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Verfahren zur Stahlherstellung Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Stahlherstellung im Konvertergefäß unter Aufblasen von Sauerstoff, der unmittelbar
auf die Oberfläche des Bades gerichtet und gleichzeitig gasförmige und flüssige
Brennstoffe enthält, unter Zugabe von Schrott, Erz oder festem Roheisen zum Eisenbad
und Bewegung der Schmelze.
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Stahl wird im wesentlichen aus Roheisen und Schrott hergestellt. Das
Konverter-Windfrischverfahren kann lediglich Roheisen bei nur geringmöglichem Schrotteinsatz
verarbeiten. Das Einschmelzen von Schrott blieb dem Siemens-Martin-Verfahren und
dem Elektrostahlverfahren vorbehalten.
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Durch Einführung der Sauerstoffkonverterverfahren wurde es möglich,
bei höherem Wärmegewinn aus der Reaktionswärme der Roheisenbegleiter auch einen
höheren Einsatz an Schrott miteinzuschmelzen. Jedoch ist die Schrottmenge nicht
nur durch die verfügbare Reaktionswärme, sondern auch besonders bei schwerem Schrott
durch die nur langsame Auflösungsgeschwindigkeit bei dem durch den aufgeblasenen
Sauerstoffstrahl nur wenig bewegten Bad begrenzt. Dieser Nachteil nicht ausreichender
Badbewegung ist insbesondere deshalb bedeutend, weil es gelang, durch die Blaslanze
auch gasförmige oder flüssige Brennstoffe zu fördern und mit Sauerstoff in stark
heizender Flamme zu verbrennen, wie in der französischen Patentschrift 1. 259 098
beschrieben ist.
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Will man die Wärme mit einer solchen Sauerstoff-Brenner-Lanze in der
für Konverterverfahren üblich kurzen Schmelzzeit und im raumengen Konverter umsetzen,
dann darf man sie nicht wie im langsam arbeitenden und geräumigen Siemens-Martin-Ofen
im wesentlichen über Strahlung wirken lassen, sondern muß sie durch Konvektion,
durch unmittelbare Berührung der heißen Verbrennungsgase mit dem Schrott, übertragen.
Dieser Forderung steht entgegen, daß metallisches Eisen besonders bei den Temperaturen
flüssigen Stahls die Verbrennungsgase unter Wärmeentzug reduziert, d. h. die Verbrennungsreaktion
zum Teil jedenfalls wieder rückgängig macht. Außerdem kann bei der relativ schwachen
Bewegung im Sauerstoffblaskonverter gegenüber z. B. dem bodenblasenden Thomaskonverter
die dem Bad wirklich übertragene Heizwärme nur langsam dem Schrott zum Aufschmelzen
weitergeleitet werden, will man das Bad durch die Heizflamme nicht stark überhitzen,
um so einen raschen Wärmefluß zu gewährleisten.
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Es ist Gegenstand der französischen Patentschrift 1194 741,
diesen Nachteil dadurch zu beheben, daß das Bad durch schräg auf dem Bad auftreffende
Flammenströme in eine Relativbewegung zum Gefäß versetzt wird.
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Die entstehende Bewegung des Bades ist kreisförmig und wird durch
eine Umlaufbewegung überlagert, die durch Blasströme unterhalb der Badoberfläche
hervorgerufen wird. Nachteilig sind hierbei die aufwendigen, im Schmelzguß eingebauten
Düsenanlagen, die bei der Beanspruchung durch die Wärme und die Schmelze selbst
nicht halten.
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Es ist weiter aus der französischen Patentschrift 1241795 bekannt,
dem Bad mit Hilfe der kinetischen Energie von Festkörpern oder Erzen, die aus einem
Brenner in das Bad eindringen, eine ausreichende Bewegung zu erteilen. Der Nachteil
dieses Verfahrens liegt darin, daß man der Flamme stets eine ausreichend große Menge
von Festkörperteilchen zufügen muß, damit die dadurch geförderte Masse ausreicht,
dem Bad die notwendige Bewegung zu erteilen. Dazu sind aufwendige Anlagen zur Lagerung,
Vorbereitung und Förderung der Zusatzstoffe notwendig und ein Zusatz von Schrott
oder festem Roheisen ist begrenzt, da die Stoffe dem Bad wieder Wärme entziehen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, das Saüerstoükonverterverfahren zur
Stahlherstellung so zu verbessern, daß auch Schrott in großen Mengen eingeschmolzen
werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Schmelzbad
in eine kreisende schwingende Bewegung durch an sich bekannte Maßnahmen gebracht
wird.
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Von den bekannten Maßnahmen, das Bad in schwingende Bewegung zu versetzen,
seien hervorgehoben das Drehen des Frischgefäßes um eine senkrechte Achse insbesondere
in der Form, daß das Gefäß längs einer im wesentlichen kreisförmigen Bahn und vertikaler
Achse derart bewegt wird, daß zwischen dem geschmolzenen Metall und der Innenwand
des
Gefäßes eine kreisförmige Relativbewegung sich ausbildet. Mit besonderem Vorteil
aber wird zum Aufbringen der Badbewegung eine einachsige Bewegung mit dem Gefäß
ausgeführt, insbesondere die noch nicht zum Stande der Technik gehörige Verfahrensweise
benutzt, bei der am oberen oder unteren Ende des Konvertergefäßes, das etwa im Schwerpunkt
drehbar ist, eine einachsige Bewegung mit von Anfang an gleicher Frequenz, aber
veränderlicher, insbesondere zu- und abnehmender Amplitude senkrecht zur Drehachse
des Konvertergefäßes aufgebracht wird. Dabei wird vorzugsweise auf eine Frequenz
hingearbeitet, die zur kreisenden Schwingung des Konverterinhaltes in Resonanz steht.
Zur Erzielung einer kreisenden Badbewegung schon bei geringer Amplitude wird zweckmäßig
ein Gefäß gewählt, dessen Querschnitt unrund ist und zwar so, daß zwei praktisch
senkrecht aufeinander stehende Gefäßdurchmesser unterschiedlich groß gehalten sind.
Besonders zu empfehlen ist ein elliptischer Querschnitt, insbesondere ein solcher
mit Durchmesserverhältnis von 1 : 1,2 bis 1 : 1,5. Die Richtung der einachsigen
Bewegung zu den Querschnittsdurchmessern ist daher in den Winkel zwischen dem längsten
und kürzesten Durchmesser des Querschnitts zu legen.
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Ein guter Mischeffekt wird auch erzielt, wenn eine Frequenz der einachsigen
Anregungsbewegung eingestellt wird, die im Bereich des 2- bis 4fachen derjenigen
liegt, welche mit einer drehenden Badschwingung in Resonanz steht.
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Der Schrott kann insgesamt vor Beginn des Frischens chargiert werden
oder während des Frischens in Teilmengen oder stetig (in Aufeinanderfolge einzelner
Stücke) zugegeben werden. An Stelle oder zusammen mit Schrott können auch andere
Kühlmittel, wie z. B. Erz oder festes Roheisen zugegeben werden.
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Ein solches gleichzeitig geführtes Heizen, Schrottkühlen und Frischen,
wobei das Bad in Schwingung versetzt wird, wird besonders vorteilhaft in bestimmten
Zeitabschnitten des Frischauflaufes vorgenommen. Thomasroheisen und in stärkerem
Maße Stahlroheisen enthalten vor allem im Silizium und Mangan Elemente, die, besonders
beim Einhalten tiefer Temperaturen, vor dem Einsetzen der Entkohlung während der
ersten Minuten des Frischens abbrennen. In dieser ersten Zeit des Blasverlaufes
arbeitet man mit besonders gutem Erfolg nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei
die Temperatur unter 1500° C, besonders vorteilhaft aber unter 1450° C, gehalten
wird. Man kann während dieser Zeit bis zu 50 % Schrott vom metallischen Einsatz
einschmelzen.
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Es hat sich gezeigt, daß es sich nicht empfiehlt, während der Entkohlung
dem Sauerstoffstrahl der Blaslanze gasförmige oder flüssige Brennstoffe zuzuführen,
da in dieser Zeit die Heizwirkung relativ gering ist.
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Aber beim Sauerstofffrischen von Thomasroheisen im Konverter, dessen
Badinhalt in schwingende Bewegung versetzt wird, kann der Schmelzablauf wie im bodenblasenden
Konverter geführt und der größte Teil des Phosphors erst nach beendeter Entkohlung
verschlackt werden. Es ist vorteilhaft, beim Frischen phosphorreicher Roheisensorten
im letzten Zeitabschnitt der Entphosphorung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
zu arbeiten und bei schwingendem Bad dem Sauerstoff der Blaslanze flüssige oder
gasförmige Heizstoffe, dem Metallbad des Konverters Schrott oder andere Kühlmittel
hinzuzufügen. Aber auch beim Frischen P-armen Roheisen kann nach Ende der Entkohlung
vorteilhaft erfindungsgemäß weitergefrischt werden, wenn nur verschlackbare Eisenbegleiter,
wie z. B. Mangan, noch verfügbar sind. Sie können während oder nach der Entkohlung
auch dem Eisenbad zulegiert werden.
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Das Abgas, das bei dieser Arbeitsweise dem Konverter entweicht, verhindert
das Eindringen von Falschluft und damit eine Aufstickung des Bades. Aber es enthält
noch brennbare Bestandteile.- Es ist besonders vorteilhaft, zur Reinigung des Abgases
eine an sich bekannte falschluftfreie Absaugung zu benutzen. Man vermeidet dabei
in der Konvertermündung eine Nachverbrennung des Abgases, welche die Konvertermündung
stark angreift, und kann gegebenenfalls das Abgas nach der Reinigung noch verwerten.
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Da das Schrottaufkommen überhaupt nur 40 bis 50 % vom gesamtmetallischen
Einsatz beträgt, ist damit die Möglichkeit gegeben, im normalen mit nur einer Blaslanze
versehenen Konvertergefäß alle zur Stahlherstellung anfallenden Rohstoffe zu verarbeiten,
d. h. von der verfahrensgemäßen Aufteilung der Stahlgewinnungsverfahren nach roheisen-
und nach schrottverarbeitenden Verfahren abzugehen und nur noch ein metallurgisches
Stahlgewinnungsverfahren, das Konverterverfahren, für alle möglichen Einsätze zu
verwenden.