DD140757A5 - Verfahren zur verbesserung der waermebilanz beim stahlfrischen - Google Patents

Description

- A-

Anwendungsgebiet der Erfindung "

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Wärmebilanz und damit zur Schrottsatzerhöhung beim Frischen von Roheisen in einem Konverter, der Sauerstoffdüsen mit Schutzmediumummantelung unterhalb der Badober- ^D fläche aufweist.

Stahl wird zum größten Teil unter Verwendung von technisch reinem Sauerstoff in Konvertern mit einem Fassungsvermögen von ca. 30 t bis ca. 400 t hergestellt. In der Betriebspraxis haben sich zwei verschiedene Frischverfahren durchgesetzt. Zum einen handelt es sich um das Sauerstoffaufblas-Verfahren und zum anderen um das Sauerstoff-Durchblas-Verfahren (OBM-Verfahren / Q-BOP-Verfahren).

Das Sauerstoff-Durchblas-Verfahren wendet Sauerstoffdüsen mit Kohlenwasserstoffummantelung an, die aus konzentrischen Rohren bestehen und unterhalb der Badoberfläche in der Konverterausmauerung angeordnet sind.

Der Frischsau.erstoff wird mit den Schlackenbildnern beladen, und durch das Einleiten der Reaktionspartner durch die Düsen in die Schmelze kommt es im Konverter zu optimalen Bedingungen für die Reaktionskinetik, wobei auch gegen Ende der Frischreaktion noch eine starke Badbewegung

2 09 6 27

vorhanden ist. Daraus resultieren die günstigen metallurgischen Ergebnisse beim Stahlfrischen, die mit deutlichen wirtschaftlichen Vorteilen verbunden sind.

Andererseits besteht ein Unterschied zwischen den beiden Frischverfahren darin, daß etwa 3 Prozentpunkte Schrott, also 30 kg/t Stahl, beim LD-Verfahren mehr eingesetzt werden können als beim OBM/Q-BOP-Verfahren.

Es hat in der Vergangenheit nicht an Vorschlägen gefehlt, einzelne Nachteile der beiden Sauerstoff-Konverter-Frischverfahren abzustellen. In diesem. Zusammenhang sind auch Vorschläge bekanntgeworden, beide Verfahren für spezielle Zwecke miteinander zu verknüpfen. .

•Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die österreichische Patentschrift 168 590 behandelt beispielsweise die Möglichkeit, zusätzlich zum Aufblasen ein stickstoff-freies Rührgas durch eine Seitenwanddüse unterhalb der Badoberfläche in einen Konverter zu leiten, um die Badbewegung zu verbessern. Der Nachteil besteht in einer ungünstigen Wärmebilanz, da das Rührgas der Schmelze Wärme entzieht und demgemäß der Schrottsatz sinkt.

Die US-Patentschrift 3 030 203 beschreibt ein Verfahren, bei dem zunächst mit einer üblichen Lanze auf die Schmelze geblasen wird und nach einer Konverterdrehung die Lanze in die Schmelze eintaucht. Nachteilig macht sich bei diesem Verfahren der Wärmeentzug der Schmelze durch die wassergekühlte Lanze bemerkbar. Zum anderen führen die kon- „ zentriert eingeleiteten großen Sauerstoffmengen zu einem starken Spritzen und zu verstärktem Auswurf.

In der US-Patentschrift 3 259 484 kombiniert man die-Sauerstoff-Aufblaslanze mit einem Konverterboden aus porösem Feuerfest-Material, durch den Sauerstoff in die

-3- 2 09 6 27

Schmelze eingeleitet -wird. Durch die porösen Bodensteine lassen sich jedoch nur verhältnismäßig kleine Sauerstoffmengen fördern, und nach dem heutigen Stand der Kenntnis führt das Einleiten von Sauerstoff durch poröse Steine zu einer sehr kurzen Lebensdauer dieser Böden von nur einigen Schmelzen. ·

Die französische Patentschrift 2 121 522 befaßt sich mit einem Verfahren, das die gleichzeitige Anwendung einer Lanze mit Bodendüsen kombiniert. Das Einblasen von oben und unten geschieht dabei in verschiedenen Badzonen. Es wird beispielsweise in der ersten Frischphase, vorzugsweise der Entsilizierungsperiode, nur durch die Bodendüsen Sauerstoff in die Schmelze eingeleitet. Anschließend führt man die Lanze in den Konverter und bläst Sauerstoff auf das Bad. Das Ziel ist es, kohlenstoffreiche Stähle mit ausreichend niedrigen Phosphorgehalten herzustellen. Dem durch die Lanze zugeführten Sauerstoff kommt dabei hauptsächlich die Aufgabe zu, den FeO-Gehalt der Schlacke als Voraussetzung für eine möglichst weitgehende Entphosphorung zu erhöhen. Gleichzeitig soll das Entstehen von braunem Rauch vermindert werden.

Die deutsche Offenlegungsschrift 2 237 253 bezieht sich auf die Verwendung von Düsen aus konzentrischen Rohren mit Düsenschutzmedium, die in der feuerfesten Ausmauerung des Bodens sowie in der Seitenwand eines Konverters eingebaut sind. Die Düsen im oberen Teil der Seitenwand dienen der Zufuhr einer Suspension aus pulverförmigen Schlackenbildnern und Trägergas. Die Seitenwanddüsen können so angeordnet sein, daß sie in der Blasstellung des Konverters unterhalb der Badoberfläche liegen oder sich auch oberhalb befinden und schräg auf das Bad blasen, Solange' sie auf das Bad blasen, benutzt man sie nur zum Zuführen pulverförmiger Schlackenbildner. Für den Fall, daß die

.4-209 627

Düsen unterhalb des Badspiegels angeordnet sind, kommt auch ein oxidierendes Trägergas infrage.

Der Gegenstand der deutschen Offenlegungsschrift 2 237 besteht im wesentlichen darin, eine Suspension aus Transportgas und pulverförmigen Schlackenbildnern auf die zu frischende Schmelze zu blasen. Damit kommen die Vorteile des Einleitens der schlackenbildenden Substanzen nach dem Sauerstoff-Durchblasverfahren, beispielsweise beschrieben im deutschen Patent 1 966 314, nicht mehr zum Tragen.

Die deutsche Auslegeschrift 2 405 351 betrifft eine Kombination von Aufblas-Lanzen und Bodendüsen. Dabei soll zu Beginn das Frischen im wesentlichen durch Aufblasen von oben erfolgen und die Sauerstoffzufuhr von unten ge-.steigert werden, sobald die Frischwirkung nachzulassen beginnt. Dies ist nach der Beschreibung bei Kohlenstoffgehalten zwischen 0,2 bis 0,05 % der Fall. Durch das bevorzugte Aufblasen kann das Verfahren die damit verbundenen Nachteile nicht in ausreichendem Maße vermeiden.

Weiterhin gehören zum Stand der Technik die deutsche Offenlegungsschrift 2 522 467, die DDR-Patentschrift 101 916 und die US-Patentschrift 3 895 784.Sie beinhalten im wesentlichen die Anwendung von Düsen mit Kohlenwasser stoff ummantelung oberhalb der Badoberfläche in einem sonst üblichen Durchblas-Konverter, mit der Zielsetzung, eine CO-Nachverbrennung zur Verbesserung des Wärmehaushaltes zu erreichen.

