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Verfahren zur unmittelbaren Stahlherstellung Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur unmittelbaren Stahlherstellung aus mit Reduktionsstoffen, insbesondere
Feinkohle und Zuschlagstoffen vermischten feinkörnigen Erzen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur unmittelbaren Stahlherstellung
aus Erzen einen Herdofen in Verbindung mit einem Drehrohrofen zu betreiben, in den
zur Vorwärmung und Vorreduktion der Erzbeschickung die Abgase des Tiegelofens eingeleitet
werden. Zur Durchführung eines ähnlichen Verfahrens ist auch eine Drehofenanlage
vorgeschlagen worden, die aus mehreren unmittelbar miteinander verbundenen, in einer
Achse angeordneten Trommeln besteht. Hierbei wird das Erz in den einzelnen Trommelabteilungen
nacheinander reduziert, geschmolzen, entschlackt, zu Stahl gefrischt, unter Überhitzung
zurückgekohlt und gegebenenfalls legiert. Bei einer ähnlichen Anlage wird dem mit
mehreren Kammern versehenen Drehrohrofen zur Vorreduktion ein kleinerer besonderer
Drehofen beigegeben, der durch die Abgase des Frischofens beheizt werden kann.
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Ferner ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem das feinkörnige
Erz zusammen mit ebenfalls feinkörniger Kohle, Kalk und gegebenenfalls weiteren
Zuschlägen auf einen Förderer aufgegeben und in einem Drehofen zur Vorreduktion
eingegeben wird. Der Drehofen kann von den Abgasen des Elektroofens beheizt sein,
dem die vorreduzierte Beschickung zur Durchführung der Endreduktion und des Frischprozesses
zugeführt wird. Hierbei wird nach einer ersten Vorreduktionsphase eine zusätzliche
Menge an Kohlepulver zugegeben, um zu erreichen, daß ein Teil der Kohle verkokt
wird und an der weiteren Reduktion im Elektroofen teilnimmt.
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Bei einem ähnlichen Verfahren wird zur Vorreduktion anstatt des Drehrohrofens
ein Sinterband benutzt.
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Die Erfindung geht aus von einem derartigen Verfahren, bei dem ein
Gemisch aus mit Reduktionsstoffen, insbesondere Feinkohle und Zuschlagstoffen vermischten
feinkörnigen Erzen in einer Sintervorrichtung einer Vorreduktion unterworfen und
von dort heiß mit etwa 800 bis 1000' C einem Stahlofen, vorzugsweise elektrischen
Lichtbogenofen, zur Endreduktion zugeführt und im gleichen Stahlofen zu Stahl fertig
geschmolzen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht nun darin, daß aus dem
Gemisch unter Zusetzung eines für den gesamten Verhüttungs-und Stahlerzeugungsprozeß
ausreichenden überschusses an reduktionsfähigem Kohlenstoff Pellets gebildet werden,
die in der Sintervorrichtung, insbesondere einem Sinterband oder einem Drehroh.rofen
gebrannt und vorzugsweise bis etwa zwischen 60 und 85 % des gesamten Steuerstoffanteiles
vorreduziert werden.
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Wie sich aus den durchgeführten Versuchen ergeben hat, bietet das
neue Verfahren vorzugsweise für eisenreiche und schlackenarme Erze feiner und feinster
ganz besonders überraschende technische Vorteile. Infolge des hohen Wärmebedarfs
und der beschränkten Durchsatzmengen haben Versuche mit den bekannten Verfahren
verhältnismäßig schlechte Wirkungsgrade ergeben, so daß diese sich bis auf Ausnahmefälle
im großtechnischen Prozeß nicht durchsetzen konnten, vor allem auch mit Rücksicht
auf den erforderlichen großen technischen Aufwand.
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Demgegenüber arbeitet das neue Verfahren wesentlich wirtschaftlicher,
weil durch die Einbindung des für den gesamten Prozeß ausreichenden Überschusses
an reaktionsfähigen Kohlenstoff bereits bei der Pelletisierung der Sinter- und Vorreduktionsprozeß
relativ rasch durchgeführt werden kann und den Pellets noch genügend reduktionsfähiger
Restkohlenstoff für die Endreduktion verbleibt. Es bedarf somit nicht der Zuführung
weiteren Kohlenstoffes, wie bei bekannten Verfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren
vermeidet diesen Nachteil und erfordert einen erheblich geringeren Gesamtwärmeaufwand,
weil auf Grund der weitgehenden Vorreduktion der Frischprozeß im Stahlofen sehr
rasch stattfinden kann, woraus sich der günstige Wirkungsgrad der Gesamtanlage ergibt.
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Im elektrischen Lichtbogen oder Siemens-Martin-Ofen erfolgt die Endreduktion
der restlichen Eisenoxyde mit der im Material vorhandenen Kohle und die Verflüssigung
der gesamten Eisen- und Schlackenmenge. Nach der richtigen Einstellung des Kohlenstoffgehaltes
der Eisenschmelze und nach der eventuellen Abschlackung ist die Charge fertig, und
der Stahl kann nach der erfolgten Desoxydation vergossen werden.
Das
erfindungsgemäße Verfahren kommt deshalb vor allen Dingen für Erze in Betracht,
die sehr eisenreich, d. h. schlackenarm sind, weil sonst im Stahlofen zu große Schlackenmengen
anfallen, besonders, weil die Schlacke kalkbasisch sein muß. Die Kalkzugabe kann
vorteilhafterweise durch die Zumischung der notwendigen Kalksteinmenge zur Ausgangserzmischung
erfolgen. Diese Arbeitsweise ist deshalb besonders wirtschaftlich, weil dann der
Kalk heiß in den Stahlofen kommt und somit die im Stahlofen benötigte Wärmemenge
kleiner wird.
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Die Erhitzung der Erz-Kohle-Mischung zur Durchführung der Vorreduktion
im Drehrohrofen oder auf dem Sinterband geschieht gegebenenfalls durch die Verbrennung
z. B. eines Gases oder Öls sowie durch die Wärme, die bei der Verbrennung der beigemischten
Kohlenmenge, z. B. im Saugzug, entsteht. Als Stahlofen kommt der Siemens-Martin-Ofen,
besonders aber der Elektrolichtbogenofen in Betracht. Beim letzteren kann die vorreduzierte
heiße Materialmenge, um vor der Rückoxydation und Abkühlung geschützt zu werden,
in besonderen Behältern aufbewahrt werden, von denen dann der Elektroofen direkt,
z. B. durch die Bodenentleerung, chargiert werden kann.
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Das neue Verfahren für die Vorreduktion ermöglicht eine weitgehende
Senkung des Stromverbrauchs im Elektrolichtbogenofen, wenn diese auf dem Sinterband
und das Heißchargieren bei hoher Temperatur erfolgt. Auch soll mit möglichst wenig
Schlacke gearbeitet werden, was bedingt, d.aß die Eisenerze möglichst rein, insbesondere
weitgehend kieselsäurefrei sind. Die Schlackenmenge soll 200 kg/t Stahl nicht überschreiten,
da sonst bei größeren Schlackenmengen im Elektrolichtbogenofen Produktions- und
Leistungsstörungen auftreten können.
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Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ergeben sich
aus dem geringen zur Durchführung erforderlichen technischen Aufwand und aus der
Verwendungsmöglichkeit irgendeiner Feinkohle, auch minderwertiger Kohle. Man braucht
für die Stahlherstellung nur ein Sinterband sowie einen einzigen Ofen, und zwar
entweder einen Elektrolichtbogenofen oder einen Siemens-Martin-Ofen. Da mit feinpulvrigem
Erz und Kohle gearbeitet wird, erfolgt die Reduktion im festen Zustand sehr schnell
und unter günstigstem Wärmewirkungsgrad.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch anwendbar, wenn etwas ärmere
Erze für die Stahlherstellung in Betracht kommen müssen. Hier empfiehlt es sich,
nicht nur vorreduzierten Einsatz, sondern eine Mischung aus Schrott und vorreduziertem
Material zu verwenden, wodurch die Schlackenmenge entsprechend der verwendeten Schrottmenge
vermindert wird. In diesem Falle sinkt auch der Wärmebedarf entsprechend.
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Das neue Verfahren soll an Hand zweier Beispiele, welche die Verhüttung
brasilianischer Erze sowie des Pyritabbrandes beschreiben, näher erörtert werden:
Verarbeitung des brasilianischen Erzes Aus feinem Eisenerz, Koksgrieß und Kalksteinpulver
werden Erzpellets hergestellt, die dann auf dem Sinterband der Vorreduktion unterworfen
werden. Die Menge je Tonne Stahl besteht aus 1650 kg Eisenerz, 275 kg Kalksteinpulver
und 405 kg Koksgrieß. Die am Sinterband anfallenden heißen Pellets werden mit 800°
C in den Elektrolichtbogenofen chargiert und dort mit Hilfe des elektrischen Stromes
erhitzt, fertig reduziert und die Stahlschmelze von der flüssigen Schlacke getrennt.
Die Schlackenmenge beträgt hier 275 kg, t Stahl. Der Stromverbrauch liegt, wenn
die Vorreduktion auf dem Sinterband bei 60% liegt, bei 1100 kWh/t Stahl (620 kWh
für die Endreduktion, 60 kWh für die Gasverluste, 320 kWh für das Erhitzen und Schmelzen
des Stahls und 110 kWh für das Erhitzen und Schmelzen der Schlacke. Dabei besteht
der Einsatz, der in den Elektrolichtbogenofen kommt, aus 835 kg Eisenoxyd und 432
kg metallischem Eisen, 140 kg Kohlenstoff sowie 275 kg Schlacke, die ein Ca0--Si0,-Verhältnis
von 3 aufweist.
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Wenn auf dem Sinterband eine 800:'oige Vorreduktion erzielt wird,
liegt der Stromverbrauch im Elektrolichtbogenofen nur noch bei 900 kWh. Diese Stromverbrauchszahlen
werden aufgewendet, wenn man nur mit dem vorreduzierten Material arbeitet. Wird
diesem Material 5011/o Schrott zugesetzt, bezogen auf die Stahlmenge, sinkt der
Stromverbrauch auf 875 kWh/ 't Stahl bei 60%iger und auf 775 kWh/t Stahl bei 80%iger
Vorreduktion.
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Um diesen für den Elektrolichtbogenofen verhältnismäßig hohen Stromverbrauch
gut decken zu können, soll dieser mit einem leistungsstarken Transformator ausgerüstet
sein. Verarbeiten des Pyritabbrandes Wenn ein Pyritabbrand mit 62% Eisen, 7,3% Kieselsäure
in Betracht kommt, dann wird aus 1,71 t Pyritabbrand, 610 kg Koksgrieß und 820 kg
Kalkstein eine Pelletsmischung hergestellt, die Pellets auf dem Sinterband vorreduziert
und die heißen, 800° C enthaltenden Pellets in den Elektrolichtbogenofen chargiert
und dort fertig reduziert, Stahl erschmolzen und von der Schlacke getrennt. Bei
60%iger Vorreduktion besteht die in den Elektrolichtbogenofen chargierte Mischung
aus 406 kg metallischem Eisen, 745 kg Eisenoxydul, 123 kg Kohlenstoff und
712 kg Schlacke. Der Stromverbrauch liegt in diesem Falle bei 1270 kWh/t Stahl (50
kWh für die Deckung der Abgasverluste, 550 kWh für die Endreduktion, 316 kWh für
das Erhitzen und Schmelzen des Eisens sowie 295 kWh für das Erhitzen und Schmelzen
der Schlacke. Bei 8011/oiger Vorreduktion sinkt der Stromverbrauch auf 906 kWh/t
Stahl. Wenn man mit 5011/o Schrott arbeitet, sinkt der Stromverbrauch bei 60%iger
Vorreduktion auf 960 und beim 80%igen Vorreduzieren auf 780 kWh/t Stahl.
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Wie aus den hier angegebenen Beispielen ersichtlich, ist bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren der Wärme- und somit der Stromverbrauch für die Reduktion sehr stark von
dem Umfang der Vorreduktion abhängig. Der Wärmebedarf für das Erhitzen und Schmelzen
der Schlacke hängt von der Menge der Schlacke sowie von der Temperatur des vorreduzierten,
in den Elektrolichtbogenofen chargierten Materials ab. Der Gesamtstromverbrauch
ist weiter vom Wärmewirkungsgrad des Elektrolichtbogenofens abhängig, was bedingt,
daß der Ofen mit einem starken Transformator ausgerüstet ist, um das Schmelzen im
Ofen möglichst kurz zu gestalten.