AT408663B - Verfahren zum einschmelzen von eisenschwamm sowie elektrolichtbogenofen zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Description

AT 408 663 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen von Metallschwamm, insbesondere von Eisenschwamm, in einem mindestens eine Elektrode aufweisenden Elektrolichtbogenofen, wobei der Metallschwamm unter Bildung mindestens eines im unmittelbaren Nahbereich einer Elektrode auf den im Elektrolichtbogenofen vorhandenen Badspiegel auftreffenden Metallschwammstrahles in den Elektrolichtbogenofen eingebracht wird, und wobei zur Entkohlung bzw. Baddurchmischung bzw. Energieeinbringung in die Metallschmelze Sauerstoff in die Schmelze eingeblasen wird, sowie einen Elektrolichtbogenofen zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt (EP - 0 964 065 A1, EP - 0 418 656 A1) in einem Elektrolichtbogenofen Feststoffe, wie Hüttenstäube, unbehandelte Filterstäube und/oder Zunder oder unreduziertes Erz einzubringen, u.zw. in eine im Elektrolichtbogenofen vorhandene Metallschmelze einzublasen. Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, über eine Lanze Sauerstoff oberhalb des Badspiegels der Metallschmelze und innerhalb einer darüber liegenden Schlackenschicht zuzuführen und damit eine Nachverbrennung von durch eine eigene 02-Zuführung gebildetem Kohlenmonoxid in einem der Metallschmelze benachbarten Bereich durchzuführen und die bei dieser Nachverbrennung gewonnene Wärmemenge unmittelbar der Metallschmelze zuzuführen.

Es ist weiters bekannt, beim Schrotteinschmelzen Nachverbrennungseinrichtungen zur Anwendung der CO-Nachverbrennungstechnologie vorzusehen. Für diesen Zweck sind im Elektrolichtbogenofen fix installierte Nachverbrennungsdüsen bzw. -brenner vorgesehen. Solche Einrichtungen sind jedoch unter Flachbadbedingungen nicht verwendbar.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die CO-Nachverbrennungstechnologie auch für Elektrolichtbogenofen, die zum Einschmelzen von Metallschwamm, insbesondere von Eisenschwamm, unter Flachbadbedingungen dienen, anwenden zu können. Bei Elektrolichtbogenofen zum Einschmelzen von Eisenschwamm wird dieser durch ein Deckelloch, welches dezentral etwa am Umfang eines Deckelherzes angeordnet ist, über eine Schurre oder Rutsche eingebracht, u.zw. in großen Mengen bis zu 7000 kg/min. In der Praxis werden ohne besondere Maßnahmen durchschnittlich 28 bis 40 kg Eisenschwamm pro MW eingetragener elektrischer Leistung und pro Minute eingebracht. Der Eisenschwamm, der in stückiger Form (Pellets und/oder Briketts) sowie gegebenenfalls zusätzlich in feinteilchenförmiger Form vorliegt, gelangt beispielsweise in Form einer Wurfparabel bis nahe an das Zentrum des Elektrolichtbogenofens, d.h. dessen Energiezentrum, in dem eine Elektrode oder mehrere Elektroden angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein schnelles Aufschmelzen. Bei einem Ofen dieser Art besteht das Problem, daß es beim unsachgemäßen Einbringen von Sauerstoff zum Zweck der Nachverbrennung zu einem erhöhten Elektrodenverbrauch durch den Sauerstoff, zu einer Verringerung des metallischen Ausbringens durch erhöhten Eisenabbrand sowie zu einer Erhöhung der thermischen Belastung der Wand- und Deckelelemente des Elektrolichtbogenofens, die in der Regel wassergekühlt sind, kommen kann, ohne daß zusätzlich Energie auf das Schmelzgut übertragen wird.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und einen Elektrolichtbogenofen zu schaffen, welche eine sehr effiziente CO-Nachverbrennung beim Einschmelzen von Eisenschwamm unter Flachbadbedingungen ermöglichen, wobei eine Einbringung des Metallschwammes in das Energiezentrum bzw. in dessen unmittelbaren Nahbereich möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich zum zwecks Entkohlung bzw. Baddurchmischung bzw. Energieeinbringung in die Metallschmelze eingebrachten Sauerstoff mindestens ein Sauerstoffstrahi bzw. ein Strahl eines sauerstoffhaltigen Gases mit niedriger Geschwindigkeit zwecks CO-Nachverbrennung in den Elektrolichtbogenofen eingeblasen wird, der im Bereich der Auftreffstelle des vorzugsweise allein durch Schwerkraft in den Elektrolichtbogenofen geförderten Metallschwammstrahles und/oder unmittelbar benachbart zur Auftreffstelle des Metallschwammstrahles auf den Badspiegel auftrifft und der im Bereich bzw. Nahbereich dieser Auftreffstelle an der der bzw. den Elektrode(n) des Elektrolichtbogenofens zugewandten Seite vom Metallschwammstrahl gegenüber der bzw. den Elektrode(n) in Form eines Schutzschiides abgeschirmt wird.

Hierdurch wird das beim Auftreffen des kohlenstoffhaltigen Eisenschwammes auf die sauerstoffhaltige Schlacke und beim nachfolgenden Einschmelzen entstehende CO mit Sauerstoff zu C02 nachverbrannt und die dabei freiwerdende Energie dem Eisenschwamm des Zugabestrahls und der Schlacke bzw. dem Bad zusätzlich mitgeteilt. Die heiße Schlacke zeigt dadurch ein 2

AT 408 663 B verbessertes Schaumverhalten und hüllt den bzw. die Lichtbögen besser ein, wodurch die Wärme-abstrahlung an die wassergekühlten Wand- und Deckelelemente vermindert wird. Insgesamt ergibt sich auf diese Weise eine Energieeinsparung von > 35 kWh/t Flüssigstahl.

Erfindungsgemäß wird somit mindestens ein eigener Sauerstoffstrahl bzw. Strahl eines sauerstoffhaltigen Gases nur für die CO-Nachverbrennung in den Elektrolichtbogenofen eingeleitet, wobei es wesentlich ist, daß diese(r) Sauerstoffstrahl(en) in das Energiezentrum gelenkt wird (werden), und in den Bereich und/oder im unmittelbaren Nahbereich der Auftreffstelle des Eisenschwamms auf der Schmelze, und daß trotzdem ein Schutz der Elektroden vor direktem Sauerstoffkontakt gegeben ist.

Der zusätzlich eingeblasene Sauerstoffstrahl bzw. Strahl eines sauerstoffhaltigen Gases wird bevorzugt mit Unterschallgeschwindigkeit in den Elektrolichtbogenofen eingeblasen.

Vorzugsweise wird der zusätzlich eingeblasene Sauerstoffstrahl bzw. Strahl eines sauerstoffhaltigen Gases unter einem niedrigen Druck, vorzugsweise mit einem Druck von max. 6 bar eingeblasen, so daß durch den zusätzlich zur CO-Nachverbrennung eingebrachten Sauerstoffstrahl bzw. Strahl eines sauerstoffhaltigen Gases die Schlacke nicht verdrängt wird, wodurch die Lichtbögen effektiv von Schaumschlacke umhüllt bleiben. Unter einem niedrigen Druck wird derjenige Druck verstanden, bei dem bei vorbestimmtem Düsendurchmesser keine Überschallgeschwindigkeit erreicht wird,

Zweckmäßig wird der Eisenschwamm in stückiger Form, vorzugsweise als Pellets und/oder Briketts, und gegebenenfalls zum Teil in Form von Fines in den Elektrolichtbogenofen eingebracht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Sauerstoffstrahl bzw. der Strahl eines sauerstoffhaltigen Gases ab etwa der Hälfte der freien Innenraumhöhe des Elektrolichtbogenofens bis zur Auftreffstelle auf den Badspiegel zumindest an der der oder den Elektrode(n) zugewandten Seite vom Metallschwammstrahl gegenüber der bzw. den Elektrode(n) abgeschirmt, wobei "etwa" ± 20%, vorzugsweise ± 10%, umfaßt.

Ein Elektrolichtbogenofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit mindestens einer Elektrode und einem Deckelchargierloch zum Chargieren von Metallschwamm durch Schwerkraft, und mit einer Sauerstoffeuführeinrichtung zum Einbringen von Sauerstoff in die Metallschmelze, ist gekennzeichnet durch mindestens eine Sauerstoff-Blaslanze, die durch eine Deckelöffnung in eine in das Ofeninnere ragende Position bringbar ist, welche Position derart ausgerichtet ist, daß der Sauerstoffstrahl, gesehen von einer bzw. den Elektrode(n) aus, von dem durch Schwerkraft in den Elektrolichtbogenofen einfallenden Metallschwamm zumindest im Bereich der Auftreffstelle des Metallschwamms auf dem Badspiegel gegenüber der bzw. den Elektrode(n) abgeschirmt ist.

Zur genauen Positionierung der Sauerstoffeinbringung ist die Sauerstoff-Blaslanze gegenüber dem Elektrolichtbogenofen beweglich, vorzugsweise schwenkbar und vor- und rückziehbar.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei Fig. 1 einen Vertikalschnitt zentral durch einen Elektrolichtbogenofen (Drehstromofen) nach einer ersten Ausführungsform und Fig. 2 und Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf einen Drehstrom- bzw. Gleichstromofen gemäß einer anderen Ausführungsform zeigen. Fig. 3 gibt in schematischer Darstellung das Funktionsprinzip der Erfindung anhand eines Details III der Fig. 1 wieder. Fig. 5 und 6 veranschaulichen eine schematische Draufsicht auf bzw. einen Vertikalschnitt entsprechend der Linie Vl-Vl der Fig. 5 durch einen Schrägelektrodenofen nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Ein Elektrolichtbogenofen 1, dessen Unterteil 2 feuerfest ausgemauert ist, weist einen Deckel 3 auf, der mit den wassergekühlten, die Seitenwände des Elektrolichtbogenofens 1 bildenden Paneelen 4 den Ofenraum bildet. Der Deckel 3 selbst ist von einem Deckelherz 5 und einem Ring wassergekühlter Paneele 4a gebildet, durch welches Deckelherz 5 gemäß Fig. 1 eine Elektrode 6 ragt, die im Zentrum des Elektrolichtbogenofens 1 angeordnet ist und die einen Lichtbogen zur Oberfläche der von einer Schlackenschicht 8 bedeckten Metallschmelze 7 zieht. In die Metallschmelze 7 ragen Sauerstoff in die Metallschmelze 7 zuführende Lanzen 9, über die Sauerstoff zwecks Entkohlung, Baddurchmischung und Energieeinbringung in die Metallschmelze 7 eingebracht wird.

Seitlich des Deckelherzes 5 weist der Deckel 3 eine Deckelöffnung 10 auf, über die Eisenschwamm 11 in Form von Pellets und/oder Briketts sowie gegebenenfalls zusätzlich in Form von Fines über Schurren bzw. Rutschen 12 in das Ofeninnere geleitet wird. Der Eisenschwamm 11 fällt 3

AT 408 663 B somit vom Deckelloch 10 ausgehend in Form einer Wurfparabel in die Nähe der Elektrode 6, d.h. in das Energiezentrum des Elektrolichtbogenofens 1 bzw. dessen unmittelbaren Nahbereich, so daß ein rasches Aufschmelzen des Metallschwamms 11 gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß ragt durch den Deckel 3 weiters mindestens eine Sauerstoffblaslanze 13, über die reiner Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gas in den Elektrolichtbogenofen 1 mit niedriger Geschwindigkeit, z.B. 200 m/sec, und mit einem Maximaldruck von 6 bar, vorzugsweise 3-6 bar, eingeblasen wird. Diese Sauerstoffblaslanze 13 ist so ausgerichtet, daß der Sauerstoffstrahl 14 etwa in den Bereich, in dem der Eisenschwammstrahl 15 auf die Badoberfläche auftrifft, ebenfalls auf die Badoberfläche 16 auftrifft, wobei jedoch die Ausrichtung der Sauerstoffblaslanze 13 so gewählt ist - und dies ist wesentlich für die Erfindung -, daß der Eisenschwammstrahl 15 zwischen der Elektrode 6 und dem Sauerstoffstrahl 14 einen Schutzschirm bildet, der einen unmittelbaren Kontakt des eingeblasenen Sauerstoffs mit der Elektrode 6 verhindert.

Dies geschieht, indem das Deckelloch 10 zur Zuführung des Eisenschwamms 11 entsprechend ausgebildet ist, um einen möglichst effektiven Schutzschild aus Eisenschwamm 11 zu erhalten, der die Energieaufnahme aus der Nachverbrennung verbessert und die Elektrode(n) 6 vor dem Sauerstoffstrahl 14 schützt.

Wie insbesondere Fig. 3 erkennen läßt, wird das hauptsächlich etwa im Bereich des Energiezentrums, d.h. im Bereich der Auftreffstelle des Metallschwamms 11 auf den Badspiegel 16 gebildete CO unmittelbar nach dem Aufsteigen durch die Schlackenschicht 8 durch das in diesem Bereich vorhandene Sauerstoffangebot zu C02 nachverbrannt.

Die Sauerstoffblaslanze 13 ist eine speziell verfahrbare wassergekühlte Nachverbrennungslanze, die vorteilhaft auf einem Manipulator montiert ist, so daß der Sauerstoffstrahl innerhalb des Ofenraums genau nach Wunsch ausgerichtet werden kann. Der Manipulator ist vorzugsweise auf einem Deckeltragarm des Ofens im Bereich des Ofendeckels 3 montiert, u.zw. in der Nähe des Deckelloches 10 zur Einbringung des Eisenschwamms 11.

Die Nachverbrennung wird erst dann gestartet, wenn der Metallschwamm 11 schon mit einer bestimmten Mindestrate, wie beispielsweise ca. 1000 kg/min, in das Innere des Elektrolichtbogenofens fällt, und wenn bereits Sauerstoff in das Eisenbad 7 eingeblasen wird. Hierdurch wird die Schutzschildfunktion des zwischen dem Sauerstoffstrahl und der Elektrode erzeugten Eisenschwammstrahls 15 sichergestellt.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der möglichst ins Energiezentrum des Elektrolichtbogenofens eingebrachte Eisenschwammstrahl 15 einen Schutzschild für die drei Elektroden 6 bildet, so daß ein unmittelbarer Kontakt der Elektroden 6 mit über die Sauerstoffblaslanzen 13 eingebrachtem Sauerstoff vermieden werden kann.

Das gleiche Konzept wird auch für einen mit Gleichstrom betriebenen Elektrolichtbogenofen 1 angewendet, wie die Ausführungsform nach Fig. 4 zeigt, bei der der Eisenschwammstrahl 15 die von den Sauerstoffblaslanzen 13 eingebrachten Sauerstoffstrahlen 14 gegenüber der Einzelelektrode 6 abschirmt.

Bei einem Schrägelektrodenofen (COMELT) mit entlang des Ofenumfangs gleichmäßig verteilt angeordneten Schrägelektroden 6, gemäß Fig. 5 und 6, fällt der Eisenschwamm 11 im Gegensatz zu den in den anderen Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen nicht in Form einer Wurfparabel sondern senkrecht und zentral im freien Fall in das innerhalb des von den Elektrodenenden gebildeten Kreisumfangs befindliche Energiezentrum. Die beispielsweise mittig zwischen zwei Schrägelektroden 6 am Deckel 3 angeordneten Nachverbrennungslanzen 13, im in Fig. 5 dargestellten Beispiel drei an der Zahl, blasen ebenfalls Sauerstoff mit niedrigem Druck und niedriger Geschwindigkeit in den Bereich der Auftreffstelle des Eisenschwammstrahles 15, ohne jedoch in die Richtung einer Elektrode 6 zu zielen. Trotz seiner von den Schrägelektroden 6 umringten Lage bildet der senkrecht herabfallende Eisenschwammstrahl 15 mit seiner kegelmantelförmigen Peripherie einen Schutzschirm zwischen den Sauerstoffstrahlen 14 der Sauerstoffblaslanzen 13 und einem Teil der Elektroden 6. Die nicht von einem Schutzschild aus Metallschwamm geschützte(n) Elektrode(n) 6 weist (weisen) aufgrund ihrer Schräganordnung keinen größeren Abbrand auf als die übrigen Elektroden 6.

Die Konfiguration des Eisenschwammstrahles 15 und der Sauerstoffstrahlen 14 ist zweckmäßig so gewählt, daß ein Schutz durch den Eisenschwammstrahl 15 bis zu einer gewissen Höhe über dem Badspiegel 16 gegeben ist, u.zw. bis zur Hälfte ± 20%, vorzugsweise ± 10%, der freien 4

Claims (7)

1. AT 408 663 B Innenraumhöhe H des Elektrolichtbogenofens 1. Für die CO-Nachverbrennung werden zwischen 300 Nm3/h und 1300 Nm3/h Sauerstoff oder sauerstoffhaltiges Gas je Sauerstoffblaslanze 13 mit einem Druck von, wie bereits erwähnt, maximal 6 bar eingeblasen. Hierdurch wird verhindert, daß der Sauerstoffstrahl 14 beim Auftreffen auf die Schlackenschicht 8 das Schäumverhalten negativ beeinflußt oder die Schlacke durchschlägt oder verdrängt. Die Sauerstoffblaslanze 13 ist mit einer Düse ausgestattet, die einen Durchmesser zwischen 20 und 60 mm aufweist. Sie ist vorzugsweise aus Kupfer gefertigt. Die Sauerstoffblasrate der Nachverbrennungslanze(n) wird stufenweise geregelt und richtet sich nach den folgenden Parametern: - Eisenschwammförderrate - Summe der Sauerstoffblasrate über die zum Einsatz kommenden Frischlanzen - Kohlenstoffgehalt des Metallschwamms - Abgasanalyse Bei einer Förderrate von beispielsweise 3 t Eisenschwamm/min und einer Sauerstoffblasrate zum Frischen von etwa 3000 Nnrr/h und einem Kohlenstoffgehalt des Eisenschwamms von etwa 2 % werden bei Vorsehen von zwei Sauerstoffblaslanzen 13 zur CO-Nachverbrennung je Sauerstoffblaslanze 13 800 Nm3/h unter Niederdruck, vorzugsweise 3-6 bar, eingeblasen. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Einschmelzen von Metallschwamm (11), insbesondere von Eisenschwamm (11), in einem mindestens eine Elektrode (6) aufweisenden Elektrolichtbogenofen (1), wobei der Metallschwamm (11) unter Bildung mindestens eines im unmittelbaren Nahbereich einer Elektrode (6) auf den im Elektrolichtbogenofen (1) vorhandenen Badspiegel (16) auftreffenden Metallschwammstrahles (15) in den Elektrolichtbogenofen (1) eingebracht wird, und wobei zur Entkohlung bzw. Baddurchmischung bzw. Energieeinbringung in die Metallschmelze (7) Sauerstoff in die Schmelze (7) eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum zwecks Entkohlung bzw. Baddurchmischung bzw. Energieeinbringung in die Metallschmelze (7) eingebrachten Sauerstoff mindestens ein Sauerstoffstrahl (14) bzw. ein Strahl (14) eines sauerstoffhaltigen Gases mit niedriger Geschwindigkeit zwecks CO-Nachverbrennung in den Elektrolichtbogenofen (1) eingeblasen wird, der im Bereich der Auftreffstelle des vorzugsweise allein durch Schwerkraft in den Elektrolichtbogenofen (1) geförderten Metallschwammstrahles (15) und/oder unmittelbar benachbart zur Auftreffstelle des Metallschwammstrahles (15) auf den Badspiegel (16) auftrifft und der im Bereich bzw. Nahbereich dieser Auftreffstelle an der der bzw. den Elektrode(n) (6) des Elektrolichtbogenofens (1) zugewandten Seite vom Metallschwammstrahl (15) gegenüber der bzw. den Elektrode(n) in Form eines Schutzschildes abgeschirmt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzlich eingeblasene Sauerstoffstrahl (14) bzw. Strahl (14) eines sauerstoffhaltigen Gases mit Unterschallgeschwindigkeit in den Elektrolichtbogenofen (1) eingeblasen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzlich eingeblasene Sauerstoffstrahl (14) bzw. Strahl (14) eines sauerstoffhaltigen Gases unter einem niedrigen Druck, vorzugsweise mit einem Druck von max. 6 bar, eingeblasen wird.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Eisenschwamm (11) in stückiger Form, vorzugsweise als Pellets und/oder Briketts, und gegebenenfalls zum Teil in Form von Fines in den Elektrolichtbogenofen eingebracht wird.
5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffstrahl (14) bzw. der Strahl (14) eines sauerstoffhaltigen Gases ab etwa der Hälfte der freien Innenraumhöhe (H) des Elektrolichtbogenofens (1) bis zur Auftreffstelle auf den Badspiegel (16) zumindest an der der oder den Elektrode(n) (6) zugewandten Seite vom Metallschwammstrahl (15) gegenüber der bzw. den Elektrode(n) abgeschirmt wird.
6. 6. Elektrolichtbogenofen (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der 5 AT 408 663 B Ansprüche 1 bis 5, mit mindestens einer Elektrode (6) und einem Deckelchargierloch (10) zum Chargieren von Metallschwamm (11) durch Schwerkraft, und mit einer Sauerstoffzu-führeinrichtung (9) zum Einbringen von Sauerstoff in die Metallschmelze (7), gekennzeichnet durch mindestens eine Sauerstoff-Blaslanze (13), die durch eine Deckelöffnung in eine in das Ofeninnere ragende Position bringbar ist, welche Position derart ausgerichtet ist, daß der Sauerstoffstrahl (14), gesehen von einer bzw. den Elektrode(n) (6) aus, von dem durch Schwerkraft in den Elektrolichtbogenofen (1) einfallenden Metallschwamm (11) zumindest im Bereich der Auftreffstelle des Metallschwamms (11) auf dem Badspiegel (16) gegenüber der bzw. den Elektrode(n) abgeschirmt ist.
7. 7. Elektrolichtbogenofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Blaslanze (13) gegenüber dem Elektrolichtbogenofen (1) beweglich, vorzugsweise schwenkbar und vor- und rückziehbar, ist. HIEZU 4 BLATT ZEICHNUNGEN 6