DE1408896C

DE1408896C - Verfahren zur Stahlherstellung in einem Tandemofen

Info

Publication number: DE1408896C
Authority: DE
Inventors: Elhas Gebhard Kurt Otto Remhold Brooklyn Pretoria Klein (Sudafrika)
Original assignee: South African Iron and Steel Indu stnal Corp , Ltd , Pretoria (Sudafrika)
Publication date: 1971-07-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl in einem Tandemofen, bestehend aus zwei nacheinander angeordneten und miteinander verbundenen Gefäßen, bei dem jedes Gefäß abwechselnd als Frisch- bzw. Vorwärmgefäß benutzt wird, wobei in dem jeweils frischenden Gefäß flüssiges Roheisen durch Einblasen von Sauerstoff mit hoher Geschwindigkeit unter einem spitzen Winkel zur Badoberfläche und von einer Lage in unmittelbarer Nähe der Badoberfläche gefrischt wird und das dabei entstehende Kohlenmonoxyd dem jeweils vorwärmenden Gefäß zugeführt wird, wo es verbrannt und zur Vorwärmung von in diesem Gefäß befindlichen Einsatzmaterial verwendet wird.

Bei einem nach der französischen Patentschrift 1228 461 bekannten Verfahren dieser Art ist der Winkel, unter dem der Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft gegen die Oberfläche des Schmelzbades trifft, zu klein, die Geschwindigkeit des Sauerstoffs oder der mit Sauerstoff angereicherten Luft ebenfalls zu klein und die Badtiefe zu gering, um zu erreichen, daß das aus dem Bad austretende Kohlenmonoxyd durch Sauerstoff oberhalb des Badspiegels nicht in Kohlendioxyd, umgewandelt wird und somit für eine Erhitzung des Einsatzguts im Vorwärmgefäß verlorengeht. Das Einsatzgut im Vorwärmgefäß wird demgemäß bei dem bekannten Verfahren nur unzureichend erwärmt.

Dies trifft verstärkt für ein nach der VDI-Zeitschrift, 1957, S. 1545, bekanntes Verfahren zu, bei dem der Sauerstoff oder die sauerstoffangereicherte Luft praktisch parallel zur Oberfläche des Schmelzbades im Frischgefäß strömt.

Unabhängig hiervon ist es nach der französischen Patentschrift 933 098 bekant, einen Sauerstoffstrahl oder einen mit Sauerstoff angereicherten Luftstrahl in ein Schmelzbad eines ,nur ein Reaktionsgefäß aufweisenden Ofens unter einem spitzen Winkel so einzublasen, daß der Strahl tief in die Schmelze dringt. Mit diesem Verfahren soll der Kohlenstoffgehalt der Schmelze durch Bildung von aus der Schmelze austretendem Kohlenstoffmonoxyd gemindert werden. Da mit abnehmenden Kohlenstoffgehalt die Schmelztemperatur- des Einsatzmaterials steigt, ist für eine zunehmende Wärmezufuhr während der Behandlung zu sorgen. Ein Teil der Wärmezufuhr ergibt sich durch Verbrennung des Kohlenmonoxyds oberhalb des Badspiegels zu Kohlendioxyd. Deswegen ist man bei diesem Verfahren bestrebt, oberhalb des Schmelzbadspiegels eine hinreichende Menge Verbrennungssauerstoff zur Verfügung zu haben. Für den Wärmehaushalt des Verfahrens ist dies vorteilhaft, weil das Kohlenmonoxyd nicht zur Vorwärmung von Einsatzmaterial in einem anderen Reaktionsgefäß verwertet wird.

Nach der britischen Patentschrift 623 881 ist es bekannt, in ein Schmelzbad eines nur. ein Reaktionsgefäß aufweisenden Ofens Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft unter einem spitzen Winkel und Überschallgeschwindigkeit mittels einer Lanze zu blasen, deren Mündungsabstand von der Oberfläche des Schmelzbades vorzugsweise 7,5 bis 15 cm beträgt. In dieser Patentschrift ist angegeben, daß der Sauqrstoffverbrauch im Schmelzbad pro Einheitsmenge aus dem Bad zu entfernenden Kohlenstoffs wesentlieh geringer ist als bei -bekannten Sauerstoffinjektionsverfahren und auch wesentlich geringer als die theoretisch erforderliche Menge. Hieraus ist zu schließen, daß bei dem bekannten Verfahren die Differenzmenge an Sauerstoff aus der über dem Bad herrschenden Atmosphäre entnommen wird, da diese ja die einzige Quelle des zum Ausgleich der Differenz benötigten Sauerstoffs ist. Dies wiederum setzt eine erhebliche Mengen Sauerstoff enthaltende Atmosphäre über dem Bad voraus, in der dann aber auch das aus dem Bad entweichende Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd verbrennt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, das Verfahren eingangs genannter. Art so zu leiten, daß das aus dem jeweiligen Frischgefäß austretende Kohlenmonoxyd nicht zu Kohlendioxyd verbrennt, sondern als Kohlenmonoxyd in das jeweilige Vorwärmgefäß gelangt, um das dort befindliche Einsatzmaterial durch Reduktion und exotherme Reaktion zu Kohlendioxyd vorzuwärmen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im jeweils frischenden Gefäß der Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft gegen die Oberfläche des Schmelzbades unter einem Winkel zwischen 35 und 50° mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1,2 Mach gerichtet wird und die Oberfläche des Schmelzbades geringer gehalten wird als 0,23 m² pro Tonne Schmelzbad.

