobei diese Nachverbrennungsdüsen 47 etwa symme- 5 frisch am äußeren Schachtperimeter in zwei Ebenen je vier Düsen pro Ebene angeordnet sind, - im oberen Haubenbereich des Schachtes 5 ein Erdgas/Sauerstoff/Luft-Kombibrenner 10 angeordnet ist, welcher zugleich auch als Nachverbrennungslanze verwendet werden kann und als Brenner für eine Leistung von max. 3,5 MW ausgelegt ist. 3. Ein Aufheizteil 9 ist mit zwei gleichen, innerhalb des Aufheizteiles 9 nebeneinander parallel angeordne-io ten Schrottforderbändern 8 versehen, welche innerhalb der gemeinsamen Einhausung durch einen feuerfesten Damm (nicht in den Zeichnungen dargestellt) voneinander räumlich getrennt sind. Die Auslegung des Aufheizteiles 9 und der Schrottförderbänder 8 kann folgenderweise zusammengefaßt werden:

Schrottförderband 8 Anzahl (gleiche Ausführung): 2 Bandbreite: 2,0 m Bandlänge: 40,2 m Durchschnittliche Bandbeladung (t Schrott/m2 Bandfläche): 0,30 t/m2 Bandgeschwi ndigkeit: max. 8 m/min Schrottförderleistung pro Band 8: max. 4,8 t/min 25 30

Aufheizteil 9 Form der Umhausung oben: teilkreisförmig, wassergekühlte Paneele mit Mauerung innenseitig unten: rechteckig, wassergekühlte Paneele, ohne Mauerung

Zehn Erdgas/Sauerstoff/Luft-Kombibrenner/Lanzen 10 (bei Brennerbetrieb mit max. 3,5 MW je Brenner bzw. bei Betrieb als Nachverbrennungslanze mit max. 3000 Nm3/h Luft oder Luft/02-Gemisch je Lanze 10), welche in zwei Reihen (fünf Stück pro Reihe) im gemauerten Deckel des Aufheizteiles 9 symmetrisch oberhalb eines jeden der beiden Schrottförderbänder 8 angeordnet sind.

Ein vertikal ausgerichteter feuerfester Damm (Wand), welcher den gesamten innenraum des Aufheizteiles 9 in Längsrichtung in zwei voneinander nahezu vollständig getrennte Teilräume mit je einem Schrottförderband 8 teilt.

Prozeßablauf und Ergebnisse

Ausführungsbeispiel 1

Der Einsatz-Mix besteht aus 100 % Stahlschrott (Mischschrott) mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle II. Zur Durchführung des Verfahrens dient die Anlagenvariante nach Fig. 1 mit dem Schrottvorwärmschacht 5 mit einem inneren Nutz-Querschnitt von 11,5 m2 und mit zwei Schrottförderbändern 8 (Bandbreite je 2,0 m, Bandlänge je 40 m), welche nebeneinander parallel angeordnet sind und vor dem Entladen des Schrottes 7 in den Vorwärmschacht 5 einen gemeinsamen, 10 m langen Aufheizteil 9 durchlaufen, wobei der Aufheizteil 9 unmittelbar im oberen Haubenbereich des Vonwärmschachtes 5 einmündet.

Eine geringe Teilmenge (11,50 %) des Schrottes mit einer Stückgröße ä 100 mm wird als Kühlmittel 12 mit einer Temperatur von 25' C in das Konvertergefäß 3 kontinuierlich zugeführt. Der Rest des Schrottes mit einer max. Schrottstucklänge von 1,5 m (d.h. die Hauptteilmenge 7 von 88,50 %) wird mit Hilfe von vier Schrottbeladekränen auf die zwei Schrottförderbänder 8 chargiert und nach der Vorwärmung im Aufheizteil 9 und im Vorwärmschacht 5 dem Ofengefäß 1 kontinuierlich zugeführt und in diesem geschmolzen. Die durchschnittliche Höhe der Schrottsäule 7 im Vorwärmschacht 5 beträgt ca. 2,5 m. Als Wärmequelle für die Vorwärmung des Schrottes 7 im Aufheizteil 9 und im Vorwärmschacht 5 dienen die fühlbare Wärme (Enthalpie) und die chemische Wärme (Wärme aus der teilweisen Nachverbrennung) der hauptsächlich vom Ofengefäß 1 in den Vorwärmschacht 5 bzw. in den Aufheizteil 9 einströmenden Abgase 19 sowie die 19 ΑΤ 404 942 Β Wärme aus einer gewissen, während der Schrottvorwärmung stattfindenden Schrottoxidation. Die teilweise Nachverbrennung der Abgase 19 im Vorwärmschacht 5 erfolgt in zwei Stufen, wobei Kaltluft 28 und Gassauerstoff 27 durch die in zwei Ebenen angeordneten zwölf Nachverbrennungsdüsen 47 in einem Volumenverhältnis von ca. Luft/02-4,2 kontinuierlich eingeblasen werden. Im Aufheizteil 9 erfolgt die Nachverbrennung stufenweise entlang des Aufheizteiles 9 durch kontinuierliches Einblasen von Kaltluft 28 durch die insgesamt zehn Kombibrenner/Lanzen 10 (hier nur als Nachverbrennungslanzen), die im Deckel des Aufheizteiles 9 (2 x 5 Kombibrenner/Lanzen 10 oberhalb jedes Schrottförderbandes 8) angeordnet sind.

Wichtige Prozeßgrößen für den Prozeßablauf im Aufheizteil 9 und im Vorwärmschacht 5 sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Prozeßgröße (Eingang)Ausgang Einheit Aufheizteil 9 Vorwärmschacht 5 1. Schrottparameter Durchfluß* t/min ca. 4,6 ca. 4,6 Menge t ca. 11,9 ca. 21,3 Verweilzeit min ca. 2,6 ca. 4,7 Temperatur •c 25/327 327/834 Oxidation % 0,31 1,70 2. Abgasparameter Durchfluß Nm3/min 672/1111 522*7672 Temperatur ♦c 829/812 1571*7829 Nachverbrennungsgrad (gesamt CO-H2) % 66,0/97,6 38,5*766,0 Staubgehalt g/Nm3 ca. 49,0 ca. 76,4 3. metallisches Ausbringen*” % 99,8 101,2 * inkl. nichtmetallischer Komponenten " Teilmenge vom Ofengefäß 1 (t Met.Produkt/t Met. Einsatz)x100

Das kontinuierliche Schmelzen des im Aufheizteil 9 und im Vorwärmschacht 5 vorgewärmten Schrottes 7 erfolgt im Ofengefäß 1, wobei die entstehende Metallschmelze 24 im Ofengefäß 1 zugleich zu einer Si-armen, aber C-reichen Schmelze mit den Eigenschaften

1,86 % C ca. 1550* C 0,20 % Mn S 0,05 % Si Liquidustemperatur ca. 1400* C 0,032 % S 0,005 % P aufgekohlt und partiell gefrischt wird, bevor diese über das Wehr 34 in das Konvertergefäß 3 überläuft. Die Metallschmelze 24 im Ofengefäß 1 besitzt stets etwa die oben angeführten Eigenschaften.

Der Schmelz- und Frischprozeß im Ofengefäß 1 läuft kontinuierlich ab und erfolgt bei sehr intensiver Baddurchmischung quasistationär unter kontinuierlicher Zufuhr der folgenden Stoffe, Medien und Energien bzw. unter den folgenden Prozeßbedingungen: - ca. 4,61 t/min vorgewärmter Schrott 7 mit einer Temperatur von ca. 834* C, - flüssige, FeOn-reiche, hochbasische (Ca0/Si02 = 3,55) und heiße Konverterschlacke 25 mit einer Temperatur von ca. 1620’ C, welche vom Konvertergefäß 3 entgegen der Metallfließrichtung über das Wehr 34 in das Ofengefäß 1 fließt, - Kalk 14 (ca. 60 % davon als Blasekalk über die Kalkdüsen 35 und ca. 40 % davon als Stückkalk über die Chargieröffnungen 11 im Deckel 4 des Ofengefäßes 1, Blasekalk/Stückkalk-Verhältnis ist beliebig veränderbar), - Satzkohle (Stückkohle) 13 über die Chargieröffnungen 11 im Deckel 4 des Ofengefäßes 1, 20

AT 404 942 B - Blasekohle (Feinkohle) 13 über die Manipulatorlanzen 32 und 23 sowie über die Kohle-Unterbaddüsen 33 des Ofengefäßes 1, - Erdgas 29 und Gassauerstoff 27 über die Brenner 32a des Ofengefäßes 1, - N2 30 und Erdgas 29 über die Inertgas-Bodendüsen 33 des Ofengefäßes 1, - Gassauerstoff 27 über die Manipulatorlanzen 32 und/oder 23 des Ofengefäßes 1, - Gassauerstoff 27 über die Nachverbrennungslanzen 35 im Deckel 4 des Ofengefäßes 1, - Konverterabgas 19 inkl. Staub im Konverterabgas, welche vom Konvertergefäß 3 unmittelbar in das Ofengefäß 1 einströmen, - Falschluft, welche vor allem durch die Schlackentür 22, aber auch über Elektrodenspalte im Deckel 4 von der Außenumgebung in das Ofengefäß 1 infolge des Unterdruckes im Ofengefäß 1 angesaugt wird, - Blaseluft 28 als Fördergas über die Lanzen/Düsen 35, 32, 23 und 33, - ca. 53,1 MW kontinuierlicher elektrischer Energieeintrag über die Elektroden 16 zur Deckung des Wärmebedarfes im Ofengefäß 1, welcher Eintrag bei der Gesamtanlagenproduktivität von ca. 4,87 t Rohstahl/min (ca. 292 t Rohstahl/Betriebsstunde), einem Elektroenergieverbrauch von ca. 181,6 kWh/t Rohstahl entspricht.

