-
Verfahren zum Frischen von Roheisen zu Stahl unter Anwendung einer
Badbewegung Es sind mannigfache Vorschläge gemacht worden, beim Frischen durch Aufblasen
oder überblasen von Sauerstoff die Badbewegung durch mechanische oder metallurgische
Maßnahmen zu verstärken. Besonders bekannt sind Verfahren, bei denen trommelähnliche
Gefäße beim Frischen von Roheisen zu Stahl durch überblasen oder zugleich durch
Einblasen von sauerstoffhaltigen Gasen in waagerechter oder leicht geneigter Stellung
um ihre Längsachse gedreht werden.
-
Zu weiterer Verbesserung über die Wirkung der Drehbewegung hinaus
wurde vorgeschlagen, solchen Gefäßen zusätzlich eine Schaukelbewegung zu erteilen.
Hierbei handelt es sich in der Regel um langgestreckte Frischgefäße mit rundem oder
ovalem Querschnitt, die in waagerechter oder schwach geneigter Stellung arbeiten.
-
Für die üblichen Frischgefäße mit in der Regel rundem Querschnitt,
in denen in senkrechter Stellung gefrischt wird, wurde versucht, durch geeignete
Einstellung des Blasstrahles eine Umlaufbewegung des Bades herbeizuführen oder zu
verstärken. Durch senkrechtes Aufblasen von Sauerstoff soll eine Umlaufströmung
des Bades herbeigeführt werden, bei der eine Umlaufströmung vom Reaktionsfeld nach
unten und dann entlang der Gefäßwandung wieder nach oben erfolgen soll. Eine Verbesserung
der Reaktionsverhältnisse soll dadurch herbeigeführt werden, daß die Größe des Reaktionsfeldes
und ihr Ort auf der Badoberfläche wiederholt verändert werden soll. Unter anderem
soll das Sauerstoff-Düsenrohr sich entlang eines kreis- oder ellipsenförmigen Weges
über dem Bad bewegen.
-
Die Änderung der Größe des Reaktionsfeldes soll dadurch herbeigeführt
werden, daß die Sauerstoffzufuhr oder der Druck geändert oder das Sauerstoffblasrohr
gehoben und gesenkt werden soll.
-
Nach einem weiteren ähnlichen Verfahren soll der Sauerstoffstrahl
beim Frischen von Roheisen zu Stahl durch Aufblasen von Sauerstoff dadurch einen
möglichst großen Anteil der Badoberfläche überstreichen, daß die Blaslanze über
dem Bad eine kreisende hin-und hergehende Bewegung ausführen soll.
-
Schließlich ist es bekannt, durch äußere Mittel ein in einem Gefäß
mit vorzugsweise rundem Querschnitt befindliches Flüssigkeitsbad in eine insbesondere
kreisende Weise in Schwingung versetztes Roheisenbad durch Aufblasen oder Durchblasen
gasförmiger Sauerstoffträger zu Stahl zu frischen, wobei die Erfahrungen der entsprechenden
einfachen Frischverfahren zugrunde gelegt werden.
-
Nach einem älteren Vorschlag wird die Schwingung des Bades in einem
Konvertergefäß, wie es für das Thomasverfahren oder für das Aufblasen von Sauerstoff
zum Frischen von Roheisen zu Stahl benutzt wird, erzeugt, indem dem Gefäß, welches
etwa im Schwerpunkt um eine waagerechte Achse drehbar gelagert ist, am oberen oder
unteren Ende eine einachsige hin- und hergehende Bewegung mit von Anfang an gleicher
Frequenz, aber unterschiedlich mög-. licher Amplitude, aufgebracht wird. Zur Erzielung
einer kreisenden Schwingung der Badoberfläche wird dabei eine Frequenz gewählt,
die zur kreisenden Schwingung des Bades in Resonanz steht. Dazu kann in einem Konvertergefäß
mit unrundem, zweckmäßig elliptischem Querschnitt die Richtung der einachsigen Anregungsbewegung
in den Winkelbereich zwischen dem längsten und kürzesten Durchmesser des Gefäßquerschnittes
gelegt werden. Zur Erzielung einer unregelmäßigen Wellenbewegung der Badoberfläche
kann eine Frequenz der einachsigen Anregungsbewegung eingestellt werden, die im
Bereich des 2- bis 4fachen derjenigen liegt, welche mit einer kreisenden Schwingung
in Resonanz steht. Dabei kann die Bewegung des Konvertergefäßes durch einen Drehteller
hervorgerufen werden, dessen Drehachse senkrecht zur Bewegungsrichtung des Konverters
angeordnet ist; auf dem Drehteller ist eine um ihre Achse drehbare Spindel in liegender
Stellung so angebracht, daß die Achse der Spindel die Drehachse des Drehtellers
senkrecht schneidet; auf der Spindel sitzt durch Drehung der Spindel verschiebbar
eine Mutter, an der ein Gestänge mit seiner einen Seite drehbar angelenkt ist, das
auf seiner anderen Seite an den Konverter angekoppelt ist, so daß es die Drehbewegung
der Spindel in eine Hin- und Herbewegung des Konverters umsetzt.