Der Winkelbereich und die Geschwindigkeit des Sauerstoffs oder der mit Sauerstoff angereicherten Luft und die Oberfläche des Schmelzbades pro Tonne Schmelzbad, somit die relative Tiefe des Schmelzbades sind so gewählt, daß der Strahl praktisch nicht an der Oberfläche des Schmelzbades reflektiert wird, sondern im wesentlichen ganz in das Bad eintritt, wo der in ihm enthaltene Sauerstoff zu Kohlenmonoxyd umgewandelt wird. Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre oberhalb des Schmelzbades ist so gering, daß das austretende Kohlenmonoxyd nicht zu Kohlendioxyd umgewandelt wird, sondern vielmehr als Kohlenmonoxyd in das Vorwärmgefäß übertritt.

Ausführungsbeispiele

Das geschmolzene und in Stahl Umzuwandelnde Eisen wird in einem im Verhältnis zu seiner Breite langen, als Frischgefäß dienenden Reaktionsgefäß mit Sauerstoff oder sauerstoff angereicherter Luft behandelt. Der Sauerstoff oder die sauerstoffangereicherte Luft werden praktisch vollständig oder zum größten Teil, also etwa zu mindestens 80%, an einem Ende des Reaktionsgefäßes auf einem Niveau eingeführt, welches vorzugsweise über dem Metallspiegel liegt; die Einführung des Sauerstoffs oder dei sauerstoffangereicherten Luft erfolgt bei Einhaltung der Lehre der Erfindung so, daß der Sauerstoff oder die mit ihm angereicherte Luft tief in das Schmelzbad eindringt; der Herd des Reaktionsgefäßes ist so geformt und die Tiefe des Bades so bemessen, daß der Sauerstoffstrahl nicht auf die Bodenfläche des Herdes aufschlägt, sondern bereits vorher in dem Bad fein dispergiert wird; an seinem anderen Ende ist das Reaktionsgefäß mit einer Öffnung versehen, welche als Ausgang für die heißen, im Zuge der Reaktionen in und über dem Schmelzbad entstehenden Gase dient; die heißen Gase gelangen durch diesen Ausgang in ein ähnliches als Vorwärmgefäß dienendes Reaktionsgefäß und bestimmen dort die Temperatur eines frisch zugegebenen Einsatzmaterials, welches in dieses weitere Reaktionsgefäß eingebracht worden ist, während die Feinung in dem ersten Reaktionsgefäß fortgeschritten ist; das in dem ersten

Reaktionsgefäß in Stahl umgewandelte Material wird sodann abgestochen, und das Verfahren wird umgekehrt, nach dem die Umwandlung in Stahl in dem ersten Reaktionsgefäß beendet ist; die Umkehrung erfolgt in der Weise, daß das in dem zweiten Reaktionsgefäß enthaltene Material nunmehr in ähnlicher Weise mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft behandelt wird wie vorher das in dem ersten Gefäß enthaltene Material, das zweite Reaktionsgefäß also nunmehr als Frischgefäß verwendet wird. Dabei wird das im zweiten Reaktionsgefäß enthaltene Material in Stahl umgewandelt, und die in ihm entstehenden heißen Gase gelangen in das erste Reaktionsgefäß, welches wieder mit einem frischen Einsatzmaterial belegt ist und jetzt als Vorwärmgefäß dient. Die Temperatur in dem ersten Reaktionsgefäß wird nach Wunsch und Notwendigkeit geregelt, bis die Stahlumwandlung in diesem Reaktionsgefäß wieder beginnen kann. Diese hin- und hergehende Verfahrensweise kann beliebig oft wiederholt werden.

Während die heißen Gase aus einem Reaktionsgefäß, in dem gerade eine Strahlumwandlung des Eisens stattfindet, in das jeweils andere Reaktionsgefäß gelangen, in dem frisch zugeführtes Einsatzmaterial gelagert ist, kann die Temperaturregelung dieses eben frisch zugeführten Einsatzmaterials auf verschiedene Weise erfolgen. So kann man dafür sorgen, daß nur die heißen Abgase ihren Wärmeinhalt in das eben frisch zugeführte Einsatzmaterial abgeben; es können aber auch zusätzliche Gase zur Temperaturregelung in das frisch zugeführte Einsatzmaterial mit eingeführt werden. Es kann zusätzlicher Sauerstoff oder zusätzliche sauerstoffangereicherte Luft in dem mit frisch zugeführtem Einsatzmaterial belegten Reaktionsraum eingeführt werden, damit das Kohlenmonoxyd der Abgase zu Kohlendioxyd verbrennt und eine Temperatursteigerung eintritt. Wenn andererseits die Temperatur zu hoch wird, so kann Wasserdampf oder Stickstoff oder Argon oder ein anderes neutrales Gas zugeführt werden, um die Temperatur der aus dem gerade zur Strahlgewinnung eingesetzten Reaktionsraum eingeführte Gase herabzusetzen und damit auch die Temperatur des in den anderen Reaktionsraum frisch eingeführten Einsatzmaterials. Wenn der Tandembetrieb gewechselt wird, wird die Temperatur des dann in das andere Reaktionsgefäß frisch eingefhrten Einsatzmaterials ebenso geregelt. .