Die Produkte des Ofengefäßes 1 werden ebenfalls kontinuierlich und semistationär abgeführt, u.zw.: - ca. 4,46 t/min C-reiche, Si-arme Vorschmelze 24 mit den oben angeführten Eigenschaften über das Wehr 34 in Richtung des Konvertergefäßes 3, - ca. 416 kg/min Schlacke 25 mit den folgenden Eigenschaften: ca. 12,2 % FeOn 0,46 % P205 ca. 5,0 % Femat 0,21 % S 40,9 % CaO Basizität (CaO/Si02) = 2,0 7,8 % MgO 5,8% MnO Temperatur - 1550° C 20,4 % S1O2 7,0 % AI2O3 welche über den Dekantierteil 2 durch die Schlackentür 22 kontinuierlich die Anlage verläßt, - ca. 522 Nm3/min Abgas 19 und ca. 79,1 kg/min Staub im Abgas mit den folgenden Eigenschaften

Abgas(Gasphase) Abgas (Staub) 37,0 vol.% CO 23,1 vol.% C02 3.3 vol. % H2 8.4 vol. % H20 25,8 vol. % N2 1,7 vol. % 02 Rest = Ar + SO2 + F2 72,5 % FeOn 9,0 % CaO 3,4 % Si02 4,8 % C 5,7 % ZnO Rest = MgO + MnO + Al203 + Sn02 + P205 Gesamt-Nachverbrennungsgrad 43,9 % Temperatur - 1570° C welche vom Ofengefäß 1 in den Schrottvorwärmschacht 5 gelangen.

Nach dem Überlauf über das Wehr 34 gelangt die C-reiche, Si-arme Vorschmelze kontinuierlich in das Konvertergefäß 3 und vermischt sich bei sehr intensiver Badbewegung mit der im Konvertergefäß 3 stets vorhandenen Rohstahlschmelze 24 mit durchgehend innerhalb enger Toleranzen geregelten Eigenschaften: - Menge von ca. 90 t, - Metallbadniveau im Konvertergefäß 3 ca. 0,5 m unterhalb des Niveaus des Wehrs 34, - Zusammensetzung (insbesondere C-Gehalt) und Temperatur gleich den erwünschten Rohstahlabstichwerten, im vorliegenden Fall wie folgt: C = 0,05 %

T = 1620* C

Oberhalb der Rohstahlschmelze 24 sammelt sich im Konvertergefäß 3 die flüssige Konverterschlacke 25 an, deren Oberfläche bei einer Schlackenschichthöhe im Konvertergefäß 3 von ca. 1,8 - 2,0 m bis zu 0,5 21 ΑΤ 404 942 Β - 1,0 m höher als jene im Ofengefäß 1 liegt und infolge dessen, getrieben durch die Schwerkraft und Impulse von der Badbewegung im Konvertergefäß 3, kontinuierlich über das Wehr 34 in das Ofengefäß 1 überläuft.

Somit ergibt sich für die Technologieführung im Konvertergefäß 3 die folgende Aufgabenstellung, welche kontinuierlich/durchgehend erfüllt wird: - Frischen und Aufheizen der vom Ofengefäß 1 zufließenden C-reichen, Si-armen Vorschmelze auf die erwünschten Eigenschaften des Rohstahls 24 beim Abstich aus dem Konvertergefäß 3 über die Rohstahl-Abstichöffnung 41 und zugleich Vermischen dieses Teilstroms der Metallschmelze mit dem stets vorhandenen Metallbad 24 im Konvertergefäß 3, d.h. Homogenisieren der Rohstahlschmelze 24, welche durch die Abstichöffnung 41 ausfließt bzw. abgestochen wird, im Konvertergefäß 3, - Abfuhr der während des Konverterbetriebes kontinuierlich entstehenden Konverterschlacke 25 und Konverterabgase 19 in Richtung zum Ofengefäß 1 und - Einstellung von ca. mit der Zeit gleichbleibenden Verhältnissen bezüglich Menge, Zusammensetzung und Temperatur von Rohstahlschmelze 24, Schlacke 25 und Abgasen 19 im Konvertergefäß 3, welche an die erforderlichen Eigenschaften und die gewünschte Abstichgeschwindigkeit des Rohstahls 24 über die Abstichöffnung 41 (d.h. an die gewünschte Anlagenproduktivität) angepaßt sind und wiederum - durch die Rohstahlabstichgeschwindigkeit und die Frischgeschwindigkeit im Konvertergefäß 3 innerhalb gewisser Grenzen geregelt werden.

Im betrachteten Fall erfolgt der Frischprozeß im Konvertergefäß 3 bei sehr intensiver Baddurchmischung quasistationär unter kontinuierlicher Zufuhr der folgenden Stoffe, Medien und Energien bzw. unter den folgenden Prozeßbedingungen: - ca. 4,46 t/min C-reiche, Si-arme Vorschmelze mit den oben angeführten Eigenschaften vom Ofengefäß 1, - ca. 0,59 t/min Feinschrott 12 als Kühlmittel durch die Chargieröffnungen 39 im Konverterdeckel 37, wobei die Zusammensetzung des Feinschrottes 12 etwa der Mischschrottzusammensetzung gemäß Tabelle I entspricht und die max. Stücklänge £ 100 mm beträgt, - Stückkalk 14, Quarzit und Stückkohle 13 ebenfalls durch die Chargieröffnungen 39 im Konverterdek-kel 37, - Gassauerstoff 27 über die wassergekühlte Konverterlanze 35’, - Gassauerstoff 27 über die Nachverbrennungslanzen 35 und - N2 30 und Erdgas 29 über die Bodenspüldüsen 36 des Konvertergefäßes 3

Die Produkte des Konvertergefäßes 3 werden ebenfalls kontinuierlich und semistationär abgeführt, u.zw.: - ca. 4,87 t/min (= ca. 292 t/h) Rohstahl 24 mit den Eigenschaften 0,05 % C ca. 620 ppm O gelöst 0,14 % Mn ca. 30 ppm N Spuren Si έ 1,5 ppm H 0,026 % S 0,0038 % P T = 1620“ C 0,21 % Cu über die Abstichöffnung 41 im Konvertergefäß 3, - flüssige, FeOn-reiche, hochbasische Konverterschlacke 25 mit den Eigenschaften ca. 25,0 % FeOn 0,27 % P2O5 ca. 5,0 % Femet 0,21 % S 42,0 % CaO Basizität (CaO/Si02) = 3,55 7,9 % MgO Temperatur ~ 1620 * C 4,8 % MnO 11,8% Si02 2,9 % AI2O3 über das Wehr 34 in Richtung zum Ofengefäß 1 und

Konverterabgas 19 inkl. Staub im Konverterabgas mit den folgenden Eigenschaften: 22

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Abgas(Gasphase) Abgas (Staub) 84.0 vol. % CO 9,3 vol. % C02 3.0 vol. % H2 ,4 vol. % H20 0,6 vol. % N2 1,2 vol. % 02 Rest = Ar + S02 + F2 91,2 % FeOn 3,5 % CaO 0,7 % Si02 0,8 % C 1,7 % ZnO Rest = Mg0 + Mn0+Al203 + Sn02 + P205 Gesamt-Nachverbrennungsgrad 11,0 % Temperatur - 1620* C welche vom Konvertergefäß 3 unmittelbar in das Ofengefäß 1 gelangen.

Wichtige Prozeßgrößen für den Prozeßablauf im Ofengefäß 1 und im Konvertergefäß 3 sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Prozeßgröße (Eingang/Ausgang) Einheit Ofengefäß 1 Konvertergefäß 3 1. Durchfluß Metall t/min 4,61/4,46 4,46/4,87 Schlacke kg/min 416 Abgas Nm3/min 522 2. Menge Metall t ca. 90 ca. 90 Schlacke t ca. 10 ca. 15 3. Verweilzeit Metall min ca. 20,2 ca. 18,5 Schlacke min ca. 24 ca. 119 4. Temperatur Metall •C 834/1550 1550/1620 Schlacke ’C 1620/1550 -/1620 Abgas •c 1620/1570 -/1620 5. Schlackenparameter FeO„-Gehalt % ca. 25,0/ca. 12,2 -/ca. 25,0 Basizität (Ca0/Si02) - 3,55/2,0 -/3,55 6. Abgasparameter Nachverbrennungsgrad (gesamt CO + H2) % 43,9 11,0 Staubgehalt g/Nm3 ca. 152 7. metallisches Ausbringen' % 96,8 96,4 8. Entkohlungsgeschwindigkeit % C/min 0,070 0,110 ’ (t Met.Produkt/t Met.Einsatz)x100 23

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Ausführungsbeispiel 2

Der Einsatz-Mix besteht aus 40 % Stahlschrott 30 % Eisenschwamm (Pellets) und 30 % flüssigem Roheisen mit den in Tabelle II angegebenen Eigenschaften.

