DD155331A5

DD155331A5 - Verfahren zur herstellung von rostfreiem stahl

Info

Publication number: DD155331A5
Application number: DD80226095A
Authority: DD
Inventors: Sven Santen
Original assignee: Skf Steel Eng Ab
Priority date: 1980-06-10
Filing date: 1980-12-15
Publication date: 1982-06-02
Also published as: SE8004311L; US4340420A; AT373918B; FR2483960A1; CS221943B2; ES496764A0; JPS5713107A; GB2077766B; ES8107318A1; AU6456580A; ZA807153B; DE3042239C2; AR222925A1; DE3042239A1; OA06823A; ZW29480A1; AU532707B2; FR2483960B1; JPS622602B2; CA1146759A

Abstract

Bei der Herstellung von insbesondere Chromstaehlen mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt aus chromoxidhaltigen Ausgangsstoffen soll ohne hohen Kosten- und Energieaufwand das Metalloxid durch Vorreduktion mit freiwerdenden Reduktionsgasen reduziert werden. Das Einsatzmaterial, welches Chromoxid und Eisenoxid enthaelt, wird in den unteren Teil eines Reaktors eingeblasen, der ein festes Reduktionsmittel enthaelt. Das Einsatzmaterial wird in eine Reduktionszone im unteren Behaelterteil geleitet, welche mittels eines daneben angeordneten Plasmabrenners erzeugt und aufrechterhalten wird, wonach es anschliessend reduziert und geschmolzen wird. Das geschmolzene und reduzierte chromhaltige Produkt wird danach vom Behaelterboden entfernt.

Description

226095 "^" Berlin, 2. 4. 1981

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Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl, insbesondere zur Herstellung von Chromstählen mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt aus chromoxidhaltigen Ausgangsstoffen*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist es, bei der Herstellung von Chromstählen Chromit (Chromerz) zu verwenden, wobei für diesen Zweck verschiedene Mehrstufenprozesse durchgeführt v/erden. So ist beispielsweise ein Dreistufenverfahren bekannt, bei welchem das Erz in einem Ferrochrom-Ofen reduziert wird, um eine geeignete Chromlegierung zu erhalten, welche dann zu großen Barren gegossen und in einen Lichtbogenofen eingegeben wird, in welchem die Mischung mit Schrott zur Herstellung einer Grundschmelze erfolgt» Diese wird dann in einem Argon-Sauerstoffgas und einem inerten Gas, wie beispielsweise Argon, vergütet. Derartige herkömmliche Verfahren erfordern kostenaufwendige Einrichtungen, sind arbeitsaufwendig und verbrauchen außerdem beträchtliche Mengen an Energie.

In der US-PS 4 072 504 ist allgemein ein Verfahren beschrieben, bei welchem Metalloxide durch Vorreduktion der Oxide mit den während der Fertigreduktion freiwerdenden Reduktionsgasen reduziert werden.

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'Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung rostfreier Stähle ohne besondere kostenaufwendige Einrichtungen sowie ohne hohen Arbeits- und Energieaufwand.

Darlegung des Wesens der Erfindung ' .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung rostfreier Stähle, insbesondere zur Herstellung von Chromstählen mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt aus chromoxidhaltigen Ausgangsstoffen zu schaffen, bei dem Metalloxide durch Vorreduktion der Oxide mit den während der Pertigreduktion freiwerdenden Reduktionsgasen reduziert v/erden«

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in einer ersten Stufe das Einsatzmaterial in das Unterteil eines mit einem festen Reduktionsmittel gefüllten Reaktors eingeblasen wird und dort eine mit Hilfe eines Plasmabrenners erzeugte Reduktionszone passiert, wobei es dann geschmolzen und das geschmolzene und reduzierte chromhaltige Produkt vom Behälterboden entfernt wird.

Als Plasmabrenner werden hier Lichtbogendüsenbrenner bezeichnet, aus denen ein Plasmastrahl mit hoher Temperatur austritt, wobei in den Plasmastrahl pulverförmiges Material eingeblasen werden kann (Lueger, Bd. 16, Lexikon der Verfahrenstechnik, Stuttgart, 1970, S. 302, 303). Als festes Reduktionsmittel können Holzkohle, Holzkohle zusammen mit Kohle, Formkoks oder irgendwelche andere bekannten Mittel oder eine Kombination derartiger Mittel verwendet werden. Die im Sinsatzinaterial vorhandenen Oxide werden auf diese

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Weise praktisch augenblicklich fertigreduziert und geschmolzen. Die Schmelze wird anschließend abgeleitet und in einer zweiten Stufe einem Vergütungsprozeß unterworfen. Auf diese Weise werden bei dem erfindungsgemäßen Zweistufen-Verfahren der bisher erforderliche Ferroehrom~0fen und der Lichtbogenofen nicht mehr benötigt·

In weiterer Ausbildung des Verfahrens sind feinkörnige Einsatzmaterialien verwendbar, wobei auch Kohle oder Kohlenwasserstoffe sowie Schlackenbildner darin enthalten sein können.