Nach der deutschen Offenlegungsschrift 2 522 467 dient die CO-Nachverbrennung zur gezielten Vergrößerung des Wärmeangebotes im oberen Bereich des Konverters, dem sogenannten Hut, um dort eine Ansatzbildung zu vermeiden. Die DDR-Patentschrift beschreibt die CO-Nachverbrennung im Kon-

209 627

verter und in anderen Stahlfrischgefäßen. Als wesentliche Merkmale gelten die Einbaulage der Sauerstoffdüsen oberhalb der Badoberfläche und die zugeführten.Sauerstoffmengen zu den Bodendüsen und den Nachverbrennungsdüsen in-Relation zur CO-Entwicklung der Schmelze.

Die Einbaulage der Nachverbrennungsdüsen soll nicht mehr als 20°, vorzugsweise nicht mehr als 10°, von der Waagerechten nach oben und unten abweichen. Noch vorteilhafter soll es sein, wenn der Winkel der Düsen leicht nach unten geneigt wird und nicht mehr als 5° von der Horizontalen abweicht, wobei sich als besonders vorteilhaft ein Winkel von 4° erwiesen hat. Diese Ausführung läßt die hohe Bedeutung erkennen, die man der ungefähr waagerechten Einbaulage der CO-Nachverbrennungsdüsen beimißt.

Die relative Geschwindigkeit des Sauerstoffeinblasens durch die Bodendüsen ist so zu regulieren, daß die CO-Entwicklüng optimiert wird, und die erforderliche Sauerstoff menge ist in einer Zone der CO-Entwicklung, nahe der Oberseite des flüssigen Bades, zuzuführen, um CO in COp umzuwandeln. Als bevorzugte Sauerstoffmengen für die Seitenwanddüsen nennt die Patentschrift 25 % bis 30 %.

Die US-Patentschrift greift im wesentlichen den Gedanken der gesteuerten Umwandlung von CO in COp auf und erläutert einen Regelkreis, der die Abgaszusammensetzung mißt und entsprechend die Sauerstoffzufuhr in das Frischgefäß steuert, sowie die Einbaulage der Sauerstoffeinleitungsdüsen oberhalb der Badoberfläche verändert. Die Düseneinbaulage in der Konverterwand während der Frischzeit zu variieren, ist in der Betriebspraxis undurchführbar. Die Öffnungen in der Konverterwand werden nach kurzer Zeit durch Stahlspritzer und entsprechende Ansätze verlegt und damit unbrauchbar, die Düsenrohre lassen sich dann nicht mehr bewegen.

Allen.zuvor beschriebenen Verfahren ist es gemeinsam, daß eine fühlbare, im Frischprozeß wirksam werdende Wärmezufuhr an die Eisenschmelze im Konverter nicht erreicht werden konnte und daher keine der bekannten Vorschläge bislang Eingang in die Betriebspraxis gefunden hat.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen. . ·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Stahlerzeugung im bodenblasenden Konverter so weiterzuentwickeln, daß die Wärmebilanz verbessert und damit der Anteil fester Eisenträger, z.B. Schrottsatz, deutlich gesteigert wird, und die bekannten Vorteile des bodenblasenden Verfahrens,. insbesondere der zuverlässig steuerbare Frischverlauf, die Vorzüge der Prozeßmetallurgie, wie beispielsweise die tiefen Endkohlenstoffgehalte und der niedrige Eisenoxidgehalt der Abstichschlacke, das gesicherte Schrotteinschmelzvermögen und das höhere Ausbringen, erhalten bleiben.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß während eines wesentlichen Teiles der Frischzeit 2.0 % bis 80 % der Frisch-Sauerstoffmenge durch einen oder mehrere auf die Badoberfläche gerichtete Gasstrahlen, die im Konvertergasraum als Freistrahl wirken, der Schmelze zugeführt werden. Die restliche Sauerstoffmenge wird durch die im Konvertermauerwerk unterhalb der Badoberfläche angeordneten Düsen eingeblasen.

Bei Anwendung der Lehren der Erfindung erhöht sich der Anteil fester Eisenträger, z.B. der Schrottsatz um 5 bis 10 Prozentpunkte, es wird also gegenüber der.normalen Betriebsweise eines OBM/Q-BOP-Konverters ein um 50 kg bis 100 kg gesteigerter Festeisenanteil pro Tonne Rohstahl verarbeitet. Der Schrottsatz liegt damit auch wesentlich höher als bei dem üblichen Sauerstoffaufblas-Verfahren. Dabei ist noch zu bemerken, daß der höhere Schrottsatz beim

209 627

Aufblas-Verfahren im Vergleich zum Durchblas-Verfahren teilweise auf die exotherme Oxydation von Eisen zurückzuführen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen bleibt der Eisenoxidgehalt der Schlacke so niedrig wie beim Sauerstoff-Durchblas-Verfahren.

Mit dem Sauerstoffaufblasen alleine, ohne die gleichzeitige Zufuhr von Sauerstoff unterhalb der Badoberfläche⁰, lassen sich die Vorteile der Erfindung nicht realisieren. Beim Sauerstoffaufblasen ist es für das Erreichen der metallurgischen Reaktionen erforderlich, möglichst schnell eine Schaumschlacke im Konverter zu bilden. Diese Schaumschlacke füllt dann einen wesentlichen Teil des freien Konverterraumes oberhalb der Badoberfläche aus, und der Sauerstoffstrahl bläst während der längsten Zeit des Frischverlaufes in dieser Schaumschlacke, also nicht im freien Gasraum. Bei einer derartigen Betriebsweise kommt es zu einer Erhöhung des Eisenoxidgehaltes der Schlacke mit den entsprechenden metallurgischen Effekten, wie sie vom Sauerstoffaufblas-Verfahren her bekannt sind. Unter diesen Betriebsbedingungen sind die erfindungsgemäßen Vorteile, insbesondere der Schrottsatz und ein niedriger Eisenoxidgehalt in der Schlacke, nicht realisierbar.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, die Ausbildung von Schaumschlacke im Konverter zu vermeiden. Dieses Ziel wird insbesondere durch die Zufuhr von mindestens 20 % der Gesamt-Sauerstoffmenge unterhalb der Badoberfläche erreicht. Gleichzeitig wird mit diesem Sauerstoff ein wesentlicher Teil des Kalkes durch die unterhalb der Badoberfläche angeordneten Düsen eingeblasen.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die oberhalb des Badspiegels zugeführte Sauerstoffmenge so in den Konverter geleitet, daß sich ein Freistrahl im Gasraum ausbildet,

-β- 209 627

und dieser Gasstrahl auf die Badoberfläche der Schmelze trifft. Hiermit gelingt es, etwa 90 % der durch die Nachverbrennung der Konverterabgase anfallenden Energie auf die Schmelze zu übertragen. Es ist für die erfindungsgemäße Wirkung erforderlich, daß die Freistrahlen im Gasraum eine bestimmte Strecke durchlaufen, innerhalb der sie beträchtliche Mengen der Konverterabgase ansaugen. Es kommt dabei zu einem starken Vermischen von Sauerstoff und Konverterabgas, und auf die Badoberfläche trifft dann nur noch ein heißes Gas, das aus CO und CO2 besteht und praktisch keinen freien Sauerstoff mehr enthält. Dementsprechend wird auch die Bildung von braunem Rauch, d.h. die Eisenverbrennung, vermindert, und das erfindungsgemäße Verfahren weist, ähnlich wie das OBM/Q-BOP-Verfahren, nur einen Verlust aus der Eisenverdampfung von 0,3 % auf.

