DE1266327B

DE1266327B - Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Stahl aus Eisensanden

Info

Publication number: DE1266327B
Application number: DEY500A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Sasagawa; Tetsuo Shimamura
Original assignee: TOHOKU DENKA KOGYO KABUSHIKI K; Yawata Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: TOHOKU DENKA KOGYO KABUSHIKI K; Yawata Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1960-07-05
Filing date: 1961-07-05
Publication date: 1968-04-18
Also published as: US3202503A; GB987942A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21b

Deutsche KL: 18 a-13/08

Nummer: 1266 327

Aktenzeichen: Y 500 VI a/18 a

Anmeldetag: 5. Juli 1961

Auslegetag: 18. April 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Stahl aus Eisensanden, d. h. aus sandigem Magnetit mit hohem Titangehalt.

Versuche, Eisensande im Hochofen zu schmelzen mit dem Ziel, sie als Materialien zur Herstellung von Roheisen in industriellem Maßstab zu verwenden, blieben zunächst erfolglos oder mußten auf kleine Mengen, beispielsweise unter 80 bis 100 kg je Tonne Roheisen, beschränkt werden, da im Falle der Verwendung größerer Mengen von Eisensanden regelmäßig ein Auslaufen des schmelzflüssigen Eisens aus den Schlackenlöchern erfolgte. Das Schmelzen von Eisensanden zur Herstellung von Roheisen in industriellem Maßstab wurde erstmals in Elektroofen möglich, da in diesen die Temperatur verhältnismäßig niedrig ist und der Betrieb sauer erfolgt. Auch dieses Verfahren zeigte jedoch schwerwiegende metallurgische und wirtschaftliche Nachteile wegen des schlechten Durchgangs der durch Reduktion erzeugten Gase durch die Schmelze, was eine Verminderung der Dicke der eingesetzten Materialien und damit eine Verminderung der Kapazität des Elektroofens auf kleine Einheiten von höchstens 9000 kW erforderlich machte, und wegen des außerordentlich hohen Verbrauchs an elektrischer Energie, der in der Größenordnung von 2500 bis 270OkWh je Tonne erzeugten Roheisens liegt.

Es wurde nun gefunden, daß sich diese aufgezeigten Nachteile vermeiden lassen, wenn man erfindungsgemäß einen Drehrohrofen zur Vorreduktion der Eisensande mit einem Elektroofen für die Beendigung der Reduktion und zur Herstellung eines Roheisens, das sich in einem Konverter zu hochwertigem Stahl weiterverarbeiten läßt, kombiniert. Das im Drehrohrofen hergestellte poröse Schwammeisen bestimmter Zusammensetzung und Struktur gewährleistet einen besseren Durchgang der Gase im Elektroofen, was die Rationalisierung des Betriebes und die Vergrößerung der Kapazität des Ofens ermöglicht und den Verbrauch an elektrischer Energie auf 1500 kWh je Tonne erzeugten Roheisens herabsetzt.

Es ist bereits bekannt, in einer ersten Verfahrensstufe in einem Drehofen ein Schwammeisen oder anders Schwammetall herzustellen und dieses in einer zweiten Stufe in einem Elektroofen weiterzuverarbeiten. Doch wird bei diesem Verfahren von normalen Eisenerzen ausgegangen und nicht von den erfindungsgemäß verwendeten speziellen Eisensanden mit hohem Titangehalt, bei denen eine derartige Behandlung in industriellem Maßstab bisher noch nie mit Erfolg durchgeführt werden konnte.

