DE1158665B - Kupolofen mit futterloser gekuehlter Schmelzzone fuer die Herstellung von Eisen mit einem in engen Grenzen vorbestimmten Kohlenstoffgehalt und Verfahren zu seinem Betrieb - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

St11874 VIa/31a

ANMELDETAG: 6. NOVEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 5. DEZEMBER 1963

Die Erfindung betrifft einen Kupolofen mit futterloser gekühlter Schmelzzone für die Herstellung von Eisen mit einem in engen Grenzen vorbestimmten Kohlenstoffgehalt und ein Verfahren zu seinem Betrieb. Das Eisen soll erschmolzen werden aus Einsätzen von Roheisen, Gußbruch, Stahlschrott mit oder ohne Zusatz von Erzen, Schlacken u. dgl. zur Gattierung.

Es sind Kupolofen mit Kaltwind- und Heißwindbetrieb bekannt, die mit saurem oder basischem oder Kohlenstoffutter oder mit Wasserkühlung mit oder ohne zusätzliches Futter in der Schmelzzone betrieben werden. Der Eisen- und Schlackenabstich erfolgt dabei intermittierend oder kontinuierlich; im letzten Falle werden Siphonvorrichtungen verwendet, in denen nach bekannten Verfahren in einem gemeinsamen Siphonkörper Eisen und Schlacke voneinander getrennt werden. Kupolofen dieser Art schmelzen kontinuierlich bereits bis zu einer Woche, danach müssen das Gestell und vor allem der Siphon neu zugestellt bzw. ausgebessert werden. Zu diesem Zweck ist der jeweilig betroffene Ofen stillzulegen.

Eisen mit hohen Kohlenstoffgehalten zwischen 3,2 und 4,0% C, 0,6 bis 2,5% Si und 0,02 bis 0,20% S werden in solchen Kupolofen seit langem hergestellt. Hohe Kokssätze, Heißwind, niedriges Verbrennungsverhältnis (reduzierende Ofenatmosphäre) sowie neutrale bis basische Schlackenführung begünstigen die Herstellung und erhöhen die Kohlenstoffaufnahme bei gleichzeitiger Schwefelabnahme.

Eisen mit mittleren Kohlenstoffgehalten von 2,8 bis 3,2% C, 0,6 bis 1,0% Si (z. B. Temperguß) werden ebenfalls in Kupolofen, die vorwiegend mit saurem Futter zugestellt sind, erschmolzen. Die Schlackenführung ist entsprechend der Futterzustellung neutral oder sauer zu halten. Durch Änderung der Windtemperatur und des Kokssatzes lassen sich Kohlenstoff- und Siliziumgehalt des Eisens ebenfalls in gewissen Grenzen beeinflussen. Die Treffsicherheit der Analyse nimmt mit abnehmenden Kohlenstoff- und Siliziumgehalten ebenfalls ab.

Eisen mit niedrigen Kohlenstoffgehalten unter 2,8% C und gleichzeitig niedrigen Siliziumgehalten unter 0,6 % Si können im Kupolofen nicht mehr treffsicher erschmolzen werden. Soweit Kupolofen überhaupt hierfür herangezogen werden, dienen sie nur zur Erschmelzung eines Eisens mit möglichst nahekommender Analyse; die Feineinstellung erfolgt im Duplexverfahren in nachgeschalteten Trommel- oder Elektroöfen sowie Konvertern.

Die zunehmende Forderung nach billiger, kontinuierlicher Herstellung vor allem niedriggekohlter

Kupolofen mit futterloser gekühlter

Schmelzzone für die Herstellung von Eisen

mit einem in engen Grenzen vorbestimmten Kohlenstoffgehalt und Verfahren

zu seinem Betrieb

Anmelder:

STRICO Gesellschaft für Metallurgie

und Wärmetechnik m. b. H.,
Gummersbach, Winterbeckestr. 11

Dipl.-Ing. Ernst Löbbecke, Gummersbach,
ist als Erfinder genannt worden

Eisensorten, beispielsweise für den flüssigen Einsatz in nachgeschaltete Siemens-Martin-Stahlöfen, kann der Kupolofen in seiner derzeitigen Bauausführung nicht erfüllen.

Während es bei den bekannten Anlagen und Verfahren gelang, den Siliziumgehalt z. B. auch im Dauerbetrieb über eine längere Schmelzperiode bis zu einer Woche bereits in tragbar engen Grenzen konstant zu halten, war eine Beeinflussung des Kohlenstoffes nur mit starken Einschränkungen, d. h. weiteren Analysenspannen möglich, soweit der Kohlenstoffgehalt nicht unter 3,0% gehalten werden mußte.

Die oben angeführten Maßnahmen, wie z. B.

Schlackenführung, Windtemperatur usw., halfen zwar zur Erzielung einer größeren Treffsicherheit mit, andere, bisher noch wenig oder gar nicht erkannte Faktoren konnten diese Einflüsse in ihrer Wirksamkeit stark einschränken und damit die Treffsicherheit herabsetzen.

Versuche und Beobachtungen ergaben, daß einer dieser zusätzlichen Faktoren z. B. der Abstand zwischen der Schmelzzone und dem Eisenabstich war, d. h. daß Kupolofen unter sonst gleichen Schmelzbedingungen hinsichtlich Schlackenführung, Windtemperatur usw. bei unterschiedlichen Höhen der Schmelzzone auch unterschiedliche Kohlenstoff-

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gehalte des Eisens erbrachten. Die Länge des Weges der geschmolzenen Eisentröpfchen im Kupolofen spielt also bei der Kohlenstoffaufnahme eine wesentliche Rolle. Jede Beeinflussung der Schmelzzone, und zwar sowohl nach ihrem Volumen als auch ihrer Höhe über dem Abstich mußte daher zu einer zusätzlichen Kontrolle des Kohlenstoffgehaltes führen, gleiche Schmelzbedingungen immer vorausgesetzt. Hiermit war die Möglichkeit der Beeinflussung der Schmelze hinsichtlich ihrer metallurgischen Eigenschäften durch konstruktive Maßnahmen in bezug auf die Gestaltung des erfindungsgemäßen Kupolofens gegeben.

Zum Verständnis der getroffenen Maßnahmen ist es notwendig, die Voraussetzungen für die Bildung der Schmelzzone im Kupolofen kurz zu beleuchten. Beim Kaltwindkupolofen mit üblichem zylindrischem Profil ist die Höhe der Schmelzzone über dem Abstich durch den Weg gegeben, den der mit atmosphärischer Temperatur (z. B. 20° C) durch die Düsen in den Ofen eintretende Wind im Schacht zurücklegen muß, um sich beim Vorbeistreichen an glühendem Koks auf eine Temperatur von 630° C, der Zündungstemperatur bei Koksverbrennung, zu erhitzen. Unterschiede in der Gasdurchlässigkeit der Beschickung (Koksgröße), der Kühlverluste an den Wandungen usw. können Lage und Ausbildung der Schmelzzone stark beeinflussen. Dabei schmilzt auch jeder Kupolofen bei gleichen Schmelzbedingungen anders. Heißwind bewirkt bekanntlich eine Verengung der Schmelzzone und zieht sie insgesamt mehr nach unten in die Höhe der Düsen; die oben angeführten Faktoren, wie Gasdurchlässigkeit usw., haben aber auch hier einen ähnlichen Einfluß auf die Ausbildung der Schmelzzone wie bei Kaltwind, wenn auch nicht so stark, weil der Weg des Windes zur Aufwärmung auf 630° C sehr viel kürzer ist. Da bei einem gegebenen Kupolofen die Bodenhöhe bzw. der Abstich festüegen, durch Veränderungen der Schmelzzonenausbildung aber die Abstände zum Abstich sich ändern, ist die unterschiedliche Aufkohlung bei sonst gleichen Schmelzbedingungen erklärlich. Es spielt zwar noch eine Reihe weiterer Faktoren eine Rolle, die aber in diesem Zusammenhang vernachlässigt werden können; es sei dabei nur auf die Bedeutung der Windgeschwindigkeit in den Düsen hingewiesen.

Gemäß der Erfindung sollen nun folgende Forderungen, die den kontinuierlichen Betrieb eines Kupolofens mit gleichzeitiger Kontrolle auch des Kohlenstoffgehaltes vor allem bei niedrigen Gehalten ermöglichen, erfüllt werden:

1. Festlegung der Höhe der Schmelzzone und ihrer volumenmäßigen Gestaltung und damit

2. kontrollierte Beschränkung der Berührungszeit des flüssigens Eisens mit glühendem Koks,

3. genaue metallurgische Beeinflussung des Kupolofens durch gelenkte Schlackenführung,

4. Gewährleistung eines Dauerbetriebes auch über eine Zeit von einer Woche,

5. Einstellung und Einhaltung gelenkter thermischer Verhältnisse im Kupolofen über beliebig lange Schmelzperioden.

Die erste Forderung — Beeinflussung der Schmelzzone — wird mit Hilfe der Formgebung des Kupolofenprofils erfüllt. Es wurde festgestellt, daß bei

55 einem Kupolofen mit kurzem zylindrischem oder sich konisch nach oben öffnendem Schachtteil oberhalb der Düsen, an den sich ein längerer, nach oben verengender Schachtteil anschließt, sich die Schmelzzone am Übergang der beiden Profilformen ausbildet und praktisch unverändert über beliebige Schmelzzeiten hält, selbst wenn sich aus betrieblichen Gründen die Schmelzbedingungen — Windmenge, Kokssatz und Basizität der Schlacke — bei gleicher Windtemperatur ändern. Die Verwendung von Heißwind erleichtert die Erfüllung der ersten Forderung, ohne sie aber vorauszusetzen, da bei entsprechender Bemessung der einzelnen Schachtteile auch bei Kaltwind der gleiche Effekt erzielt werden kann. Eine den jeweiligen Erfordernissen des Schmelzens angepaßte Neigung der Düsen nach unten gegen die Waagerechte sowie Wahl der richtigen, auf den Durchmesser des Ofens abgestimmten Windgeschwindigkeit in den Düsen unterstützen die Erfüllung der ersten Forderung maßgeblich.

Mit dieser Möglichkeit der Beeinflussung der Schmelzzone ist die Voraussetzung für die Erfüllung der zweiten Forderung gegeben (Kontrolle der Berührungszeit des Eisens mit dem glühenden Koks). Je nach Höhe des gewünschten Kohlenstoffgehaltes kann nun die Berührungszeit durch Wahl einer zweckentsprechenden Tiefe des Gestells, wobei unter Tiefe des Gestells der Abstand zwischen Düsenebene und Eisenabstich verstanden ist, gelenkt werden, d. h., bei tiefem Gestell — und dementsprechend langer Berührungszeit — kann ein Eisen mit höherem Kohlenstoffgehalt und bei weniger tiefem mit entsprechend niedrigerem erschmolzen werden. Voraussetzung ist dabei aber ferner vor allem bei der Erschmelzung besonders niedrig gekohlter Eisensorten in einem solchen Kupolofen, daß das Eisen nicht im Gestell gesammelt, sondern so schnell wie möglich abgeführt und von der Schlacke getrennt wird. Dazu dient bekanntlich das Siphonverfahren zur Trennung von Eisen und Schlacke. Für die hier beschriebene Kupolofenausführung scheiden aber die gebräuchlichen Siphons aus, bei denen Eisen und Schlacke durch eine gemeinsame oder zwei eng beeinanderliegende Abstichöffnungen abgeführt und erst außerhalb des Ofens getrennt werden. Da es keinen feuerfesten Werkstoff gibt, der über beliebig lange Schmelzzeiten sowohl gegen Eisen als auch Schlacke unterschiedlicher Basizität korrosionsbeständig ist, ist die Lebensdauer solcher Siphons beschränkt und gestattet keinen Dauerschmelzbetrieb. Hinzu kommt, daß bei der beschriebenen üblichen Ausführung eine schnelle Abführung des Eisens aus dem Gestell nicht gewährleistet ist, da immer ein gewisser Eisenspiegel im Kupolofen als Gegengewicht des Siphons zurückbleibt. Aus diesen Gründen werden erfindungsgemäß Eisen- und Schlackensiphons getrennt und dabei der Eisensiphon mit seinem Abstich so tief in den besonders gestalteten Boden des Gestells gelegt, daß praktisch kein Eisen im Gestell zurückgehalten wird. Diese Ausführung gestattet es auch, Eisen- und Schlackenabstich einschließlich Siphon mit feuerfesten Materialien zuzustellen, die gegen Eisen- bzw. Schlackenangriff praktisch korrosionsbeständig sind und damit einen kontinuierlichen Schmelzbetrieb des Ofens erst ermöglichen. Beide Siphons können wassergekühlt sein.

Eine genaue metallurgische Führung des Kupolofens sowie kontinuierliche Betriebsweise setzen

Claims (1)

1. 5 6

   einen futterlosen wasser- oder heißgekühlten Mantel Düsenneigung 15°

   in der Schmelzzone voraus, sowie konstante Tempe- Windgeschwindigkeit in den Düsen

   ratur des Windes. Die Verfahren der Kühlung sowie (Ncbm) 60 m/s

   Maßnahmen der Konstanthaltung der Windtempera- Gestelldurchmesser 2000 mm

   tür sind dem erfindungsgemäß abgewandelten Kupol- 5 a) 1800 mm

   ofen anzupassen. b) 350 mm

   In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele erfin- c) 750 mm

   dungsgemäßer Anlagen schematisch dargestellt. d) 110 mm

   Abb. 1 zeigt einen erfindungsgemäß gestalteten e) 1000 mm

   Kupolofen mit futterloser, wassergekühlter Schmelz- io Kohlenstoff < 2,8%

   zone und kurzem zylindrischem Teil 14 oberhalb der Silizium <C 0,3 %

   Düsen, an den sich ein sich nach oben verengender

   konischer Schachtteil 2 anschließt. Die wassergekühl- Abb. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei

   ten Düsen 3 durchdringen den zylindrischen Teil an dem sich der Kupolofen oberhalb der Düsen konisch

   seinem unteren Ende und ragen so weit in den Ofen 15 erweitert. Dieser Teil des Schachtes ist als oben

   ein, daß der Abstand gegenüberliegender Düsen etwa offener Wassermantel ausgebildet. Weitere Einzel-

   dem oberen Schachtdurchmesser 1 entspricht. Zylin- heiten vermittelt die Skizze.

   drischer und konischer Schachtteil werden mit Hilfe Der Vollständigkeit halber sei nochmals darauf

   der Sprühringe 4 und 5 durch Berieselung gekühlt; hingewiesen, daß an Stelle der in den beiden Ausfüh-

   das Kühlwasser wird im Trog 6 gesammelt und von 20 rungsbeispielen gezeigten Wasserkühlung des Mantels

   dort abgeführt. Der Trog ist so ausgebildet, daß er unter Beibehaltung der erfindungsgemäßen Profil-

   mit seiner Schräge knapp unterhalb der Düse ansetzt. gebung und Ausgestaltung des Kupolofens die Küh-

   Damit wird bezweckt, daß eine unerwünschte Küh- lung auch nach einem der bekannten Heißkühlsysteme

   lung des Gestells bzw. der sich dort im Gestell befin- erfolgen kann.

   denden Schlackensäule vermieden wird und eine ge- 25 Der Kupolofen kann bei entsprechender Abstimwünschte Kühlung erst eintritt, wenn an dieser ge- mung der einzelnen Maße und Einrichtungen aufeinfährdetesten Stelle eine Auswaschung des Gestell- ander für die kontinuierliche Erschmelzung aller futters erfolgt. Eisensorten Verwendung finden. Er kann ferner als Das Gestell kann entweder mit einem dicken Fut- Niederschachtofen zur Erzverhüttung betrieben ter zugestellt werden — v/ie hier dargestellt — oder 30 werden,
   in bekannter Weise gekühlt werden. Als Zustellmaterial haben sich Kohlenstoff oder mit Graphit stabili- PATENTANSPRÜCHE:
   sierte Schamottestampfmasse sowie fugenlos verlegte

   Kohlenstoffsteine bewährt. Der Boden des Gestells 1. Kupolofen mit futterloser und mittels eines kann sowohl zum Fallenlassen als auch mit einem 35 Kühlmittels gekühlter Schmelzzone für die Herfesten Bodenstein zugestellt werden; als feuerfeste stellung von Eisen mit einem in engen Grenzen Materialien hat sich neben den oben angeführten vorbestimmten C-Gehalt in kontinuierlichem Behierbei auch Magnesit bewährt. Seitenwände und trieb, dadurch gekennzeichnet, daß der futterlose Boden des Gestells sind beim Anfahren sowie nach Teil des Ofenschachtes oberhalb der Düsenebene jeder Stillsetzung des Kupolofens zweckmäßigerweise 40 zunächst einen kurzen zylindrischen (14) oder mit einer Schamotteverschleißschicht zu versehen, nach oben konisch erweiterten Teil (14 a) aufwobei in die Bodenschicht eine Eisenabflußrinne 11 nimmt, an den sich ein sich nach oben verengenzu legen ist. Eisenabstich 8 und Schlackenabstich der konischer Schachtteil (2, 2 a) anschließt, und bzw. Siphon 7 sind getrennt. Die Maßhaltigkeit des daß die wassergekühlten Düsen so weit in den Eisenabstiches wird bei Kohlenstoffzustellung des Ge- 45 Ofen einragen, daß der Abstand gegenüberliegenstells durch einen Formstein 9 an der Außenwand der Düsen etwa dem Durchmesser des oberen undes Ofens sichergestellt; Magnesit hat sich hier be- gekühlten zylindrischen Schachtteiles (1, la) entwährt. Die Zustellung des Eisensiphons kann in Scha- spricht sowie daß Eisen- und Schlackensiphons motte oder Magnesit bei kohlenstoffarmen Eisen- (7, 8) getrennt sind.

   Sorten erfolgen, bei kohlenstoffreichem gesättigtem 50 2. Verfahren zum Betrieb eines Kupolofens

   Eisen auch in Kohlenstoff. Schlackenabstich und nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   Schlackensiphon sind ganz in Kohlenstoff ausgeführt, zur Einstellung des gewünschten C-Gehaltes der

   soweit seine Teile mit Schlacke in Berührung korn- Abstand zwischen der Schmelzzone und dem

   men. Für kurze Schmelzzeiten bis zu einer Woche hat Eisenabstich durch

   sich auch mit Graphit stabilisierte Schamotte bewährt. ₅₅ > _{EinsteU der Höhe} ^_ischen Eisenabstich

   Eisen- und Schlackensiphon lassen sich vom Gestell- _Λ r«:*],-,.. ,„a

   mantel abflanschen. Dadurch lassen sich ohne Abstel- ,, , ^uusene°^ent; ^un(* ,_._,.,.

   lung des Kupolofens bei Dämpfung eventueUe Aus- ^b-> Anpassung der Windgeschwindigkeit an den

   besserungen leicht durchführen. Weitere Einzelheiten Ofendurchmesser

   über Neigungen und Winkel sind der Skizze ohne Er- 60 eingestellt wird,
   klärung zu entnehmen.

   Als Beispiel für die Bemessung eines solchen, den In Betracht gezogene Druckschriften:

   verlangten Forderungen entsprechenden Kupolofens Deutsche Patentschriften Nr. 52 992, 56 205;

   seien folgende bereits bewährte Maße angeführt: britische Patentschrift Nr. 732 300.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 309 767/187 11. 63