Beim bekannten Einleiten von Sauerstoff im oberen Teil des Konverters durch waagerecht oder bis zu 20° aus der Waagerechten, geneigt angeordnete Düsen zur CO-Nachverbrennung läßt sich auch bei Sauerstoffmengen von 10 % bis 20 % der gesamten Sauerstoffmenge keine fühlbare Wärme an die Schmelze übertragen. Die Nachverbrennung der Konverterabgase führt lediglich zu Schäden am Feuerfest-Material. Insbesondere tritt bei diesen Verfahren ein voreilender Verschleiß der Ausmauerung im Konve.rterhut und an den Wänden gegenüber den Sauerstoffdüsen auf. Dieser Ausmauerungsverschleiß ist auf eine starke Temperaturerhöhung in dem oberen Konverterbereich zurückzuführen', und eine weitere Steigerung des Sauerstoffanteiles über 20 % hinaus läßt lediglich eine zusätzliche Schädigung der feuerfesten Zustellung erwarten. Eine fühlbare Übertragung von Wärme an die Schmelze ist nach den bisherigen Erfahrungen mit dieser bekannten Sauerstöffzugabetechnik nicht möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt demgegenüber zu kei-

-e- 209 627

nein erhöhten Ausmauerungsverschleiß. Dieser Vorteil ist sicherlich darauf zurückzuführen, daß kein Gasstrahl mit hoher Temperatur auf die feuerfeste Konverterausmauerung trifft - im Gegenteil, es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die Freistrahlen im Konverter-Gasraum auf die Badoberfläche der Schmelze gerichtet sind.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Schrottsatzerhöhung, an der unteren Grenze des angegebenen Bereiches von 40 bis 50 kg pro Tonne Rohstahl, bereits erreicht, wenn die auf das Bad geblasene Sauerstoffmenge mindestens 20 bis 30 % der Frisch-Sauerstoffmenge beträgt. Als vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, die gesamte Sauerstoffmenge etwa zu gleichen Teilen auf die Düsen unterhalb der Badoberfläche und das Sauerstoffeinleitungssystem im oberen Konverterraum aufzuteilen. So kann beispielsweise bei einer auf die Schmelze geblasenen Sauerstoffmenge von 40 % der Frischsauerstoffmenge ein um ca. 6 Prozentpunkt erhöhter Schrottsatz erreicht werden. Der Schrottsatz, definiert als Gewichtsverhältnis von Schrott und flüssigem Stahl, erhöht sich demgemäß von üblicherweise 27 % beim bodenblasenden Verfahren auf 33 % beim erfindungsgemäßen Verfahren. Selbstverständlich ermäßigt sich der Roheisensatz dementsprechend. Der insgesamt zugeführte Sauerstoff liegt dabei um ca. 12 % höher gegenüber dem Sauerstoffsatz von ca. 60 Nm /t Roheisen, der bei einem üblichen Sauerstoff-Durchblas-Verfahren erforderlich wäre. Der Kohlenstoffgehalt der fertigen Stahlschmelze beträgt ca. 0,02%, und der Eisenoxidgehalt in der Endschlacke liegt bei 15 %. Bei Kohlenstoffgehalten von ca. 0_s05 % ergibt sich ein Ei,senoxidgehalt in der Schlacke von ca. 8 %. Dieser Eisenoxidanteil in der Schlacke entspricht den Vergleichswerten der Chargen, die nach dem OBM/Q-BOP-Prozeß erzeugt werden.

Der um etwa 12 % erhöhte Sauerstoff-Verbrauch gegenüber

dem herkömmlichen Verfahren erlaubt es, ca. 24 % CO im Konverterabgas zu C0_? zu verbrennen. Die dabei freiwerdende Wärmemenge reicht bei einem wärmetechnisehen Wirkungsgrad von 90 % aus, eine zusätzliche Schrottmenge von 6 Prozentpunkten einzuschmelzen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es also, nahezu die gesamte Wärmemenge,die aus der Verbrennung von CO zu C0£ resultiert, auf die Schmelze zu übertragen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich mindestens eine Sauerstoffdüse aus zwei konzentrischen Rohren oberhalb der Badoberfläche in der Konverterausmauerung. Durch das Innenrohr der Düse strömt der Sauerstoff- der Ringspalt zwischen den beiden Düsenrohren dient zum Einleiten des Schutzmediums, vorzugsweise gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe. Der in den Konverter geleitete Sauerstoff wird vollkommen ausgenutzt

Ein wesentlicher Anteil von ca. 75 % beteiligt sich an den Frischreaktionen, die restliche Sauerstoffmenge dient zur CO-Nachverbrennung und ermöglicht damit den erhöhten Schrottsatz.

Die Düsen oberhalb der Schmelze sind im Konverter so anzuordnen, daß eine ausreichende Strecke des Sauerstoff-Strahls im Konverter-Gasraum erreicht wird. Um die Erfindung voll zu nutzen, soll die Strecke des SauerstoffStrahls zwischen den Austrittsöffnungen der Sauerstoffzuführungssysteme und der ruhenden Badoberfläche etwa dem 50 bis 200fachen des Durchmessers der Austrittsöffnungen entsprechen.

Bei der üblichen Konvertergeometrie ergibt sich beim Einbau der Sauerstoffeinleitungsdüsen in die Konverterseitenwand eine Neigung von mehr als 35°, vorzugsweise mehr als 45°> aus der Waagerechten in Richtung Badoberfläche.

-11 - 2 09 627

Der Gasstrahl, der im wesentlichen aus CO und COp besteht, trifft mit einer hohen Temperatur, die erheblich über der Badtemperatur liegt und schätzungsweise ca. 2500⁰C beträgt, auf die Badoberfläche. Zur Reaktion mit der Schmelze und zur Wärmeübertragung steht eine sehr große Oberfläche zur Verfügung, die sich aufgrund der unterhalb der Badoberfläche zugeführten Sauerstoffmenge und der daraus resultierenden starken Badb"wegung herleitet. Soweit Kenntnisse über die Badbewegung im Konverter vorliegen, beispielsweise aus Modellversuchen, iät mit einer Spritz- und Eruptionszone an der Badoberfläche von mindestens .1 m Höhe zu rechnen. Die damit stark vergrößerte Reaktionsoberfläche, die bei dem erfindungsgemaßen Verfahren während eines wesentlichen Teils des Frischens erhalten bleibt, ist sehr wahrscheinlich entscheidend für den hohen Ausnutzungsgrad des Sauerstoffs und die gute Wärmeübertragung auf das Bad,

In einem bodenblasenden Sauerstoff-Durchblas-Konverter, von beispielsweise 60 t Kapazität und ungefähr kugelförmiger Gestalt, ist oberhalb der Konverterdrehzapfen an beiden Seiten je eine Düse unter einem Neigungswinkel von ca. 45 in der feuerfesten Ausmauerung installiert. Die Düsenaustritt soffnungen liegen an der Konverterinnenseite ca.. 2 m oberhalb der Badoberfläche bei dem neu ausgemauerten Gefäß. Mit zunehmender Einsatzzeit vergrößert sich der Abstand auf ca. 3 m. Die Sauerstoffdüsen bestehen aus zwei konzentrischen Rohren mit einem lichten Durchmesser des Innenrohres für den Sauerstoff von 40 mm. Die Ringspaltbreite zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr beträgt ca. 1 mm. Zum Schutz der Düsen gegen einen voreilenden Verschleiß im Vergleich zu der feuerfesten Ausmauerung leitet man durch den Ringspait 1 Vol-% Propan, bezogen auf die Sauerstoffmenge.