Verfahren zur Herstellung

von hochwertigem Stahl aus Eisensanden

Anmelder:

Yawata Iron & Steel Co. Ltd.

und Tohoku Denka Kogyo Kabushiki Kaisha,

Tokio

Vertreter:

Dr. F. Zumstein,

DipL-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann,

Dipl.-Chem. Dr. R. Koenigsberger

und Dipl.-Phys. R. Holzbauer, Patentanwälte,

8000 München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:
Tetsuo Shimamura,
Kiyoshi Sasagawa, Tokio

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 5. Juli 1960 (30 529)

Es ist außerdem bekannt, aus Eisenerzen in einem Arbeitszyklus direkt Stahl mit niederem Phosphor- und Schwefelgehalt durch entsprechendes Einstellen der Zusammensetzung der Schlacken zu erzeugen, doch tritt auch hierbei nicht das Problem auf, titanreiche Eisensande als Ausgangsmaterial zu verwenden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Stahl aus Eisensanden durch Herstellung von im Konverter verarbeitbarem Roheisen aus den Eisensanden und Raffination dieses Roheisens in einem Sauerstoffaufblasekonverter besteht darin, daß erstens ein Drehrohrofen mit titanhaltigen Eisensanden und einem Reduktionsmittel beschickt und das Gemisch von Eisensanden und Reduktionsmittel auf eine Temperatur von 1000 bis 1250° C zur Herstellung von teilweise reduziertem Schwammeisen mit rauher Oberfläche und poröser Struktur erhitzt und gleichzeitig die Eisensande auf einen Gehalt von bis 40% metallisches Eisen und bis zu 5% Fe₂O₃ im erzeugten Eisenschwamm reduziert werden und zweitens ein Elektroschmelzofen mit diesem Schwammeisen, Reduktionsmittel und Flußmittel beschickt und das Schwammeisen zur Herstellung von im Konverter verwendbaren Roheisen auf einen Gesamtkohlenstoffgehalt von zumindest 3,89 % raffiniert wird.

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Die Erfindung besteht somit aus einer Vorbehand- porösen Gefüge und einem bis zu 15 bis 45 °/o

lungsstufe zur Überführung von Eisensand in zuerst metallischen Fe fortgeschrittenen Reduktionsgrad er-

halbreduzierten Eisenschwamm, einer Roheisen- halten werden kann. Bei 1100 bis 1250° C hängen

gewinnungsstufe zur Überführung dieses Eisen- die sandigen, halbreduzierten Eisenschwammteilchen

schwamms in Roheisen mittels eines Elektroofens und 5 ohne Schmelzen miteinander fest zusammen, wodurch

einer Stahlschmelzungsstufe zur Gewinnung von Aggregate aus den porösen Eisenschwammteilchen

hochwertigem Stahl aus diesem Roheisen in einem gebildet werden. Bei Temperaturen über 1250° C

Konverter. wird durch Schmelzen von metallischem Eisen oder

Zur Überführung von Eisensand in halbreduzierten Schlackenbildnern geschmolzener, für den vorliegen-

Eisenschwamm ist gemäß der Erfindung deshalb die io den Zweck ungeeigneter Eisenschwamm mit rund-

Reduktionstemperatur von weniger als 1250° C vor- liehen, glatten, zusammengeschmolzenen Oberflächen

geschrieben, weil durch die Reduktion bei höheren gebildet.

Temperaturen solche Produkte erhalten werden, Die Erfindung beruht also auf dieser neuen Erweiche durch Zusammenschmelzen von geschmolze- kenntnis, daß der Temperaturbereich von 1100 bis nen oder gesinterten Eisenschwammteilchen gebildet 15 1250° C durch bestimmte Arbeitsbedingungen auf- oder mit einer Schicht aus metallischem Eisen in ge- rechterhalten werden soll. Bei der vorliegenden Erfinschmolzenem oder gesintertem Zustand überzogen dung ist es daher am günstigsten, die Reduktion in sind, so daß diese Produkte nicht nur für den Ofen- einem Temperaturbereich von 1Ö0O bis 1250° C betrieb Schwierigkeiten verursachen, sondern auch durchzuführen, um den Drehofenbetrieb zu erleichbei der Roheisengewinnung zu keinen guten Ergeb- 20 tern, die technische und wirtschaftliche Gewinnung nissen führen. · von körnigem, halbreduziertem Eisenschwamm zu

