DE1458877C - Kontinuierliches Windfnsch Ver fahren und Vorrichtung hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Windfrisch-Verfahren, bei welchem ein Strom von geschmolzenem Roheisen in eine schon vorgefrischte Metallschmelze mit einem im Mittel niedrigeren Kohlenstoffgehalt als das Roheisen geleitet und nach Vermischen des Roheisens mit der Metallschmelze in die Mischung ein mit Sauerstoff stark angereichertes Frischgas eingeblasen und aus der Schmelze kontinuierlich Metall mit vermindertem Kohlenstoffgehalt abgezogen wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird das schmelzflüssige Roheisen einem Frischbehälter zugeführt, an dessen dem Roheisenzufluß entgegengesetzten Ende Frischgas aus Lanzen dem Roheisenstrom entgegengeblasen wird. Das einfließende Roheisen ist hierbei also dem Frischgas nicht unmittelbar ausgesetzt. Es kommt vielmehr zuvor mit dem in der Nähe der Lanzen befindlichen und daher schon vorgefrischten Teil der Schmelze in Berührung. In der USA.-Patentschrift 2 962 277, die dieses bekannte Verfahren zum Gegenstand hat, finden sich jedoch keine Angaben über den Kohlenstoffgehalt der Mischung aus vorgefrischter Metallschmelze und Roheisen in der Zone des Schmelzbades, in die das Frischgas eingeblasen wird.

Ferner ist ein Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere von Roheisen, beim Durchlaufen mehrerer aufeinanderfolgender Zonen oder Abschnitte einer Kammer bekannt, in denen die Schmelze nacheinander unterschiedlichen Reaktionen — z. B. Entsilizierung, Entkohlung, Entphosphorung — durch Auf- bzw. Einblasen gasförmiger Behandlungsmittel unterschiedlicher Konzentration und Menge unterworfen wird, wobei für eine solche Stufenbehandlung der aus einem Ofen bzw. Hochofen ständig zufließenden Schmelze ein liegender Umlauftrommelkonverter verwendet und in diesem die Schmelze einer Zone von jener der benachbarten Zone oder Zonen während der Reaktionsdauer getrennt gehalten wird (deutsche Patentschrift 956 514).

Schließlich ist auch ein Verfahren zur Herstellung

von Stahl und Stahllegierungen aus Roheisen mittels metallurgischer Prozesse im kontinuierlichen Fluß des

Roheisens bekannt, bei dem die metallurgischen Prozesse einzeln oder zu wenigen kombiniert innerhalb von je einer Gefällestufe oder Gruppe von Gefällestufen einer Rinne vorgenommen werden, wobei die Zusatzstoffe durch das fließende Eisen durchgeblasen, aufgefangen und dann der Gefällestufe zugeleitet werden. Dabei wird das Frischmittel vom schrägen Boden der Rinne aus durch ein Düsenloch unter Druck in die fließende Schmelze eingeblasen (Patentschrift 10 911 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin).

Alle bekannten Verfahren zur kontinuierlichen Durchführung des Frischprozesses unter Verwendung eines mit Sauerstoff stark angereicherten Frischgases weisen den Nachteil übermäßiger Erzeugung von rotem Rauch auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Windfrisch-Verfahren, bei dem ein Strom von geschmolzenem Roheisen in eine schon vorgefrischte Metallschmelze mit einem im Mittel niedrigeren Kohlenstoffgehalt als das Roheisen geleitet und nach Vermischen des Roheisens mit der Metallschmelze in die Mischung ein mit Sauerstoff stark angereichertes Frischgas eingeblasen und aus der Schmelze kontinuierlich Metall mit vermindertem Kohlenstoffgehalt abgezogen wird, derart zu gestalten, daß die störende Erzeugung roten Rauches vermieden wird, ohne daß der thermische Wirkungsgrad des Verfahrens beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das mit Sauerstoff stark angereicherte Frischgas in die Zone des Schmelzbades eingeblasen wird, in der die Mischung aus vorgefrischter Metallschmelze und Roheisen einen Konlenstoffgehalt von höchstens 0,2% aufweist.

Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß roter Rauch nur dann entsteht, wenn das mit Sauerstoff stark angereicherte Frischgas unmittelbar auf Roheisen mit einem verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt auftrifft. Diese Erscheinung läßt sich dadurch erklären, daß roter Rauch in erster Linie dann entsteht, wenn Eisen unter zusätzlicher Oxydation kondensierter Dämpfe verdampft. Die Gegenwart von Kohlenstoff erzeugt in dem Bad an der Stelle der Berührung mit Sauerstoff eine erhöhte Temperatur, die eine starke Verdampfung von Eisen bewirkt. Bei niedrigen Gehalten an Kohlenstoff ist daher auch die Temperatur wesentlich geringer, so daß nahezu keine Verdampfung von Eisen erfolgt.