. Die Temperatur des geschmolzenen Produktes im Reaktor v/ird auf etwa 1500 bis etwa I65O ⁰C gehalten.

Darüber hinaus ist es möglich, das Einsatzmaterial zusammen mit einem Trägergas in den Reaktor einzublasen, wobei als Trägergas ein Teil des im Reaktor erzeugten Reductions- oder Gichtgases oder auch ein Teil als Plasmagas verwendet wird. Ein Teil des Siliziumgehaltes des chromhaltigen Roheisenproduktes v/ird verfahrensgemäß durch Steuerung der Temperaturhöhe im Reaktor geregelt. Das chromhaltige Produkt kann nach seiner Entfernung aus dem Reaktor vorzugsweise vergütet • werden, wobei dies zweckmäßigerwe'ise in einem AOD-Konverter erfolgt.

In allen Fällen ist es möglich, das Einsatzmaterial vorzureduzieren und darüber hinaus als Einsatzmaterial chromhaltige Stoffe enthaltenden Gichtstaub zu verwenden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, und der zugehörigen Zeichnung im-einzelnen erläutert werden.

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Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein feinverteiltes Einsatzmaterial, vorzugsweise Chrom!t und' Eisenerz, verwendet. Das Einsatzmaterial wird zweckmäßigerweise in den Reaktor 1 mittels eines Trägergases eingeblasen, und das im Reaktor 1 erzeugte Reduktionsgas kann beispielsweise teilweise wiederum als Trägergas verwendet werden. Erfindungsgemäß können diesem Trägergas auch Schlackenbildner und möglicherweise Brennstoff, wie beispielsweise Kohle und/oder Kohlenwasserstoffe, zugesetzt werden.

In dem ähnlich einem Schachtofen ausgebildeten Reaktor 1 wird die Pertig-Reduktionsstufe realisiert. Der Reaktor 1 wird von oben her - Pfeil 2 - mit einem festen Reduktionsmittel 3» in diesem Pail Kohle, z, B, Koks, über eine gasdichte Beschickungseinrichtung 4 beschickt, Oxidisches Material (z, B, Eisenerz) und das Chromit-Material, welches im Behälter 20 enthalten ist, v/erden zusammen mit einem im Behälter 19 enthaltenen Schlackenbildner in den unteren Teil des Reaktors 1 durch die Rohrleitung 6 mittels Düsen eingeblasen. Gleichzeitig wird durch die Leitung 7 ein Brennstoff eingeblasen, und zwar vorzugsweise ebenfalls durch die Düsen 5·. Die Fertigreduktion und die Schmelzung erfolgen augenblicklich, und das geschmolzene Metall 8 fließt bei gleichzeitiger Aufkohlung zum Boden ab. Von hier können das erzeugte heiße Metall und die Schlacke kontinuierlich oder intermittierend über die Abstichkanäle 9 und 10 abgeleitet v/erden.

Die Temperatur des Reaktors 1 wird gesteuert, und die Wärme zur Durchführung der Reduktion wird über einen Plasmabrenner 11 zugeführt.

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Das oxidische Material (ζ, B. das Eisenerz) kann, wie dies in der US-PS 4 072 504 beschrieben ist, durch das den Reaktor 1 verlassende heiße Reduktionsgas 12 vorreduziert werden. Dieses heiße Reduktionsgas 12, welches eine Mischung· aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff in relativ hoher Konzentration enthält, wird hauptsächlich durch Einspritzen von Wasser in den oberen Teil des Schachtofens temperaturgesteuert. Die Vorreduktion kann in einer oder mehreren Stufen nach bekannten Verfahren durchgeführt werden, z, B. in einem Wirbelbett 14· Ein geeignetes Ausmaß der Vorreduktion für das oxidische Material beträgt in dieser Beziehung 50 bis 75 %.

Das Abgas aus der Vorreduktionsstufe, welches über die leitung 15 entweicht, enthält noch eine verhältnismäßig große Menge brennbarer Bestandteile und kann daher für manche Heizzwecke, wie beispielsv/eise zum Vorwärmen und Trocknen des Einsatzmaterials, verwendet werden»

Das die Vorreduktionsstufe verlassende und dem Reaktor 1 eingespeiste oxidische Material, in diesem Fall Eisenerz, ist vorzugsweise feinkörnig und kann aus Erzkonzentrat oder einem Konzentratgemisch bestehen. Als Trägergas zum Einblasen des Einsatzmaterials kann man vorteilhaft eine geringe Menge des Reduktionsgases verwenden, welches den Reaktor 1 über die Leitung 16 verläßt und in einem geeigneten Reiniger oder Filter 17 gereinigt und mittels eines Gebläses 18 weitergefördert wird.

