DE1237597B

DE1237597B - Verfahren zum Einschmelzen von Rennluppen, Schwammeisen u. dgl. kuenstlichem Schrottsowie Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1237597B
Application number: DEV24821A
Authority: DE
Inventors: Dr Rudolf Rinesch
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1962-11-30
Filing date: 1963-11-07
Publication date: 1967-03-30
Also published as: AT238745B; GB1001258A; US3317309A; LU44791A1; ES297126A1; BE640607A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

MJSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C21c

Deutsche KL: 18 b-5/32

Nummer: 1237 597

Aktenzeichen: V 24821 VI a/18 b

Anmeldetag: 7. November 1963

Auslegetag: 30. März 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen von Rennluppen, Schwammeisen und dergleichen künstlichem Schrott sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Oberwindfrischverfahren ist bereits vorgeschlagen worden, feste Stoffe im freien Fall in den Bereich des oberflädhigen Reaktionsfeldes des Sauerstoffes mit dem Roheisenbad einzubringen. Diese Vorschläge verfolgten das Ziel, feinverteilte basische Stoffe, wie Kalk, oder feste Brennstoffe in das Innere des Brennfleckes bzw. der Reaktionszone einführen zu können, ohne daß die Zufü'hrungsleitungen für die festen Zuschlagstoffe einem übermäßigen Verschleiß ausgesetzt werden. Für die Einbringung von Eisen-Einsatzstoffen, wie Schrott, war dieses bekannte Verfahren und die zu seiner Durchführung vorgeschlagenen Einrichtungen jedoch nicht geeignet.

Es- besteht das Bestreben, ein leistungsfähiges .Verfahren zum Einschmelzen von Rennluppen, Schwammeisen und dergleichen künstlichem Schrott zu finden, das ein in Stahl umwandelbares schmelzflüssiges Produkt gewinnen läßt. Auf diese Weise kann z. B. das Anwendungsgebiet der Sauerstoffauf- , blaseverfähren erweitert werden, es kann flüssiges Roheisen durch feste Einsatzstoffe ganz oder teilweise ersetzt und auf den Einsatz von sperrigem Schrott, dessen Chargierung hohe Transport- und Arbeitskosten verursacht, verzichtet werden. Rennluppen, Eisenschwamm oder dergleichen künstlicher Schrott haben als Einsatzstoffe für den Stahlwerker den Vorzug, daß sie feinteilig bzw. körnig sind und daher mit maschinellen Chargiereinrichtungen gehandhabt werden können.

Die bisherigen Versuche, Rennluppen oder ähnliche körnige oder feinteilige feste Eisen-Einsatzstoffe einzuschmelzen, brachten kein zufriedenstellendes Ergebnis. Es wurde beispielsweise versucht, einen Einsatz aus 50% flüssigem Stahlroheisen und 5O°/o Luppen zu bilden und diesen in Stahl umzuwandeln. Die Luppen wurden am Boden eines Aufblasetiegels chargiert und flüssiges Roheisen darauf geleert. Mittels einer Heiz- und Frischdüse, aus der gleichzeitig öl und Sauerstoff zugeführt wurde, wurde versucht, das Roheisenbad auf Frischtemperatur aufzuheizen und dann nach Abstellen der Brennstoffzufuhr das Bad zu frischen. Beim Umlegen des Tiegels zeigte Sich jedoch, daß praktisch fast die gesamten eingesetzten Rennluppen am Boden des Tiegels unaufgeschmolzen liegengeblieben waren. Dies erklärt sich daraus, daß die Rennluppen Lufthohlräume eingeschlossen enthalten, die als vielfältige Isolierungsschichten wirken und keinen ausreichenden Wärme- Verfahren zum Einschmelzen von Rennluppen, Schwammeisen u. dgl. künstlichem Schrott sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Anmelder:

Vereinigte österreichische Eisen- und Stahlwerke Aktiengesellschaft,

Linz/Donau (Österreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dr. phil. Dr. techn.

J. Reitstötter

und Dr.-Ing. W. Bunte, Patentanwälte, München 15, Haydnstr. 5

Als Erfinder benannt:

Dr. Rudolf Rinesch, Linz/Donau (Österreich)

Beanspruchte Priorität: .

Österreich vom 30. November 1962 (A 9429/62)

Übergang zustande kommen lassen. Bei einem anderen Versuch, in dem wieder ein Einsatz aus 50 % flüssigem Stahlroh eisen und 50 % Rennluppen gebildet werden sollte, wurde zuerst das Roheisen eingeleert, kurzzeitig mit Sauerstoff vorgeblasen, und dann wurden die Rennluppen kontinuierlich über eine Rutsche chargiert, während gleichzeitig mittels einer Sauerstoff und öl führenden Heiz- und Frischdüse der Einsatz aufgeheizt wurde. Auch dieser Versuch brachte nicht das erwünschte Ergebnis. Ein Teil der Luppen setzt sich an der Wand des Tiegels an, während der überwiegende Teil auf dem Roheisenbad eine zähflüssige, den Wärmeübergang der Flamme auf das Bad hemmende Decke bildete. Trotz Einsetzen der Frischreaktionen an der in der Mitte freigelegten Badoberfläche und trotz Zufuhr überschüssiger Wärme durch Verbrennen von öl gelang es nicht, die Luppen restlos aufzuschmelzen. Auch die Frischwirkung auf die flüssigen Badteile war ungleichmäßig; die Charge wurde schließlich überfrischt; trotzdem lag die Abstichtemperatur zu niedrig und die Entschwefelung war verhältnismäßig schlecht.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten uiid be-

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steht im wesentlichen darin, daß Rennluppen, Ausbildung von den Wärmeübergang behindernden

Schwammeisen oder dergleichen künstlicher Schrott Decken, Bären usw. verhindert wird,

im freien Fall, eingehüllt in eine Flamme, in den Be- Bei einer Reihe von Versuchsschmelzen im 5-t-

reich der Reaktionszone eines Sauerstoffstrahles mit und 30-t-Ti^!egel wurde eine Menge von 19 bis 30 %>

einem Eisenbad eingebracht werden. 5 Rennluppen zu flüssigem Stahlroheisen chargiert. Die

Vorrichtungen, mit denen die genannten Einsatz- Zusammensetzung der Luppen betrug: 1,46% C,

stoffe im freien Fall in den Bereich der Reaktions- 0,16% Si, 0,070% Mn, 0,080% P, 0,230% S,

zone eines Saüerstoffstrahles mit einem Eiseribad 1,36 % Fe^O₃, 0,87% SiO₂ und 94,21 «/o Fe. Die

eingebracht werden können, gehen von bekannten Teilchengröße betrug 0 bis 8 mm. öl wurde in einer

Einrichtungen mit einem wassergekühlten Blasrohr, io Menge von 24 bis 35 kg/t Einsatz während einer

einem zentral innerhalb des Blasrohres angeordneten Dauer von 18 Minuten zugefügt.

Fallrohr und gegebenenfalls einem in dem Fallrohr . .

zentral angeordneten Brennstoffzuführungsrohr aus. ^Die Zusammensetzung des Stahlroheisens war:

Die bekannten Einrichtungen dieser Art eigneten sich C 4,0 bis 4,2%

aber vor allem deshalb nicht zur Chargierung von 15 Si 0,5 bis 0,7%

Rennluppen, Schwammeisen und dergleichen künst- Mn 1,6 bis 1,8%

lichem Schrott, weil das Querschnittsverhältnis des ■ P 0,15 bis 0,20%

Fallrohres zu dem ringförmigen Sauerstoffblasrohr S 0,034 bis 0,056 %

nicht für die Einbringung so großer Mengen berechnet war, wie es bei der Chargierung von künstlichem 20 Der Verlauf der Charge ist im folgenden Schmelz-Schrott notwendig ist. bericht erläutert.

Erfindungsgemäß wird daher vorgesehen, den ring- '_T ,, „.. . _, ., , . . .

förmigen Durchlaßquerschnitt der Mündung des Verblasen von flüssigem Stahlrohexsen mit emem An-

Sauerstoffblasrohres durch einen Einsatzring, in wel- ^{tei1 von 3O}°^/o Rennluppen am metallischen Einsatz

chem um den Umfang verteilte Bohrungen angeord- 25 Einsatz: 4 140 kg Roheisen

net sind, zu verkleinern bzw. zu drosseln, wodurch 1 800 kg Rennluppen

der hohlkegelförmige oder hohlzylindrische Sauer- 40 kg Ferrolegierungen

stoffstrahl in eine Gruppe von im Kreise angeord- _{c non}, „ / _innniM

. . , ο i cc i. 1.1 c τ·· * · j 5 you kg (= ioü,o%)

neten, einzelnen Sauerstoffstrahlen aufgelost wird. ^v

Vorzugsweise enthält der Einsatzring vier bis zwölf 30 Ausbringen: 5 260 kg (= 88,0%)

Bohrungen; das Verhältnis des Querschnittes des Schmelzverlauf

Fallrohres zum Gesamtquerschnitt der Bohrungen

kann vorteilhaft etwa 25 :1 bis 25 : 3 betragen. 3,10 Minuten Roheisen einleeren

Unter diesen Verhältnissen bilden die ringförmig 6,00 Minuten Vorfrischen

angeordneten einzelnen Sauerstoffstrahlen in der 35 18,00 Minuten kontinuierliche Luppenzufuhr

Kohlenmonoxydatmosphäre eines Frischtiegels bei durch Fallrohr bei gleichzeitiger

gleichzeitiger Zuführung der Rennluppen durch das Wärmezufuhr

Fallrohr eine die frei fallenden Rennluppen um- 2,00 Minuten Fertigfrischen

gebende Flammenhülle, was dadurch noch unter- 6,50 Minuten Tauchtemperatur, Probenahme

stützt wird, daß zusätzlich durch das zentrale Brenn- 40 2,00 Minuten Abstich

stoffzuführungsrohr öl oder Gas zugeführt wird. 37 gQ Minuten

Die erwähnten Bohrungen im ringförmigen Einsatz '

sind vorzugsweise geneigt zur Längsachse der Blas- Zuschläge in kg

einrichtung angeordnet, und zwar derart, daß sich Kalk 450

die Achsen der Kanäle in einem Abstand von 90 bis 45 Bauxit 30

150 cm unterhalb der Mündung der Blaseinrichtung,

welcher Abstand der normale Lanzenabstand von Pfannenzusätze

der Badoberfläche ist, schneiden. Es hat sich gezeigt, 9 kg FeMn (75,6 %)

daß unter solchen Bedingungen die Rennluppen 23 kg FeSi (75,1%)

ohne Schwierigkeit aufgeschmolzen werden und die 50 8 kg Al

	Si	Analysen in	0,150	/0	S	N	O
C	0,61	Mn I P	0,080	0,056	_	__
4,22	0,16	1,78	0,014	0,230	—	—
1,46	—	0,07	0,015	0,048	—	0,051
0,07	0,16	0,19	0,050	0,004	—
0,08	0,27

Tauchtemperatur

Roheiseneinleerprobe

Rennluppen

Probe vor Abstich ...
Fertigprobe

Wärmeverbrauch: 341 000 kcal/t Rohstahl flüssig

Bei einer weiteren Charge derselben Zusammensetzung und Menge wurden von den 450 kg Kalk 300 kg in stückiger Form und 150 kg Staubkalk zu- 65 sammen mit den Luppen in den Tiegel eingebracht. Es gelang dadurch, die Entschwefelung noch weiter zu verbessern; sie betrug 70 bis 77%.

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1615

Bei einer weiteren Charge wurde der Staubkalk durch Kalkmilch [wäßriges Ca(OH)₂] ersetzt. Die Entschwefelung betrug 75 bis 85%.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. '

Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt,

F i g. 2 einen teilweisen Horizontalschnitt entlang der Linie A-A.

Die Vorrichtung besteht aus einem Sauerstofiblasrohr 1, das von einem äußeren Kühlmantel 2 umgeben ist, welche Teile an dem Mündüngsstück 4, das aus massivem Material besteht, in einem Stiidk zusammenhängen und ein Düsenmundstück bilden, das im gezeigten Ausführungsbeispiel eine in Blasrichtung divergierende Form hat. Im Mantelzwi- sehenraum zwischen S'auerstoffrohr 1 und Mantel 2 ist ein Leitrohr 3 angeordnet, so daß ein. Kühlmittelkreislauf gebildet wird. In das Blasrohr ist zentral ein Fallrohr 5 für die festen Zuschlagstoffe eingebaut, welches mit Beginn des divergierenden Düsenabschnittes 6 des Blasrohres abschneidet. Innerhalb des Fallrohres 5 ist ein Brennstoffzuführungsrohr 7 angeordnet, in dessen Mündung ein Drallstück 8 eingesetzt ist, welches schraubenförmige Windungen aufweist und so eine gute Zerstäubung des zugeführ- ao ten Brennstoffes bewirkt.

Erfindungsgemäß ist in die ringförmige Mündung des Sauerstoffblasrohres 1 ein Einsatzring 9 einsetzbar, der Bohrungen 10 aufweist, die zur Längsachse der Blaseinrichtung geneigt sind. In F i g. 2 ist ein *5 solcher Einsatzring mit zwölf in regelmäßigen Abständen angeordneten Bohrungen im Horizontalschnitt dargestellt. Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, haben die Bohrungen vorzugsweise ein in Blasrichtung divergierendes Mündungsstück 11 und stellen so, jede einzelne für sich, Lavaldüsen dar. Das Querschnittsverhältnis des Fallrohres zum Brennstoffzuführungsrohr und zu den Bohrungen des Einsatzringes kann in weiten Grenzen variiert werden, je nach der Menge der festen Einsatzstoffe und dem erwünschten Aufheizungsgrad. Das bevorzugte Querschnittsverhältnis des Fallrohres zu den Bohrungen beträgt etwa 25 :1.

Durch den Einsatzring wird der Sauerstoffstrom gedrosselt, und der Sauerstoff verläßt das Blasrohr in Form von einzelnen Strahlen, die sich in einem Abstand von 90 bis 150 cm unterhalb der Mündung der Blaseinrichtung, entsprechend der Neigung der Bohrungen, schneiden. Die durch das Fallrohr 5 eingebrachten Rennluppen oder feinkörniger Eisenschwamm gelangen somit in den Bereich höchster Reaktionstemperatur und werden rasch aufgeschmolzen.

Wenn das erfindungsgemäße Aufschmelzverfähren z. B. angewendet wird, um einen schmelzflüssigen Einsatz 'herzustellen, der nach dem Aufblaseverfahren durch Frischen mit reinem Sauerstoff in Stahl umgewandelt wird, ergeben sich unter anderem die folgenden Vorteile:

1. Möglichkeit der Mechanisierung und Automatisierung des Transportes der Luppen und des Einbringens derselben in den Tiegel;

2. Entfall von Schrottaufbereitungskosten, Platzersparnis durch Wegfall von Schrottlagerplätzen, Entlastung der Krananlagen;

3. Verkürzung der Chargierzeit und damit Verkürzung der Chargendauer;

4. bei Automatisierung des Prozesses kann die Roheisenspektralanalyse für die genaue Bemessung des Luppen- oder Eisenschwammzusatzes herangezogen werden; dadurch bessere Treffsicherheit und geringerer Streubereich der Abstichtemperatur;

5. Möglichkeit der Temperaturregelung des Einsatzes durch Veränderung der Luppen- oder Eisenschwammförderleistung;

6. Möglichkeit der Konstanthaltung der Menge an Rücklaufschrott; dadurch ergibt sich eine gewisse Grundlast, während die Luppen als Restlast, je nach Roheisenanalyse und Temperatur, zugegeben werden können.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einschmelzen von Rennluppen, Schwammeisen und dergleichen künstlichem Schrott, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Stoffe im freien Fall, eingehüllt in eine Flamme, in den Bereich der Reaktionszone eines Sauerstoffstrahles mit einem Eisenbad eingebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit den Luppen bzw. dem Eisenschwamm Kalkstaub und/oder bei Flammentemperatur Wasserstoff freisetzende Stoffe, wie Kalkmilch, zugefügt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem wassergekühlten Blasrohr, einem zentral innerhalb des Blasrohres angeordneten Fallrohr und einem in dem Fallrohr zentral angeordneten Brennstoffzuführungsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Mündung des Sauerstoffblasrohres (1) durch einen Bohrungen (10) aufweisenden Einsatzring (9) verkleinert bzw. gedrosselt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in die ringförmige Mündung des Sauerstoffblasrohres (1) einsetzbare Drossel ring (9) vier bis zwölf Bohrungen (10) aufweist, wobei sich der Ringquerschnitt des Fallrohres (5) zu dem Gesamtquerschnitt der Bohrungen wie etwa 25 : 1 bis 25 : 3 verhält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (10) des ringförmigen Einsatzes (9) zur Längsachse der Blaseinrichtung derart geneigt sind, daß sich die Achsen der Sauerstoffstrahlen in einem Abvon 90 bis 150 cm unterhalb der Mündung der Blaseinrichtung schneiden.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (10) des ringförmigen Einsatzes (9) ein divergierendes Mündungsstück (11) aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen