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Verfahren zum Frischen von phosphorhaltigem oder phosphorreichem Roheisen
Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zum Frischen von phosphorhaltigem
oder phosphorreichem Roheisen unter Einblasen von Sauerstoff mittels einer Lanze
von oberhalb der Badoberfläche her, bei dem in einer ersten Verfahrensstufe unter
Zugabe von Kalk oder durch Einblasen von Kalkstaub in einem stehenden Konverter
vorgefrischt und danach in einer zweiten Verfahrensstufe nach Abziehen der gebildeten
Schlacke auf das Bad eine Durchmischungsbewegung übertragen wird.
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Es ist bekannt (belgische Patentschrift 548 646), das Entschwefeln
von Roheisen durch Schütteln der auf einen Schwenkteller exzentrisch gesetzten Pfanne
zu begünstigen. Ähnlich dem Schwenken eines Glases Wasser in der menschlichen Hand
wird eine Flüssigkeitswelle erzeugt, die rundum an der Gefäßwandung läuft. Dabei
kommt es zu einem Auf-und-Abschaukeln der Schlackenschicht von einer Wandungsseite
zur radial gegenüberliegenden mit Versatz, so daß eine innige Berührung zwischen
Schmelze und Schlackenschicht stattfindet. Es ist schwierig, die tieferliegenden
Schichten an die Schlacke zur Reaktion heranzuführen. Jedoch reicht ein solches
Verfahren dann aus, wenn es sich um die Verminderung des Schwefelgehaltes handelt.
Schwefel läßt sich relativ leicht gegenüber anderen Eisenbegleitern entfernen. Dies
trifft beispielsweise auf Phosphor nicht zu.
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Die Entphosphorung von Roheisen kommt jedoch insbesondere für Stähle
von Tiefziehqualität in Betracht, wobei der Phosphorgehalt sehr niedrig sein muß
(zwischen 0,014 und 0,017 11/o). Für derartig bis vor kurzem noch nicht im
Konverter erzeugbare Stähle ist das Kaldo-Verfahren bekanntgeworden (österreichische
Patentschrift 204 059). Die zweite Stufe des Verfahrens besteht in einer
Rotationsbewegung des schrägliegenden Gefäßes, derart, daß die Oberfläche des Schmelzbades
stark vergrößert wird. Das auf die große Oberfläche geblasene Frischmittel bewirkt
eine intensive, erneute Wallung des Bades, so daß die Reaktionstemperatur sprunghaft
auf ein Maximum klettert, wobei Kohlenstoff bzw. Phosphor weitgehend zu Kohlenmonoxyd
reagieren bzw. in der Schlacke gebunden werden. Außerdem erzielt man mit diesem
Verfahren eine Vorverlegung der Entphosphorung vor die Entkohlung durch Bildung
einer reaktionsfähigen Schlacke, die vom Beginn des Blasens an genügend Phosphor
abbindet. An und für sich wirkt sich die rollende Badbewegung günstig auf das metallische
Ausbringen aus. Das Zusammenfallen einer besonders hohen Prozeßtemperatur mit der
rollenden Bewegung einer Metallwelle löst jedoch die Schwierigkeit des stark beanspruchten
Futters aus. Das Mauerwerk ist schon durch eine Rotationsbewegung stark beansprucht,
weil sich die Deformation des Stahlmantels ungünstig bemerkbar macht. Die Haltbarkeit
des Futters leidet aber auch unter dem Futterverschleiß nach mehreren Chargen. Auf
der anderen Seite bietet eine rollende Bewegung einer Schmelzenwelle stets einen
Großteil unbedeckten Gewölbes, und da, wie bereits erläutert, in dieser Gefäßschräglage
die Entwicklung von Kohlenmonoxyd besonders ausgeprägt ist, erfährt der bloßgelegte
Gewölbeteil durch die Verbrennung züi c02 eine zusätzliche unerwünschte Aufheizung.
Die Temperaturen liegen während dieses Vorganges weit über denen der Schmelze im
Mittel, wobei im übrigen solche Werte erreicht werden, die zur Verbrennung des Eisens
selbst führen. Zur mechanischen Beanspruchung des Gewölbes kommt somit die thermische.
