DE102006056671A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Rostfreistahlerzeugung ohne elektrische Energiezufuhr auf der Basis von in einer DDD-Anlage vorbehandeltem Roheisen - Google Patents

Abstract

Um die Herstellung von Rostfreistahl aller Rostfreigüten sowohl im austenitischen als auch im ferritischen Bereich auf der Basis von flüssigem Roheisen und FeCr-Feststoffen ohne elektrische Energiezufuhr zu ermöglichen, wobei das flüssige Roheisen nach einer Vorbehandlung im Hochofen (1) einer DDD-Behandlung (Entphosphorung, Entsilizierung, Entschwefelung) unterzogen und aufgeheizt, veredelt bzw. legiert und reduziert wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die im Hochofen (1) und einer DDD-Vorrichtung (2) vorbehandelte schlackefreie flüssige Roheisenmenge aufgetrennt und in zwei klassische "Twin" AOD-L Konverter (3, 4) eingebracht wird, in die dann mit parallelem konträren Ablauf die erforderlichen chemischen Prozessschritte (des Heizens und des Entkohlens und Legierens) unter Verwendung von autogener chemischer Energie vorgenommen wird, wobei im ersten Twin AOD-L Konverter (3) zunächst das Heizen und im zweiten Twin AOD-L Konverter (4) zunächst die Entkohlung durchgeführt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rostfreistahlerzeugung ohne elektrische Energiezufuhr auf der Basis von flüssigem Roheisen und FeCr-Feststoffen, wobei das flüssige Roheisen nach einer Vorbehandlung im Hochofen und einer DDD-Behandlung (Entphosphorung, Entsilizierung, Entschwefelung) in einer DDD-Vorrichtung anschließend in einem AOD-Konverter aufgeheizt, veredelt bzw. legiert, reduziert und abschließend eine Anpassung/Einstellung der behandelten Stahlschmelze in einem Pfannenofen durchgeführt wird.
• Die Verwendung eines AOD-Konverters zur Herstellung von Edelstählen ist bereits bekannt. So wird in der WO 02/075003 eine Kontrollmethode beschrieben, basierend auf einer kontinuierlichen Abgasmessung in Kombination mit einem Rechner und einem dynamischen Modell, mit deren Hilfe die erforderlichen Blasraten von Sauerstoff und Inertgas sowie die Stoffzusätze gesteuert werden.
• Aus der EP 1 310 573 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Metallschmelze, insbesondere zum Frischen einer Metallschmelze zur Herstellung von z.B. legiertem rostfreien Stahl oder Edelstahl in einem AOD-Konverter bekannt, wobei das Verfahren auf einer nach einem Prozessmodell ablaufenden und die hüttentechni sche Anlage steuernden Rechentechnik fußt, in der das Prozessmodell das Verhalten für mindestens einen variablen Prozessparameter zwischen einer Ist-Prozessgröße, einer Stellgröße und einer Prozessendgröße beschreibt. An einem Beispiel wird der Prozessablauf für die Herstellung für einen Stahl der Güteklasse AISI 304 beschrieben.
• Rostfreistähle der ferritischen Stahlgruppe AISI 4xx werden konventionell prinzipiell aus arteigenem Schrott im EAF hergestellt und später dann im AOD Konverter zusätzlich legiert und entkohlt. Um die Anwendung von Roheisen hier zu nutzen, wird in einem Stahlwerk vorbehandeltes Roheisen mit eingeschmolzenem Schrott und Legierung außerhalb des Ofens in einer Pfanne vermischt und danach in den Konverter chargiert.
• In der WO 2006/050963 A2 wird zur Herstellung von Rostfreistahl der ferritischen Stahlgruppe AISI 4xx, insbesondere der Stahlgruppe AISI 430 auf der Grundlage von flüssigem Roheisen und FeCr-Feststoffen ein Verfahren mit einer DDD-Verfahrenslinie und dem AOD-Konverter mit den hintereinander durchgeführten Verfahrensschritten vorgeschlagen:
• • Vorbehandlung des flüssigen Roheisens im Hochofen, DDD-Behandlung des Roheisens in einer geeigneten DDD-Vorrichtung und Beschickung des AOD-Konverters mit schlackefreiem flüssigen Roheisen,
• • Erhitzen, Veredlung/Legierung und Reduktion des flüssigen Roheisens im AOD-Konverter,
• • abschließende Anpassung/Einstellung der behandelten Stahlschmelze in der Gießpfanne.
• Mit Vorteil wird bei diesem bekannten Verfahren die Herstellung des Rostfreistahls durch den Einsatz des AOD-Konverters ohne den Einsatz eines EAF, also ohne Zufuhr von elektrischer Energie durchgeführt. Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren allerdings, dass schließlich auf Grund eines Mangels an Energie mit diesem Verfahren nur die Herstellung von ferritischen Stählen möglich ist.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das aus der WO 2006/050963 A2 bekannte Verfahren mit AOD-Technologie zum Direktchargieren des Roheisens und des Nachlegierens im Konverter zur Rostfreistahlerzeugung aller Rostfreigüten sowohl im austenitischen als auch im ferritischen Bereich unter Verwendung von autogener chemischer Energie zu nutzen.
• Die gestellte Aufgabe zur Herstellung von Rostfreistahl der genannten Stahlgüte wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zur Rostfreistahlerzeugung aller Rostfreigüten sowohl im austenitischen als auch im ferritischen Bereich die im Hochofen und in einer DDD-Vorrichtung vorbehandelte schlackefreie flüssige Roheisenmenge aufgetrennt und in zwei klassische „Twin" AOD-L Konverter eingebracht wird, in die dann mit parallelem konträren Ablauf die erforderlichen chemischen Prozessschritte (des Heizens, des Entkohlens und Legierens) unter Verwendung von autogener chemischer Energie vorgenommen wird, wobei im ersten Twin AOD-L Konverter zunächst das Chargieren und Heizen und im zweiten Twin AOD-L Konverter zunächst die Entkohlung durchgeführt wird.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Nach dem Abschluss der DDD-Behandlung in einer externen DDD-Anlage ist vor dem nachfolgenden Heizen im Konverter ein Abschlacken des Roheisens erforderlich, da der typische AOD-Prozess schlackefrei starten soll. Damit wird auch die Effizienz der Einloch-Lanze, die im zweiten AOD-L Konverter verwendet wird, vergrößert und eine freie Oberfläche der Schmelze für das Entweichen der Prozessgase gewährleistet.
• Das Heizen des Roheisens auf eine gewünschte bzw. für die nachfolgenden Prozessschritte erforderliche Temperatur erfolgt durch Si-Oxidation. Hierzu wird in den Twin AOD-L Konverter FeSi chargiert und Sauerstoff/Inertgas-Gemisch durch die Seitendüsen und einer Top-Lanze in und auf das Roheisen geblasen. Im ersten Twin AOD-L Konverter wird hierzu eine aus der BOF-Blastechnik (Behandlung von C-Stählen) bekannte 3- bzw. 4-Loch-Toplanze und im zweiten Twin AOD-L Konverter eine für den AOD-Prozess typische Einloch-Toplanze eingesetzt.
• Da das Heizen des Vormetalls erfindungsgemäß nach der DDD-Behandlung durchgeführt wird, ist es vor Allem möglich, Ni bzw. Ni-Legierungen in die Twin AOD-L Konverter zu chargieren. Die Bilanzenergie kann auf diese Weise beliebig gestaltet werden.