Der Reaktor 1 und das Koksbett werden derart dimensioniert, daß die eingeblasene Mischung aus vorreduziertein Material und Chromit im heißen unteren Bereich des Reduktionsmittels 3 (Koksbett) festgehalten wird, wobei das den Reaktor 1

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über die Leitung 12 verlassende Reduktionsgas aus der vorerwähnten Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff in hoher Konzentration besteht. Das Verhältnis CO/EL· wird durch den Brennstoffzusatz im unteren Bereich des Reaktionsbehälters gesteuert.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Verarbeitung von Gichtstaub, beispielsweise chromhaltigem Staub und dergleichen. Der Chromgehalt im Roheisen aus der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich ohne Schwierigkeiten in dem AOD-Konverter auf den gewünschten Chromgehalt einstellen, indem die verwendeten Staubarten gemischt v/erden.

Der gewünschte Chromgehalt liegt stets niedriger als der, der in I'errochrom-Ö'fen erzielt wird, wodurch es möglich wird, die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßigerweise bei Temperaturen zwischen etwa 1500 und I65O ⁰C, vorzugsweise zwischen 1550 und I6OO ⁰C, durchzuführen statt bei I65O bis 1750 ⁰C in einem Ferrochrom-Ofen, ohne daß dadurch die. Chromausbeute beeinträchtigt werden würde. Dies resultiert aus der geringeren Chrom-Aktivität in der Metallphase in der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Temperaturen können mit denen verglichen werden,' welche .bei der Herstellung von Roheisen normal sind, d. h. 1350 bis 1450 ⁰C.

Durch Steuerung der Temperaturhöhe kann der Siliziumgehalt des chromhaltigen Roheisens ohne Schwierigkeiten gesteuert werden und damit auch die Schrottschmelzungs-Kapazität des AOD-Konverters. Eine Erhöhung von beispielsweise 0,1 % des Siliziumgehaltes ergibt eine.Erhöhung der Schrottschmelzungs-Kapazität von etwa 75 kg/t chromhaltigen Roheisens.

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Durch eine derartige Steuerung des Siliziumgehaltes im chromhaltigen Roheisen ergibt sich die Möglichkeit, die Schrottschmelzungs-Kapazität der AOD-Einrichtung ohne Schwierigkeiten derart einzustellen, daß sie der vorherrschenden Schrottmenge entspricht.

Da die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens vollkommen geschlossen ist ^ läßt sich das energiereiche Gas nutzbringend (beispielsweise als Brennstoff in Heizöfen, zur Erzeugung von Elektrizität usw.) und außerdem wesentlich einfacher und sicherer einsetzen als bei den herkömmlichen Ferrochrom-Öfen, Dies bedeutet, daß es ohne Nachteil möglich ist, größere Mengen an Eisen pro Chrommenge zu reduzieren, so daß die Menge an Abgasen pro Chrommenge ansteigt und ein direkt der AOD-Einrichtung angepaßtes Chromeisen erzeugt werden kann. Dies wiederum heißt, das die Einrichtung zur Durchführung der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, d. h. der Verarbeitung von chromhaltigem Staub, eindeutig mit der Arbeitsweise des AOD-Konverters in Verbindung steht.

Auf diese Weise wird durch Ausschaltung des' Lichtbogenofens der gesamte Energieverbrauch um annähernd 600 kWh/t gesenkt, während weitere 150 kWh/t eingespart werden, da die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Temperaturhöhe abläuft, welche annähernd 150 C niedriger liegt als bei herkömmlichen Verfahren. Dadurch kann die Energie des Abgases erfindungsgemäß nutzbringend verwendet werden.

Weiterhin kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Produktions-Kapazität in den AOD-Anlagen beträchtlich erhöht werden, da die Beschickungszeit in den AOD-Anlagen

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und die Abstich-Zwischenzeiten in den zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Einrichtungen ohne weiteres aufeinander abstimmbar sind.

Das Beispiel soll wie folgt präzisiert v/erden: Verwendung von Chrom!t

Ein Grundmetall zur Herstellung von rostfreiem Stahl nach dem Plasma-Schmelzprozeß, d· h. der ersten Schmelz-Reduktions-Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, wurde aus einer Mischung aus Chrom!t mit einem niedrigen Cr/Fe-Verhältnis (1,8/1) und Eisenerz (65 % Fe) hergestellt. Die Mischung des Grundmetalls hatte folgende Zusammensetzung:

4,8 % C-1,2 % Si 0,3 % Mn · 19,6 % Cr (Rest hauptsächlich Fe)

Zur Herstellung von 1 t Gründmetall wurde wie folgt verfahren : .

