DE1433539A1 - Verfahren und Blasrohr zum Frischen einer Metallschmelze,insbesondere von Roheisen - Google Patents

Description

• Verfahren und Blasrohr zum Frischen einer Metallschmelze, insbesondere von Roheisen .Hoheisen wird im Aufblaseverfahren meist mit technisch reinem Sauerstoff gefrischt, der durch ein Blasrohr in den Konverter einströmt. Pro Tonne Hoheisen sind etwa 60 jim% 2- erforderlich. Deshalb ergeben sich für eine angemessene Frischdauer (etwa 20 bis 30 Minuten) große Sauerstoffmengen und demgemäß große Austrittsgeschwindigkeiten aus dem Blasrohr (600 iii/sec.*und mehr). Da so große Geschwindigkeiten ein Auswerfen des Konverterinhaltes (Eisen und Schlacke) -begünstigen, sah man sich genötigt, den Abstand der Blasrohrmündung von der (statischen) Badoberfläche zu vergrößern, und zwar die Blasrohrmündung bis etwa zur Konvertermündung anzuheben.
• Dieser Behelf hat den Nachteil, daß die Luft über dem Konvertermund unter der Injektorwirkung des langen Strahles angesaugt und der Luftstickstoff bei den hohen Reaktionstemperaturen begierig von der Schmelze aufgenommen wird. Infolgedessen wächst der Stickstoffgehalt des gefrischten Eisens auf mehr als 0,0045 %. Eine andere nachteilige Begleiterscheinung ist eine Steigerung des Fe0-Gehaltes der Erstschlacke auf z.B. 16 % bei einem 2 2 0 5 - Gehalt von 25 %. Das bedeutet nicht nur eine Verschlechterung der Qualität (gegebenenfalls der Düngemittelqualität) der Schlacke, sondern auch eine Verschlechterung der Eisenausbringung. Hinzu kommt, daß sich um den S-bahl Ringwirbel ausbilden, deren Frequenzen sich denen der Schmelze überlagern und dadurch die Badbewegung beeinträchtigen. Dieser Einfluß begünstigt Wallungen und Überkocherscheinungen der Schlacke. Der Anstieg der gasdurchsetzten Schlacke bei hohen Temperaturen weit über das eigentliche Schmelzbad bleibt nicht ohne empfindliche nachteilige Rückwirkungen auf den Strömungszustand und das Strömungsbild des Sauerstoffstrahles. Deshalb kommt das Bad auch nach einer nahezu vollständigen Verbrennung der Poheisen-Begleitsbffe immer noch nicht zur Ruhe. Bei der Erfindung handelt es sich um die Aufgabe, das Aufblaseverfahren von allen genannten Mängeln zu befreien. Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lösung dieser-Aufgabe beruht auf der Erkenntnis, daß e's mit einer Kinderung der Austrittsgeschwindigkeit des Frischgas es - aus dem Blasrohr von z.B. 600 auf 500 M/SED. und selbst auch noch auf 400 M/sec. nicht getan ist und daß gleichwohl ein Versuch in dieser Richtung Erfolg hat, wenn die dem Blasrühr zugeführte Frischgasenge - im Anschluß an das Zünden - so eingestellt wird, daß das Frischgas mit unterkritischer Geschwindigkeit, d.Ii. einer Geschwindigkeit aus dem Blasrohr austritt, die kleiner als die Schallgeschwindigkeit des betreffenden Frischgases ist. Unter dieser Bedingung kann ohne Gefahr eines Auswurfes aus dem Konverter der Abstand der Blasrohrmündung von der statischen Badoberfläche erheblich, und zwar bis etwa auf das 5,5fache des Blasr'ohraustrittsdurchmessers, verkleinert werden. Bei einem so kleinen Abstand dringt der Kern des #tiahles mit etwa 15 %o der ganzen Kernlänge in das Schmelzbad ein. Damit wird der Nachteil der Stickstoffzufuhr zum Bade wesentlich herabgesetzt mit dem Ergebnis einer beachtlichen Verüesserung der Erstschlacirenalli,#.lität (mit einem 2 2 0 5-Gehalt u.# 24 und eineia Feo-Gehalt um' 5 Eine unterkritische Austrittsgeschwindigkeit gewährleistet darüber hinaus einen besseren 0 2-Ausnutzungsgrad, weil das Angebot an 0 2- im Verhältnis zur umgebenden Luft'- wegen Minderung der Strahlinjektorwirku ng - gesteigert wird. Zudem ergebeil sich günstigere P-Gehalte auch der gefrischten Schmelze, so daß die Qualität-des erblasenen Strahles einem SK-Stahl mindentens nicht nachsteht. Wesentlich ist weiter eine bömtek,enswet,te,Selionung der Konverterauskleidung, d.h. ,diläö,,verlängei-ung der Konverterreise. Außer diesem Rekta- erstmalig ein Frischen im Uroßkonverter mJ.t dem Autblasverfahren unter der Üblichen (wirtschaftlichen) Frischdauer ermöglicht. Dieser Fortschritt hat im Hinblick darauf besondere Bedeutung, daß seit Jahren eine Vergrößerung der Konvertercharge angestrebt wird. Es versteht sich von,selbst, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für da's Aufblasen von technisch reinem Sauerstoff, sondern auch dann mit grundsätzlich dem gleichen Erfolg angewendet werden kann, wenn mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet wird. Dasselbe gilt*für Blasverfahren, beidenen mit dem Frischgas die Zuschläge, z.B. Kalk, Erz usw., durch das Blasrohr in den Konverter eingebracht werden. Aus der erfindungsgenläßen Verbesserung der Eisenqualität erklärt sich, daß das neue Verfahren.nicht nur für das übliche Frischen von Roheisen zu Stahl in Betracht kommt, sondern,.auch zur Herstellung von technisch reinem Eisen herangezogen werden kann, d.h. -einem Eisen, dessen Verunrdnigung an Kohlenstoff, Mizium, Mangan, Phosphor, Schwefel.und Stickstoff insgesamt weniger als 0,25 %-ausmacht. Es läßt sIch, wie eine praktische Erprobung der Erfindung bereits gelehrt-hat, die Verunreinigung bis auf 0.084 herabsetzen. Für technisch reinen Sauerstoff beträgt die kritische Gewhwindigkeit etwa 3.00 m/s-ec. Unterhalb dieses Grenzwertes ist die Austrittsgeschwindigkeit des Frischgases.aus dem Blasrohr unter anderem nach dem jeweils gewünschten*Abstand der Blasrohrmündung von der statischen Badoberfläche zu wählen, und zwar im allgemeinen mit dem Abstand zu vermindern. Im übrigen richtet sich die Wahl der Austrittsgeschwindigkeit nach der Größe der Konvertercharge, d.h. nach der Sauerstoffmenge. Um der Gefahr einer übermäßigen Wallung des Bades zu begegnen, empfiehlt es sich in Weiterentwicklung den Grundgedankens der Erfindung, die Ausflußge--# schwindigkeit derart herabzusetzen, daß das Produkt aus der zeitlichen Ausflußmenge und der Ausflußgeschwindigkeit - wenigstens angenähert - konstant bleibt. Dieses annähernd konstant zu haltende Produkt ist physikalisch der Impuls des Strahles. Der Impulswert ist eine Funktion der Konvertergröße und der Frischdauer. Bei kleinem Konverter kann der Impulswert bis auf etwa 200 mkp/sec 2 gesenkt werden und ist für Großkonverter mit etwa 1200 bis maximal auf 1500 mkp/see 2 zu veranschlagen. Im übrigen bietet die Erfindung - ohne Konzession an die Frischdauer - die vorteilhafte Möglichkeitg am Ende-der ersten-.Ulasperiode (der Vorentkohlungsperiode) die füt eine mittlere Entkohlungsgeschwindigkeit von 0,1 bis 0,2 % d/min gewählte Frischgasmenge beträchtlich, nämlich auf 40 bis 70 %o, zu reduzieren. rh dem- ,

  selben Maße geht die Austrittsgeschl-ndigkeit zurück

  und der 0 2-Ausnutzungsgrad wird noch weiter verbes-.sert, und zwar umso mehr, je mehr der Abstand der

  Blasrohrmündung vom Schme12bad abhängig von der Frisch-

  gasmengenämeselung und der Geschwindigkeitsminderung des Strahles verkleinert wird.
