AT405526B - Verfahren und vorrichtung zur begrenzung des schaumschlackenvolumens in einem metallurgischen gefäss - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Begrenzung und/oder Verminderung eines bei zumindest teilweise Gas freisetzenden Reaktionen, insbesondere bei Frischreaktionen von Metallschmelzen, zum Beispiel von siliziumhältigen Vorschmelzen oder Roheeisenschmelzen mit Sauerstoff und /oder Sauerstoffträgem und/oder Zuschlagstoffen in einem metallurgischen Gefäß vermehrt entstehenden Schaumschlackenvolumens, wobei die Schlackenbildung und/oder eine Vergrößerung des Schlackenvoiu-mens bzw. ein Anstieg des Schlackenspiegels im metallurgischen Gefäß verfolgt wird. Die Erfindung umfaßt weiter eine Vorrichtung zur Begrenzung und/oder Verminderung eines bei zumindest teilweise Gas freisetzenden Reaktionen, vorzugsweise bei Frischreaktionen von Metallschmelzen, beispielsweise von siliziumhältigen Vorschmelzen oder Roheisenschmelzen, mit Sauerstoff und/oder Sauerstoffträgern und/oder Zuschlagstoffen in einem metallurgischen Gefäß vermehrt entstehenden Schaumschlackevolumens, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einer Herstellung und/oder Veredelung von flüssigem Metall aus Rohschmelzen laufen oftmals Reaktionen ab, welche zumindest teilweise Gase freisetzen. Am bekanntesten und wichtigsten sind hievon die Frischreaktionen von Roheisen.-oder Vorschmelzen bei der Stahl- und Metallgewinnung. Dabei reagieren gasförmiger Sauerstoff und/oder Sauerstoff aus Sauerstoffträgern, zum Beispiel von Erzen und dergleichen, mit leicht oxidierbaren Metallen und/oder Kohlenstoff der Rohschmelze unter Bildung von zumeist flüssigen und gasförmigen Reaktionsprodukten bzw. Oxiden.

Elemente mit hoher Affinität zu Sauerstoff werden mit diesem vorzugsweise reagieren, was zum Beispiel für ein Behandeln, insbesondere ein Frischen, von Üblichen Roheisenschmelzen bedeutet, daß vorab vorwiegend das Begleitmetall Silizium zu S1O2 oxidiert. S1O2 ist zähflüssig und bildet mit weiteren Komponenten viskose Schlacken, welche durch das bei der Entkohlungsreaktion entstehende gasförmige Kohlenoxid zum Schäumen gebracht werden.

Ein Entstehen von Schaumschlacken in metallurgischen Gefäßen, zum Beispiel beim Entsilizieren oder Vorfrischen sowie bei einem Verarbeiten von siliziumhältigen Rohschmelzen in einem Konverter, ist in Fachkreisen bekannt.

Eine zumeist schwer beherrschbare vermehrte Schaumschlackenbildung, insbesondere während des ersten Behandlungszeitraumes der Rohschmelzen kann zu einem Überlaufen des metallurgischen Gefäßes oder einem erhöhten Auswurf von Schlacke aus dem Konvertermund führen. Die schaumige Schlacke besteht vorwiegend aus einem komplexen Gemisch aus flüssigen Oxiden, aus festen Oxidteilchen und flüssigen Metalltröpfchen sowie aus Gasblasen, im wesentlichen Kohleoxidgasblasen. Ein erhöhter Auswurf oder ein Überlaufen von Schaumschlacke bringt daher neben einer Notwendigkeit umfangreicher Reinigungsarbeiten einen Verlust von wertvollem Metall.

Es wurden schon eine Anzahl von zum Teil aufwendigen und die Produktion verzögernden Verfahren vorgeschlagen, den Metallverlust bei zumindest teilweise Gas freisetzenden Reaktionen, insbesondere beim Frischen nach dem Sauerstoffaufblasprozeß, auszuschalten.

Aus der US -4 551 976 A und der DE- 1 182 271 A1 sind beispielsweise Verfahren bekannt geworden, mit welchen eine übermäßige Schaumschlackenbildung ermittelt werden kann, wobei dieser, gegebenenfalls durch Änderung der Frischparameter, womit jedoch zumeist eine Produktionszeitverlängerung verbunden ist, gegengesteuert werden muß, um ein Überlaufen des Reaktionsgefäßes zu vermeiden.