Als nachteilig erweist sich hierbei insbesondere eine längere Blaszeit, in der die
volle Hitze auf die Ausmauerung einwirkt und die Rotationsbeanspruchung vorhanden
ist. Insofern zeigt sich dieser verhältnismäßig lange Abschnitt als ungünstig und
als Zeichen dafür, daß die beiden Blasabschnitte stark unterschiedliche Energieanteile
aufweisen. Während im ersten Abschnitt eine verhältnismäßig träge Reaktion in senkrechter
Konverterstellung stattfindet, liegt das Schwergewicht des Prozesses auf dem zweiten
Abschnitt, in dem das Gefäß in Schräglage mit allen Nachteilen arbeiten muß.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bessere
Verteilung der Gefäßbelastuno, durch ein anderes Vorgehen zu ermöglichen,
d. h. das Gefäß weniger zu belasten und trotzdem ein gleiches oder besseres
Arbeitsergebnis zu erzielen. Die Erfindung richtet sich nicht nur auf die weitere
Herabsetzung der unerwünschten Eisenbegleiter, sondern auch auf mechanische Begleiterscheinungen,
die
bisher die Durchführung des Verfahrens wesentlich erschwerten.
Entgegen der bekannten Verfahrensweise findet eine Brechung der gebildeten Wellen
im Innem des Gefäßes statt. Ähnlich der Meeresbrandung bilden sich laufende überstürze
im Zentrum einer Kreisfläche. Das rührt daher, daß die Trägheit der Schmelze eine
langsame von außen beim Kippen des Gefäßes nach innen laufende Welle bewirkt, wobei
laufend in radialen Vertikalebenen ein solcher Impuls induziert wird. Das Gefäß
überträgt mit der Wandung diesen Stoß, wobei die Gefäßtaumelbewegung viel schneller
ist als die sich in Bewegung setzende Masse. Das Gefäß besitzt in Umfangsrichtung
eine wesentlich größere Geschwindigkeit als die sich träge nach innen in Bewegung
setzende Masse der Schmelze. Die im Zentrum ankommenden Wellen brechen sich gegenseitig.
Im Gegensatz zum Schwenken einer Flüssigkeit in horizontaler Ebene oder der Kaldo-Bewegung,
bei denen jeweils durch Grenzschichtvorgänge ein kleiner Teil der Flüssigkeit mitgenommen
wird, entsteht also keine an der Peripherie ablaufende Bewegung. Dieser Vorteil
hat einen doppelten Effekt. Einmal wird die Ausmauerung weitaus weniger beansprucht,
zum andern mischen sich die Teilchen inniger und gelangen leichter in den Bereich
unterhalb der Schlackenschicht. Die Relativbewegung zwischen Schlacke und Schmelze
erfolgt weitaus schneller als bei den bekannten Verfahren. Die Frischzeit verkürzt
sich um etwa 30 1/o. Es kommt aber nicht zu einer das Mauerwerk unzulässig
stark auffieizenden CO-Gas-Nachverbrennung, weil die Gase weitaus schneller ohne
große Umlenkung das Gefäß verlassen können. Die Geschwindigkeit der Gase ist größer
als beim liegenden Gefäß. Der größere Teil der Nachverbrennung findet außerhalb
des Gefäßes statt.
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Die grundsätzlich vorhandene Wirkung des Verfahrens kann aber durch
eine überlagerte Bewegung noch weiter verstärkt werden, indem gemäß einem zusätzlichen
Verfahrensschritt die Taumelfrequenz des Konverters im Bereich von 4 bis
80 Umläufe pro Minute verändert wird. Darin ist eine wertvolle Maßnahme gegeben,
eine große Genauigkeit des Verfahrens zu sichern. Die Reproduzierbarkeit jeder einzelnen
Schmelze nach der gewünschten Analyse ist gewährleistet. Insbesondere kann bei Abfangsschmelzen
die Treffsicherheit vergrößert werden. Es ist günstig, gegen Ende des Frischens
einen solchen Gleichgewichtszustand zwischen Metall und Schlacke zu erreichen, der
mit der gewünschten Temperatureinstellung harmoniert, die für die Einlauftemperatur
in die Pfanne ausschlaggebend ist.
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Für den Gleichgewichtszustand zwischen Bad und Schlacke ist nach der
weiteren Erfindung vorteilhaft, derart vorzugehen, daß bei Roheisen mit
0,6
bis 2 % Phosphor in der ersten Verfahrensstufe der Phosphorgehalt auf
0,2 % und der Kohlenstoffgehalt auf 1 O/o, in der zweiten Verfahrensstufe
unter weiterer Verminderung des Phosphorgehaltes der Kohlenstoff auf 0,5 bis 0,2
% gebracht wird. Neben einem stark verminderten Phosphorgehalt weist die Schlacke
wenig Eisen auf. Die Taumelbewegung während des zweiten Verfahrensschrittes ist
eine wirksame Maßnahme zur Erreichung des chemischen Gleichgewichts. Sie wirkt sich
im übrigen auch vorteilhaft auf die Entschwefelung aus.