Die Schmelzbäder in dem Tandemofen sollten jedenfalls im Arbeitsbereich des Sauerstoff Strahls mindestens 1,50 m, vorzugsweise 1,80 m tief und noch tiefer sein. Ein Bad, welches für 100 t Fassungsvermögen ausgelegt ist, sollte etwa 6 m lang, 3 m breit und 1,80 m tief sein. Diese Tiefe sollte auf alle Fälle an der tiefsten Stelle liegen," also dort, wo der Sauerstoff oder der sauerstoffangereicherte Luftstrahl am nächsten an den Herdboden herankommt. Anlagen für 300 t Fassungsvermögen müssen entsprechend größer gebaut werden.

Unter sauerstoffangereicherter Luft wird auch mit Luft verdünnter Sauerstoff verstanden. Gewöhnlich verwendet man einen Sauerstoffgehalt von mindestens 80 Volumprozent; die obere Grenze für den Sauerstoffgehalt ist allein durch wirtschaftliche Überlegungen gesetzt.

Die üblichen und wirtschaftlich günstigsten Sauerstoffkonzentrationen liegen zwischen 95 und 90 Volumprozent.

Vorzugsweise wird der Sauerstoff oder die sauerstoffangereicherte Luft etwa unter einem Einfallswinkel von 45° zu dem Schmelzbadspiegel eingeblasen.

Der vertikale Abstand der Düse bzw. der Düsen, durch welche der Sauerstoff bzw. die sauerstoffangereicherte Luft eingeblasen wird, von dem Schmelzbadpegel, liegt in der Regel zwischen 5 und 15 cm.

Um zu erreichen, daß der Sauerstoff bzw. daß die sauerstoffangereicherte Luft in das Schmelzbad tief genug eindringt, erzeugt man Schallgeschwindigkeiten bis zu 3 Mach.

. Derjenige Anteil des Sauerstoffs bzw. der sauerstoffangereicherten Luft, welcher tief in das Schmelzbad eindringt, sollte 40%, vorzugsweise mindestens 50% betragen.

In der Regel braucht man bei dem erfindungsgemäßen. Verfahren von außen keinen zusätzlichen Brennstoff zuzuführen.

Die Sauerstoffzufuhr liegt zwischen 2,5 und 4,5 Nm³, vorzugsweise jedoch zwischen 2,7 und 4,2 Nm³, am besten in der Größenordnung von 4 Nm³ pro Tonne Eisen und pro Minute. . '

Die Innenform des Herdes der Reaktorgefäße ist vorzugsweise so ausgebildet, daß eine konstante Zirkulation von geschmolzenem Eisen stattfindet, zunächst von der Strahlauftreffstelle weg und dann nach dieser zurück. Das Bad kann z. B. im horizontalen Schnitt eine ovaie Form haben und im vertikalen Schnitt rechteckige Form oder Kreisform. Die absolut größte Badtiefe tritt bevorzugt in der vertikalen Mittellinie ihres Längsquerschnitts auf, während in den verschiedenen Querschnitten außerhalb der zentralen Mittellinie die größten Tiefen jeweils in der vertikalen Mittellinie der einzelnen Querschnitte zu finden sind. Um den Aufbau eines Herdes zu erleichtern, können auch polygonale Formen angewandt werden, die den vorgeschriebenen Kurven annähernd folgen. Aus konstruktiven Überlegungen empfiehlt es sich, die Herdform dadurch zu vereinfachen, daß man einen flachen Boden mit abgeböschten Seitenwänden macht oder geneigten Seiten- und Bodenflächen, welche sich an ihrer tiefsten Stelle in der Mitte des Bades, z. B. in der Längsmittelebene treffen. Tote Eckräume sollten soweit als mö2-lich vermieden werden.

Während des Stahlherstellungsbetriebs werden die Reaktionsgefäße gewöhnlich stationär'gehalten.

Jedes Reaktionsgefäß des Tandemofens ist vorzugsweise unabhängig von dem anderen kippbar, um das behandelte Eisen ausschütten zu können und um die Schlacke beseitigen oder auswechseln zu können. Die Reaktionsgefäße brauchen jedoch nicht unbedingt kippbar zu sein; das geschmolzene Eisen kann vielmehr auch durch Abstichöffnungen abgelassen werden. ■

Bei den beiden Reaktionsgefäßen des Tandemofens sind vorzugsweise seitliche öffnungen für die Beschickung mit dem Einsatzmatcrial, also z. B. mit Roheisen, Schrott und Erz sowie mit Behandlungsmedien, wie Kühlmitteln, Flußmitteln, Schlackenbildnern u. dgl. vorgesehen. Weitere öffnungen können in den Seitenwandungen vorgesehen sein, beispielsweise um Reparaturen an der feuerfesten Auskleidung vornehmen zu können.