• Die Zeichnung veranschaulicht ein zur Durchführung des,neuen Verfahrens geeignetes Blasrohr, und zwar das Blasrohraustrittsende im Längsschnitt. Der von dem Frischgas in Richtung des 2feiles 1 durchströmte Kanal des Blasrohres :Lt, wie üblich, zur Kühlung von zwei konzentrischen Ringkanälen 2 und 3 umschlossen. Die Kühlflüssigkeit strömt durch den inneren Ringkanal 2 zu und durch den äußeren Ringkanal 3 ab. Das Frischgaszuleitungsrohr 4 mit einem Druchmesser d 0 führt zu einer Düse.5 mit einem engsten Querschnitt 5'. Dieser ist nach Maßgabe der Durchflußmenge für die kritische . Geschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) ausgelegt, die sich bekanntlich für das betreffende Frischgas gemäß errechnet.
• Mithin stellt sich kurz hinter dem engsten Querschnitt 51 die kritische Geschwindigkeit ein, von der nur auf dem Umweg über eine Überschallgeschwindigkeit eine - unterkritische Geschwindigkeit zu erreichen ist. Im Überschallbereich muß - im Gegensatz zum Unterschallbere#ch - der Strömungsquerschnitt zur Beschleunigung und.Druckabsenkung der Strömung erweitert und zur Verzögerung verengt werden. Deshalb folgt dem engsten Querschnitt 51 eine Erweiterung 6 bis auf einen Querschnitt 61. Auf dem Wege von 51 nach 61 wird die Strömung auf eine überkritische Geschwindigkeit beschleunigt und anschließend auf dei.,i Wege von 61 durch eine zweite Verengung 7 auf eine unterkritische Geschwindigkeit verzögert. Der Endquerschnitt 71 der Verengung 7.Muß einerseits größer als der engste Querschnitt 5' und andererseits kleiner als der erweiterte Querschnitt 61 sein. Bestiimitend für den Querschnitt 71 ist.die in diesem gewünschte Geschwindigkeit und das zeitliche Gewicht des Frischgases, d.h. der Strahlimpuls. Bei der.dargestellten Ausführung ist dem Querschnitt ein Diffusor 8 nachgeschaltet, der die Austrittsgeschwindigkeit des Frischgases aus dem Blasrohr noch weiter mindert. Der Diffusor-Austrittsquerschnitt 81 wird.nach der jeweils gewünschten Austrittsgeschwindigkeit gewählt. Der Diffusor-Öffnungswinkel oC soll tunlichst nicht größer als 5,50 sein, weil andernfalls ...qin Abr.eißender Strömung La Diffusor zu befürchten t Bei ein und demselben Winkel OC wächst der Austrittsquerschnitt 81 mit der Diffusorlänge 1, su daß die Austrittsgeschwindigkeit abnimmt. Mithin bietet der Diffusor die Möglichkeit einer Anpassung des-Blasrohres an Verfahren, für die - gleichgültig aus welchen GrünCen im einzelnen eine uhterkritisch# Geschwindigkeit von z.B. nur 100 m/sec oder noch weniger erwünscht ist. Auf den-Diffusor 8) kann z.B. dann verzichtet werden, wenn die Geschwindigkeit im Querschnitt 71 bei dem gegebenen Durchflußgewicht und dem gewünschten Abstand der Blasrohrmündung von dem Badspiegel mit dem gewünschten Stra:1-iliritpuls_ in Einklang steht. Falls mit dem Frischgas die Zuschläge zugeführt werden, empfiehlt es sich, den die Strömung abwechselnd beschleunigenden und verzögernden Blasrohrabschnitt 5#, 69 7 aus einem abriebfesten Sonderwerkstoff, z.B. Litrierstahl, herzustellen oder mit einer abriebfesten Auskleidung auszurüsten. Der-Abschnitt 5, 6, 7 aus Nitrierstahl, V2A-oder V4A ist mit Ringschweißnäh-Gen 9 und 10 an das Zuleitungsrohr 4 bzw. an den Diffusor 8 angeschlossen. In Abwandlung dieser Ausführung könnte der Abschnitt 5, 6, 7 unter' Fortfall der Schweißnaht 10 einteilig mit dem Diffusor 8 ausgebildet und-mit einer Verchromung a-#,isgekleidet werden. Folgendes Beispiel möge das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern: Für einen Großkonverter von 170 t wurde ein Blasrohr der dargestellten und beschriebenen Art mit folgenden Hauptabmessungen verwendet: #Zuleitungsrohrdurchmesser do = 156 mm engster Durchmesser 51 = 148 mm erweiterter Durchmesser 61 = 182 mm Verengungsdurchmesser 7' = 154 mm Diffusoraustrittsdurchmesser 81 = 230 mm Bei einem Druckgefälle von 5,5 at wurden 380 Nm3/min 02 eingeblasen. Geschwindigkeit.in dem bis auf 1,0 m über dem Schmelzbadspiegel abgesenkten Austrittsquerschnitt 81 110 M/see, Strahlimpuls in diesem Quer-2 schnitt 1050 mkp/see Während der Vorentkohlung wurden im Mittel 0034 #6 O/min verbrannt. Am Ende dieser Periode, d.h. nach 13 Min. wurde die Sauerstoffmenge auf 270 NJ/min ge_ drosselt. Der Frischprozess verlief einwandfrei ohne irgendeinen Auswurf oder sonstige durch übermäßiges Aufwallen des Bades verursachte Störungen und war nach 32 Min. beendet.