Bei einer Gesamt-Sauerstoffzufuhr von ca. 20 000 NnrVh, da-

von strömen ca. 10 000 Niir/h durch die Bodendüsen und ca. 10 000 Nm /h durch die beiden Seitenwanddüsen oberhalb der Badoberfläche5 beträgt die Frischzeit ca. 10 min. Die Kühlschrottmenge ist bei dieser Verfahrensweise ca. 4 t höher gegenüber der gleichen Gesamt-Sauerstoffzufuhr, ausschließlich durch die Bodendüsen. Die Eisenoxidwerte der Schlacke entsprechen den Gehalten beim Bodenblasen.

Ob.erhalb der Badoberfläche kann eine größere Anzahl von Düsen in der feuerfesten Ausmauerung eingebaut sein. Bevorzugt wird eine Einbauhöhe von über 2 m über der Badoberfläche. Diese Einbauhöhe erlaubt günstige konstruktive Lösungen. Bei der erfindungsgemäßen Forderung, die'Düsen auf das Bad zu richten, ist es einfacher, sie im oberen_ Teil, des Konverters, dem sogenannten Hut, anzuordnen, da aufgrund der Hutneigung die Durchdringungsstrecken der Düsen in der Konverterausmauerung kleiner werden. Damit wird·es u.a. leichter, die Ausmauerung an die Düsenrohre anzupassen, hauptsächlich, wenn mehr als eine Düse auf jeder Konverterseite im Bereich oberhalb der beiden Drehzapfen eingebaut werden. Beispielsweise sind in einem Konverter 6 Düsen, d.h. auf jeder Konverterseite 3 Düsen, ca, 2 m oberhalb des Badspiegels eingebaut. Die Düsenmündungen liegen an der Innenseite des Konverters, im Übergangsbereich von dem zylindrischen Konverterteil zum oberen Konverterkonus. Die Neigung der Düsen gegenüber der Waagerechten beträgt 45° bis 70°. Die Düsen sind so ausgerichtet, daß die Auftreffbereiche der Gasstrahlen ungefähr gleich-, mäßig auf der Badoberfläche verteilt sind.

Eine zusätzliche Variante bei der Düsenanordnung, die zu einer weiteren Schrottsatzsteigerung, über 5 Prozentpunkte hinaus, führt,besteht darin, die Auftreff-Flächen der Gasstrahlen so auszurichten, daß sie in dem Bereich mit maximaler Schlackenschichtstärke auf die Badoberfläche treffen.

-13- 2 09 6 27

Dieser Bereich der Badoberfläche befindet sich in den Kreisabschnitten neben einem Mittelstreifen, auf dem die Bodendüsen verteilt sind. Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Schrottsatz bis zu 10 Prozentpunkte, im Vergleich zum Sauerstoff-Durchblas-Verfahren, zu steigern. Der Sauerstoffverbrauch erhöht sich dabei um ca. 20 % gegenüber dem Frischsauerstoff. Dieser überraschende Effekt ist vermutlich damit zu erklären, daß die Gasstrahlen aus den Einleitungsdüsen oberhalb der Badoberfläche bevorzugt auf Schlackenschmelze treffen, und daß zusätzlich über die schräg verlaufenden Sauerstoffstrahlen eine beträchtliche Rotation der Konverterabgase und damit eine Verbesserung des Ansaugens dieser Abgase erzielt wird.

Der auf das Bad geblasene Sauerstoff kann durch eine Lanze zugeführt werden. Der Einsatz einer Lanze für die Sauerstoffzufuhr oberhalb der Badoberfläche erweist sich dann als besonders sinnvoll, wenn eine Konverteranlage über entsprechende Einrichtungen verfügt. Der Lanzenabstand, d.h. die Entfernung zwischen den Sauerstoffaustrittsoffnungen an der Lanze und der Badoberfläche im Konverter, wird normalerweise in Analogie zu den Seitenwanddüsen groß gewählt, mindestens über 2 m. Es ist weiterhin darauf zu achten, daß die aus der Lanzenmündung austretenden Gasstrahlen, ähnlich wie bei den Seitenwanddüsen, auf die Badoberfläche auftreffen und nicht die Konverterseitenwand berühren. Die Betriebsweise der Lanze ist demgemäß gegenüber dem bekannten Sauerstoffaufblasprozeß entscheidend zu ändern. Insbesondere ist das Entstehen von Schaumschlacke im Konverter zu vermeiden, was erfindungsgemäß durch das· Einblasen eines wesentlichen Teiles der Kalkmenge in Form von Staubkalk durch die Bodendüsen erfolgt.

Die Anzahl der Bodendüsen kann bei einem Durchblas-Konverter nach seiner Umrüstung auf das erfindungsgemäße Frisch-Ver-

- 209 627

fahren verringert werden. Mit diesem Schritt sind keine Nachteile verbunden, solange der unterhalb der Badoberfläche im Konverter installierte Düsenquerschnitt ausreicht, um während des Frischens die Gesamtmenge der staubförmigen Schlackenbildner in den Konverter zu fördern. Normalerweise läßt sich dabei von Beladungsraten der Schlackenbildner im Sauerstoff bis zu etwa 10 kg/Nnr Sauerstoff ausgehen» Beispielsweise sind beim Frischen von phosphorarmem Roheisen und den damit verbundenen geringeren Kalksätzen weniger Düsen unterhalb der Badoberfläche erforderlich als beim Frischen von phosphorreichem Roheisen, das bekanntermaßen höhere Kalksätze für die .Schlackenbildung verlangt»

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem bodenblasenden Konverter, der beispielsweise mit zwei zusätzlichen Seitenwanddüsen oberhalb der Badober-"· fläche im Bereich der Konverterdrehzapfen ausgerüstet ist, kann die Anzahl der Düsen im Konverterboden erniedrigt werden. In einem 200 t OBM/Q-BOP-Konverter, der mit 20

Düsen und einem Gesamtblasquerschnitt von 150 cm ausgerüstet ist und in dem phosphorarmes Roheisen gefrischt wird, genügen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung

10 Bodendüsen mit einem Gesamtblasquerschnitt von 80 cm und jeweils zwei Aufblasdüsen oberhalb der Konverterdrehzäpfen mit einem Gesamt-Sauerstoffblasquerschnitt von

2 50 cm.. In dem so umgerüsteten Konverter werden in einer um ca. 25 % verkürzten Frischzeit von ca. 8 bis 10 min 200 t Stahl produziert. Dabei bleiben sämtliche prozeßmetallurgischen Merkmale des Sauerstoff-Durchblas-Verfahrens erhalten. Es ergibt sich als Vorteil ein erhöhter Kühlschrottsatz von 12t, entsprechend ca. 6 %.

Darüber hinaus reduziert sich der Verbrauch an flüssigen bzw. gasförmigen Kohlenwasserstoffen zum Düsenschutz um

etwa 1/3 gegenüber dem Sauerstoff-Durchblas-Verfahren. Dieser geringere Verbrauch an Kohlenwasserstoffen setzt sich aus einem um ca. 50 % ermäßigten Anteil für die Bodendüsen und einer geringeren Schutzmediumrate von ca. 1 G-ew-^, bezogen auf den Sauerstoff, für die Aufblasdüsen zusammen. Die etwa auf den halben Anteil reduzierte Kohlenwasserstoffmenge, die das Bad durchströmt, ergibt neben der Kostenersparnis als weiteren Vorteil einen geringeren Wasserstoffgehalt im Fertigstahl. Während bei dem üblichen Durchblas-Prozeß der Wasserstoffgehalt im Fertigstahl in der Größenordnung von 4 ppm liegt, beträgt er bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Mittel 3 ppm. Die Aufteilung der gesamten Frisch-Sauerstoffmenge erfolgt dabei ungefähr zu gleichen Teilen auf die Aufblas- und Bodendüsen.