Bevorzugt wird in den Reaktionsgefäßen ein Unterdruck aufrechterhalten, denn durch Luftinfiltration in den über dem Schmelzbad gelegenen Raum

der Reaktionsgefäße wird zusätzlich Hitze erzeugt.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn der Sauerstoffstrahl oder der saustoffangereicherte Luftstrahl, der in das Schmelzbad eindringen soll, von einer Sauerstoffatmosphäre oder einer sauerstoffangereicherten Luftatmosphäre umgeben ist, welche mit geringerer Geschwindigkeit strömt als der zentrale Strahl; die umgebende Sauerstoff atmosphäre dringt also in das Bad selbst nicht ein, sondern fließt nur entlang dessen Oberfläche. Die Einschließung des Zentralstrahls hoher Geschwindigkeit mit einer Atmosphäre von geringerer Strömungsgeschwindigkeit verhindert, daß der mit hoher Geschwindigkeit strömende Strahl Stickstoff mit in das Schmelzbad hineinreißt. Dadurch wird die unerwünschte Anreicherung von Stickstoff in dem Metall vermieden. Der Sauerstoff bzw. die sauerstoffangereicherte Luft in der Umgebung des Strahls übernimmt gleichzeitig die Stahlumwandlung der Eisenschmelztropfen, die aus dem Bad in den über diesem gelegenen Raum aufgewirbelt werden.

Um den schnellfließenden Sauerstoff- oder sauerstoffangereicherten Luftstrom mit einer Schutzatmosphäre wiederum von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft zu umgeben, erfolgt die Einführung durch eine Lanze, welche eine innere Leitung für den schnellen Sauerstoffstrahl und eine äußere Leitung für den.langsameren Sauerstoffstrahl derSchutzatmosphäre aufweist. Die innere Leitung, weiche den zentralen schnellen Strahl erzeugt, weist an ihrem Ende zweckmäßig eine Düse, etwa eine Venturidüse, auf. Die Lanze wird gekühlt, beispielsweise dadurch, daß durch einen sie umgebenden Mantel ein Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, geschickt wird.

Die innere Leitung, durch welche der mit hoher Geschwindigkeit strömende Gasstrom austritt, kann im Zentrum des Sauerstoffblasrohrs vorgesehen sein; sie kann aber auch exzentrisch innerhalb der äußeren Leitung untergebracht sein, derart, daß die innere Leitung beim tiefsten Punkt der äußeren Leitung liegt. Es tritt dann mehr Schutzgas über dem schnellen Sauerstoffstrahl aus als unter diesem, und diese Verteilung ist von Vorteil, weil die Unterseite der Lanze näher an der Schmelzbadoberfläche liegt und der Schutzgasbedauf hier deshalb geringer ist.

Die Ausflußöffnungen für den schnellen Gasstrom und für das Schutzgas brauchen nicht in der gleichen Ebene zu liegen, z. B. kann die Ausflußöffnungen für das Schutzgas höher gelegen sein als die Ausflußöffnung für den schnellen Gasstrom, beispielsweise kann sie 30 bis 60 cm über der Hauptdüse, d. h. der Düse mit schnellem Gasstrom, liegen. Man erreicht damit eine bessere Verteilung des Schutzgases. Zum gleichen Zweck können Ablenkelemente um die Düse des schnellen Gasstroms herum angeordnet sein, welche ebenfalls die Aufgabe haben, das Schutzgas zu verleiliMi. Die Geschwindigkeiten und die Volumina der einzelnen Gasströme werden je nach den herrschenden Bedingungen eingestellt, die Strömungsgeschwindigkeit des schnellen Stroms von Sauerstoff oder sauerstoffangercicherter Luft kann bis 3 Mach■ betrauen, während das Schutzgas aus der Lanze mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 170 m pro .Sekunde austreten kann.

('in /M vermeiden, daß das feuerfeste Material, insbesondere an der Abdeckung des Reaklionsgcl'iil.ii:s und an den Wänden desselben von ausspritzender Metallschmelze und/oder Schlacke stark angegriffen wird, läßt man bevorzugt einen Gasstrom von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft oder ein Inertgasstrom an der Abdeckung und an den Wänden des Reaktionsraums entlangfließen. Die Richtung und die Geschwindigkeit dieses Gasstroms werden so eingestellt, daß Metallschmelzspritzer und braune Eisenoxyddämpfe von der Abdeckung und der Seitenwandung des Reaktionsraums abgelenkt

ίο werden.

Der Gasstrom, welcher die Spritzer und Dämpfe ablenkt, sollte in seinem Volumen und seiner Zusammensetzung so eingestellt sein, daß keine schädlich hohen Temperaturen an dem feuerfesten Material auftreten. Weiter hat es sich als zweckmäßig erwiesen, bei der Ausbildung des Reaktionsgefäßes die Seitenwandung desselben mit einer Neigung nach innen ansteigen zu lassen und auf diese nach innen geneigte Seitenwände die Abdeckung entweder als

ein ganzes Stück oder aufgebaut aus mehreren Abdeckwänderi abnehmbar aufzusetzen. Der Dachanstieg pro 30 cm Gewölbespannweite ist bevorzugt größer als bei den üblichen Reaktionsgefäßen, vorzugsweise größer als 5 cm.

Vorzugsweise arbeitet man mit verhältnismäßig niederen Temperaturen. Der Hauptanteil der Wärmemenge, welche notwendig ist, um das Verfahren einzuleiten und aufrechtzuerhalten, wird durch die bei chemischen Reaktionen in dem geschmolzenen Eisen frei werdende Wärme geliefert. Ein Wärmerückgewinnungssystem ist nicht notwendig. Es genügt vielmehr die aus dem Ofen aufsteigenden Gase in Abgaskesseln zu verwerten.

Die Reaktionsgefäße können direkt miteinander verbunden oder zusammengebaut sein, wobei jedoch dafür gesorgt sein muß, daß das geschmolzene Metall nicht in wesentlicher Menge von dem einen Reaktionsgefäß in das andere fließt, es sei denn, daß dies in besonderen Fällen gewünscht ist.

Die Reaktionsgefäße können auch durch eine Drosselstelle miteinander verbunden sein, welche an austauschbare Schlackentaschen und einen Abgaszug angeschlossen werden kann.

Um die Spritzer von geschmolzenem Eisen von der Abdeckung der Reaktionsgefäße ablenken zu können, sind Blasrohre und Düsen vorgesehen, welche zweckmäßig gekühlt sind.

An den äußeren, d. h. den voneinander abgelegenen Enden der Reaktionsgefäße sind zweckmäßig

jo Hauben anbringbar, welche das im Gasstrom jeweils nachgeschaltete Reaktionsgefäß jeweils abschließen und die Abgase aus diesem sammeln. Hauben- und Lanzenträger sind zweckmäßig auf einem schienengängigen Fahrzeug angebracht, so daß sie in ihre jeweiligen Arbeitsstellungen verfahren werden können. Die Lanzen werden zweckmäßig durch eine Abschirmplatte oder eine Tür des Ofens.in diesen eingeführt.

Feuerfest ausgekleidete oder gekühlte Leitungen führen von den Hauben nach einer Abgasleitung.

Vorzugsweise ebenfalls wassergekühlte Hilfslanzen dienen der Einführung zusätzlichen Sauerstoffs, sauerstoffangereicherter Luft, Dampfes oder Inertgases wie Argon und/oder Stickstoff; diese Einführung erfolgt gewöhnlich nächst der Verbindungsstelle der beiden Renktionsgefäße, um die Temperatur des ninsalzmuterials in dem einen Reaktionsgelaß auf eine gewünschte Höhe zu bringen.

öffnungen in den Seitenwandungen der Reaktionsgefäße dienen der Probeentnahme, der Temperaturmessungen, der Entschlackung, der Flußmittelbeigabe ohne Unterbrechung des Blasprozesses. Besonders bedeutsam sind diese Öffnungen bei der Umwandlung von phosphorhaltigem Eisen in Stahl in einem »2-Schlackenverfahren«, bei dem zunächst eine erste bis auf einen P₂O₅-Gehalt von 15 bis 17% angereicherte Schlacke entfernt wird und sodann eine weitere Schlacke, bis der Phosphorentzug aus dem Eisen bis auf einen gewünschten Wert eingetreten ist.

Bei Durchführung eines 2-Schlackenverfahrens zwecks Umwandlung von phasphorhaltigem Eisen in Stahl empfiehlt es sich, einen kippbaren Ofen zu verwenden. Als besonders vorteilhaft in diesem Fall erweist es sich dabei, daß die Zusammensetzung der Schlacke durch Entnahme von Proben in kurzen Intervallen festgestellt werden kann, daß Zusätze jederzeit beigegeben werden können, daß die Schlacke abgezogen werden kann, wenn eine bestimmte Zusammensetzung erreicht ist und daß neues schlackenbildendes Material zugesetzt werden kann, alles, ohne daß der Blasvorgang unterbrochen werden muß. Es kann deshalb die Strahlerzeugung durch Feinung von phosphorhaltigem Eisen nicht nur mit höherer Produktionsgeschwindigkeit erfolgen als bisher, sondern auch unter schärferer metallurgischer Kontrolle.

In den Figuren ist ein Tandemofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es zeigt

Fig. la einen Längsschnitt durch ein Reaktipnsgefäß des Tandeir.ofens,

Fig. Ib einen Querschnitt durch das Reaktionsgefäß nach Fig. la,

Fig. Ic eine Draufsicht auf das Reaktionsgefäß nach den Fig. la und 1 b im Schnitt,

Fi g. 2 eine Draufsicht auf den Tandemofen,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch den Tandemofen nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch den zentralen Teil des Tandemofens, geschnitten in der Längsachse,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine konzentrische Lanze,

F i g. 6 einen Querschnitt durch eine exzentrische Lanze.