In diesem Fall besteht bezüglich der zu verwendenden Anlagenkonfiguration und des grundsätzlichen Verfahrensablaufes prinzipiell kein wesentlicher Unterschied gegenüber dem oben angeführten Ausführungsbeispiel 1. Unterschiede bei der Anlagenkonfiguration und der Technologieführung ergeben sich infolge der unterschiedlichen Mengenverhältnisse und Eigenschaften der Komponenten im Einsatz-Mix. zur Durchführung des Verfahrens dient ebenfalls die Anlagenvariante gemäß Fig. 1, allerdings - unter Anwendung des Schrottvorwärmschachtes 5 mit dem geringen Nutz-Querschnitt von ca. 5 m2, wobei die Differenz zum Schrottvorwärmschacht 5 mit dem großen Nutzquerschnitt von ca. 11,5 m2 durch ein zusätzliches, zum Vorwärmschacht 5 mit dem geringen Nutzquerschnitt passendes Deckelstück im Deckel 4 des Ofengefäßes 1 ersetzt wird. Das zusätzliche Deckelstück (nicht dargestellt) ist identisch ausgeführt wie der Deckel 4 des Ofengefäßes 1 und bei Anwendung des Schachtes 5 mit dem geringen Nutz-Querschnitt mit diesem fest verriegelt, so daß eine gasdichte Einheit entsteht - sowie unter Anwendung nur eines der beiden Schrottförderbänder 8 zum Transportieren, Vorwärmen (im Rahmen des gleichen, bereits beschriebenen Aufheizteiles 9) und Befüllen des Schrottes 7 in den Schrottvorwärmschacht 5 mit dem geringen Nutzquerschnitt verwendet wird, d.h. aktiv ist, wobei im Aufheizteil 9 nurjene Hälfte der insgesamt zehn Erdgas/Sauerstoff/Luft-Kombibrenner/Lanzen 10 oberhalb des aktiven Schrottförderbandes 8 betrieben werden, während die zweite Hälfte des Aufheizteiles 9 (hinter dem bereits erwähnten feuerfesten Damm) und das zweite Schrottförderband 8 passiv bleiben, d.h. nicht betrieben werden.

Weitere Unterschiede zum Ausführungsbeispiel 1 bestehen darin, daß im vorliegenden Fall eine kontinuierliche Zuführung von flüssigem Roheisen 20 über die Roheisenrinne 21 und Eisenschwamm-Pellets 12 über die Chargieröffnungen 11 in das Ofengefäß 1 erfolgt. Eisenschwamm-Pellets 12 werden als Kühlmittel in das Konvertergefäß 3 eingebracht, u.zw. in einer Menge von ca. 8,8 % vom Einsatz-Mix, d.h. ca. 29,3 % des im Einsatz-Mix enthaltenen Eisenschwamm-Pellets, deren Gesamtanteil im Einsatz-Mix 30 % beträgt.

Die Gesamtmenge des Schrottes im Einsatz-Mix wird mit Schrottbeladekränen auf das Schrottförderband 8 chargiert und nach Vorwärmung im Aufheizteil 9 und im Vorwärmschacht 5 in das Ofengefäß 1 kontinuierlich zugeführt bzw, geschmolzen. Die durchschnittliche Höhe der Schrottsäule 7 im Vorwärmschacht S beträgt 2,5 m. Als Wärmequelle für die Vorwärmung des Schrottes 7 im Aufheizteil 9 und im Vorwärmschacht 5 dient die physikalische und die chemische Wärme, teilweise Nachverbrennung der Abgase 19 vom Ofengefäß 1 und Wärme aus einer teilweisen Schrottoxidation während der Vorwärmung.

Die teilweise Nachverbrennung der Abgase 19 im Vorwärmschacht 5 erfolgt in zwei Stufen, wobei Kaltluft 28 und Gassauerstoff 27 durch die in zwei Ebenen angeordneten acht Nachverbrennungsdüsen 47 in einem Volumenverhältnis von ca. Luft/02 - 3,7 kontinuierlich eingeblasen wird. Im Aufheizteil 9 erfolgt die Vorwärmung stufenweise entlang der Hälfte mit dem aktiven Schrottförderband 8 durch kontinuierliches Einblasen von Kaltluft 28 und Gassauerstoff 27 über die insgesamt fünf Kombibrenner/Lanzen 10 im Deckel des Aufheizteiles 9, welche oberhalb des aktiven Schrottförderbandes 8 angeordnet sind.

Wichtige Prozeßgrößen für den Prozeßablauf im Aufheizteil 9 und im Vorwärmschacht 5 sind in der folgenden Tabelle angegeben: 24

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Prozeßgröße (Eingang/Ausgang) Einheit Aufheizteil 9 Vorwärmschacht 5 1. Schrottparameter Durchfluß" t/min 2,1 2,2 Menge t ca. 5,94 ca. 9,41 Verweilzeit min ca. 2,8 ca. 4,4 Temperatur •c 25/379 379/1057 Oxidation % 0,47 2,42 2. Abgasparameter Durchfluß Nm3/min 574/760 452”/574 Temperatur •c 1302/1086 1571*71302 Nachverbrennungsgrad (gesamt CO + H2) % 68,3/88,1 38,5*768,3 Staubgehalt g/Nm3 ca. 46,5 ca. 48,3 3. metallisches Ausbringen*” % 99,6 103,3 ' inkl, nichtmetallischer Komponenten ’* Teilmenge vom Ofengefäß 1 "* (t Met.Produkt/t Met.Einsatz)x100

Das kontinuierliche Schmelzen des im Aufheizteil 9 und im Vorwärmschacht 5 vorgewärmten Schrottes 7 erfolgt im Ofengefäß 1 unter ebenfalls kontinuierlicher Zufuhr des flüssigen Roheisens 20 über die Roheisenrinne 21 und ca. 70,7 % der im Einsatz-Mix enthaltenen Eisenschwamm-Pellets 12 über die Chargieröffnungen 11. Die entstehende Metallschmelze 24 wird im Ofengefäß 1 zugleich zu einer Si-armen, C-reichen Schmelze aufgekohlt und teilweise gefrischt. Die Metallschmelze weist vor dem Überlauf in das Konvertergefäß 3 über das Wehr 34 folgende Eigenschaften auf:

1,69 % C ca. 1550* C 0,14 % Mn Liquidustemperatur ca. 1413 * C S 0,05 % Si 0,025 % S 0,008 % P

Die Metallschmelze 24 im Ofengefäß 1 besitzt in etwa die oben genannten Eigenschaften während des gesamten Prozesses.

Der Schmelz- und Frischprozeß im Ofengefäß 1 erfolgt kontinuierlich und bei sehr intensiver Baddurchmischung quasistationär unter kontinuierlicher Zufuhr der folgenden Stoffe, Medien und Energien bzw. unter den folgenden Prozeßbedingungen: - ca. 2,19 t/min vorgewärmter Schrott 7 mit einer Temperatur von ca. 1057* C über den Schacht 5, - ca. 1,60 t/min flüssiges Roheisen 20 mit Eigenschaften gemäß Tabelle II über die Roheisenrinne 21, - 1,13 t/min Eisenschwamm-Pellets 12 mit Eigenschaften gemäß Tabelle II über die Chargieröffnungen 11, - flüssige, FeO„-reiche, hochbasische (Ca0/Si02 = 3,55) und heiße Konverterschlacke 25 mit einer Temperatur von ca. 1620* C, welche vom Konvertergefäß 3 entgegen der Metallfließrichtung über das Wehr 34 in das Ofengefäß 1 zufließt, - Kalk 14 (ca. 60 % davon als Blasekalk über die Kalkdüsen 35 und ca., 40 % davon als Stückkalk über die Chargieröffnungen 11 im Deckel 4 des Ofengefäßes 1, Blasekalk/Stückkalk-Verhältnis ist beliebig veränderbar), - Blasekohle (Feinkohle) 13 über eine Manipulatorlanze 32 oder 33 sowie über die Kohle-Unterbaddüsen 33 im Ofengefäß 1, - Erdgas 29 und Gassauerstoff 27 über drei Brenner 32a des Ofengefäßes 1, - N2 30 und Erdgas 29 über die Inertgas-Bodendüsen 33 des Ofengefäßes 1, - Gassauerstoff 27 über die Manipulatorlanzen 32 und/oder 23 des Ofengefäßes 1, 25

AT 404 942 B - Gassauerstoff 27 über die Nachverbrennungslanzen 35 im Deckel 4 des Ofengefäßes 1, - Konverterabgas 19 inkl. Staub im Konverterabgas, welche vom Konvertergefäß 3 unmittelbar in das Ofengefäß 1 einströmen, - Falschluft (nicht in Fig. 1 dargestellt), welche vor allem durch die Schlackentür 22, aber auch über die Elektrodenspalten im Deckel 4 von der Außenumgebung infolge des Unterdruckes im Ofengefäß 1 in das Ofengefäß 1 angesaugt wird, - Blaseluft 28 als Fördergas über die Lanzen/Düsen 35, 32. 23 und 33 und - ca. 53,2 MW kontinuierlicher elektrischer Energieeintrag über die Elektroden 16 zur Deckung des Wärmebedarfes im Ofengefäß 1, welcher Eintrag im vorliegenden Fall bei der Gesamtanlagenproduktivität von ca. 4,94 t Rohstahl/min (ca. 296 t Rohstahl/Betriebsstunde) einem Elektroenergieverbrauch von ca. 179,6 kWh/t Rohstahl entspricht.

Die Produkte des Ofengefäßes 1 werden ebenfalls kontinuierlich und semistationär abgeführt, u.zw.: - ca. 4,67 t/min C-reiche, Si-arme Vorschmelze 24 mit oben angeführten Eigenschaften über das Wehr 34 in Richtung zum Konvertergefäß 3, - ca. 428 kg/min Schlacke 25 mit den folgenden Eigenschaften ca. 12,4 % FeOn 0,87 % P2O5 ca. 5,0 % Femet 0,16 % S 42,1 % CaO Basizität (CaO/Si02) = 2,0 7.3 % MgO 4.4 % MnO Temperatur - 1550' C, 21,0 % Si02 6,8% Al203 welche über den Dekantierteil 2 durch die Schlackentür 22 kontinuierlich die Anlage verläßt, - ca. 452 Nm3/min Abgas 19 und ca. 79,8 kg/min Staub im Abgas mit den folgenden Eigenschaften

Abgas (Gasphase) Abgas (Staub) 40,7 vol.% CO 25.5 vol.% CO2 1,4 vol.% H2 3.6 vol.% H20 26.5 vol. % N2 1.7 vol. % 02 Rest = Ar + SO2 + F2 79,7 % FeO„ 9.4 % CaO 3.5 % S1O2 1,4 % C 2,0 % ZnO Rest = MgO + MnO + Al203 + Sn02 + P2O5 Gesamt-Nachverbrennungsgrad 40,9 % Temperatur - 1570* C, welche vom Ofengefäß 1 in den Schrottvorwärmschacht 5 gelangen.

Nach dem Überlauf über das Wehr 34 gelangt die C-reiche, Si-arme Vorschmelze 24 kontinuierlich und mit einer Geschwindigkeit von durchschnittlich 4,67 t/min in das Konvertergefäß 3 und vermischt sich bei sehr intensiver Badbewegung mit der im Konvertergefäß 3 stets vorhandenen Rohstahlschmelze 24 mit durchgehend innerhalb enger Toleranzen geregelten Eigenschaften: - Menge von ca. 90 t, - Metallbadniveau im Konvertergefäß 3 ca. 0,5 m unterhalb des Niveaus vom Wehr 34, - Zusammensetzung (insbesondere C-Gehalt) und Temperatur gleich den erwünschten Rohstahlabstichwerten, im vorliegenden Fall wie folgt: C = 0,05 %

T = 1620* C

Oberhalb der Rohstahlschmelze 24 sammelt sich im Konvertergefäß 3 die flüssige Konverterschlacke 25 an, deren Oberfläche bei einer Schlackenschichthöhe im Konvertergefäß 3 von ca. 1,8 - 2,0 m bis zu 0,5 - 1,0 m höher als jene im Ofengefäß 1 liegt und infolgedessen getrieben durch die Schwerkraft und Impulse von der Badbewegung im Konvertergefäß 3 kontinuierlich über das Wehr 34 in das Ofengefäß 1 überläuft.

Im vorliegenden Fall gilt für die kontinuierliche Technologieführung im Konvertergefäß 3 die gleiche Aufgabenstellung wie für das Ausführungsbeispiel 1. 26

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Der Frischprozeß erfolgt im Konvertergefäß 3 bei sehr intensiver Baddurchmischung quasistationär unter kontinuierlicher Zufuhr der folgenden Stoffe, Medien und Energien bzw. unter den folgenden Prozeßbedingungen: - ca. 4,67 t/min C-reiche, Si-arme Vorschmelze 24 mit obengenannten Eigenschaften aus dem Ofengefäß 1, - ca. 0,47 t/min Eisenschwamm-Pellets 12 als Kühlmittel durch die Chargieröffnungen 39 des Konverterdeckels 37, wobei die Eigenschaften der Eisenschwamm-Pellets 12 in Tabelle II angegeben sind, - Stückkalk 14, Quarzit und Stückkohle 13 ebenfalls durch die Chargieröffnungen 39 des Konverterdek-kels 37, - Gassauerstoff 27 über die wassergekühlte Konverterlanze 35’, - Gassauerstoff 27 über die Nachverbrennungslanzen 35 und - Stickstoff 30 und Erdgas 29 über die Bodenspüldüsen 36 des Konvertergefäßes 3.

Die Produkte des Konvertergefäßes 3 werden ebenfalls kontinuierlich und semistationär abgeführt, u.zw. - ca. 4,94 t/min (= ca. 296 t/h) Rohstahl 24 mit den Eigenschaften 0,05 % C ca. 620 ppm 0 gelöst 0,08 % Mn ca. 30 ppm N Spuren Si έ 1,5 ppm H 0,022 % S 0,0038 % P T = 1620' C 0,08 % Cn über die Abstichöffnung 41 des Konvertergefäßes 3, - flüssige, FeOn-reiche, hochbasische Konverterschlacke 25 mit den Eigenschaften ca. 25,0 % FeO„ 0,28 % P205 ca. 5,0 % Femet 0,145 % S 41,9 % CaO 8,4 % MgO Basizität (Ca0/Si02) = 3,55 2,6 % MnO Temperatur - 1620* C 11,8 % Si02 4,8% Al203 überdas Wehr 34 in Richtung zum Ofengefäß 1 und - Konverterabgas 19 inkl. Staub des Konverterabgases mit den folgenden Eigenschaften

Abgas(Gasphase) Abgas (Staub) 84,8 vol.% CO 9,4 vol.% C02 2.3 vol.% H2 1,1 vol.% H20 0,5 vol.% N2 1.3 vol.% 02 Rest = Ar + S02 + F2 93,1 % FeOn 3,5 % CaO 0,7 % Si02 0,7 % C 0,3 % ZnO Rest - MgO + MnO + Al203 + Sn02 + P2Os Gesamt-Nachverbrennungsgrad 10,8 % Temperatur - 1620* C, welche vom Konvertergefäß 3 unmittelbar in das Ofengefäß 1 gelangen.

Wichtige Prozeßgrößen für den Prozeßablauf im Ofengefäß 1 und im Konvertergefäß 3 sind in der folgenden Tabelle angegeben: 27

AT 404 942 B

Prozeßgröße (Eingang/Ausgang) Einheit Ofengefäß 1 Konvertergefäß 3 1. Durchfluß Metall t/min 2,1974,67 4,67/4,94 Schlacke kg/min 428 Abgas Nm3/min 452 2. Menge Metall t ca. 90 ca. 90 Schlacke t ca. 10 ca. 15 3. Verweilzeit Metall min ca. 19,3 ca. 18,2 Schlacke min ca. 23,4 ca. 117 4. Temperatur Metall •c 105771550 1550/1620 Schlacke ♦c 1620/1550 -/1620 Abgas •c 1620/1570 -/1620 5. Schlackenparameter FeOn-Gehalt % 25,0/12,4 -/25,0 Basizität (CaO/SiOj) - 3,55/2,0 -/3,55 6. Abgasparameter Nachverbrennungsgrad (gesamt CO + H2) % 40,9 10,8 Staubgehalt g/Nm3 ca. 176 7. metallisches Ausbringen” % 95,2 96,1 8. Entkohlungsgeschwindigkeit % C/min 0,065 0,110 ” Werte für den vorgewärmten Schrott " (t Met.Produkt/t Met.Einsatz)x100

Ausführungsbeispiel 3

Der Einsatz-Mix besteht aus 50 % Eisenschwamm-Pellets und 50 % flüssigem Roheisen mit den in Tabelle II angegebenen Eigenschaften. Zur Durchführung des Verfahrens dient in diesem Fall die Anlagenvariante gemäß den Fig. 3 und 4. Da im Einsatz-Mix kein Schrott enthalten ist, wird weder ein Aufheizteil 9, noch ein Vorwärmschacht benötigt. Der grundsätzliche Verfahrensablauf ist jenem des Ausführungsbeispieles 2 sehr ähnlich, Unterschiede bezüglich Anlagenkonfiguration und Technologieprüfung betreffen vor allem das Ofengefäß 1, sofern im vorliegenden Fall • der Schrottvorwärmschacht 5 mit einem üblichen wassergekühlten Ofenkrümmer als Verbindungsstück zwischen Ofengefäß 1 und einer, nicht in Fig. 3 angegebenen Heißgasleitung ersetzt wird, wie es heutzutage für jeden konventionellen Elektro-Lichtbogenofen üblich ist, • die fünf Erdgas/Sauerstoff-Brenner 32a im Ofengefäß 1 nicht als Brenner betrieben werden und entweder mit Freihalteluft vor Beschädigungen bis zum nächsten Einsatzbedarf geschützt werden oder gelegentlich (allerdings nicht im vorliegenden Fall) als zusätzliche Nachverbrennungsdüsen 32a zu den im Deckel 4 des Ofengefäßes 1 bestehenden Nachverbrennungslanzen 35 verwendet werden, und 28

AT 404 942 B • sofern bei dieser Anlagen- und Verfahrensvariante bezüglich Abgascharakteristika (Temperatur, Nachverbrennungsgrad, Staubgehalt etc.) kein wesentlicher Unterschied zum konventionellen Elektro-Lichtbogenofen besteht, d.h., daß die physikalische und chemische Warme der Abgase 19 vom Ofengefäß 1 weitgehend ungenützt bleibt und der Staubgehalt im Abgas 19 mit jenem des konventionellen Elektro-Lichtbogenofens vergleichbar ist.

Im vorliegenden Fall werden ca. 24% der im Einsatz-Mix enthaltenen Eisenschwamm-Pellets 12, d.h. ca. 12 % vom gesamten Einsatz-Mix, als Kühlmittel kontinuierlich in das Konvertergefäß 3 eingesetzt. Die Restmenge (Hauptmenge) der Einsatz-Mix-Komponenten wird ebenfalls kontinuierlich in das Ofengefäß 1 chargiert, nämlich - das flüssige Roheisen 20 über die Roheisenrinne 21 und - ca. 76 % der im Einsatz-Mix enthaltenen Eisenschwamm-Pellets 12 über die Chargieröffnungen 11.

Die unter Zuführung von elektrischer Energie im Ofengefäß 1 entstehende Metallschmelze 24 wird zugleich zu einer Si-armen und C-reichen Schmelze aufgekohlt (hier sehr beschränkte Kohlezuführ) und teilweise gefrischt, so daß diese vor dem Überlauf in das Konvertergefäß 3 über das Wehr 34 folgende Eigenschaften besitzt:

1,98 % C ca. 1550 * C 0,10 % Mn Liquidustemperatur ca. 1394* C £ 0,05 % Si 0,023 % S 0,009 % P

Die Metallschmelze 24 im Ofengefäß 1 besitzt in etwa die oben genannten Eigenschaften über die gesamte Prozeßdauer.

Der Schmelz- und Frischprozeß im Ofengefäß 1 läuft kontinuierlich ab und erfolgt bei sehr intensiver Baddurchmischung quasistationär unter kontinuierlicher Zufuhr der folgenden Stoffe, Medien und Energien bzw. unter den folgenden Prozeßbedingungen: - ca. 2,56 t/min flüssiges Roheisen 20 mit Eigenschaften gemäß Tabelle II über die Roheisenrinne 21, - ca. 1,94 t/min Eisenschwamm-Pellets 12 mit Eigenschaften gemäß Tabelle II über die Chargieröffnungen 11, - flüssige, FeO„-reiche, hochbasische (Ca0/Si02 = 3,53) und heiße Konverterschlacke 25 mit einer Temperatur von ca. 1620 * C, welche vom Konvertergefäß 3 entgegen der Metallfließrichtung über das Wehr 34 in das Ofengefäß 1 fließt, - Kalk 14 und Dolomit 14 (ca. 60 % davon als Blasekalk bzw. Blasedolomit über die Kalkdüsen 35 und ca. 40 % davon als Stückkalk bzw. Stückdolomit 14 über die Chargieröffnungen 11 im Deckel 4 des Ofengefäßes 1, das Verhältnis Blasematerial/Stückmaterial ist beliebig veränderbar), - Blasekohle (Feinkohle) 13 über eine oder mehrere der Manipulatorlanzen 32, 33 und/oder der Kohle-Unterbaddüsen 33 des Ofengefäßes 1, - Stickstoff 30 und Erdgas 29 über die Inertgas-Bodendüsen 33 des Ofengefäßes 1, - Gassauerstoff 27 über die Manipulatorlanzen 32 und 23 des Ofengefäßes 1, - Gassauerstoff 27 über die Nachverbrennungslanzen 35 im Deckel 4 des Ofengefäßes 1, - Konverterabgas 19 inkl. Staub im Konverterabgas, welche vom Konvertergefäß 3 unmittelbar in das Ofengefäß 1 einströmen, - Falschluft (nicht in Fig. 3 dargestellt), welche vor allem durch die Schlackentür 22 aber auch über die Elektrodenspalten im Deckel 4 von der Außenumgebung infolge des Unterdruckes im Ofengefäß 1 in das Ofengefäß 1 angesaugt wird, - Blaseluft 28 als Fördergas über die Lanzen/Düsen 35, 32, 23 und 33, - ca. 53,2 MW kontinuierlicher elektrischer Energieeintrag über die Elektroden 16 zur Deckung des Wärmebedarfes im Ofengefäß 1, welcher Eintrag im vorliegenden Fall bei der Gesamtanlagenproduktivität von ca. 4,67 t Rohstahl/min (ca. 280 t Rohstahl/Betriebsstunde) einem Elektroenergieverbrauch von ca. 190,0 kWh/t Rohstahl entspricht.

Die Produkte des Ofengefäßes 1 werden ebenfalls kontinuierlich und semistationär abgeführt, u.zw.: - ca. 4,27 t/min C-reiche, Si-arme Vorschmelze 24 mit oben genannten Eigenschaften über das Wehr 34 in das Konvertergefäß 3, - ca. 415 kg/min Schlacke 25 mit den folgenden Eigenschaften 29

AT 404 942 B ca. 12,0 % FeOn 1,13 %P205 ca. 5,0 % Feme, 0,15 % S 43,1 % CaO Basizität (CaO/Si02) = 2,0 7,2 % MgO Temperatur - 1550* C, 3,1 % MnO 21,5 % Si02 6,7 % Al203 welche über den Dekantierteil 2 durch die Schlackentür 22 kontinuierlich die Anlage verläßt und - ca. 500 Nm3/min Abgas 19 und ca. 74,7 kg/min Staub im Abgas mit den folgenden Eigenschaften

Abgas (Gasphase) Abgas (Staub) 50,9 vol.% CO 21.8 vol.% CO2 1,0 vol.% H2 1,6 vol.% H20 22.8 vol.% N2 1,5 vol.% 02 Rest = Ar + SO2 + F2 82,2 % FeOn 10,0 % CaO 3,7 % Si02 0,7 % C Rest = MgO + MnO + Al203 + P2Os Gesamt-Nachverbrennungsgrad 31,2 % Temperatur - 1545’ C, welche vom Ofengefäß 1 über den Ofenkrümmer in die Heißgasleitung einer Abgasbehandlungsanlage gelangen.

Nach dem Überlauf über das Wehr 34 gelangt die C-reiche, Si-arme Vorschmelze 24 kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von durchschnittlich 4,27 t/min in das Konvertergefäß 3 und vermischt sich bei sehr intensiver Badbewegung mit der im Konvertergefäß 3 stets vorhandenen Rohstahlschmelze 24 mit durchgehend innerhalb enger Toleranzen geregelten Eigenschaften: - Menge von ca. 90 t, - Metallbadniveau im Konvertergefäß 3 ca. 0,5 m unterhalb des Niveaus des Wehrs 34, - Zusammensetzung (insbesondere C-Gehalt) und Temperatur gleich den erwünschten Rohstahlabstichwerten, im vorliegenden Fall wie folgt: C = 0,05 %

T = 1620* C

Oberhalb der Rohstahlschmelze 24 sammelt sich im Konvertergefäß 3 die flüssige Konverterschlacke 25 an, deren Oberfläche bei einer Schlackenschichthöhe im Konvertergefäß 3 von ca. 1,8 - 2,0 m bis zu 0,5 - 1,0 m höher als jene im Ofengefäß 1 liegt und infolgedessen, getrieben durch die Schwerkraft und Impulse von der Badbewegung im Konvertergefäß 3, kontinuierlich über das Wehr 34 in das Ofengefäß 1 überläuft.

Auch im vorliegenden Fall gilt für die kontinuierliche Technologieführung im Konvertergefäß 3 die gleiche Aufgabenstellung wie für die Ausführungsbeispiele 1 und 2.

Der Frischprozeß erfolgt im Konvertergefäß 3 bei sehr intensiver Baddurchmischung quasistationär unter kontinuierlicher Zufuhr der folgenden Stoffe, Medien und Energien bzw. unter den folgenden Prozeßbedingungen: - ca. 4,27 t/min C-reiche, Si-arme Vorschmelze 24 mit den oben genannten Eigenschaften aus dem Ofengefäß 1, - ca. 0,62 t/min Eisenschwamm-Pellets 12 als Kühlmittel durch die Chargieröffnungen 39 des Konverterdeckels 37, wobei die Eigenschaften der Eisenschwamm-Pellets 12 in Tabelle II angegeben sind, - Stückkalk 14 und Stückkohle 13 ebenfalls durch die Chargieröffnungen 39 des Konverterdeckels 37, - Gassauerstoff 27 über die wassergekühlte Konverterlanze 35, - Gassauerstoff 27 über die Nachverbrennungslanzen 35, - Stickstoff 30 und ca. Erdgas 29 über die Bodenspüldüsen 36 des Konvertergefäßes 3,

Die Produkte des Konvertergefäßes 3 werden ebenfalls kontinuierlich und semistationär äbgeführt, u.zw.: - ca. 4,67 t/min (= ca. 280 t/h) Rohstahl 24 mit den Eigenschaften 30

AT 404 942 B 0,05 % C ca. 620 ppm O gelöst 0,05 % Mn ca. 30 ppm N Spuren Si £ 15 ppm H 0,021 % S T = 1620* C 0,0038 % 0 über die Abstichöffnung 41 des Konvertergefäßes 3, - flüssige, Fe0„-reiche, hochbasische Konverterschlacke 25 mit den Eigenschaften ca. 25,0 % FeO„ 0,30 % P205 ca. 5,0% Fe^ 0,13% S 42,4 % CaO Basizität (CaO/Si02) = 3,53 7,8 % MgO 1,7 % MnO Temperatur - 1620* C 12,0% S1O2 5,6 % AI2O3 über das Wehr 34 in Richtung zum Ofengefäß 1 und - Konverterabgas 19 inkl. Staub im Konverterabgas mit den folgenden Eigenschaften

Abgas (Gasphase) Abgas (Staub) 79,6 vol.% CO 14,1 vol.% CO2 2,1 vol.% H2 1,6 vol.% H20 0,4 vol.% N2 1,6 vol.% 02 Rest = Ar + S02 + F2 92,8 % FeOn 4,1 % CaO 0,9 % Si02 1,0 % C Rest = Mg0 + Mn0 + Al203 + P205 Gesamt-Nachverbrennungsgrad 16,1 % Temperatur - 1635* C, welche vom Konvertergefäß 3 unmittelbar in das Ofengefäß 1 gelangen.