Mit der verminderten Anzahl von Düsen im Konverterboden sind eine Reihe von Vorzügen verbunden. So verkleinert sich die Gesamtfläche, auf der Düsen verteilt sind, d.h. bei der üblichen Einbauweise auf einem Bodenmittelstreifen ergibt sich eine geringere Streifenbreite. Daraus wiederum resultiert ein größeres Volumen für die Schmelze; der gleiche Konverter eignet sich dann für höhere Einsatzgewichte bzw. die Konverterkapazität vergrößert sich damit. Bei wenigen Düsen unterhalb der Badoberfläche wirkt auch eine Einbaulage im unteren Konverterwandbereich vorteilhaft. Beispielsweise haben sich dafür sogenannte Ringschlitzdüsen bewährt. Bei diesen Düsen gemäß der deutschen Patentschrift 2 438 142 strömt der Sauerstoff mit oder ohne Kalkbeladung durch einen Ringspalt, der größere Durchsatzraten pro Düse zuläßt. Ebenso ist die Eindringtiefe dieser Gasstrahlen geringer als bei normalen Doppelrohrdüsen, und somit treffen die Gasstrahlen der Seitenwanddüsen nicht auf die gegenüberliegende Konverterwand auf. Dadurch vermeidet man einen voreilenden Verschleiß der Ausmauerung.

Weiterhin hat eine geringere Düsenanzahl im Konverterboden

konstruktive Vereinfachungen zur Folge. Es genügt ein kleinerer Kalkverteiler, und die Anzahl der Zuführungsrohre für den Sauerstoff und das Schutzmedium am Konverterboden verringert sich. Die Querschnitte der Sammelversorgungsleitung bis zum Kalkverteiler und für das Düsenschutzmedium können ementsprechend verkleinert werden.

Die Sauerstoffzufuhr zu den Düsen unterhalb der Badoberfläche und den auf die Badoberfläche gerichteten Einleitungssysteinen erfolgt normalerweise durch eine getrennt steuerbare Versorgung, die sich unabhängig voneinander regeln läßt. Beispielsweise kann bereits nach dem Chargieren, beim Aufrichten des Konverters in die Blasstellung, das Aufblassystem mit der gewünschten Sauerstoffmenge betrieben werden, während man die Bodendüsen beim Konverteraufrichten mit Stickstoff beschickt und erst nach Erreichen der Blasstellung auf Sauerstoff und Düsenschutzmedium umschaltet. Gegenüber der normalen Praxis bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der ungefähr gleiche Sauerstoffmengen durch die Aufblas- und Durchblas-Düsen strömen, kann auch mit unterschiedlichen Sauerstoffdurchflußmengen gearbeitet werden.

Beispielsweise bei einem Roheisen mit hohem Siliziumgehalt . von 1,5 bis 2 % erweist es sich als günstig, in der Anfangsphase ca. 60 % der Sauerstoffmenge durch die Düsen im Konverterboden zu leiten und mit hoher Kalkbeladung zu arbeiten, um kieselsäurereiche Schlacken im Konverter zu vermeiden.

Eine weitere Möglichkeit bezieht sich darauf, beim Frischen im Konverter der Schmelze zusätzlich Wärme zuzuführen und somit das Aufschmelzen von Schrott, über den um 5 bis 10 Prozentpunkte erhöhten Kühl schrott satz hinaus.. Dabei werden in eine Eisenschmelze im Konverter Kohlenstoff enthaltende

- 2 09 6 27

Brenns-toifβ» beispielsweise Koks, Braunkohlenkoks, Graphit, Kohle verschiedener Qualitäten, und Mischungen davon eingeleitet. Die Sauerstoffzufuhr zum Frischen der Schmelze und zum Verbrennen dieser Brennstoffe erfolgt erfindungsgeinäß gleichzeitig in Form von auf die Badoberfläche gerichteten Gasstrahlen und unterhalb der Badoberfläche, beispielsweise durch die Bodendüsen eines OBM-Konverters.

Auf die Badoberfläche kann der Sauerstoff beispielsweise durch eine oder mehrere Seitenwanddüsen, die in der beschriebenen Weise oberhalb des Konverterdrehzapfens angeordnet sind, eingeblasen werden. Die Seitenwanddüsen sind ähnlich wie die Düsen im Konverterboden aus zwei konzentrischen Rohren aufgebaut. Zum Schutz dieser Düsen gegen vorzeitiges Zurückbrennen im Vergleich zur Konverterausmauerung führt man durch die Ringspalte 0,5 bis 5 % Kohlenwasserstoffe, bezogen auf den Sauerstoffdurchsatz. Selbstverständlich ist das Aufblasen des Sauerstoffs auch mit einer Lanze in der beschriebenen Weise möglich.

Die Zufuhr der Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffe kann grundsätzlich auf verschiedene Weise erfolgen. Eine vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, die Kohlenstoff enthaltenden .Brennstoffe als Pulver unterhalb der Badoberfläche in die Eisenschmelze durch entsprechende Düsen mit einem Trägergas einzublasen. Als Trägergas haben sich beispielsweise Stickstoff, CO, CH^ bz\tf. Erdgas und Inertgase, beispielsweise Argon,bewährt. Diese Brennstoffzufuhr erfolgt über eine oder mehrere Düsen. Die einfachste Lösung besteht darin, eine oder mehrere der in einem OBM-Konverter befindlichen Bodendüsen dafür zu v-srwenden. In diesem Fall wird das innere Rohr der Düsen mit der Suspension aus aufgemahlenem Brennstoff und Trägergas beaufschlagt. Es lassen sich aber auch eine oder eine größere Anzahl von Düsen aus mehreren konzentrischen Rohren, beispielsweise drei, für die

Brennstoffzufuhr einsetzen. Bei Düsen aus drei konzentrischen Rohren ist es zweckmäßig, durch das Zentralrohr die Brennstoffe, durch den Ringspalt neben dem Zentralrohr Sauerstoff und durch einen zweiten äußeren Ringspalt die üblichen Kohlenwasserstoffe zum Schutz der Düsen zu leiten. Eine entsprechende Regelung der Sauerstoffmenge ermöglicht es, die AnsatzMldung an der Düsenmündung in gewünschter Form zu verändern. Sobald die Ansätze an der Düsenmündung zu groß werden, beispielsweise über 150 mm Höhe erreichen und damit die Gefahr besteht, daß beim Schrottchargieren die Düsen beschädigt werden, erhöht man die Sauerstoffzufuhr zu den Düsen und reduziert somit die Größe des Ansatzes an der Düsenmündung. In umgekehrter Weise kann die Sauerstoffmenge reguliert werden, falls der Düsenansatz zu klein ist.

Es liegt, auch im Sinne der Erfindung, die Brennstoffe kontinuierlich oder portionsweise in den Konverter zu chargieren. Die Zugabe erfolgt durch entsprechende Vorrichtungen, z.B. Rutschen, über die Konvertermündung oder Öffnungen in der oberen Konverterseitenwand. Beispielsweise hat sich die Zugabe von Koksgrus durch das Abstichloch bewährt. Die Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffe können auch zusammen mit den Schlackenbildnern, wie Kalk, in den Konverter eingeführt werden. Die Brennstoffe werden bevorzugt getrocknet eingesetzt, hauptsächlich wenn man sie in der vorteilhaften Weise unterhalb der Badoberfläche in Pulverform einbläst. .

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt ungefähr zu einer Verdoppelung des wärmetechnischen Wirkungsgrades der eingeleiteten Brennstoffe im Vergleich zu den bisher bekanntgewordenen Verfahren, bei denen auch Brennstoffe der Eisenschemlze zugeführt werden und der gesamte Sauerstoff entweder in die Schmelze geleitet oder mit einer Lanze auf das Bad geblasen wird»

-19- 2 09 6 27

Erst durch die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung gewinnt der Einsatz kohlenstoffhaltiger Brennstoffe wesentlich an Bedeutung und wird wirtschaftlich attraktiv. Die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe, hauptsächlich der kostengünstige Koksgrus, eignen sich damit als Energieträger, um Schrott einzuschmelzen. Welche wirtschaftlichen Vorteile dabei entstehen, ist selbstverständlich in Relation zum Schrottpreis zu betrachten. Beispielsweise genügen 150 kg Koks, um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 1 t Schrott zusätzlich bei der Stahlerzeugung einzuschmelzen. Dies entspricht ungefähr einem wärmetechnischen Wirkungsgrad von ca. 30 %. Die bekannten Verfahren benötigen dagegen mindestens ca. 300 kg Koks für 1 t Zusatzschrott, und daraus errechnet sich ein wärmetechnischer Wirkungsgrad von pa. 15 %·

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich der Anteil der festen Eisenträger, insbesondere der Schrottsatz, in einem Konverter beliebig steigern, bis hin zur Stahlerzeugung ohne flüssiges Roheisen, d.h. einer 100%igen Schmelze aus festen Eisenträgern. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, ohne eine deutliche Verlängerung der Frischzeit in Kauf zu nehmen, mit einem Anteil fester Eisenträger, z.B. einem Schrottsatz bis ca. 50 %, zu arbeiten. Eine Erhöhung des Schrottsatzes über 50 % zieht eine deutliche Verlange- " rung der Chargenfolgezeit bis etwa zur Verdoppelung bei Chargen aus 100 % festen Eisenträgern bzw. Sehrott nach sich. .

Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich in der Praxis als sehr flexibel und ermöglicht es, sich unterschiedlichen Betriebsbedingungen gezielt anzupassen. Bereits die voneinander unabhängig steigerbare Sauerstoffzufuhr für die OBM-Düsen unterhalb der Badoberfläche und das Sauerstoff auf blas system eröffnen neue Möglichkeiten, die Wärme-

bilanz beim Stahlfrischprozeß zu beeinflussen. Das erhöhte Schrotteinschmelzvermögen durch die auf das Bad geblasene Sauerstoffmenge kann selbstverständlich ganz oder teilweise dazu genutzt werden, die Endtemperatur der Charge zu erhöhen und gleichzeitig den Schrottsatz zwischen dem üblichen Niveau wie beim OBM/O-BOP-Prozeß. und dem um ca. 5 bis 10 Prozentpunkte erhöhten Satz gemäß der Erfindung einzustellen.

Weiterhin läßt sich bei nicht voll 'ausgeschöpfter Schrottsatzerhöhung durch eine Veränderung der auf die Badoberfläche geblasenen Sauerstoffmenge die Endtemperatur·der fertig gefrischten Stahlschmelze variieren. Diese Trimm-Möglichkeit kann dazu genutzt werden, mit einem konstanten Schrottsatz zu arbeiten und die Endtemperatur der Charge über das Verhältnis der Sauerstoffmengen, die oberhalb und unterhalb der Stahlbadoberflache·der Schmelze zugeführt werden, betriebsgerecht einzustellen. Zum Beispiel entspricht etwa 1 Tonne Zusatzschrott bei einem Chargengewicht von ca. 60 t einer Temperaturdifferenz von ca.' 25°C.

Diese beschriebene Möglichkeit zur Temperaturkorrektur mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erweist sich bei seiner betrieblichen Anwendung als außerordentlich nützlich, insbesondere in Hinblick auf die Temperaturtreffsicherheit bei der Stahlerzeugung.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung des näheren erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch einen Konverter mit zwei Aufblas-Düsen im oberen Konverterteil.

Der Konverter besteht aus einem Stahlblechmantel 1 mit einer feuerfesten Ausmauerung 2. Im ausv/echselbaren Boden des Konverters sind Bodendüsen, d.h. übliche OBM-Düsen 4 aus zwei konzentrischen Rohren angeordnet. Das Zentrairohr

- 21 -

209 627

der Bodendüsen 4 ist mit dem Kalkverteiler 5 über die Zuführungsrohre 6 verbunden. Die Sauerstoff-Kalkstaub-Susperosion wird dem Kalkverteiler 5 durch die Sammelleitung 7 zugeführt. Die Versorgung der Ringspalte der Bodendüsen 4 erfolgt entweder mit gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen. Die Umschaltung von gasförmigen auf flüssige Kohlenwasserstoffe geschieht durch die druckgesteuerten Umschal tventile 8, die einmal über die Einzelversorgungsleitungen 9 mit gasförmigen und 10 mit flüssigen Kohlenwasserstoffen gespeist werden. Vom Umschaltventil 8 führt eine Leitung zum Ringspalt der Düsen. Durch diese Leitung 11 strömen entweder gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe. Meistens bilden der Düsenflansch und das Umschaltventil 8 eine Baueinheit.

Flüssige Kohlenwasserstoffe führt man hauptsächlich als Brennstoff während der Schrottvorheizphase in die Ringspalte der Bodendüsen 4 ein, d.h. wenn die Bodendüsen als Brenner betrieben werden. Während der Frischphase im Konverter verwendet man dagegen zum Düsenschutz gasförmige Kohlenwasserstoffe, die sich als besonders betriebssicher erwiesen haben. . .

Oberhalb der Konverterdrehzapfen 12 sind in der Ausmauerung 2 des Konverters 1 zwei Sauerstoffeinleitungsdüsen 13 eingebaut, die ebenfalls aus vorzugsweise zwei konzentrischen Rohren bestehen. Diese Sauerstoffeinleitungsdüsen befinden sich ca. 2m über das Badoberfläche 16. Sie sind mit einem Neigungswinkel 17 von ca. 45° gegenüber der Horizontalen montiert und auf die Stahlbadoberfläche 16 im Konverter 1 gerichtet. Durch die Sauerstoffeinleitungsdüsen 13 in der oberen Konverterseitenwand strömen etwa 20 bis 80 %, vorzugsweise 30 bis 70 %, der gesamten Sauerstoffmenge.

An der Austrittsöffnung 18 der Seitendüse 13 bildet sich

-,22 -

sofort nach Inbetriebnahme ein Freistrahl 19 im Gasraum des Konverters 1 aus. Dieser mit ungefähr Schallgeschwindigkeit aus der Mündung 18 austretende Gasstrahl 19 saugt nach dem Injektorprinzip große Abgasmengen des Stahlfrischprozesses, im "wesentlichen CO, an. Die angesaugte Abgasmenge ist in Form von Pfeilen 21 in Figur 1 dargestellt.

Der Freistrahl 19 trifft mit hoher Geschwindigkeit, nachdem er den Konvertergasraum 20 durchströmt hat, auf die Metall-Schlackenbadoberflache 22 auf. Durch den starken Ansaugeffekt der Freistrahlen 19 im Gasraum 20 gelingt es, nachweisbar durch die Abgasanalyse, große Mengen, mindestens etwa 20 % der Abgasmenge von CO und COp zu verbrennen. Die dabei freigesetzte Energie wird mit einem Wirkungsgrad von ca. 90 % der Metallschmelze 23 zugeführt.