Eine Mischung aus

530 geringhaltigem Chromit (38 % Cr, 22 % Fe) 970 kg Eisenerz (65 % Fe)

wurde in zwei hintereinandergeschalteten Wirbelbetten 14 auf eine Vorreduktionsgröße des Eisenoxid-Teiles von etwa 70 % reduziert· Die Mischung wurde dann zusammen mit 185 kg Kohlenstaub in den Schmelz-Reduktions-Schachtofen eingeblasen und dort zu einem Grundmetall mit der obigen Zusammensetzung reduziert und eingeschmolzen. An Energie

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wurden außer den 185 kg Kohlenstaub für die Schmelz-Reduktion verbraucht:

60 kg Koks, 1750 kWh

bei einer Schlackenmenge von ca. 300 kg

und einer Abstichtemperatur von I64O C.

Sofort nach dem Abstich wurde das Grundmetall mit 100 kg ) . Ferronickel und 180.kg rostfreiem Stahlschrott zu einem rostfreien Stahl der Type 18/8 mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,04 % vergütet. Die Ausbeute an Flüssigstahl betrug 1180 kg.

Pro t an rostfreiem Stahl ergab sich folgender Verbrauch:

157 kg Steinkohle 1,05 kcal

51 kg Koks 0,35 kcal

1455 kWh 1,27 kcal

2,67 kcal 85 kg Wickel 153 kg rostfreier Stahlschrott.

Im Vergleich hierzu sind bei dem bisher am meisten angewendeten Verfahren .zur Herstellung von rostfreiem Stahl folgende Verfahrensstufen erforderlich:

1. Ferrochrom-Ofen

2. Eisenschwamm-Ofen 3· Lichtbogenofen 4· AOD-Vergütung.

Bei einer gleich großen Schrott-Charge wie im vorstehenden Beispiel ergibt sich bei diesem bekannten Verfahren folgender Energieverbrauch:

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Perrochrom	(6? %)	Stahlschrott	236	kg	1	,3	kcal	-	kcal
Eisenschwamm		580	kg	1	,8	kcal	-
rostfreier	im Lichtbogenofen	185	kg
Nickel	85	kg
Schmelzung			0	,5

3,6, kcal

Ein Vergleich der beiden Werte der verbrauchten Gesamtene rgie zeigt eindeutig, daß das erfindungsgemäße Zweistuf en-Ve rf ahr.en, abgesehen davon, daß es beträchtlich einfacher ist, eine Energieeinsparung von 25 % ergibt.

Claims

1, Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl, gekennzeichnet dadurch, daß ein Einsatzmaterial, welches
Chromoxid und Eisenoxid enthält, in den unteren Teil
eines ein festes Reduktionsmittel (3) enthaltenden
Reaktor (1) eingeblasen und das Einsatzmaterial in eine

' mittels eines Plasmabrenners erzeugte und aufrechterhaltene Reduktionszone im unteren Behälterteil geleitet wird, wobei es dort anschließend reduziert sowie geschmolzen und das geschmolzene und reduzierte chromhaltige Produkt vom Behälterboden entfernt wird,

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2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Einsatzmaterial feinkörnige Form hat,

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3, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des geschmolzenen Produktes im Reaktor (1)
auf etwa 1500 bis etwa I65O ⁰C gehalten wird.

4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das

Einsatzmaterial auch Kohle oder Kohlenwasserstoffe ent-. hält,

5.· Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Einsatzmaterial auch einen Schlackenbildner enthält.

6, Verfahren nach Punkt 1, 2, 3, 4, oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Einsatzmaterial zusammen mit einem
Trägergas in den Reaktor (1) eingeblasen wird.

7, Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß als Trägergas ein Teil des im Reaktor (1) erzeugten

8, Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil des im Reaktor (1) erzeugten Reduktions- oder Gichtgases als ein Plasmagas .verwendet wird,

9. Verfahren nach Punkt 1_S gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil des Siliziumgehaltes des chromhaltigen Roheisenproduktes durch Steuerung der Temperaturhöhe im Reaktor geregelt wird·

10· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das chromhaltige Produkt nach seiner Entfernung aus dem Reaktor (1) noch vergütet wird,

11, Verfahren nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß das chromhaltige Produkt in einem AOD-Konverter vergütet wird,

- 11 -

Erfindungsanspruch

12, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Einsatzmaterial vorreduziert wird.

- 12 - .

Reduktions- oder Gichtgases verwendet wird.

13, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Einsatzmate-ial chromhaltige Stoffe enthaltender Gichtstaub verwendet wird.

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