Wichtige Prozeßgrößen für den Prozeßablauf im Ofengefäß 1 und im Konvertergefäß 3 sind in der folgenden Tabelle angegeben: 31

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Prozeßgröße (Eingang/Ausgang) Einheit Ofengefäß 1 Konvertergefäß 3 1. Durchfluß Metall t/min 2,5674,27 4,27/4,67 Schlacke kg/min 415 Abgas Nm3/min 500 2. Menge Metall t ca. 90 ca. 90 Schlacke t ca. 10 ca. 15 3. Verweilzeit Metall min ca. 21,1 19,3 Schlacke min ca. 29,8 ca. 104 4. Temperatur Metall •c 132071550 1550/1620 Schlacke •c 1620/1550 -/1620 Abgas •c 1635/1545 -/1635 5. Schlackenparameter FeOn-Gehalt % 25,0/12,0 -/25,0 Basizität (CaO/SiC>2) - 3,53/2,0 -/3,53 6. Abgasparameter Nachverbrennungsgrad (gesamt CO + H2) % 31,2 16,1 Staubgehalt g/Nm3 ca. 150 7. metallisches Ausbringen" % 94,9 95,5 8. Entkohlungsgeschwindigkeit %C/min 0,090 0,125 " Werte für flüssiges Roheisen '* (t Met.Produkt/t Met.Einsatz)x100

Wichtige Prozeßparameter und die erreichbare Produktivität für die oben angeführten Ausführungsbeispiele sind in Tabelle V ersichtlich, während Tabelle VI eine Zusammenfassung der Verbrauchszahlen für die Erzeugung von 1 t Rohstahl unter Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahrens- und Anlagenvarianten enthält. 32

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Tabelle V

Prozeßparameter und Produktivität für die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 Ausführungsbeispiel Nr. 1 2 3 Einsatz-Mix • Roheisen flüssig wt.% - 30 50 • Stahlschrott wt.% 100 40 - • DER-Pellets wt.% - 30 50 Vergleichsparameter Einheit Prozeßparameter und Produktivität Minimum erforderliche T ransformatorleistung MVA 69,5 69,7 69,7 Prozeßparameter Abstichfolgezeit min 12,3 12,1 12,8 Power-on-Zeit Ofengefäß min kontinuierlich kontinuierlich h kontinuierlich O2-Blasezeit min kontinuierlich kontinuierlich h kontinuierlich Durchschnittliche Frischrate im Ofengefäß % C/min 0,070 0,065 0,090 Durchschnittliche Frischrate im Konvertergefäß % C/min 0,110 0,110 0,125 Abstichtemperatur Stahl •c 1620 1620 1620 Abstichtemperatur Schlacke •c 1550 1550 1550 Abgastemperatur beim Eingang in die Heißgasleitung •c 812 1086 1545 O2 im Abgas beim Eingang in die Heißgasleitung vol. % 5,1 3,8 1,5 CO-Nachverbrennungsgrad beim Eingang in die Heißgasleitung % 97,6 88,1 30,0 CO + H2-Nachverbrennungsgrad beim Eingang in die Heißgasleitung % 97,6 88,6 31,1 Produktivität Netto-Arbeitstage im Jahr (Wechselgefäß) Tage/Jahr 300,0 300,0 300,0 Minutenleistung t/min 4,87 4,94 4,67 Stundenleistung t/Stunde 292,2 296,4 280,2 Tagesleistung t/Tag 7012,8 7113,6 6724,8 Jahresleistung t/Jahr 2103,840 2134,080 2017,440 33

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Tabelle VI

Verbrauchszahlen für die Ausftlhnmgsbeispiele 1 bis 3:

Ausfuhrungsbeispiel Nr. 1 2 3 Einsatz-Mix • Roheisen flüssig wt.% . 30 50 • Stahlschrott wt.% 100 40 - • DER-Pellets wt.% - 30 50 Verbrauchsart Typ Einheit Verbrauchsmenge, Einheit/t Rohstahl Metallische Einsatzstoffe Flüssiges Roheisen flüssig t 0,323 0,548 Stahlschrott (Mix) fest t 1,058 0,430 DRE/HBE Pellets t 0,323 0,548 Nichtmetallische EinsatzstofFe Kalk stückig kg 29,88 33,20 36,04 Dolomit stückig kg 0,00 0,00 0,88 Quarzit stückig kg 0,91 0,34 0,00 Feuerfeststoffe Steine kg 2,95 3,00 2,97 Feuerfeststoffe Spritzmasse kg 0,73 0,75 0,74 Graphitelektroden Graphit kg 1,23 1,06 0,94 Medien 0, gasförmig Nm3 31,16 28,89 39,19 (Lanzen+Unterbaddüsen) 02 gasförmig Nm3 21,12 16,70 7,52 (Brenner+Oberbaddüsen) N, (Bodenspülung) gasförmig Nm3 0,31 0,28 0,26 Druckluft Blaseluft Nm3 6,92 3,31 1,94 F alschlufl+V entilatorluft Saugluft+ Blaseluft Nm3 163,57 98,31 28,51 Energiequellen Elektrische Energie kWh 181,6 179,6 190,0 Erdgas Nm3 3,70 1,28 0,26 Satzkohle stückig kg 12,32 3,70 5,20 Blasekohle feinkörnig kg 20,53 8,40 4,28 Messungen, Proben T emperatursonden Stk. 0,017 0,017 0,017 Probenahmesonden (Metall) Stk. 0,033 0,033 0,033 CELOS-Sonden (aO, T) Stk. · 0,017 0,017 0,017 Betriebspersonal Mannjahr 16,0 16,0 16,0 Produkte Rohstahl t 1,000 1,000 1,000 Schlacke kg 85,47 86,65 88,84

Abgas Kondensierte Stoffe kg 11,18 10,22 16,00 Abgas Gase Nm3 228,08 153,90 106,98 34

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Außer für die Rohstahlerzeugung kann das beschriebene Anlagenkonzept, u.zw. in der Variante ohne Vorwärmschacht 5 und ohne Aufheizteil 9, auch für die Vorbehandlung von Metallschmelzen mit oder ohne Eisen eingesetzt werden, wobei in Spezialfällen auch der Betrieb mit Unterdrück (z.B. bis 0,1 bar Restdruck im Gesamtgefäß) denkbar wäre.

Ausführungsbeispiel 4:

Vorbehandlung von flüssigem Roheisen, u.zw. Entsilizierung , Entphosphorung und Entschwefelung, welche erfindungsgemäß folgenderweise abläuft: • kontinuierliche Zuführung von flüssigem Roheisen (z.B. direkt von der Roheisenrinne eines Hochofens oder einer Schmelzreduktionsanlage oder aus einem Zwischenbehälter) mit den Eigenschaften

T = 1440 * C (Hochofen) 4,3 % C 0,6 % Si 0,5 % Mn 0,100 % P 0,040 % S • kontinuierliches Vorfrischen und bei Bedarf Aufheizen mit elektrischer Energie im Ofengefäß 1 unter Erzeugung eines Si-armen Zwischenproduktes mit den Eigenschaften

4,0 - 4,1 % C T1300-1400* C £ 0 ,10 % Si (je nach Bedarf beliebig einstellbar) 0,4 - 0,5 % Mn 0,060 - 0,080 % P 0,030 - 0,035 % S • kontinuierliches Fertigfrischen des Si-armen Zwischenproduktes im Konvertergefäß 3 und bei Bedarf Aufheizen (durch teilweise Entkohlung) zu vorbehandeltem Roheisen mit den Eigenschaften

3,5 - 4,0 % C T = 1350- 1400* C £ 0,05 % Si 0,3 - 0,4 % Mn S 0,020 % P S 0,025 % S

Dieses so vorbehandelte Roheisen wird vom Konvertergefäß 3 kontinuierlich (z.B. in einen nachgeschai-teten Zwischenbehälter) oder diskontinuierlich in einen Zwischenbehälter oder in Roheisenpfannen) abgestochen und später entweder in einem Konverter oder in einem Elektro-Lichtbogenofen eingesetzt oder an einer Gießmaschine zu Roheisenmasseln vergossen. • Während des Prozeßablaufes werden sowohl in das Ofengefäß 1 als auch in das Konvertergefäß 3 - Sauerstoff in Form von Gassauerstoff(Lanzen, Düsen) und/oder Oxidsauerstoff in Form von Fe-Erz, Mn-Erz, Zunder, getrockneter FeO„-reicher Schlamm etc. über Lanzen, Düsen oder über Chargierrutschen und - Schlackenbildner (Kalk, Flußspat etc.), bevorzugt in Stückform und gegebenenfalls - Kohlenstoffträger (Kohle, Koks etc.) sowie - Inertgas (N2) als Bodenspülung kontinuierlich zugeführt, so daß die zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse Prozeßparameter, wie

Temperaturführung, Schlackenführung (Basizität ca. 3,0 - 3,5 im Konvertergefäß 3 ca. 1,8-2 im

Ofengefäß 1), Baddurchmischung und Mengenverhältnisse Metall/Schlacke im Konverter- und im

Ofengefäß eingestellt werden können.

Da der Bedarf an elektrischer Energie im oben angeführten Anwendungsbeispiel bei gleicher Temperatur des eingesetzten und des vorbehandelten Roheisens gering ist (5-10 kWh/t Roheisen), ist bei einer Anlagenproduktivität von 10 t/min flüssigem Roheisen (= 600 t/h) für das Ofengefäß 1 nur ein schwaches Trafo von 20 MVA vorgesehen. Für die meisten praktischen Fälle (Roheisen mit P £ 0,200%) kann auf die 35

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Elektroden im Ofengefäß 1 verzichtet werden.

Bei geeigneter Technologieführung kann der oben angeführte Prozeßablauf auch für die Vorbehandlung von Spezialroheisen mit hohem Gehalt von V, Ti, Mn und P effektiv angewendet werden. Das Verfahren bzw. die Anlage ist aber auch für die Herstellung von flüssigem Roheisen mit sehr geringem Gehalt an Begleitelementen (Si, Mn, P und S zugleich), d.h. für die Erzeugung einer Roheisenschmelze vom Typ "SORELMETAL" aus konventionellem Roheisen sehr gut geeignet.

Ausführungsbeispiel 5

Die Erläuterung der Verfahrens- und Anlagenanwendung erfolgt weiters anhand eines Beispieles zur Erzeugung einer Cr- und Ni-reichen Vorschmelze für die Produktion von rostfreiem Stahl durch anschließende VOD-Behandlung. Der erfindungsgemäße Prozeßablauf ist wie folgt:

Die festen Einsatzstoffe 7, bestehend aus • unlegiertem und/oder legiertem Stahlschrott • FeCrHc, FeMo • Ni-Metall und/oder FeNi • Erz, z.B. Chrom-, Nickel-, Mangan-, Molybdän- etc.-Erze werden in einer Anlage gemäß den Fig. 1 und 2 mit dem Förderband 8 über den Aufheizteil 9 in den Vorwärmschacht 5 bzw. in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß 1 kontinuierlich eingebracht und dabei vorgewärmt. Bei Verwendung von flüssigen Einsatzstoffen 20, wie z.B. • Roheisen, bevorzugt vorentphosphortes Roheisen (% P £ 0,025), und/oder • flüssiges FeCrHC (aus einem Elektro-Lichtbogenofen oder einem Induktionsofen) werden diese über die Einfüllrinne 21 in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß 1 kontinuierlich zugeführt.

Der Schmelzprozeß im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß 1 erfolgt kontinuierlich bei intensiver Baddurchmischung unter den folgenden Bedingungen: • Kontinuierliche Zufuhr von gasförmigem Sauerstoff 27 und Inertgas 30 (N2Ar) über Düsen 33, wobei das O2/N2 /Ar-'Verhältnis beliebig einstellbar ist, • kontinuierliche Zufuhr von Gassauerstoff 27 über Lanzen 23, 32, und • kontinuierliche Zugabe von Schlackenbildnern 14, wie gebrannter Kalk, gebrannter Dolomit, Flußspat etc. - stückig über die Chargieröffnungen 11 und/oder feinkörnig über die Düsen 33 und/oder Lanzen 23, 32.

Ziel der Prozeßführung im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß 1 ist die quasi-stationäre Einstellung bestimmter Prozeßparameter, welche bei der Erzeugung einer Vorschmelze für austenitische Stahlgüte 304 wie folgt sind: • Die Metallschmelze 24 besitzt stets ca. konstant bleibende Eigenschaften innerhalb der Toleranzen 1,5-2,0 % C (je nach Einsatz-Mix) T = 1620-1630* C £ 0,2 % Si £ 0,5 % Mn 17,0-18,5 % Cr ca. 6,5 % Ni • Flüssige Schlacke 25 stets mit ca. konstant bleibender Zusammensetzung, z.B. als Richtanalyse 48 % CaO Rest = MnO, AI2O3 etc. 31 % S1O2 (je nach Einsatz-Mix) i 5 % MgO i 4% Cr203 £ 2 % FeO„ welche über den Dekantierteil 2 durch die Schlackentür 22 kontinuierlich die Anlage verläßt. Während des Betriebes läuft die Metallschmelze 24 mit den oben angeführten Eigenschaften kontinuierlich vom Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß 1 über das Wehr 34 in das Konvertergefäß 3 und vermischt sich bei sehr intensiver Badbewegung mit der im Konvertergefäß 3 stets vorhandenen Rohstahlschmelze 24, welche im vorliegenden Fall eine Vorschmelze für nächste VOD-Behandlung darstellt und im Konvertergefäß 3 stets auf die zum Abstich erwünschte Zusammensetzung und Temperatur 36

Claims (44)

1. AT 404 942 B ca. 0,25 % C ca. 1700-1710° C gehalten wird. Der Frischabiauf (hauptsächlich Entkohlung) erfolgt im Konvertergefäß 3 unter folgenden Prozeßbedingungen: • Kontinuierliche Zufuhr von Gassauerstoff 27 und Inertgas 30 (N2Är) über Düsen 36, wobei das CVN2/Ar-Verhältnis beliebig einstellbar ist; im vorliegenden Fall wird die Top-Lanze 35' nicht verwendet, die bevorzugte Entkohlungsrate beträgt 0,03-0,05 % C/min, • Temperatur des Metallbades 24 von 1700-1710° C, • kontinuierliche Zufuhr von Einsatz-Mix-Komponenten als Kühl- und Legierungsmittel 12 - Ni und/oder FeNi, Si-armes FeCrHC und/oder FeMnHC etc. • kontinuierliche Zufuhr von Schiackenbildnern 14, wie gebrannter Kalk, gebrannter Dolomit, Flußspat etc. · bevorzugt stückig über die Chargieröffnungen 39, gegebenenfalls auch feinkörnig über die Düsen 36, • Bildung/Ansammlung einer nahezu festen Schlacke 25 mit ca. konstant bleibender Zusammensetzung, z.B. als Richtanalyse ca. 30 % CaO 2-5 % AI2O3 £ 5 % CaF2 S 15 % Si02 £ 5 % FeOn 13-17% Cr203 C3- 10 % Föntet 5-8 % MgO H 4 % CrmeI Das Metallprodukt 24 - eine Vorschmelze mit oben angeführten Eigenschaften für anschließende VOD-Behandlung - wird vom Konvertergefäß 3 über die Metall-Absticheinrichtung 41 abgestochen. Der Metallabstich kann kontinuierlich oder diskontinuierlich ohne Unterbrechung des Prozeßablaufes im Elektro-Lichtbo-gen-ofengefäß 1 erfolgen. Die im Konvertergefäß 3 und im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß 1 entstehenden Abgase 19 werden einheitlich über den Vorwärmschacht 5 und das Aufheizteil 9 abgezogen und zugleich zur Vorwärmung der festen Einsatzstoffe 7 verwendet. Dabei leistet die Schüttung im Vorwärmschacht 5 eine Vorfilterfunktion bezüglich Staubgehalt im Abgas 19. Um eine übermäßige Anhäufung der Schlacke 25 im Konvertergefäß 3 zu vermeiden bzw. eine dadurch verursachte Verbärung zu verhindern, wird nach ca. 3 Betriebsstunden ein sogenannter "Auswaschvorgang" durchgeführt, indem z.B. etwas höhere Mengen an FeSi, Kalk und Flußspat in das Konvertergefäß 3 zugeführt werden. Dieser Vorgang ermöglicht eine Verflüssigung der Schlacke 25 im Konvertergefäß 3 und zugleich eine Reduktion des Cr2Ü3 -Gehaltes, so daß die Schlacke 25 ohne Schwierigkeiten in Gegenstrombewegung zum Metall 24 über das Wehr 34 in das benachbarte Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß 1 gelangen kann, und zwar ohne hohe Cr-Verluste zu verursachen, bevor sie sich dann mit dem im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß 1 gebildeten Schlackenanteil vermischt. Der sogenannte Waschvorgang ist sowohl bei Betrieb der Anlage mit kontinuierlichem als auch bei Betrieb mit diskontinuierlichem Abstich des Metalls 24 vom Konvertergefäß 3 ohne besonderen Aufwand und wesentliche Produktivitätsdrosselung durchführbar. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Erzeugung von Rostfreigüten mit niedrigem C-Gehalt (£ 0. 05 %) anwendbar, d.h. ohne VOD-Anlage. In diesem Fall erfolgt die Desoxidation und die Entschwefelung des Stahls ähnlich wie bei der C-Stahlerzeugung während des Abstiches vom Konvertergefäß 3 und der anschließenden sekundärmetallurgischen Behandlung (z.B. in einem Pfannenofen oder an einem Spülstand). Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu bekannten, diskontinuierlichen Rostfreierzeugungsverfahren sind: - wesentlich höhere Verfahrens- und Anlagenproduktivität - Sicherung einer optimierten Schlackenführung und einer hohen Entkohlungseffizienz - Einsparung von Reduktionssilizium, Schlackenbildnern und Energiequellen - (C-Träger und/oder elektrischer Energie) - Senkung des Stromverbrauches Patentansprüche 1. Anlage zum Herstellen von Metallschmelzen, insbesondere Eisenschmelzen, wie Stahlschmelzen oder Rohstahlschmelzen, mit 37 AT 404 942 B • einem Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1), das mit mindestens einer Chargieröffnung (11, 21) für eine Metallschmelze und/oder Schrott und/oder direktreduziertes Metall, insbesondere direktreduziertes Eisen und/oder Erz und mindestens einer Elektrode (16) sowie mindestens einer Schlak-ken-Absticheinrichtung (22) versehen ist, • einem Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3), das mit mindestens einer Metall-Absticheinrichtung (41) versehen ist, wobei • das Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) mit dem Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) eine durch ein Überlaufwehr (34) verbundene Einheit bildet, • die spezifisch auf das Badvolumen bezogene Badoberfläche im Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) kleiner ist als im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) und • das Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) mit dem Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) einen über dem Badspiegel dieser Gefäße liegenden gemeinsamen Reaktionsraum aufweist.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit aus Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) und Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) am Fundament starr gelagert ist.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbadniveau des Sauerstoff-blas-Konvertergefäßes (3) unterhalb des Metallbadniveaus des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes (1) liegt.
4. 4. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Sauerstoffblas-Konvertergefäßes (3) auf einem tieferen Niveau angeordnet ist als der Boden (18) des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes (1).
5. 5. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) mit mindestens einer Blaslanze (35, 35') für Sauerstoff oder ein sauerstoffhältiges Gasgemisch ausgestattet ist.
6. 6. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) mit Bodendüsen (36) ausgestattet ist, vorzugsweise mit Sauerstoff-blas-Bodendüsen.
7. 7. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) mit mindestens einer Metall-Absticheinrichtung (43) versehen ist.
8. 8. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacken-Absticheinrichtung (22) an einem mit dem Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) eine Einheit bildenden Dekantiergefäß (2) vorgesehen ist, das (Fig. 3, 6, 8) vorzugsweise dem Überlaufwehr (34) diametral gegenüberliegt.
9. 9. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) und/oder das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) mit einer Chargieröffnung (11, 39) zum Chargieren von metallischen Einsatzstoffen, Erz, Zuschlagstoffen, Legierungen, Kohlungsmitteln ausgestattet ist.
10. 10. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) und/oder das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) mit ein sauerstoffhältiges Gas bzw. Sauerstoff zuführenden Nachverbrennungsdüsen und/oder Lanzen (35) ausgestattet ist, vorzugsweise mindestens eine davon in der Nähe des Überganges zwischen den beiden Gefäßen (1, 3).
11. 11. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) mit mindestens einem feste Eisenträger (7) zuleitenden Vorwärmschacht (5), der oberhalb des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes (1) und bevorzugt seitlich an diesem oder ringförmig oberhalb des Ofengefäßes (1) angeordnet ist, ausgestattet ist.
12. 12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Vorwärmschacht (5) mindestens ein vorzugsweise mit einer Einhausung (6) versehenes Förderband (8) mündet (Fig. 1, 5, 7). 38 AT 404 942 B
13. 13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in die Einhausung (6) Aufheizeinrichtungen (10) münden, die als in der Einhausung eingebaute Nachverbrennungseinrichtungen (10) und/oder Brenner mit ein sauerstoffhaltiges Gas zuführenden Leitungen ausgebildet sind (Fig. 1, 7).
14. 14. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Innenfläche des Vorwärmschachtes (5) und/oder der Einhausung (6) und/oder des Deckels (4) des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes (1) und/oder des Deckels (37) des Sauerstoffblas-Konvertergefäßes (3) mit feuerfesten Materialien ausgekleidet ist.
15. 15. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) mit einer eine Metallschmelze (20), vorzugsweise flüssiges Roheisen zuführenden Einrichtung (21) ausgestattet ist.
16. 16. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) mit einem Vorwärmschacht (5) ausgestattet ist, der oberhalb des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes (1) angeordnet ist und über eine gasdurchlässige gekühlte Absperreinrichtung (5") in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) mündet (Fig. 9, 10).
17. 17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmschacht (5) zentral oberhalb des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes (1) angeordnet ist und der Deckel (4) des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes (1) ringförmig, den Vorwärmschacht (5) umgebend und diesen mit Seitenwänden des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes (1) verbindend, ausgestattet ist, wobei Elektroden (16), vorzugsweise Graphitelektroden, schräg durch den Deckel (4) in das Innere des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes (1) ragen (Fig. 9, 10).
18. 18. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in den Innenraum des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes (1) mündende Düsen (33) und/oder Lanzen (32) und/oder Brenner (32a) vorgesehen sind, die entweder an eine Eisenträger-Zuführeinrichtung und/oder eine Erzzufuhreinrichtung und/oder eine Kohle- bzw. Kohlerstoffträger-Zufüreinrichtung und/oder eine Schlackenbildner-Zufuhreinrichtung und/oder eine Sauerstoff- bzw. ein sauerstoffhaltiges Gas zuführende Zufuhreinrichtung und/oder eine Kohlenwasserstoff-Zufuhreinrichtung und/oder eine Inertgas-Zufuhreinrichtung angeschlossen sind.
19. 19. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Sauerstoffblaskonverter (3) Düsen (36) und/oder Lanzen (35) angeordnet sind, die entweder an eine Eisenträger-Zufuhreinrichtung und/oder eine Erzzuführeinrichtung und/oder eine Kohle- bzw. Kohlenstoffträger-Zufuhreinrichtung und/oder eine Schlackenbildner-Zuführeinrichtung und/oder eine Sauerstoff- bzw. ein sauerstoffhaltiges Gas zuführende Zufuhreinrichtung und/oder eine Kohlenwasserstoff-Zufuhreinrichtung und/oder eine Inertgas-Zufuhreinrichtung angeschlossen sind.
20. 20. Anlage nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (33, 36) als Unterbaddüsen und/oder Bodenspülsteine ausgebildet sind bzw. die Lanzen (32, 35) beweglich angeordnet sind, insbesondere verschwenkbar und/oder in ihrer Längsrichtung bewegbar sind.
21. 21. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) mit etwa zentral angeordneter (angeordneten), von oben in das Gefäß (1) ragender(n) Elektrode(n) (16) sowie gegebenenfalls mit einer Bodenelektrode (17) versehen ist (Fig. 1)·
22. 22. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmschacht (5) als vom Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) und von der Einhausung (6) abtrennbare und austauschbare Einheit ausgeführt ist.
23. 23. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (4) des Elektro-Lichtbogen-Ofengefäßes (1) und der Deckel (37) des Sauerstoffblas-Konvertergefäßes (3) eine Einheit bilden bzw. als eine Einheit ausgeführt sind. 39 AT 404 942 B
24. 24. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kontroll- und/oder Reparaturöffnung (50) vorgesehen ist, vorzugsweise oberhalb des Überganges vom Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) zum Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3).
25. 25. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) als vom Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) abtrennbare und austauschbare Baneinheit ausgebildet ist.
26. 26. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) mit einem in Richtung des Dekantiergefäßes (2) hin abfallenden Boden (18) ausgestattet ist und in einen etwa horizontal liegenden Bodenteil des Dekantiergefäßes (2) übergeht, wobei die tiefste Stelle des Bodens im Dekantiergefäß (2) angeordnet ist und an der tiefsten Stelle des Bodens (18) des Dekantiergefäßes (2) eine Metall-Absticheinrichtung (43) vorgesehen ist.
27. 27. Verfahren zum Herstellen von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen, wie Rohstahlschmelzen oder legierten Stahlschmelzen oder Edelstahlschmelzen oder Rostfreistahlschmelzen, unter Verwendung einer Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte: • im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) wird eine Vorschmelze hergestellt und auf ein bestimmtes Temperaturniveau und auf eine bestimmte chemische Zusammensetzung gebracht, • die Vorschmelze strömt über das Überlaufwehr (34) kontinuierlich in das Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3), • die Vorschmelze wird im Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) kontinuierlich gefrischt, vorzugsweise zu Rohstahl und • die im Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) sich bildende Schlacke strömt im Gegenstrom zum Metall in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1), aus dem sie abgezogen wild.
28. 28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrischte Schmelze kontinuierlich aus dem Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) abgeführt wird.
29. 29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrischte Schmelze diskontinuierlich aus dem Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) abgeführt wird.
30. 30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) ein Vorfrischen und im Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) das Fertigfrischen erfolgt.
31. 31. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß im Sauerstoffblas- Konvertergefäß (3) eine chemische Zusammensetzung und eine Temperatur der Metallschmelze in kontinuierlicher Weise eingestellt werden, die der chemischen Zusammensetzung und der Temperatur der Fertigschmelze bzw. des Endproduktes entsprechen, die beim Abstich gewünscht sind.
32. 32. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die im Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) gebildeten Abgase über das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) abgeleitet werden, wobei eine CO + H2-Nachverbrennung sowohl im Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) wie auch im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) durchgeführt wird.
33. 33. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) entstehenden Abgase und die in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) vom Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) überströmenden Abgase zur Vorwärmung des in das Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) eingebrachten stückigen Chargiergutes verwendet werden.
34. 34. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Vorwärmung herangezogenen Abgase während des Vorwärmprozesses nachverbrannt werden.
35. 35. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet daß im Elektro-Lichtbogen-Ofengefäß (1) und im Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) ein Unterdrück aufrecht erhalten wird. 40 AT 404 942 B
36. 36. Verfahren zum Herstellen von Roheisenschmelzen unter Verwendung einer Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte: • in das Elektrolichtbogen-Ofengefäß (1) wird Roheisen in flüssiger Form chargiert und auf ein bestimmtes Temperaturniveau gebracht, • der Si- und P-Gehalt wird im Elektrolichtbogen-Ofengefäß (1) gesenkt, • das flüssige Roheisen strömt über das Überlaufwehr (34) kontinuierlich in das Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3), • das flüssige Roheisen wird im Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) kontinuierlich teilgefrischt, und • die im Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) sich bildende Schlacke strömt Im Gegenstrom zum Metall in das Elektrolichtbogen-Ofengefäß (1), aus dem sie abgezogen wird.
37. 37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das teilgefrischte Roheisen kontinuierlich aus dem Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) abgeführt wird.
38. 38. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das teilgefrischte Roheisen diskontinuierlich aus dem Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) abgeführt wird.
39. 39. Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, daß das teilgefrischte Roheisen in einem zusätzlich zur Anlage vorgesehenen Konverter oder Elektro-Lichtbogenofen nach herkömmlicher Art fertiggefrischt wird.
40. 40. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 39, dadurch gekennzeichnet daß der metallische Einsatz-Mix aus mindestens einer der folgenden Komponenten • Schrott (7), wie Stahlschrott, und/oder festes Roheisen bzw. Gußeisen, • direkt-reduziertem Eisen (12) als Pellets und/oder Briketts und/oder Eisenkarbid, • flüssigem Roheisen (20) gebildet wird.
41. 41. Verfahren nach 40, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von legierten Stahlschmelzen oder Edelstahlschmelzen oder Rostfreistahlschmelzen der metallische Einsatz-Mix mindestens aus legiertem Stahlschrott und flüssigen und/oder festen Legierungsmitteln und/oder Ferrolegierungen gebildet wird.
42. 42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Stauerstoffblas-Konvertergefäß(3) abgestochene Stahlschmelze als Vorschmelze in einer nachfolgenden sekundärmetallurgischen Behandlung inkl. Entkohlung, entweder mit oder ohne Unterdrück (Vakuum) weiterbehandelt wird.
43. 43. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) abgestochene Stahlschmelze als Fertigschmelze in einer nachfolgenden sekundärmetallurgischen Behandlung z.B. an einem Pfannenofen oder Spülstand weiterbehandelt wird.
44. 44. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß nach bestimmten Prozeßzeiten eine Verflüssigungs- bzw. Reduktionsbehandlung der Schlacke im Sauerstoffblas-Konvertergefäß (3) durchgeführt wird. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 41