• Der ausgebrachte Stahl hat folgende Zusammensetzung: 0908 % C; Or08 % Mn; 0.015 % P; 0e015 % S und 0e063 % N. Die Erfindung bietet grundsätzlich dieselben Vorzüge nicht nur für Thomas- und dergl. Konverter,*sondern ebenso für SK- oder andere Öfen zum Frischen von Me--tallschmelzen aller Art unter Aufblasen eines Frischgases, sei es durch ein lotrecht oder einschräg angeordnetes Blasrohr. Soll ein Sonderstahl, z.B. 1vIn-Stahl, erblasen werden, dann ist mit Rücksicht auf die notwendig höheren Konvertertemperaturen ein größerer Abstand der'Blasrohrmündung vom Badspiegel, und zwar etwa das 12 bis 15fache des Hündungsdurchmessers einzuhalten.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1.) Verfahren zum Frischen einer Metallscluiielze, insbesondere zum Frischen von Roheisen mit Sauerstoff (oder mit Sauerstoff aligerei(dierter Luft) durch Aufblasen des aus der Düse eines Blasrollres austretenden Frischgases auf das lietallbad, d a d u r c h g e k e n n Z e i c 11 - ' n e t daß die Frischgasifienge - im Anschlu.,3 an das Zünden - auf eine unterkritische Austrittsgeschwindigkeit aus der Blasrolird"üse eingestellt wird. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß die Austrittsgeschwindigkeit nach 1-1a13gabe der Ausflußmeilge (pro Zeiteinheit) im binne einer Konstantlialtiing des Strahlimpulses (des I?roduk-tes aus zeitlichem Ausflußgewicht und Ausflußgeschwindigkeit) gewählt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c ii g e k e n n z e i c h n e t daß am häide der ersten Blasperiode, d.h. der Vorentkohlungsperiode die für-eine mittlere Entkohlungsgeschwindigkeit von 0,1 - 0,2 % O/min gewählte Frischgasmengß auf 40 - 70 % ge-drosselt und dabei der Ab- stand der Blasrohrmündung vom Schmelzbad nach Maßgabe-der Friscligasmengpndrosselung verkleinert wird. 4.) Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 zum Herstellen tedinisch reinen Eisens. 5.) Blasrohr zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 4, d a d u r-o h g e k e n no e i c h n e t daß der Blasrohrkanal (4) einen engsten querschnitt (5') aufweist, der nach 1.'laßgabe einer vorgegebenen Durchflußmenge für die kritische Geschwindigkeit ausgelegt ist, und daß dem engsten Querschnitt in Strömungsrichtung (1) nacheinander eine Erweiterung (6, 61) und eine Verengung (7) bis auf einen Querschnitt (71) folgt, der größer als der engste W) und kleiner als der erweiterte (61) ist und an den sich eine in an sich bekannter Weise die Lanzenmündung (J1) bildende Erweiterung als Diffusor anschließt. 6.) Blasrohr nach Anspruch 5, d a d u r c h g e - kennzeichnet daßderDiffusor einen Öffnungswinkel von höchstens 5,5 0 hat. 7.) Blasrohr nach Anspruch 5 oder 6 zum gleichzeitigen Einblasen fester S.toffe, insbesondere fester Zuschlagstoffe, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t daß der die Strömung abwechselnd beschleunigende und verzögernde Blasrohrabschnitt (5, 6, 7) aus abriebfestem Sonderwerkstoff, z.B. Nitierstahl besteht oder mit einer abriebfesten Auskleidung, z.B. Verchromung, versehen ist.