Weiters ist aus der DE 29 44 771 C2 bekannt, einem Überlaufen der Schaumschlackenemulsion aus dem Konverter dadurch zu begegnen, daß, wenn ein derartiges Überlaufen droht oder beginnt, Inertgas in den Konverter eingeblasen wird und zwar mit einer Durchflußmenge, um das Überlaufen zum Halten zu bringen. Dabei erfolgt das Einblasen vorzugsweise durch Zumischen von 5 bis 30% Inertgas zum Sauerstoff. Offensichtlich soll durch einen Verdünnungseffekt die CO-Bildung vermindert bzw. eine Volumsvergrößerung der Emulsion verhindert werden. Auch dieses Verfahren ist nicht sonderlich verläßlich und benötigt meist teures Inertgas.

Im oberen Teil der Konverterwand seitlich , entweder ausschließlich ( AT 377 066 B) oder zusätzlich zu einer Lanze ( DE 3 008 145 A1) angeordnete und beaufschlagte Sauerstoffdüsen bewirken zwar eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades beim Frischen von Roheisen durch eine Kohlenmonoxidverbrennung, eine Schaumschlackenbildung wird jedoch dadurch eher gefördert.

Keines der bekannten Verfahren zur Verhinderung von Schaumschlackenauswurf aus einem metallurgischen Reaktionsgefäß ist jedoch einfach, kostengünstig und ohne Produktionsverzögerung bei erhöhtem Metallausbringen anwendbar.

Die Erfindung setzt sich dementsprechend ausgehend vom Stand der Technik zum Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche oben angeführten Nachteile beseitigt werden.

Erreicht wird das verfahrensgemäße Ziel der Erfindung dadurch, daß bei Erreichen eines bestimmten Höchstwertes des Schlackenvolumens so lange Luft auf die Oberfläche der und/oder in die sich über dem 2

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Metallbad bildenden Schaumschlacke geblasen wird, bis deren volumsvergrößerndes Schäumen beendet ist.

Die Vorteile des derart erfolgenden Verfahrens sind im wesentlichen darin zu sehen, daß der Ablauf der Reaktionen, insbesondere der Frischreaktionen, uneingeschränkt bleiben kann und somit die Produktion?-5 zeit nicht verlängert wird. Allein das Volumen bzw. das Niveau des Schlackenspiegels wird bei einem Überschreiten eines Höchstwertes durch auf die Oberfläche aufgebrachtes und/oder in die Schlacke eingebrachtes Gas verringert, so daß ein Überlaufen und/oder ein Auswurf von Schaumschlacke nicht erfolgen. Bei hoher Produktivität werden das Ausbringen und somit die Wirtschaftlichkeit des Behandlungs-bzw. Veredelungsverfahrens der Metallschmelze wesentlich verbessert Ebenso erheblich sind die Vorteile in io Bezug auf die Ausbildung des metallurgischen Gefäßes, welches zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird, und somit auf eine Zustellung und den in derartigen Gefäßen erreichbaren thermischen Wirkungsgrad. Wird zum Frischen von einer in einem Konverter befindlichen Schmelzflüssigen Roheisenoder Vorschmelze, gegebenenfalls bei Einsatz mindestens eines festen Kühlmittels, durch Einblasen von Sauerstoff zumindest teilweise mittels einer Lanze von oben verwendet, so bietet das erfindungsgemäße rs Verfahren sowohl prozeßtechnisch als auch hinsichtlich der Konverterausbildung erhebliche Vorteile. Herkömmliche Konverter für ein Verarbeiten von siliziumhaltigen Roheisen mit einem Si-Gehalt von z.B. 0,4 bis 1,5 Gew.-% sind großvolumig und weisen zur Ausbildung eines genügend großen Schlacken$chaumraume$ ein Verhältnis von Höhe zu Durchmesser von größer/gleich 1,5 auf. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine günstigere Ausführungsform mit einem Innenraum von größer/gleich 0,8 m3 je 20 Tonne Metall und einem Verhältnis von Höhe zu Durchmesser von größer/gleich 1,5 einsetzbar.

Besonders hohe Wirtschaftlichkeit bei guter Wirksamkeit wird erreicht, wenn als Gas Luft auf die Schlackenoberfläche und/oder in die Schlacke geblasen wird. Überraschenderweise wurde dabei ein von der Fachwelt befürchteter wesentlicher Anstieg des Stickstoffgehaltes im flüssigen Metall nicht gefunden.

Es hat sich gezeigt, daß ein Anstieg des Schlackenbadspiegels bzw. eine starke Tendenz zur 25 Vergrößerung des Schaumsshlackenvolumens rechtzeitig erkannt werden muß, um große Effizient der Gasbeaufschlagung zu erreichen und ein Überlaufen von Schaumschlacke mit Sicherheit zu vermeiden. Dafür ist besonders vorteilhaft, wenn das Schaumschlackenvolumen, insbesondere die Höhe des Schlak-kenspiegels im metallurgischen Gefäß durch einen oder mehrere Sensor(en) festgestellt wird, welcher (welche) Sensor(en) bei Erreichen eines vorgesehenen Wertes, zum Beispiel Höchstwert oder unterer 30 Grenzwert, mindestens ein Signal an eine Steuereinheit abgibt, von welcher Einheit signalgemäß eine Gasbeauflschlagung der Schlacke geregelt und/oder zu- bzw. abgeschaltet wird.

Weil, wie festgestellt wurde, eine Volumsvergrößerung der Schaumschlacke eine deutliche Änderung des von der Sauerstofflanze verursachten Blasgeräusches bewirkt, hat es sich als günstig erwiesen, wenn durch mindestens einen Akustiksensor der Geräuschpegel und/oder die Charakteristik der Schallemission 35 beim Frischen von Stahl in einem Konverter durch Aufblasen von Sauerstoff zumindest teilweise mittels einer Lanze festgestellt und an eine Auswerte- und Steuereinheit weitergegeben wird, welche Einheit ihrerseits aus den bereitgesteliten Werten das Schaumschlackenvolumen und/oder den Schlackenbadspiegel bzw. dessen Höhe im Konverter ermittelt und demzufolge die Gaszufuhr bzw.-beaufschlagung der Schlacke regelt. 40 Das weitere Ziel der Erfindung , eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verhinderung des Überlaufens oder eines Auswurfes von Schaumschlacke, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wird dadurch erreicht, daß im oberen Bereich des metallurgischen Gefäßes mindestens ein Gaszuführungsmittel angeordnet und/oder einsetzbar ist, welches endenseitig mindestens einen Auslaß bzw. eine Einrichtung für eine Ausrichtung und/oder zur Ausbildung eines Gasstromes auf die Schlacke 45 bzw. Schlackenbadoberfläche und/oder in die Schlacke aufweist.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in deren Einfachheit und hohen Wirksamkeit.

Besonders gute verfahrenstechnische, aber auch wirtschaftliche Ergebnisse werden erzielt, wenn das metallurgische Gefäß als Konverter mit einer oben in diesen einbringbaren Lanze zur Zuführung von so Sauerstoff ausgebildet ist. Die Vorteile können, wie sich gezeigt hat, weiter gesteigert werden, wenn das Volumen des dem metallurgischen Gefäß, insbesondere dem Konverter, zugeführten Gases bzw. dessen Auf- bzw. Einblasintensität auf die Schlackenbadoberfläche bzw. in die Schlacke durch mindestens ein Regelorgan einstellbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die Gasmenge den Erfordernissen anzupassen und damit den thermischen Wirkungsgrad des Prozesses nicht zu verschlechtern, insbesonde-55 re zu verbessern.

Ein hoher Automatisierungsgrad der Anlage ist vorteilhaft erreichbar, wenn das (die) Regelorgan(e) mit mindestens einer, vorzugsweise programmierbaren, Regel- und Steuereinheit wirkverbunden ist (sind), wobei die Einheit(en) mindestens einen Anschluß an mindestens einen Sensor aufweist(en). 3

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Es hat sich bei Entwicklungsarbeiten als besonders günstig und sicher herausgestellt, wenn der oder mindestens ein Sensor als Akustiksensor ausgebildet ist.

Zur Durchführung einer hochwirksamen Niederschlagung der Schaumschlacke im Konverter hat es sich weiters als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens ein Gaszuführungsmittel in der Konverterwandung integriert und/oder durch Ausnehmungen diese durchdringend einbringbar ist.

Eine besonders einfache Konzeption der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gegeben, wenn mindestens ein Gaszuführungsmittel an der Sauerstofflanze angebracht oder in diese integriert ist, wobei jedoch die Sauerstoffzufuhr und die Gaszufuhr hinsichtlich der Anschlüsse, Versorgung und Regelung vollkommen getrennt ausgebildet sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Konverter mit einer Gaszuführung durch die Wand bzw. Ausmauerung Fig. 2 eine Sauerstoff-Blaslanze mit integrierter, jedoch getrennt regelbarer Gaszufuhr

Bei der schematischen Darstellung nach Fig. 1 läuft das erfindungsgemäße Verfahren in einem Sauerstoff-Aufblase- Frischkonverter 1 ab. Das Konvertergefäß weist einen Stahlmantel 11 mit einer Ausmauerung 12 auf. Beim Frischen der Metallschmelze 2 durch einen über einer Lanze 13 auf die Metallbadoberfläche aufgeblasenen Sauerstoffstrahl 14 wird duch die Reaktionen Schaumschlacke 21 gebildet Erhöht sich nun das Schaumschlackenvolumen 21 bzw. der Schiackenspiegel bis zu einem hohen Niveau, welches gegebenenfalls durch einen erfindungsgemäßen Sensor 32 oder dergleichen feststellbar ist, so daß ein Auswurf mit den Abgasen 23 oder ein Überlaufen bei einem weiteren Vergrößern des Schlackenvolumens 21 erfolgen würde, so wird entsprechend der Erfindung über ein Gaszuführungsmittel 3 die Ausbildung eines Gasstromes 31 veranlaßt. Der Gasstrom 31, insbesondere ein Luftstrom, ist dabei schräg nach unten unter einem Winkel a zur Vertikalen von 15 bis 75*4 auf bzw. in die Schaumschlacke 21 gerichtet, welche durch dessen blasenauflösende Wirkung zusammenfällt. Sinkt im Laufe des Frischverfahrens die Neigung zur Bildung von Schaumschlacke 21 bzw. die Schaumschlackenoberfläche, so kann, gegebenenfalls veranlaßt durch einen Sensor 32, gesteuert durch eine Regelung, der Gasstrom 31 bis auf ein ein Verstopfen des Gaszuführungsmittel 3 im Normalbetrieb des Konverters verhinderndes Ausmaß reduziert werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Gaszuführungsmittel 3 in einer Sauerstoffblaslanze 13 integriert oder an dieser angebracht sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein oder mehrere Auslässe 33 des Gaszuführungsmittels 3 derart ausgebildet sind, daß im oberen Bereich des metallurgischen Gefäßes 1 bzw. des Konverters ein Gasstrom 31 mit einem Winkel zur Vertikalen ausformbar ist. Ein Abstand A der Auslässe 33 vom unteren Ende der Sauerstoffblaslanze 13 und ein Winkel α eines Gasstromes 31 sollen dabei derart gestaltet sein, daß in Betriebsposition der Lanze 31 über einer Metallschmelze 2 der Gasstrom 31 nicht auf die Ausmauerung 12 des Gefäßes 1 gerichtet ist. Auch bei anders gestalteten Gaszuführungsmitteln ist es vorteilhaft, eine Ausrichtung des Gasstromes 31 wie erwähnt vorzusehen.

Als weiteres Beispiel sollen Langzeitergebnisse bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dienen. Ein 60 t Sauerstoffaufblaskonverter mit einem Innenraum bei Neuzustellung von 0,80 m3/t Stahl und einem Verhältnis von Höhe zu Durchmesser von 1,9 wurde für ein Frischen von Qualitätsstahl aus Roheisen mit einer durchschnittlichen Zusammensetzung in Gew.-% im wesentlichen von C = 4,3, Si = 0,80, Mn = 1,00, P = 0,10, Rest Eisen und Verunreinigungen eingesetzt. Der metallische Einsatz betrug etwa 75 % Roheisen und 25 % Schrott. Die Schlackenmenge betrug dabei etwa 12% der Metallmenge. Bei einer Herstellung von Stahlchargen nach der herkömmlichen Blaspraxis mußten bei einer Gefahr eines Überlaufens von Schaumschlacke die Sauerstoffzufuhr gedrosselt und/oder die Parameter der Lanzenstellung im Konverter geändert werden. Ein nicht zu verhindernder Schlackenauswurf weist einen Eisengehalt von durchschnittlich 67 Gew.-% auf.

Mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung wurden im gleichen Konverter nach einer Neuzustellung wiederum Qualitätsstahlchargen hergestellt und diese während einer gesamten Tiegelreise beobachtet. Eine Zuschaltung und Reduzierung von Luftzuführ erfolgte sensorgesteuert. Als Sensoren wurden Akustiksensoren verwendet, welche auf ein Schallwellenspektrum bzw. eine Änderung des Blasgeräusches reagierten. Bei der Erschmelzung der Qualitätsstahlchargen wurden dabei eine Produktivitätssteigerung durch eine Verwendbarkeit einer ungehinderten, nicht durch eine Gefahr von Schlackenüberläufen bedrohte, optimale Aufblastechnologie, eine praktisch vollkommene Vermeidung von Schlackenauswürfen und damit eine Ausbringenssteigerung an Stahl erreicht.

Versuche haben gezeigt, daß besonders wirkungsvoll einer übermäßigen Volumsvergrößerung der Schaumschlacke begegnet wird, wenn der (die) Auslaß (Auslässe) für eine Ausbildung des (der) Gastromes 4

Claims (9)

1. AT 405 526 B ( Gasströme) des Gaszuführungsmittels im oberen Teil des Konverterinnenraumes und zwar in der oberen Hälfte, vorzugsweise im oberen Drittel des Abstandes vom Metallbad zur Tiegelmündung, angeordnet ist ( sind). Patentansprüche 1. Verfahren zur Begrenzung und/oder Verminderung eines bei zumindest teilweise Gas freisetzenden Reaktionen, insbesondere bei Frischreaktionen von Metallschmelzen, zum Beispiel von siliziumhältigen Vorschmelzen oder Roheisenschmelzen mit Sauerstoff und/oder Sauerstoffträgern und/oder Zuschlagstoffen in einem metallurgischen Gefäß vermehrt enstehenden Schaumschlackenvolumens, wobei die Schlackenbildung und/oder eine Vergrößerung des Schlackenvolumens bzw. ein Anstieg des Schlak-kenspiegels im metallurgischen Gefäß verfolgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen eines bestimmten Höchstwertes des Schlackenvolumens so lange Luft auf die Oberfläche der und/oder in die sich über dem Metallbad bildenden Schaumschlacke geblasen wird, bis deren volumsvergößem-des Schäumen beendet ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruchi, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Frischen von einer in einem Konverter befindlichen schmelzflüssigen Roheisen- oder Vorschmelze durch Einblasen von Sauerstoff zumindest teilweise mittels einer Lanze von oben verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumschlackenvolumen, insbesondere die Höhe des Schlackenspiegels im metallurgischen Gefäß durch einen oder mehrere an sich bekannte Sensor(en) festgestellt wird, welcher(welche) Sensor(en) bei Erreichen eines vorgesehenen Wertes, zum Beispiel Höchstwert oder unterer Grenzwert, mindestens ein Signal an eine Steuereinheit abgeben, von welcher Einheit signalgemäß eine Gasbeaufchlagung der Schlacke geregelt und/oder zu- bzw. abgeschaltet wird.
4. 4. Vorrichtung zur Begrenzung und/oder Verminderung eines bei zumindest teilweise Gas freisetzenden Reaktionen, vorzugsweise bei Frischreaktionen von Metallschmelzen (2), beispielsweise von siliziumhältigen Vorschmelzen oder Roheisenschmelzen, mit Sauerstoff und/oder Sauerstoffträgern und/oder Zuschlagstoffen in einem metallurgischehn Gefäß (1) vermehrt entstehenden Schaumschlackevolumens (21), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des metallurgischen Gefäßes (1) mindestens ein Luftzuführungsmittel (3) angeordnet und/oder einsetzbar ist, welches endenseitig mindestens einen Auslaß bzw. eine Einrichtung für eine Ausrichtung und/oder zur Ausbildung eines Luftstromes (31) auf die Schlacke (21) bzw. Schlackenbadoberfläche und/oder in die Schlacke (21) aufweist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das metallurgische Gefäß als Konverter mit einer von oben in diesen einbringbaren Lanze zur Zuführung von Sauerstoff ausgebildet ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der dem metallurgischen Gefäß, insbesondere dem Konverver, zugeführten Luft bzw. deren Auf- bzw. Einblasintensität auf die Schlackenbadoberfläche bzw. in die Schlacke (21) durch mindestens ein Regelorgan einstellbar ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) Regelorgan-(e) mit mindestens einer, vorzugsweise programmierbaren, Regel- und Steuereinheit wirkverbunden ist ( sind), wobei die Einheit(en) mindestens einen Anschluß an mindestens einen an sich bekannten Sensor aufweist(en).
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Luftzuführungsmittel in der Konverterwandung integriert und/oder durch Ausnehmungen diese durchdringend einbringbar ist (sind).
9. 9. Vorrichtung nach einem Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Luftzuführungsmittel an der Sauerstofflanze angebracht oder in diese integriert ist, wobei jedoch die Sauerstoffzufuhr und die Luftzufuhr hinsichtlich der Anschlüsse, Versorgung und Regelung vollkommen getrennt ausgebildet sind. 5 AT 405 526 B Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 6