Unter dem sogenannten »halbreduzierten Eisen- ermöglichen und damit die Leistungsfähigkeit der schwamm« ist solcher Eisenschwamm zu verstehen, Roheisengewinnung zu erhöhen,
der durch Reduktion von Eisenerzen unterhalb ihres Der so erhaltene körnige, halbreduzierte Eisen-Schmelzpunktes zu porösem metallischem Eisen und 25 schwamm unterscheidet sich durch seine Eigenschaf-Wüstit erhalten wurde, wobei er im wesentlichen das ten und Zusammensetzung wesentlich von den beursprüngliche Gefüge des Ausgangserzes als solches kannten Eisenschwämmen oder Luppen, die im allbeibehält, und zwar äußerlich sandig, jedoch im Ge- gemeinen glätte, kugelige Oberflächen aufweisen und füge porös ist. durch Schmelzen oder Sintern in körniger Form

Bisher wurde im allgemeinen nach dem Luppe- 3° gebildet sind. Er hat nämlich eine größere Porosität Verfahren u. dgl. aus Eisensand solcher Eisen- als der Ausgangseisensand und besteht aus einzelnen schwamm hergestellt, der ausschließlich aus ge- halbreduzierten Eisenschwammteilchen, die bei Temschmolzenem oder gesintertem, metallischem Eisen peraturen von 1000 bis 1250° C mit einem durch oder Schlackenbildner in körniger Form gebildet war, Abgabe von Sauerstoffatom oberflächlich gelockerwobei das Gefüge des Ausgangserzes in ein ganz an- 35 ten, porösen Gefüge gebildet sind und dadurch zuderes Gefüge mit einer glatten, wenig porigen Ober- sammenhängende Aggregate bilden,
fläche umgewandelt war. Dagegen kennzeichnet sich Der erfindungsgemäß erhaltene, körnige Eisender körnige Eisenschwamm gemäß der Erfindung schwamm ist also oberflächlich locker und durchaus durch das genannte Gefüge des sandigen, halbredu- porös und weist durch den ganzen Teil hindurch eine zierten Eisenschwamms, wobei die Eisenschwamm- 40 fast gleichmäßige Zusammensetzung des halbreduteilchen mit diesem Gefüge als solchem aneinander- zierten Eisenschwamms von 20 bis 40% metallischen haften oder miteinander zusammenhängen und kör- Fe und 0 bis 5% Fe₂O₃ auf, während die bisher benige, genau koksartige, poröse Produkte bilden. kannten Eisenschwämme oder Luppen glatte Ober-

Das sogenannte »Zusammenhängen« unterscheidet flächen aufweisen, im allgemeinen ganz oder teilsich ausdrücklich von dem »Zusammenschmelzen«, 45 weise durch Schmelzen oder Sintern zusammen- und zwar dadurch, daß im Falle des »Zusammen- geschmolzen sind und daher oft im Kern sogar noch hängens« die Teilchen bei Temperaturen unterhalb nicht effektiv reduzierten Roheisensand enthalten, ihres Schmelzpunktes ohne weiteres in festem Zu- ferner ein oberflächlich glattes und innerlich dichtes stand aneinanderheften und körnige Produkte bilden, Gefüge und damit eine sehr kleine Porosität haben, während beim »Zusammenschmelzen« sich die ge- 50 Um das gewünschte Zusammenhängen des halbschmolzenen oder gesinterten Eisenschwammteilchen reduzierten Eisenschwamms zu erzielen, ist es erformiteinander verschmelzen und ganz oder teilweise derlich, die Reduktionstemperatur und gegebenenkörnige Produkte bilden. falls die Reduktionsdauer in geeigneter Weise ein-

