DE1408896C - Verfahren zur Stahlherstellung in einem Tandemofen - Google Patents
Verfahren zur Stahlherstellung in einem TandemofenInfo
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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 CHA bzw. CH11 und verschließbaren Wartungsöffnungen
MA bzw. Mβ verseilen. Die Herdgruben
BHA bzw. BHu beider Reaktionsgefäße haben
je ein Fassungsvermögen von 100 t und sind an ihren tiefsten Stellen 1,80 m tief. Lanzenwagen LCA und
LCB tragen Lanzen POL1 bzw. POL2 für die Zufuhr
von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft und Abgasabflußhauben EA bzw. E11. Die Abgasabflußhauben
EA bzw. Eβ werden wahlweise über Abgaszüge
DA bzw. aDß an eine gemeinsame Abgasleitung
D angeschlossen. Die Lanzen POL1 und DL1
einerseits bzw. POL2 und DL2 andererseits durchsetzen
Abschirmplatten 5/Z4 und SHn, welche die
voneinander abgelegenen öffnungen der Reaktionsgefäße A und B verschließen.
Mit den Bezugszeichen α und Ci1 einerseits und b
sowie bx 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 LCA und LCB befestigt.
Die Fig. la, Ib und Ic zeigen Einzelheiten bei
einem einzigen Reaktionsgefäß, das für Tandembetrieb bestimmt ist. Die Tiefe des Schmelzbades BHA
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 OA
und On 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 SA und Sn sind zu beiden Seiten
der Drosselstelle T vorgesehen, um die Öffnungen OA
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 EA, 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 LCA und LCn 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
109 627/37
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 BIIΛ 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 bx 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 EA und Eu und der Lanzen ICA 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 EA
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 (14)
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, EB) und/oder Lanzenträger auf
Wagen (LCΛ, LCB) angebracht sind, mittels welchen
wahlweise die Hauben (EA, En) 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, av O1) für die Einführung
von Sauerstoff, sauerstoffangereicherter Luft, reiner Luft, Dampf oder Inertgas vorgesehen
sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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