Ein bedeutendes Merkmal der Erfindung besteht darin, gleichzeitig während des Sauerstoffaufblasens der Stahlschmelze durch die Bodendüsen 4 Sauerstoff in Mengen von 20 bis 80 %, vorzugsweise 30 bis 70 % der gesamten Sauerstoff menge, zuzuführen und diesen Sauerstoffteilstrom mit der wesentlichen Kalkstaubmenge, die für den Frischprozeß erforderlich ist, zu beladen.

Durch das Zuführen des Sauerstoffs über die Bodendüsen 4 mit und ohne Kalkbeladung erreicht man im Konverter 1 eine beträchtliche Badbewegung, die wiederum zum schnellen Konzentrationsausgleich in der Gesamtschmelze führt. Es können sich die in der Figur 1 schematisch dargestellten Füllzonen im Konverter ausbilden; die Stahlbadzone 23 mit der Stahlbadoberfläche 16 und die "Stahl-Schlackenbadzone 24 mit der ungefähren Oberfläche 22. Darüber befindet sich der Konvertergasraum 20.

Die Stahlbad-Schlackenzone 24 ist nicht mit der Schaum™

- 2 09 0 27

schlacke im LD-Konverter zu verwechseln. Gemäß Figur 1 handelt es sich bei der Zone 24 um den Spritz- und Eruptionsbereich der Stahlschmelze, in dem es zu einem innigen Vermengen von Stahl und Schlacke kommt. In diese, sich in forcierter Bewegung befindliche Reaktionszone 24 zwischen Stahl- und Schlackenschmelze tritt mit· dem Impuls der hohen Gasgesch-windigkeit der sich auf hoher Temperatur befindliche Freistrahl 19 ein und überträgt seine Wärmeenergie nahezu vollständig an die Schmelze.

Vorstellbar ist auch, daß im Freistrahl 19 die Gase weitgehend dissoziiert vorliegen und die Gase beim Auftreffen auf die Metall-Schlacken-Oberfläche 22 bzw. beim Eintreten in Stahl-Schlacken-Badzone 24 rekombinieren und die dabei freigesetzte Wärme direkt der Schmelze 23 zugeführt wird.

In einem 60 t-Konverter, der die Form des in Figur 1 dargestellten Frischgefäßes aufweist und der im neu ausgemauerten Zustand ein inneres Volumen von 55 w hat, befinden sich auf einem ca. 90 cm breiten Mittelstreifen 10 Düsen. Dieser Konverter wird bei Anwendung der üblichen Durchblas-Technik nach dem OBM-Verfahren mit ca. 18 t Schrott gemischter Zusammensetzung und ca. 49 t Roheisen beschickt. Die Schrottzusammensetzung besteht beispielsweise aus 5 t Blechpaketen, 7 t handelsüblichem Mischschrott und 6 t Walzwerks- und Stahlwerksrücklaufschrott mit Einzelstücken bis zu 4 t Gewicht. Die mittlere Roheisenanalyse weist 3,5 ^Kohlenstoff, 0,7 % Silizium, 1 % Mangan, 1,7 % Phosphor auf. Nach einer Gesamtfrischzeit von 12 min, die sich in eine Hauptblasperiode von 10 min und ein zweiminütiges Nachblasen unterteilt, ist der Stahl mit einer Zusammensetzung von 0,03 % Kohlenstoff, 0,1 % Mangan, 0,025 % Phosphor erzeugt und wird aus dem Konverter abgestochen. Während dieser Frischzeit führt man dem Konverter 3000 Nm Sauerstoff in Blasraten von 15 000 bis 20 000 Nur/h durch die

Bodendüsen zu. Als Düsenschutzmedium strömen durch die Ringspalte der Bodendüsen ca. 60 Nnr Propan bei einer Blasrate von 300 bis 350 Nm⁵/h. Mit dem Sauerstoff werden ca. 4 t Staubkalk in den Konverter gefördert. Die Kalkzugaben erfolgen bevorzugt gleich zu Beginn des Frischprozesses während der Entsilizierungsperiode und gegen Ende des Frischens bzw. beim Nachblasen.

In den gleichen Konverter.hat man zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei Sauerstoffeinleitungsdüsen 13 ca, 2,50 m über der Badoberfläche im Bereich über den beiden Konverterdrehzapfen installiert. Die Düsen 13 bestehen aus zwei konzentrischen Rohren mit einem Zentralrohr von 50 mm lichtem Durchmesser für die Sauerstoffzufuhr, umgeben von einem Ringspalt mit etwa 2 mm Breite. Die Zentrierung der beiden Düsenrohre erfolgt durch 6 Rippen auf dem Sauerstoffrohr.

Der Konverter wird mit 22 t Schrott, entsprechend der genannten Mischung, und 45 t Roheisen der genannten Analyse beschickt. Bei Beginn des Frischprozesses werden die Boden-* düsen 4· und die Aufblasdüsen 13 mit je 10 000 HnrVh Sauerstoff beaufschlagt* Die Propanblaßrate beträgt ca«. 165 Nm /h für die Bodendüsen und ca. 100 Nm /h für die Aufblasdüsen. Nach einer Gesamtfrischzeit von 10 min, die sich aus 8 min Hauptblasperiode und 2 min Nachblasen zusammensetzen, wird der fertige Stahl mit der genannten Zusammensetzung aus dem Konverter abgestochen. Die Zugabe der Kalkmenge von ca. 4 t erfolgt nach dem gleichen Zugabeschema wie beim Durchblas-Prozeß, ausschließlich durch die Boden- . düsen.

In einem 200 t-Konverter, der gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung über 4 Sauerstoffeinieitungsüüsen oberhalb der Badoberfläche verfügt, die jeweils paarweise

- 209 627

über den Konverterdrehzapfen mit; einem Neigungswinkel von ungefähr 60° aus der Horizontalen auf das Bad gerichtet sind, werden 70 t Schrott und 150 t Roheisen mit einer Zusammensetzung von 4 % Kohlenstoff, 1 % Mangan, 1,2 % Silizium, 0,1 % Phosphor chargiert. Über die 16 Düsen im Konverterboden mit einem Sauerstoffrohrdurchmesser von 28 mm führt man während der Frischzeit von 10 min 5 000 Nur Sauerstoff und gleichzeitig durch die vier Aufblasdüsen mit einem Sauerstoffrohrdurchmesser von 50 mm 5 000 Nm Sauerstoff der Charge zu. Die zur Schlackenbildung benötigte Kalkmenge von 15 t wird in pulverisierter Form ausschließlich dem Sauerstoff der Bodendüsen aufgeladen. Die Beladungsraten variieren während der Frischzeit. Durch das erfindungsgemäße Frisch-Verfahren konnte in diesem OBM-Konverter ein um 12 t höherer Kühlschrottanteil_s entsprechend einer Steigerung von 6 Prozentpunkten, verarbeitet werden. Die Frischzeit wird um ca_e 20 % kürzer, womit eine entsprechende Produktionserhöhung verbunden ist.

Bei einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet der 200 t-OBM/Q-BOP-Konverter nunmehr mit einer reduzierten Anzahl von Bodendüsen und zwei oberhalb der Badoberfläche angeordneten Sauerstoff-Aufblasdüsen. Der Konverter verfügt jetzt über 10 in zwei Reihen angeordnete Düsen im Konverterboden gegenüber einer Düsenanzahl von 16 beim OBM/Q-BOP-Verfahren. Der Durchmesser der Sauerstoffeinieitungsrohre im Boden beträgt 28 mm, und damit läßt sich die gesamte, zur Schlackenbildung erforderliche Kalkmenge von 15 t, beim Frischen von phosphorarmem Roheisen, während einer verkürzten Frischzeit von · 8 min der Schmelze zuführen. Die erforderliche Gesamt-Sauer stoff menge von 10 000 Nnr wird bei Blasraten von 70 000 Nnr/h ungefähr gleichmäßig auf die Boden- und. Aufblas-Düsen verteilt. Durch die Bodendüsenanordnung in zwei. Reihen, d.h. einem schmalen Band parallel zur Konver-

-26- 2 09 627

terdrehachse, erzielt man ein größeres freies Konvertervolumen für die Schmelze im Konverter, unter Beibehaltung d&s erforderlichen Sicherheitsabstandes zwischen der Badoberfläche und den Düsen bei Probenahme- bzw. Abstichstellung des Konverters. Es werden in diesem Konverter nunmehr Chargen bis 250 t Abstichgewicht erzeugt.

In den beschriebenen 60 t-Konverter chargiert man 34 t Schrott und 33 t Roheisen der genannten Zusammensetzung. Mit Frischbeginn werden nunmehr ca. 10 000 Nm /h Sauerstoff durch die Bodendüsen und etwa die gleiche Sauerstoffmenge durch zwei Seitenwanddüsen im Konverterhut dem Konverter zugeführt. Parallel dazu wird über eine Bodendüse pulverisierter Koks mit einer Blasrate von 180 kg/min in die Schmelze eingeleitet. Während einer Frischzeit von ca. 18 min, entsprechend einer Chargenfolgezeit von 40 min, werden dem Konverter insgesamt 6 000 Nnr Sauerstoff und 3 200 kg Koks zugeleitet. Das Abstichgewicht beträgt 60 t, und der Stahl hat eine Zusammensetzung von ca. 0,03 % Kohlenstoff, 0,1 % Mangan, 0,025 % Phosphor. Diese Analyse entspricht ebenfalls der Stahlzusammensetzung bei der Stahlerzeugung nach dem OBM-Verfahren.

Eine weitere Charge hat man ausschließlich aus Schrott, ohne Zusatz von flüssigem Roheisen, erzeugt. Dabei werden zunächst 67 t Schrott in zwei Raten chargiert. Dieser Schrott wird mit 25 1 Öl/t vorgeheizt. Nach einer Vorheizzeit von ca. 10 min beginnt die Zufuhr von pulverisiertem Koks j und gleichzeitig steigert man die Sauerstoffmenge vom stöchiometrischen Verhältnis zum Ölsatz auf die Frischsauerstoffblasrate und nimmt die Düsen oberhalb der Badoberfläche in Betrieb. Nach einer Gesamtvorheiz- und Blasezeit-von 50 min wird die gewünschte Stahlcharge abgestochen. Der Brennstoffverbrauch ergibt sich zu 25 1 Öl und 65 kg Koks pro Tonne Schrott. Die Kosten für die Brennstoffe

- 27- 2 09 6 27

und den zur Verbrennung benötigen Sauerstoff liegen nach dem heutigen Stand bei ca. 35,— DM pro Tonne Schrott.

Die Kombination des Verfahrens gemäß der Erfindung mit der Schrottvorwärmung nach der bisher nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 2 816 543.7, insbesondere beim Einsatz hoher Schrottsätze bis hin zu Chargen nur aus Schrott, liegt im Sinne der Erfindung. Bevorzugt werden bei dieser Verfahrenskombination die Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffe in Pulverform unterhalb der Badoberfläche in die Schmelze eingeblasen.

Es liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung, anstelle von Schrott auch andere Kühlmittel, wie beispielsweise Eisenschwamm, Pellets, Festroheisen, Eisenerz und Kalkstein, einzusetzen. Auch können die erfindungsgemäßen Merkmale, insbesondere hinsichtlich der Ausbildung des Freistrahles, bei anderen Stahlfrischprozessen sinngemäß angewendet werden.

Die Lehren der vorliegenden Erfindung lassen sich außerdem allgemein zur Zuführung von Energie an Eisenschmelzen, wie z.B. an die Schmelze in einem Eisenbadreaktor, beschrieben in der deutschen Offenlegungsschrift 2 520 883, anwenden.

Claims (12)

1. Eisenwerkgesellschaft Maximilianshütte mbH 8458 Sulzbach-Rosenberg

   Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Verbesserung der Wärmebilanz und damit zur Schrottsatzerhöhung beim Frischen von Roheisen in einem Konverter, der Sauerstoffeinleitungsdüsen mit Schutzmediumummantelung unterhalb der Badoberfläche aufweist und über Sauerstoffaufblasvorrichtungen oberhalb der Badoberfläche verfügt, gekennzeichnet dadurch. . daß während eines wesentlichen Teiles der Frischzeit 20 % bis 80 % der Frischsauerstoffmenge durch einen oder mehrere auf die Badoberfläche gerichtete Gasstrahlen, die im Konvertergasraum als Freistrahl wirken, der Schmelze zugeführt werden und die Restmenge des Sauerstoffs unterhalb der Badoberfläche eingeblasen wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt .1,gekennzeichnet

   dadurch , daß die auf die Badoberfläche geblasene Sauerstoffmenge während des Frischverlaufes variiert.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Freistrahlachse gegenüber der Konverterdrehachse mit einem Winkel von mindestens 35°, vorzugsweise mindestens 45 , geneigt auf die Badoberfläche ausgerichtet wird.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1

   2 09 6 27

   bis 3» gekennzeichnet t da 'durch , daß die Strecke zwischen den Austrittsöffnungen der Sauerstoffstrahlen und der ruhenden Badoberfläche dem 50- bis 200fachen des Durchmessers der Sauerstoffaustrittsöffnungen entspricht.
5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1

   bis 4, gekenn-zeichn et dadurch . , daß die Sauerstoffzufuhr auf die Badoberfläche durch Düsen erfolgt, die in der Konverterausmauerung eingebaut sind und mit einer Kohlenwasserstoffummantelung gegen vorzeitiges Zurückbrennen geschützt werden.
6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte > 1

   bis 5, gekennzeichnet dadurch , daß die Kohlenwasserstoffmenge für die Sauerstoffaufblasdüsen ca. 0,5 bis 5 Gew-%, bezogen auf den Sauerstoff, beträgt.
7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1

   bis 6, gekennzeichnet dadurch , daß "die Mengenanteile der auf-und durch das Bad geblasenen Medien unabhängig voneinander geregelt werden.
8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1

   bis 7, gekennzeichnet dadurch , daß der wesentliche Anteil der Schlackenbildner, insbesondere Kalk, dem Sauerstoff, der durch die Düsen unterhalb der Badoberfläche strömt, aufgeladen wird.
9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1

   bis 8, gekennzeichnet dadurch , daß der Eisenschmelze irn Konverter Kohlenstoff enthaltende Brennstoffe zugeführt werden.
10. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch daß als Kohlenstoff enthaltende Brennstoffe Kohle verschiedener Qualitäten, Graphit, Braunkohlenkoks,Koks und insbesondere Koksgrus sowie Mischungen davon eingesetzt werden.
11. 11. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch daß die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe in Pulverform und getrocknet unterhalb der Badoberfläche in die . Schmelze eingeleitet werden. .
12. 12. Verfahren nach einem oder mehreren der Punkte 1 bis 11, gekennzei c^vh net dadurch daß die in den Konverter chargierten festen Eisenträger, wie Schrott, Festroheisen, Pellets, Eisenschwamm vorgeheizt werden.

    Hierzu // Seite Zeichnung