Wird nun untersucht, wie verschieden die Reduk- zustellen. Ln allgemeinen werden unter Aufrechttion je nach Temperaturen der Reduktionszone in 55 erhaltung der Reduktionstemperatur, die um 100 dem Reduktionsofen, der mit Eisensandkonzentration ' bis 200° C höher ist als im Falle des sandigen, halbzusammen mit Reduktionsmitteln beschickt ist, vor reduzierten Eisenschwamms, und gegebenenfalls sich gehen kann, dann ist festzustellen, daß mit der unter Erhöhung des Unterschiedes zwischen der Beschickung bei Temperaturen unterhalb 800° C in Flammentemperatur des Schwerölbrenners und der der Reduktionszone die Reduktion technisch über- 60 Temperatur der Beschickung die Reduktionsdauer, haupt nicht vor sich gehen kann; denn die Re- die Drehzahl und Neigung des Drehofens, die Länge duktion soll zwar theoretisch von 570° C an vor der Brennerflammen usw. derart eingestellt, daß das sich gehen, nimmt jedoch praktisch bis zum Gleich- gewünschte Zusammenhängen des halbreduzierten gewicht einige Zeit in Anspruch. Bei 800 bis 1100° C Eisenschwamms erhalten bleibt,
fängt die Reduktion von Eisensand an, und zwar tat- 65 Von großer Bedeutung ist es, daß im Gegensatz sächlich mit Erfolg im Bereich von 950 bis 1100° C, zu den bisher bekannten Drehofenverfahren, bei dein dem sandiger, halbreduzierter Eisenschwamm von nen die körnige Bildung von Eisenschwamm hauptgleicher Korngröße, wie das Ausgangserz, mit einem sächlich auf dem Schmelzen oder Sintern von Eisen-

sand beruht, bei der vorliegenden Erfindung von dem neuen, metallurgischen Standpunkt aus das metallurgisch neu gefundene Zusammenhängen von halbreduzierten Eisenschwammteilchen in der Hauptsache für die körnige Bildung von Eisenschwamm zur An-Wendung kommt, worin der neue Erfindungsgedanke zu erblicken ist.

Wird nun mit dem oben ausgeführten Eisenschwamm aus Eisensand ein Elektroofen für Roheisengewinnung beschickt, dann werden die körnig zusammenhängenden, halbreduzierten Eisenschwammteilchen gemäß der Erfindung auf Grund ihrer lockeren Oberfläche, hohen Porosität und durchaus gleichmäßigen Zusammensetzung durch die Reduktion mit reduzierendem Gas oder festem Kohlenstoff besser reduziert und leichter verschmolzen als die bisher bekannten, körnigen Eisenschwämme, die infolge ihrer glatten, wenig porösen Oberfläche nur ungenügend reduziert werden, und zwar insbesondere im Innern gegenüber der leichter reduzierbaren Oberfläche, und somit auch schwerer verschmolzen werden können.

Der körnige, halbreduzierte Eisenschwamm gemäß der Erfindung wird also bei der Beschickung des Elektroofens für Roheisengewinnung leichter und besser reduziert, ermäßigt daher wesentlich den Kraftverbrauch für die Produktion im Vergleich zu Roheisensand und erhöht den Leistungsgrad für die Roheisengewinnung. Bei der Verwendung dieses neuen Eisenschwamms wird ferner der Effekt der Ofengase beim Passieren durch die Vorerhitzungszone im Elektroofen, nämlich der Effekt des Gaszugs, verbessert und der Betrieb eines für Sammlung der Ofengase dicht verschlossenen Elektroofens wesentlich erleichtert.

Mit Ricksicht auf diese Verbesserung des Gaszugs ist der neue Eisenschwamm als geeignetster Ausgangsstoff für den dicht verschlossenen Elektroofen anzusehen, weil für diesen Elektroofen gerade der Gaszug als schwierige und wichtige Frage in diesem Fachgebiet gilt und dadurch auch die Sicherheit des Ofenbetriebes wesentlich erhöht werden kann.

Von großer Bedeutung ist es ferner, daß dieser zusammenhängende, halbreduzierte Eisenschwamm von beliebiger Korngröße in leicht einstellbarer Kornverteilung und fast vollkommener Gleichmäßigkeit durch Überführung von halbreduzierten Eisenschwammteilchen in zusammenhängende Aggregate kontinuierlich hergestellt werden kann.

Auf diese Weise kann ausgezeichnetes, wenig kupferhaltiges Roheisen hergestellt werden, das durch oxydierendes Frischen z. B. in einem Aufblasenkoverter hochwertigen Stahl mit wenig Verunreinigungen ergibt.

Im nachstehenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Beispiel

Mit 200 kg des durch den Crocket-Magnetscheider aufbereiteten Eisensandkonzentrates mit nachfolgender Zusammensetzung in sandiger Form wird ein dicht verschlossener Drehrohrofen von 3,5 m Durchmesser und 56 m Länge beschickt und unter Aufrechterhaltung der Temperatur der Reduktionszone durch Schwerölverbrennung auf 1000 bis 125O⁰C die Reduktion mit 180 kg körnigem Koks je 11 Eisenschwammprodukt während 24 Stunden durchgeführt, wodurch 191 kg halbreduzierter Eisenschwamm von nachfolgender Zusammensetzung und Korngröße erhalten werden können. Trotz des längeren Dauerbetriebes ist nichts von den Schwierigkeiten, wie Ringbildungen im Ofen u. dgl., festzustellen, und das Eisenschwammprodukt kann stets in gleicher Korngröße erhalten werden.

Gesamt-Fe

Metallisches Fe FeO

Fe₂O₃

SiO₂

TiO₂

Zusammensetzung
vor Behandlung..
nach Behandlung

Korngröße

Kornverteilung

57,15 65,02 -50 Maschen

11,0 28,30

50 Maschen —3 mm 27,8 30,83

41,50

3 bis 9 mm

16,5

47,45

4,46

9 bis 15 mm

24,7

4,85 6,00

10,50 13,50

über 15 mm

18,0

Der so erhaltene körnige, halbreduzierte Eisenschwamm wird nun in einem Elektrolichtbogenofen von 14100 kVA dem reduzierenden Verhütten unterworfen, wodurch unter ganz stillem Ofenbetrieb mit folgendem Kraftverbrauch ausgezeichnetes Roheisen gewonnen werden kann, was darauf zurückzuführen ist, daß der halbreduzierte Eisenschwamm, von dem der ursprüngliche Sauerstoffgehalt des Ausgangserzes bereits teilweise bei der letzten Reduktion befreit ist, daher trotz seiner fast gleichen sandigen Form, wie das Ausgangserz, weniger Gase beim Verhütten im Elektroofen entwickelt und somit den Gaszug entsprechend verbessert.

Kraftverbrauch 1770 kWH

Eisenschwamm 1600 kg

Koks 208 kg

Kalk 250 kg

Mangan 220 kg

Elektrode 7,7 kg

Chemische Zusammensetzung von Roheisen:

Gesamt-C 3,89

Si 0,27

Mn 0,83

P 0,080

S 0,036

Cu 0,018

Chemische Zusammensetzung von Schlacken:

SiO₂ 25,90

CaO 25,22

FeO 2,18

MnO 2,09

Al₂O₃ 10,10

MgO 6,30

TiO₂ 26,30

Das obige Roheisen wird dann in einem Aufblasen-Tconverter mit reinem Sauerstoff verblasen, wodurch ausgezeichneter, nur wenig kupferhaltiger, hochwertiger Stahl folgender Zusammensetzung erhalten werden kann:

ρ η -ι r

^Sl ",10

Mn 0,60

P 0,009

§ Q 02

P J

Claims

Patentansprach: _1£.

Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Stahl aus Eisensanden durch Herstellung von im Konverter verarbeitbarem Roheisen aus den Eisensanden und Raffination dieses Roheisens in einem Sauerstoffaufblasekonverter, dadurch

gekennzeichnet, daß erstens ein Drehrohrofen mit titanhaltigen Eisensanden und einem Reduktionsmittel beschickt und das Gemisch von Eisensanden und Reduktionsmittel auf eine Temperatur von 1000 bis 125O⁰C zur Herstellung von teilweise reduziertem Schwammeisen mit rauher Oberfläche und poröser Struktur erhitzt und gleichzeitig die Eisensande auf einen Gehalt von 20 bis 40% metallisches Eisen und bis zu 5% Fe₂O₃ im erzeugten Eisenschwamm reduziert werden und zweitens ein Elektroschmelzofen mit diesem Schwammeisen, Reduktionsmittel und Flußmittel beschickt und das Schwammeisen zur Herstellung von im Konverter verwendbaren Roh_{eisen auf} _ehlQn Gesamtkohlenstoffgehalt von zumindest 3,89% raffiniert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 641128;
britische Patentschrift Nr. 695158.

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