Der Tandemofen nach den F i g. 2 und 3 weist zwei gleiche, kippbare, im übrigen jedoch stationäre Reakiionsgefäße A und B in Tandemanordnung auf. Jeder von ihnen ist mit verschließbaren Beschickungsöffnungen CH_A bzw. CH₁₁ und verschließbaren Wartungsöffnungen M_A bzw. Mβ verseilen. Die Herdgruben BH_A bzw. BHu beider Reaktionsgefäße haben je ein Fassungsvermögen von 100 t und sind an ihren tiefsten Stellen 1,80 m tief. Lanzenwagen LC_A und LC_B tragen Lanzen POL₁ bzw. POL₂ für die Zufuhr von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft und Abgasabflußhauben E_A bzw. E₁₁. Die Abgasabflußhauben E_A bzw. Eβ werden wahlweise über Abgaszüge D_A bzw. aDß an eine gemeinsame Abgasleitung D angeschlossen. Die Lanzen POL₁ und DL₁ einerseits bzw. POL₂ und DL₂ andererseits durchsetzen Abschirmplatten 5/Z₄ und SH_n, welche die voneinander abgelegenen öffnungen der Reaktionsgefäße A und B verschließen.

Mit den Bezugszeichen α und Ci₁ einerseits und b sowie b_x andererseits sind in F i g. 2 Lanzen für die Einführung von Sauerstoff oder sauerstoffangcrreichertcr Luft, Luft, Dampf oder Inertgas oder anderen zur Temperaturregelung dienender Gase in die Reaktionsgefäße A bzw. B bezeichnet.

In Fig. 2 sind mit DL₁ Lanzen für die Einführung von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft oder Luft oder Dampf oder Inertgas bezeichnet; das durch diese Lanzen eingeführte gasförmige Medium erzeugt einen Schutzgasstrom PG von solcher Richtung und solcher Geschwindigkeit, daß Spritzer von Eisen und Schlacke und/oder Dämpfe

ίο von oxydiertem Eisen wenigstens teilweise abgelenkt werden, wenn sie nach der Abdeckung und den Wänden des Reaktionsgefäßes hin vorzudringen suchen. Diese Lanzen werden jeweils in denjenigen Reaktor eingeführt, in welchem die Stahlumwandlungsbehandlung stattfindet. Auch sie sind deshalb vorzugsweise auf dem Lanzenwagen LC_A und LC_B befestigt.

Die Fig. la, Ib und Ic zeigen Einzelheiten bei einem einzigen Reaktionsgefäß, das für Tandembetrieb bestimmt ist. Die Tiefe des Schmelzbades BH_A ist so gewählt, daß der Sauerstoffstrahl 3 bei Überschallgeschwindigkeit nicht bis zum Boden der Herdgrube vordringt. Das Bad hat ein Fassungsvermögen von 100 t, eine Länge von 6 m, eine Breite von 3 m und eine Tiefe von 1,80 m.

Mit 9 ist die Tragschiene einer Kippeinrichtung bezeichnet, welche auf Walzen 10 läuft.

Die Seitenwände W sind nach innen geneigt. Eine Abdeckung RL ruht auf diesen Seitenwänden und ist aus einer Vielzahl von abnehmbaren Platten aufgebaut. Der Anstieg der Abdeckung beträgt etwa Ve cm pro Zentimeter Gewöibespannweite. .

In Fig. 4 ist mit T eine Drosselstelle bezeichnet, welche die einander zugekehrten Öffnungen O_A und O_n der unabhängig voneinander kippbaren Re-

■ aktionsgefäße A und B miteinander verbindet. Von der Drosselstelle T aus führt eine Verbindung nach einem Abgaszug WF und austauschbaren Schlackentaschen IS. Schieber S_A und S_n sind zu beiden Seiten der Drosselstelle T vorgesehen, um die Öffnungen O_A und O₁₁ absperren zu können. Wenn z. B. das Reaktionsgcfiiß' Zi außer Betrieb genommen werden muß, so wird es mittels des Schiebers SB geschlossen, während das Reaktionsgefäß A weiterarbeitet. Die "Abgase aus dem Reaktionsgefäß A verlassen dieses dann durch die Drosselstelle Γ und den Abgaszug WF in Richtung des Pfeils G; mitgerissene Schlacke wird in austauschbaren Schlackentaschen IS gesammelt.