-
Weiter kann nach einem anderen Vorschlag durch den Einbau eines federnden
Elementes, z. B. einer
Wendelfeder oder federnd wirkenden Magnetspule
oder mehrerer derartiger federnder Mittel die Erzielung einer die Durchmischung
von Metall und Schlacke fördernden Eigenschwingung des Bades bei kleinerer Amplitude
bewirkt werden als bei ungefederter Verbindung zwischen Antriebsaggregat und dem
Konverter.
-
Schließlich ist ein Verfahren zum Durchmischen flüssiger Reaktionsbäder,
vornehmlich für die Frischreaktionen bei der Herstellung von Stahl aus Roheisen
vorgeschlagen worden, bei dem die Badoberfläche durch aufgeblasenes Gas, dessen
Auftreffquerschnitt eine kreisförmige Bewegung auf der Badoberfläche beschreibt,
in eine kreisende Bewegung versetzt wird in einem Drehzahlbereich, in dem die die
Mischung der Badoberflächenbestandteile, insbesondere von Schlacke und Bad, hervorrufende
Eigenschwingung des Bades angeregt wird. Dieses Verfahren ist besonders geeignet
für Reaktionen, deren Konzentrationseinstellung zwischen den Reaktionsphasen tunlichst
in der Nähe des Gleichgewichtes liegen soll.
-
Versuche, die zum Frischen von Roheisen zu Stahl durchgeführt wurden,
indem gasförmige Sauerstoffträger auf ein Schmelzbad aufgeblasen wurden, das in
einem obengenannten Konvertergefäß mit rundem Querschnitt durch eine Exzenterbewegung
des Gefäßes in eine kreisende Schwingung versetzt wurde, ergaben überraschende Ergebnisse,
die zu einer Arbeitsweise führten, die von derjenigen aller bekannten Verfahren
abweicht.
-
Beim Sauerstofffrischen von oben ist es erforderlich, die Schlacke
während des Schmelzverlaufes flüssig zu halten, um zu einigermaßen befriedigender
Konzentrationseinstellung zwischen Metall und Schlacke zu gelangen. Das gilt vor
allem für die Entphosphorungsreaktion beim Frischen phosphorreichen Roheisens. Hierzu
ist im bodenblasenden Konverter nach Ende der Entkohlung' die Bildung einer flüssigen
Schlacke erforderlich. Bei den Oxygenkonverterverfahren muß die Entphosphorung während
der Entkohlung durchgeführt werden. Das erfordert bereits während der Entkohlung
die Einhaltung einer flüssigen Schlacke. Zudem ist bei diesen Verfahren ein ein-
oder zweimaliger Schlackenwechsel erforderlich, um beim gewünschten Entkohlungszeitpunkt
auch den erforderlich niedrigen Phosphorgehalt erreicht zu haben.
-
Beim Frischen von Roheisen zu Stahl durch Aufblasen von gasförmigen
Sauerstoffträgern von oben ergab sich die völlig neue Erkenntnis, daß bei einer
solchen Badbewegung, bei der Eigenschwingungen auftreten, welche Durchmischung der
Badoberflächenschichten hervorrufen, mittels und unter festen Schlacken die schlackenbildenden
Frischreaktionen und insbesondere die Entphosphorung nicht nur gleich gut, sondern
besser ablaufen, als es für flüssige Schlacken überhaupt bekannt ist.
-
Danach hat man die Schmelzenführung so einzustellen, daß die Schlacke
von Anfang an unter ihrer Schmelztemperatur, der Liquidustemperatur, liegt, d. h.,
daß sie fest oder großenteils fest ist. Fast zum Schluß, wenn man den Kohlenstoffgehalt
erreicht, bei dem man den Frischprozeß beenden will, soll die Schlacke erst flüssig
werden.
-
Es ist besonders günstig, zur Erzielung derart fester oder großenteils
fester Schlacken die Schmelzentemperatur selbst von Anfang an möglichst tief zu
halten und erst zum Schluß auf die zum Vergießen erwünschte Höhe ansteigen zu lassen.
Das geschieht dadurch, daß man geeignete Kühlmittel von Anfang an und/oder während
des Frischens zusetzt. Bringen schon hohe Kühlmittelzusätze -einen kommerziellen
Gewinn, so liegt ein weiterer Vorteil einer niedrigen Schmelzentemperatur und insbesondere
in der Einhaltung fester oder weitgehend fester Schlakken im niedrigen Futterverschleiß.
-
Die Temperatur der Metallschmelze darf dabei ihre Liquiduslinie erreichen
und zeitweilig sogar geringfügig unterschreiten. Sie soll zum Schluß des Frischens
gewünscht hoch darüber liegen. Damit ist aber die Schlackentemperatur nach unten
hin begrenzt.
-
Ein weiteres Regulativ liegt in der Einstellung der Schlackenzusammensetzung.
Beim Frischen insbesondere phosphorreichen Roheisens in basisch zugestellten Frischgefäßen
gibt man zweckmäßig so viel an Kalk von Anfang an und/oder während des Frischens
zu den sich beim Frischen bildenden Schlackenkomponenten zu, daß die Gesamtschlacke
an Ca0 übersättigt ist. Da die Schmelztemperaturen der Schlacken-Mehrstoffsysteme
Fe0 + MnO - Ca0 - P205 oder Fe0 -I- Mn0 - Ca0 - Si02 im wesentlichen bekannt ist,
ist dem Fachmann die Wahl eines entsprechenden Zusatzes eines Kalkträgers leicht
möglich.
-
An Stelle oder zusammen mit Ca0 kann man auch andere schmelzpunkterhöhende
Zusätze geben, wie z. B. Mg0.
-
Beim Frischen phosphorarmen, aber siliziumhaltigen Roheisens in basischen
Konvertern kann man die erfindungsgemäßen festen Schlacken auch dann erhalten, wenn
die Schlacke an 2 Ca0 - Si02, einer sehr hoch schmelzenden Verbindung, übersättigt
ist. Der Zusatz an CaO-Trägern ist dann so zu bemessen, daß sich diese Verbindung
bevorzugt bilden kann. Ein zu tiefer, aber auch ein zu hoher Kalksatz setzt den
Schmelzpunkt der Schlacke herab und würde zu flüssigen Schlacken führen können.
Auch hier kann man an Stelle von CaO-Trägern Träger anderer Basen wählen, die mit
Si02 schwer schmelzbare Verbindungen bilden.
-
Auch beim Frischen insbesondere P- und S-armer Roheisensorten in sauer
zugestellten Konvertergefäßen kann man vorteilhaft erfindungsgemäß arbeiten. Es
muß dann der Si02 Gehalt der Schlacke so hoch liegen, daß die Schlacke an Si02 übersättigt
ist. Das hängt zunächst vom relativen Si-Gehalt des Roheisens zu den Gehalten der
anderen verschlakkenden Roheisenbegleiter ab.
-
Zum Schluß jedoch, beim Ende des Frischens, sollen diese Schlacken
gerade noch verflüssigt sein. Sofern die bis zum Schluß ansteigende Schmelzentemperatur
und der insbesondere bei niedrigen Kohlenstoffgehalten ansteigende Eisenoxydulgehalt
zu einer solchen Verflüssigung nicht ausreichen, können dann verflüssigende Schlackenkomponenten
hinzugefügt werden; für basische Schlacken sind das Flußspat oder Si02 oder Ti02
oder A120, u. a., für saure Schlacken Basen wie Ca0 und Mg0.
-
Der Prozeß wird in einem Schritt, d. h. ohne ein Zwischenabschlacken,
zu Ende geführt. Natürlich
kann zur Probenahme oder Temperaturmessung
zwischenzeitlich unterbrochen oder zum Schluß zur Korrektur noch nachgefrischt werden.
-
Die Vorteile dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sind mannigfach.
Einige davon seien nachstehend aufgezählt: Die Schmelzen blasen ohne jeden Auswurf
und sehr schnell.
-
Die niedrige Temperaturführung verlangt hohe Kühlmittelsätze, die,
vorzugsweise als Schrott, die Einsatzkosten erniedrigen und das Ausbringen erhöhen.
-
Bei den kalten und festen Schlacken ist die Haltbarkeit der Auskleidung
sehr gut.
-
Die Gehalte aller Eisenbegleiter einschließlich des Schwefels werden
bei der guten Reaktionsfähigkeit der festen Schlacken rasch sehr weit gesenkt, so
daß bei jedem gewünschten Kohlenstoff-Endgehalt der Frischprozeß auch fertig ist.
-
Da man sich nur nach dem Kohlenstoff-Endgehalt zu richten braucht,
ist die Schmelzenführung sehr einfach.
-
Bei den tiefen Temperaturen sind die Verstaubungsverluste nur gering.