• Durch den konträren Ablauf der in beiden Twin AOD-L Konverter zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführten Prozessschritte, erfolgt im ersten Twin AOD-L Konverter nach Abschluss des Heizens das Entkohlen und Legieren der Schmelze, während im zweiten Twin AOD-L Konverter nach Abschluss der klassischen Entkohlung und aller dazu gehörenden Behandlungsschritte (wie z.B. Entschwefelung und Legieren samt Abstechen) das Roheisen chargiert und aufgeheizt wird.
• Durch die erfindungsgemäße Auftrennung der vorbehandelten schlackefreien flüssigen Roheisenmenge auf zwei in der Prozesslinie nach dem Hochofen und der DDD-Vorrichtung parallel angeordnete Twin AOD-L Konverter sowie der dort konträr durchgeführten Prozessschritte wird mit Vorteil die Erzeugung aller RST-Stahlqualitäten ermöglicht. Gleichzeitig findet eine Abkoppelung des Bedarfs an elektrischer Energie für alle Qualitäten statt, da als Energieträger ausschließlich die bereits im Roheisen vorhandene bzw. über die mit dem chargierten FeSi ein gebrachte autogene chemische Energie verwendet wird. Weiterhin werden durch diese Auftrennung der Roheisenmenge und der Prozessführung eine zuverlässigere Temperaturführung, verminderte Prozesskosten sowie verminderte Investitionskosten erreicht, da jeweils nur kleinere Roheisenmengen behandelt werden müssen.
• Nachfolgend wird das Verfahren der Erfindung in schematischen Zeichnungsfiguren näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine beispielhafte Verfahrenslinie,
• 2 den konträren Verfahrensablauf in zwei Twin AOD-L Konvertern.
• In der 1 ist in einer Zeichnungsfigur eine beispielhafte Verfahrenslinie für die Herstellung von Rostfreistahl dargestellt. Die flüssige Roheisenmenge wird nach ihrem Austritt aus dem Hochofen 1 und einer DDD-Behandlung in einer DDD-Vorrichtung 2 aufgetrennt und in zwei parallel nachgeordnete Twin AOD-L Konverter 3, 4 eingebracht. Hier erfolgt in konträrem Ablauf der Prozessschritte bei Bedarf eine Temperaturerhöhung durch Si-Oxidation und die Veredelung und Legierung des flüssigen Roheisens. Nach der Behandlung in den Twin AOD-L Konvertern 3, 4 wird die Stahlschmelze aus beiden Twin AOD-L Konvertern 3, 4 in einer Pfanne 5 zusammengeführt und gelangt von dort zur abschließenden Anpassung/Einstellung in den Pfannenofen 6 und zur Gießmaschine 7.
• In der 2 ist der konträre Ablauf der in den Twin AOD-L Konvertern 3 und 4 durchgeführten Prozessschritte dargestellt. Während im Twin AOD-L Konverter 3 (in der Zeichnung links) mit einem Chargieren und Heizen V8 des im Hochofen 1 und einer DDD-Vorrichtung 2 vorbehandelten Roheisens begonnen wird, mit nach folgender AOD-Behandlung V9 mit Entkohlen und Legieren zur Herstellung von beispielsweise AISI 3xx, 4xx, 2xx Rostfreistahlgüten, wird gleichzeitig im Twin AOD-L Konverter 4 (in der Zeichnung rechts) zunächst die AOD-Behandlung V9 durchgeführt und erst danach das Chargieren und Heizen V8 des Roheisens.
• Durch die gewählte Darstellungsform der 2 soll insbesondere deutlich hervorgehoben werden, dass zu keinem Zeitpunkt in den Konvertern 3, 4 gleiche Verfahrensschritte durchgeführt werden, worauf u. a. der verfahrentechnische Vorteil der Auftrennung des Verfahrens in zwei Konvertern beruht. D. h. das Chargieren und Heizen im Konverter 3 ist mit der AOD-L-Behandlung im Konverter 4 und umgekehrt die AOD-L-Behandlung im Konverter 3 ist mit dem Chargieren und heizen im Konverter 4 syschronisiert.

1

Hochofen/Blast Furnace/BF

2

DDD-Vorrichtung

3, 4

Twin AOD-L Konverter

5

Pfanne/Charging Ladle/CL

6

Pfannenofen/Ladle Furnace/LF

7

Gießmaschine/Continuous Casting Machine/CCM

Verfahrensschritte

V8

Chargieren und Heizen des vorbehandelten Roheisens

V9

Entkohlen und Legieren (AOD-Behandlung)

Claims (9)

1. Verfahren zur Rostfreistahlerzeugung ohne elektrische Energiezufuhr auf der Basis von flüssigem Roheisen und FeCr-Feststoffen, wobei das flüssige Roheisen nach einer Vorbehandlung im Hochofen (1) und einer DDD-Behandlung (Entphosphorung, Entsilizierung, Entschwefelung) in einer DDD-Vorrichtung (2) anschließend in einem AOD-Konverter (3, 4) aufgeheizt, veredelt bzw. legiert, reduziert und abschließend eine Anpassung/Einstellung der behandelten Stahlschmelze in einem Pfannenofen (5) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rostfreistahlerzeugung aller Rostfreigüten sowohl im austenitischen als auch im ferritischen Bereich die im Hochofen (1) und einer DDD-Vorrichtung (2) vorbehandelte schlackefreie flüssige Roheisenmenge aufgetrennt und in zwei klassische „Twin" AOD-L Konverter (3, 4) eingebracht wird, in die dann mit parallelem konträren Ablauf die erforderlichen chemischen Prozessschritte (des Heizens V8, des Entkohlens und Legierens V9) unter Verwendung von autogener chemischer Energie vorgenommen wird, wobei im ersten Twin AOD-L Konverter (3) zunächst das Chargieren und Heizen (V8) und im zweiten Twin AOD-L Konverter (4) zunächst die Entkohlung (V9) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Heizen (V8) des Roheisens eine Si-Oxidation durchgeführt wird, wozu das Roheisen mit FeSi chargiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Twin AOD-L Konverter (3) nach Abschluss des Chargierens und Heizens (V8) das Entkohlen und Legieren (V9) der Schmelze durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Twin AOD-L Konverter (3) zur Durchführung der Si-Oxidation durch Seitendüsen und eine Toplanze (3- bzw. 4-Loch-Toplanze) Sauerstoff/Inertgas-Gemisch in und auf das Roheisen geblasen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Twin AOD-L Konverter (4) nach Abschluss der Entkohlung (V9) und aller dazu gehörenden Behandlungsschritte (wie z. B. Entschwefelung und Legieren samt Abstechen) das Roheisen chargiert und aufgeheizt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Twin AOD-L Konverter (4) zur Durchführung der Si-Oxidation durch Seitendüsen und eine Toplanze (1- bzw. 3-Loch-Toplanze) Sauerstoff/Inertgas-Gemisch in und auf das Roheisen geblasen wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Twin AOD-L Konvertern (3, 4) jeweils die gleiche Roheisenmenge eingebracht wird.
8. Vorrichtung zur Rostfreistahlerzeugung ohne elektrische Energie auf der Basis von flüssigem Roheisen und FeCr-Feststoffen, in der das flüssige Roheisen nach einer Vorbehandlung im Hochofen (1) und in einer DDD-Vorrichtung (2) im AOD-Konverter (3, 4) aufgeheizt, veredelt bzw. legiert und reduziert wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei in der Prozesslinie nach der DDD-Vorrichtung (2) parallel angeordnete, jeweils eine Teilmenge der gesamten im Hochofen (1) und in der DDD-Vorrichtung (2) vorbehandelten Roheisenmenge aufnehmende, mit Seitendüsen und einer Toplanze ausgebildete klassische „Twin" AOD-L Konverter (3, 4), wobei der erste AOD-L Konverter (3) eine Toplanze aufweist, deren Lanzenkopf mit 3 bzw. 4 Löchern der BOF-Blastechnik (Behandlung von C-Stählen) entspricht und der zweite AOD-L Konverter (4) eine für den AOD-Prozess typische Einloch-Toplanze aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite AOD-L Konverter (4) mit einer 3-Loch Toplanze ausgebildet ist.