Das Verfahren der Stahlherstellung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die F i g. 2 und 3 erläutert. Dabei wird von der Voraussetzung ausgegangen, daß aus dem Reaktionsgefäß B eben Stahl abgestochen worden ist. Während des Abstichs wird die Abgasabzugshaube E_A, welche bislang an der öffnung

des Ofens A stand, durch die Sauerstofflanze POL₁ und die Lanze DL₁ ersetzt. Das umgekehrte erfolgt im Ofen B. Diese Vorgänge werden durch Verschieben der schienengängigen Wägen LC_A und LC_n in die in Fi g. 2 gezeichneten Stellungen eingeleitet. Das Reaktionsgefäß A ist mit Eisenerz und/oder Schrott sowie Flußmittel gefüllt, und diese Rohstoffe sind bereits geschmolzen und auf eine bestimmte Temperatur eingestellt worden, während im Reaktionsgefäß B geblasen worden ist. In dem Reaktionsgefäß A

wird unmittelbar nach der Ersetzung der Abgasabzugshauben und der Anbringung der Lanzen Sauerstoff eingeblasen. Während das Reaktionsgefäß B noch angestochen ist, kann somit bereits

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Sauerstoff in das Reaktionsgefäß A durch die wassergekühlte Lanze POL₁ fließen, deren Bauart im einzelnen aus den F i g. 5 und 6 zu erkennen ist. Die Lanze POL₁ umfaßt eine innere Leitung 1 mit einer Venturidüse 2, durch welche der innere Sauerstoff- s strom 3 mit Ultraschallgeschwindigkeit von zwischen 1,2 und 3 Mach in das Bad eintritt, ausgehend von einer Stelle über dem Niveau 4 des Schmelzbadspiegels und gerichtet unter einen Winkel von 45° gegen die Oberfläche des Bades. Eine Leitung 6 umschließt die Leitung 1 in der Ausführungsform der F i g. 5 konzentrisch, in der Ausführungsform der F i g. 6 exzentrisch. Aus der Leitung 6 wird Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft mit einer geringeren Geschwindigkeit von etwa 100 bis 170 m pro Sekunde ausgeblasen, so daß kein Eindringen in das Bad stattfindet, aber eine Schutzatmosphäre 7 um den inneren Strahl 3 herum gebildet wird, die sich auch über die Badoberfläche 4 erstreckt und eine Stahlumwandlung bewirkt. Die Leitungen 1 und 6 so sind von einem Kühlmantel 8 umgeben, durch welchen Wasser nach der Lanzenspitze' und zurück strömt; ungefähr 4 Nm³ Sauerstoff werden pro Tonne Eisen und pro Minute durch die Lanze POL₁ eingeführt, wobei mindestens 50% mit Überschallgeschwindigkeit eingeführt werden.

Die Lanze POL₁ liegt mit ihrer Düse 2 ungefähr 5 bis 15 cm über der Badoberfläche. Ein oder mehrere Strahlen PG von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft, von Luft, Dampf oder Inertgas werden über dein Schmelzbad BII_Λ mittels einer Lanze DL₁ erzeugt, und zwar mit solcher Geschwindigkeit und solcher Richtung (Richtung durch Pfeile angedeutet), daß sie Spritzer von Schlacke und Eisenteilchen gegen die Abdeckung auf ein Minimum herabsetzen. Es braucht nicht unbedingt vom Ende des Reäktionsgefäßes her eingeblasen zu werden; es kann auch zusätzlich oder ausschließlich parallel zur Abdeckung geblasen werden; es kann aber auch an einer Stelle unterhalb der Abdeckung von verschiedenen Stellen aus in das Reaktionsgefäß eingeblasen werden.

Die Gase, weiche, aus dem Reaktionsgefäß A kommend, in das Reaktionspefäß B eintreten, enthalten eine große Menge von. Kohlenmonoxyd. Durch die Düsen b und b_x wird Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Luft oder Dampf oder ein Inertgas eingeführt, um die Temperatur der Abpase zu regeln. Die Ströme von Sauerstoff, sauerstoffangereicherter Luft, reiner Luft, Dampf oder Inertgas verlaufen so, daß der resultierende Gasstrom zum Reaktionsgefäß B hin gerichtet ist.

Nachdem das Reaktionsgefäß B vollständig abgestochen ist, werden Eisen und/oder Schrott sowie Flußmittel, unter Umständen auch Eisenerz in das Reaktionsgefäß B eingeführt. Die Einführung kann auf einmal crfnlpcn oder portionsweise oder kontinuierlich. Das Einsatzmaterial wird auf eine gewünschte Tenineralur vorerhitzt, geschmolzen und dann durch die Verbrennung des in den Abgasen des Reaktionsgefälies A enthaltenen Kohlenmonoxyds und, wenn notwendig, durch zusätzliche Verbrennung eines Gases, weiches durch die Lanzen b und ft, eingeführt wird, auf einer bestimmten Temperatur gehalten.

Wenn in dem Reaktionsgefiiß/i das Bad die pewünschte Zusammensetzung erreicht hat, wird das Reaktionspefäß A abpestochen; während des Abstichs werden die Stellungen der Abgasabzugshauben E_A und E_u und der Lanzen IC_A und IC₀ in den voneinander abgelegenen Enden der Reaktionsgefäße wieder umgetauscht.

Es beginnt dann unmittelbar anschließend die Einblasung in. das Reaktionsgefäß B. Das Bad jn diesem Reaktionsgefäß ist in der Zwischenzeit, in welcher die Umwandlung im Reaktionsgefäß A stattfand, auf die gewünschte. Temperatur erhitzt worden. Das Reaktionsgefäß wird nunmehr mit Eisen, Erz und/oder Schrott sowie Flußmitteln neu beschickt.

Es wird also keine Zeit mit dem Beschicken und Vorwärmen des Einsatzmaterials verloren.

Die Blasperioden in den Reaktionsgefäßen A und B werden nur für diejenigen Zeiten unterbrochen, die notwendig sind, um die Stellung der Lanzen IC _A und LC₀ sowie der Abgashauben E_A und Eβ zu verändern. Damit wird die gesamte Verfahrensdauer abgekürzt.

Mitreißverluste sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht kritisch, weil das von dem Gasstrom aus dem gerade zur Stahlerzeugung eingesetzten Reaktionsgefäß mitgerissene Material in dem gerade zur Vorerhitzung eingesetzten Reaktionsgefäß wieder eingefangen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für die Herstellung von Stahl aus phosphqrhaltigem Roheisen geeignet.

Da der Sauerstoffstrahl nicht auf die Grundfläche der Herdgrube auftritt, ist die Auskleidung geschützt, und die Wartungskosten sind gering/Darüber hinaus bleiben die Sauerstoffbläschen klein, so daß ihre Gesamtoberfläche groß und ihre Reaktivität hoch ist, was zu einer Beschleunigung des Gesamtverfahrens beiträgt. Die kinetische Energie des Gasstrahls wird gedämpft, so daß die Oberfläche ruhig bleibt und keine großen Mitreißverluste eintreten.

Der Sauerstoff wird so eingeblasen, daß eine niedrige Reaktionstemperatur aufrecherhalten bleibt und die Dampfreaktion von Eisen vermindert ist. Der Staubgehalt der Rauchgase wird geringer.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Stahlherstellung in. einem Tandemofen, bestehend aus zwei nacheinander angeordneten und miteinander verbundenen Gefäßen, bei dem jedes Gefäß abwechselnd als Frisch- bzw. Vorwärmgefäß benutzt wird, wobei in dem jeweils frischenden Gefäß flüssiges Roheisen durch Einblasen von Sauerstoff mit hoher Geschwindigkeit unter einem spitzen Winkel zur Badoberfläche und von einer Lage in unmittelbarer Nähe der Badoberfläche gefrischt wird und das dabei entstehende Kohlenmonoxyd dem jeweils vorwärmenden Gefäß zugeführt wird, wo es verbrannt und zur Vorwärmung von in diesem Gefäß befindlichen Einsatzmaterial verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im jeweils frischenden Gefäß der Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft gepen die Oberfläche des Schmelzbades unter einem Winkel zwischen 35 und 50° mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1,2 Mach gerichtet "wird und die Oberfläche des Schmelzbades geringer gehalten wird als 0,23 in- pro Tonne Schmelzbad.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel 45° beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff oder die

sauerstoffangereicherte Luft mit einer Geschwindigkeit von 3 Mach zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 2,5 bis 4,5, vorzugsweise 4 Nm³, Sauerstoff pro Tonne Eisen und Minute zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft von einer Schutzatmosphäre ebenfalls aus Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft umschlossen wird, welche mit geringerer Geschwindigkeit strömt und nicht in den Schmelzbadspiegel eindringt. .

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 170 m pro Sekunde parallel zu dem Hauptstrahl eingeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahl aus ao Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft oder Inertgas längs der Abdeckung und/oder den Seitenwänden des Gefäßes geführt wird mit solcher Richtung und Geschwindigkeit, daß Spritzer und braune Dämpfe aus dem Schmelzbad mindestens teilweise von Seitenwänden und Abdekkung abgelenkt werden. ■

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß phosphorhaltiges Eisen bearbeitet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum über dem Schmelzbad Unterdruck herrscht.

10. Tandemofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß seine Gefäße (A, B) als Herdofen ausgebildet sind.

11. Tandemofen nach Anspruch K), dadurch gekennzeichnet, daß beide Gefäße (/1, ß) unabhängig voneinander kippbar sind.

12. Tandemofen nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Ausflußöffnungen (6) für die Schutzatmosphäre (P₀) über den Ausflußöffnungen (1) für den Hauptstrahl (3) Hegen.

13. Tandemofen nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Abgasabzugshauben (E _A, E_B) und/oder Lanzenträger auf Wagen (LC_Λ, LC_B) angebracht sind, mittels welchen wahlweise die Hauben (E_A, E_n) und die Lanzen (POL₁, POL.,, DL₁, DL₂) in Arbeitsstellung gebracht werden können.

14.Tandemofen nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturregelung des in dem jeweils. nachgeschalteten Gefäß (A, B) neu eingeführten Materials nächst dem Übergang von einem Gefäß (A, B) zum anderen Lanzen (a, b, a_v O₁) für die Einführung von Sauerstoff, sauerstoffangereicherter Luft, reiner Luft, Dampf oder Inertgas vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen