DE102009030190A1

DE102009030190A1 - Injektionsmetallurgisches Einblasverfahren

Info

Publication number: DE102009030190A1
Application number: DE102009030190A
Authority: DE
Inventors: Helmut Lischka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2011-01-13

Abstract

Es wird ein injektionsmetallurgisches Einblasverfahren und insbesondere ein Verfahren zur Effektivitätssteigerug injektionsmetallurgischer Reaktionen, basierend auf ein partikelbeladenen Gasströmen mit Hilfe von gepulstem Fördergas vorgeschlagen. Das beanspruchte Verfahren zeichnet sich durch seinen Praxisbezug und seine Wirtschaftlichkeit aus und liefert dadurch einen Beitrag zur Steigerung der reaktionsmetallurgischen Effizienz insbesondere in der Stahlherstellung.

Description

Im Prozess der Stahlherstellung sind metallurgische Einblasbehandlungsverfahren seit vielen Jahren etablierter Stand der Technik.
Bei der Roheisenentschwefelung werden Calciumcarbid, Magnesium und Kalk eingeblasen, bei der Stahlentschwefelung Calciumdisilicid, Calciumcarbid und Kalk.
EP 000000530552 A1 beschreibt beispielhaft den aktuellen Entwicklungsstand bei der Roheisenentschwefelung mit seinen unterschiedlichen Ausbildungsformen der Blas-Prozessgestalltung.
DE19502302A1 behandelt den Einblasprozess der Roheisenentschwefelung mit dem Schwerpunkt einer besonders geeignete Ausbildungsform für das Reagenzmittel Magnesium.
Eine gute Übersicht verschafft auch der Aufsatz von A. Freißmuth, „Die Entschwefelung von Roheisen mit Calciumcarbid – der heutige Stand und mögliche Entwicklungen" (vgl. „Stahl und Eisen", 1997, Nr. 9, S. 53–58).
Ein Verfahren zur Entschwefelung und/oder Desoxidation von Eisenschmelzen durch Einblasen von carbidischen und/oder metallischen Erdalkaliträgern ist bspw. aus DE-OS 27 08 522 bekannt.
In den Proceedings des 5th European Oxygen Steelmaking Conference 2006 wird auf den Seiten 305–311 ein injektionsmetallurgisches Einblasverfahren zur Stahlentschwefelung mit Kalk beschrieben.
Üblicherweise wird der metallurgische Einblasprozess nach fördertechnischen, pneumatischen und metallurgischen, reaktionskinetischen Gesichtspunkten gesteuert. Das heißt, um einen stabilen Förderstrom der Reagenzien zu gewährleisten und um Lanzenverstopfer zu vermeiden wird der partikelbeladene Gasstrom möglichst pulsationsfrei, gleichförmig gestaltet.
Hierfür werden Regeleinrichtungen für den Gasdruck und geregelte Auslaufdüsen für den Materialaustritt verwendet. Ein Verfahren und eine Anlage dieser Art sind beispielsweise in US 4277279 und US 5494381 beschrieben. Eine geregelte Auslaufdüse beschreibt US 00000 5108075 A . In DE 102007006755 A1 wird eine pneumatische Dosierförderanlage für Pulver, Stäube und Granulate vorgestellt.
Bei injektionsmetallurgischen Verfahren ist die für eine Reaktion verbleibende Zeit relativ kurz. Zwischen den einzublasenden Partikeln und der Metallschmelze unterscheidet sich das Spezifische Gewicht in g/cm² sehr stark. Aufgrund entsprechender Auftriebskräfte neigen die Partikel dazu, schnell in der Schmelze aufzusteigen. Dies bestimmt ganz wesentlich die Ausbeute der Reagenzien.
Die pro Zeiteinheit in die Schmelze eingeblasene Partikelmenge wird üblicherweise so gewählt, dass in der Reaktionszone der aufsteigenden Blasensäule möglichst hohe chemische Umsetzungsraten gewährleistet werden. Dies fordert aus reaktionskinetischen Bedingungen möglichst langsame Einblasraten.
Da die zur Verfügung stehende Behandlungszeit allerdings begrenzt ist, können die Einblasraten nicht frei gewählt werden. Auch ein beschleunigtes Einblasen hat seinen Grenzwert. Dies ist die sich entwickelnde Badturbulenz. Ein Auswurf der Schmelze soll in jedem Fall vermieden werden.
Dieser Stand der Technik injektionsmetallurgischer Verfahren mit seinen Kompromissen in der Prozessgestaltung hat sich bei der Roheisenentschwefelung zu stöchiometrischen Umsetzungsraten der Reagenzien von 20 bis maximal 50% entwickelt. Bei der Stahlentschwefelung werden oft nur Umsetzungsraten von 20% erreicht.
Hieraus ist ersichtlich, dass ein Großteil der eingesetzten Reagenzien für das angestrebte Behandlungsziel nicht genutzt wird, also noch ein erhebliches Potential zur Verbesserung des Prozesses vorhanden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein injektionsmetallurgisches Verfahren zum Einblasen von Feststoffpartikeln in metallische Schmelzen mit Hilfe von Fördergas bereitzustellen, welches die Nachteile niedriger Reaktionsausbeuten herkömmlicher Verfahren beseitigt und einen Beitrag zur Steigerung der reaktionsmetallurgischen Effizienz leistet.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein partikelbeladener Fördergastrom mit einer Impulsfrequenz überlagert wird.
Überraschend hat sich gezeigt, dass mit diesem Verfahren nicht nur die Aufgabenstellung vollständig erfüllt werden konnte, sondern dass darüber hinaus völlig unerwartet die pneumatischen Transporteigenschaften sich deutlich verbesserten. Die Förderung war stabiler und es konnten höhere Austragsleistung bei geringerem Transportgasvolumen eingestellt werden, wodurch sich die Behandlungszeit verkürzte. Auch konnte beobachtet werden, dass Lanzenverstopfer seltener auftraten.
Erfindungsgemäß wird ein entsprechend dem Stand der Technik geeigneter Impulsgenerator in die pneumatische Fördertechnik einer Einblasanlage integriert. Dabei bieten sich mehrere Möglichkeiten für Platzierung des Impulsgenerators an:

A) in die Transportgasleitung
B) in den partikelbeladen-Förderstrom
C) in die Konstruktion der Einblaslanze

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Impulsgenerator ausgewählt aus der Reihe der Ultraschall- und Schockwellen-Generatoren, Infraschall-Oszillatoren Magnetventil gesteuerten Impulsgeneratoren, Resonanzgeneratoren, Hartmann-Generator, Helmholtz-Resonator.
Ein Impulsbrenner zum Brammenflämmen wird beispielhaft in DE 10200603414 beschrieben. Weitere Impulsgeneratoren in unterschiedlichen Anwendungen werden in folgenden Patenten beschrieben: DE 69808608 T2 , EP20070016704 , EP 1895092 A1 , DE 10301338 C3 .
Natürlich können mehrere identische, baugleiche, aber auch unterschiedliche Impulsgeneratoren kombiniert werden und dabei gleichzeitig oder abwechselnd betrieben werden.
Die physikalischen Stoffeigenschaften der einzublasenden Partikel, wie Korngröße und Verteilung, Charakteristik der Oberfläche, spezifisches Gewicht bestimmen in starkem Maße die pneumatischen Fördereigenschaften. Dementsprechend ist es erforderlich Impulsfrequenz und Leistung in einem weitem Bereich einstellen zu können.
Die bevorzugte Frequenz ist im Bereich von etwa 10 Hz bis etwa 1000 Hz, Die Frequenz liegt, abhängig von der Art des Impulsgenerators und den Stoffeigenschaften der einzublasenden Partikel, bevorzugter zwischen 10 Hz und 500 Hz und am bevorzugstesten zwischen 10 Hz und 250 Hz. Bei einem magnetventilgesteuerten Impulsgenerator liegt die bevorzugte Frequenz im Bereich von etwa 75 Hz bis etwa 250 Hz. Ein Infraschall-Oszillator arbeitet bevorzugt im Bereich 10 bis 40 Hz.
Beispiel:
Folgendes experimentelles Ausführungsbeispiel soll den erfindungsgemäßen Fortschritt in der Effizienzsteigerung eines metallurgischen Einblasprozesses aufzeigen.
Auf einer dem Stand der Technik entsprechenden injektionsmetallurgischen Einblasanlage zur Entschwefelung von Roheisen in Torpedopfannen wurde nach dem Ausführungsbeispiel C ein handelsüblicher ventilgesteuerter Impulsgenerator aus der Brennertechnik in die Transportgasleitung eingebaut. Die in der Tabelle aufgelisteten Prozessdaten zeigen den Vergleich mit einer ungepulsten Behandlung.

Deutlich wird, dass mit der gleichen Menge eingeblasenem Entschwefelungsmittel deutlich mehr Schwefel abgebaut werden konnte. Tabelle: Prozessdaten

		Stand der Technik	erfindungsgemäß
		ungepulst	mit 100 Hz gepulstes Transportgas
Gewicht der Roheisenschmelze	t	415	415
Ausgangsschwefelgehalt S_A	ppm	237	239
eingeblasene Menge Calciumcarbid (60% CaC₂)	kg	900	900
Einblasgeschwindigkeit	kg/min	40	40
Stickstoff-Transportgasmenge	l/min	4500	4500
Transportgasdruck	bar	5,5	5,5
spezifischer Verbrauch Calciumcarbid	kg/t	2,16	2,16
erreichter Endschwefelgehalt S_E	ppm	94	55
entfernter Schwefel: S_A–S_E	ppm	143	184

Differenz Ausbeute	%		29

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 000000530552 A1 [0003]
- DE 19502302 A1 [0004]
- DE 2708522 [0006]
- US 4277279 [0009]
- US 5494381 [0009]
- US 000005108075 A [0009]
- DE 102007006755 A1 [0009]
- DE 10200603414 [0020]
- DE 69808608 T2 [0020]
- EP 20070016704 [0020]
- EP 1895092 A1 [0020]
- DE 10301338 C3 [0020]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- A. Freißmuth, „Die Entschwefelung von Roheisen mit Calciumcarbid – der heutige Stand und mögliche Entwicklungen” [0005]
- „Stahl und Eisen”, 1997, Nr. 9, S. 53–58 [0005]

Claims

Injektionsmetallurgisches Verfahren zum Einblasen von Feststoffpartikel in metallische Schmelzen mit Hilfe von Fördergas, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische partikelbeladene Gas-Förderstrom mit einer Impulsfrequenz überlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Impulsgenerator mindestens ein Vertreter ausgewählt aus der Reihe der Ultraschall- und Schockwellen-Generatoren, Magnetventil gesteuerten Impulsgeneratoren, Resonanzgeneratoren, Hartmann-Generator, Helmholz-Resonator verwendet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, bei dem der Impulsgenerator in den partikelbeladene Gas-Förderstrom integriert wird (B).
Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, bei dem der Impulsgenerator in den Gasstrom (C) integriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulsgenerator in die Lanzenkonstruktion integriert wird (A), insbesondere ein Lavaldüse-Resonanzrohr-System.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsbeaufschlagung im Frequenzbereich von 10–1000 Hz erfolgt, bevorzugter im Bereich von 10–500 HZ, am bevorzugsten im Bereich 10–250 HZ.