Die Erfindung beruht somit im wesentlichen in einer Verminderung des Kohlenstoffgehaltes des zu frischenden Roheisens, so daß das Zusammentreffen des Frischgases mit einen hohen Gehalt von Kohlenstoff aufweisendem Roheisen vermieden wird. Die Menge des in das Bad eingeblasenen Frischgases wird daher so geregelt, daß das Absinken des Kohlenstoffgehaltes infolge Oxydation und des kontinuierlichen Abflusses ziemlich genau durch die Kohlenstoffzufuhr im zufließenden Roheisen kompensiert wird, so daß der mittlere Gehalt an Kohlenstoff im Bad konstant bleibt.

Vorteilhaft wird der mittlere Kohlenstoffgehalt des Schmelzbades, in welches das flüssige Roheisen eingeleitet wird, auf höchstens etwa 0,5% gehalten.

Um das in den Behälter einströmende Roheisen mit dem Behälterinhalt gut zu mischen, bevor es mit dem eingeblasenen Frischgas in Berührung kommt, werden zweckmäßig die Stellen des Zustroms des Roheisens und des Einblasens so gewählt, daß sich eine Zirkulationsströmung in dem Frischbehälter ausbildet. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Frischgas dem Schmelzbad in an sich bekannter Weise vom schrägen Boden des Frischbehälters aus zugeführt wird, wobei das Einblasen in an sich bekannter Weise an dem dem Zufluß des Roheisens entgegengesetzten Ende des Frischbehälters erfolgt. Das freigesetzte Kohlenmonoxyd verursacht oberhalb der Einblasstellen eine Kreisströmung, so daß sich das gefrischte Eisen mit dem zufließenden Roheisen vermengt und dieses erst anschließend in den Bereich gelangt, wo Frischgas eingeblasen wird.

Die Geschwindigkeit der Zirkulationsströmungen ist vorzugsweise verhältnismäßig gering, damit die Durchmischung genügend Zeit hat sich auszubilden, was dazu führt, daß ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Größe des Behälters und der Menge des zufließenden Roheisens eingehalten wird. Beträgt die pro Minute in die vorgefrischte Metallschmelze mit niedrigem Kohlenstoffgehalt einfließende Menge Roheisen ein Fünftel, vorzugsweise ein Zehntel der Menge an vorhandener vorgefrischter Metallschmelze, so ergibt dies gleichzeitig eine günstige Verteilung des Roheisens und eine weitgehende Konstanz des mittleren Wertes des Kohlenstoffgehaltes im Bad. Man kann den Durchmischungsvorgang noch beschleunigen, indem man in dem Bad zusätzliche Wirbelströme hervorruft oder dieses umrührt. Als Beispiel sei nur die elektromagnetische Durchwirbelung angegeben. Man kann auch in der Nähe der Zuflußstelle des Roheisens in das Schmelzbad von oben ein wenig oxydierendes Gas einblasen.

Die zur Durchführung des Windfrisch-Verfahrens notwendigen, vorzugsweise schlackenbildenden Stoffe werden zweckmäßig in Pulverform in das Schmelzbad von oben mittels eines Trägerstrahles eingeblasen.

Zur Erzielung der gewünschten endgültigen Zusammensetzung des Stahls kann die Schmelze weite ren Windfrisch-Verfahren unterworfen werden.

Ein bekannter Herdofen zur kontinuierlichen Stahlerzeugung besteht aus einem langgestreckten Behälter, der durch feuerfeste, unten offene Trennwände in Teilbehälter unterteilt und an der einen Stirnseite mit einem Zufluß für das Roheisen und an der anderen Stirnseite mit einem Abfluß versehen ist. Dabei sind oberhalb der Metallschmelze Lanzen zum Einführen von Sauerstoff angeordnet (»Journal of Metals«, Mai 1962, 377). Mit dieser bekannten Vorrichtung läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren schon deshalb nicht durchführen, weil sich im Hinblick auf die Anordnung der Windeinblasstellen eine das einströmende Roheisen mit dem Behälterinhalt hinreichend durchmischende Zirkulationsströmung nicht ausbilden kann.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dient eine Vorrichtung, bestehend aus einem durch eine feuerfeste, an ihrem unteren Ende eine Öffnung aufweisende Trennwand in Teilbehälter unterteilten, langgestreckten Behälter mit einem Zufluß für das Roheisen an der einen Stirnseite des Behälters und einem Abfluß an dessen anderer Stirnseite und mit einer im Behälterboden angeordneten Windeinblasöffnung sowie mindestens einer oberhalb der Metallschmelze angeordneten Lanze.

Dabei wird erfindungsgemäß die gewünschte Zirkulationsströmung dadurch erzielt, daß die Entfernung der Windeinblasstelle des ersten Teilbehälters

von der Abflußstelle dieses Teilbehälters etwa das 0,1- bis 0,7fache der Entfernung der Einblasstelle von der Zuflußstelle des Roheisens beträgt, daß eine erste Lanze zum Einblasen von schlackenbildenden Stoffen etwa oberhalb der Windeinblasstelle und eine zweite Lanze für die Zuführung von Kühlmitteln in der Nähe der Gießstelle des Roheisens angeordnet sind und daß im Boden des zweiten Teilbehälters in unmittelbarer Nähe der Abflußstelle des ersten Teilbehälters eine Windeinblasstelle und im Boden des Endteilbehälters eine Endeinblasstelle angeordnet sind.

In der die beiden ersten Teilbehälter voneinander trennenden Wand ist zweckmäßig oberhalb der Oberfläche der Metallschmelze ein Durchbruch zum Durchtritt der Schlacke vorgesehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Weise in einem senkrechten Längsschnitt dargestellt.

Der mit einer üblichen basischen Auskleidung versehene Behälter 1 ist mittels zweier Trennwände 5 und 6 in drei Teile 2,3 und 4 geteilt. Der größere Teil 2 bildet den eigentlichen Frischbehälter. Er enthält mindestens teilweise schon gefrischtes Metall, dessen Zusammensetzung weiter unten angegeben ist. In den Teilbehälter 2 ragt eine Rinne 7 hinein, mittels der Roheisen 8 in einer Menge von etwa 500 kg je Minute in den Behälter eingeleitet werden. Der Flüssigkeitsspiegel des Metalls in dem Behälter wird durch einen Auslauf 9 bestimmt, der sich am entgegengesetzten Ende im Teilbehälter 4 befindet, über den das vollkommen gefrischte Metall kontinuierlich in einen Behälter 10 fließt. Die Schmelze fließt von einem Teilbehälter in den anderen durch Durchbrüche 5 σ und 6 a, die im unteren Teil der Trennwände 5 und 6 vorworfen: Auf Grund der kinetischen Energie des Roheisenstrahles ist dieser auf die Einblasstelle 13 zu gerichtet, während dieser Strom auf Grund der Zirkulationsströmung 16 und des auf ihn wirkenden Impulses der mittels der Lanze 15 eingeblasenen Stoffe aus dieser Richtung abgelenkt wird. Die Resultierende 20 ergibt eine abwärts gerichtete Strömung längs der Stirnseitenwand des Behälters und bewirkt somit eine nachhaltige Vermischung.

ίο Über die Einblasstelle 13 wird ungefähr je Minute eine Menge von 24Nm³ Frischgas eingeblasen, die der Menge des mit dem Roheisen in den Behälter gelangenden Kohlenstoffes und anderer oxydierbarer Elemente entspricht, so daß die mittlere Zusammensetzung der Badflüssigkeit konstant bleibt.

Außer der vollkommenen Vermeidung von rotem Rauch besteht ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weitgehenden Homogenität und Regelmäßigkeit des abfließenden Metalls.

Diese kommt insbesondere in einer gleichbleibenden Temperatur des Metalls in dem Teilbehälter 2 zum Ausdruck. In das Bad eingetauchte Thermoelemente ergaben, daß die mittlere Temperatur von etwa 1600° C nur um weniger als 20° C schwankt. Demgegenüber wurden bei dem klassischen Oberwindfrischverfahren insbesondere im oberen Bereich des Bades Abweichungen von etwa 100° C vom Mittelwert festgestellt.

Die sich bildende Schlacke wird durch einen seitlichen Durchbruch 21 und eine Rinne 22 entfernt. Ein kleiner Durchbruch 23 in der Trennwand 5 läßt einen Teil der Schlacke in den Teilbehälter 3 übertreten, wo die Schlackenbildung bestimmter Elemente, insbesondere Phosphor, Silicium und Mangan beendigt wird.

gesehen sind. Der Boden des Behälters ist gegen die 35 Bei bestimmten nur einen geringen Gehalt an Phos-Waagerechte ein wenig geneigt und weist an seiner phor und Schwefel aufweisenden Roheisen kann man

tiefsten Stelle in einer Düse 12 einen Pfrophen 11 aus feuerfestem Werkstoff auf, um den Behälter vollständig entleeren zu können.

Der Teilbehälter 2 enthält ungefähr 6 Tonnen Metall, also etwa das 12fache des je Minute zufließenden Roheisens. Der mittlere Gehalt an Kohlenstoff beträgt in diesem Teilbehälter etwa 0,1 bis 0,15%. Mit Sauerstoff stark angereichertes Frischgas wird über eine Einblasstelle 13 aus porösem feuerfestem Werkstoff von einer Größe von etwa 0,4m² in den Teilbehälter 1 aus einem an eine Zuleitung 13 & angeschlossenen Windkasten 13 a eingeblasen. Die zur Durchführung des Frischprozesses notwendigen Feststoffe werden in Pulverform mittels zweier Lanzen 14 und 15 von oben eingeblasen. Die Lanze 14 ist etwa oberhalb der Windeinblasstelle 13 angeordnet. Mit ihr wird Kalk eingeblasen, der die Schlackenbildung unterbindet und an der Stelle auf das Metall auftrifft, wo dieses unter dem Einfluß des eingeblasenen Frischgases nach oben strömt, wie es der Pfeil 16 zeigt. Mittels der Lanze 15 werden pulverförmige mineralische, eine Abkühlung bewirkende Zuschlagstoffe eingeblasen. Diese Einblasung erfolgt an der Stelle, an der sich das Roheisen in den Behälter ergießt, so daß an dieser Stelle eine zusätzliche Verwirbelung und Vermischung des Metallbades bewirkt wird. Als Trägergas für die in diesem Gas dispergierten pulverförmigen Feststoffe wird Stickstoff oder auch Luft verwendet, deren insbesondere durch die Lanze 14 eingeblasener Strahl auf ein wenig gekohltes Metall auf trifft.

Der Strom des in den Behälter einfließenden Roheisens ist somit mehreren divergierenden Kräften unterauch die gesamte Schlacke in den Teilbehälter 3 übertreten lassen und dort mittels einer schnabelförmigen Rinne 22 entfernen. Andererseits kann man aber auch bei Roheisen mit großem Phosphorgehalt die ganz sich im Teilbehälter 2 bildende Schlacke schon hier entfernen und im Teilbehälter 3 durch Einblasen frischen Kalkes eine neue Schlackenbildung hervorrufen.

Das Metall verläßt den Teilbehälter 2 durch die untere öffnung 5 α, die so in der Einblasstelle 13 angeordnet ist, daß das ganze Metall oberhalb dieser Einlaßstelle an dieser vorbeifließen muß, ehe es in den Teilbehälter 3 eintritt. Hierdurch und durch die zusätzlichen, die Strömung des Metalls beeinflussenden Maßnahmen wird eine weitgehende Regelmäßigkeit des gefrischten Metalls erzielt.

In dem Teilbehälter 3 wird das restliche Windfrischen durch Einblasen von über die Leitung 24 b und den Windkasten 24 a der Einblasstelle 24 zugeführtem mit Sauerstoff stark angereichertem Frischgas durchgeführt. Die Oberfläche der Einblasstelle 24 beträgt etwa 150 cm² und die je Minute eingeblasene Menge Sauerstoff etwa 1 Nm³. Die Einblasstelle 24 befindet sich in unmittelbarer Nähe des Wanddurchbruches 5 α, so daß eine Strömung in Richtung des Pfeiles 25 hervorgerufen wird, die das Metall mit der Schlacke in Berührung bringt. Die Temperatur in diesen beiden Teilbehältern weist nur geringe Unterschiede auf.

Schließlich gelangt das Metall in den End-Teilbehälter4, aus welchem es von Schlacke vollkommen befreit über die Rinne 9 abfließt. Eine letzte Endein-

blasstelle 26 von einer Größe von etwa 50 cm² wird aus einem Windkasten 26 α gespeist, dem das Frischgas über die Leitung 26 b zugeführt wird. Auf diese Weise können besonders weiche Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05% und weniger hergestellt werden. Die eingeblasene Menge Frischgas beträgt etwa 0,25 Nm³ je Minute.

In den Zuleitungen zu den drei Windkästen sind in der Zeichnung nicht dargestellte Regelventile vorgesehen, mittels der die Frischgasmengen unabhängig voneinander eingestellt werden können.

Die Zusammensetzung des Metalls in den einzelnen Teilbehältern wurde an Hand eines Versuches wie folgt festgestellt:

	C	Si	P	Mn
Roheisen	4,1%	0,5%	0,21%	0,55%
Teilbehälter 2 (Mittelwert)	0,14«/o 0,08% 0,05%	Spuren Spuren Spuren	0,025 % 0,010% 0,010%	0,24% 0,20% 0,19%
Teilbehälter 3
Teilbehälter 4

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

Patentansprüche:

1. Kontinuierliches Windfrisch-Verfahren, bei welchem ein Strom von geschmolzenem Roheisen in eine schon vorgefrischte Metallschmelze mit einem im Mittel niedrigeren Kohlenstoffgehalt als das Roheisen geleitet und nach Vermischen des Roheisens mit der Metallschmelze in die Mischung ein mit Sauerstoff stark angereichertes Frischgas eingeblasen und aus der Schmelze kontinuierlich Metall mit vermindertem Kohlenstoffgehalt abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Sauerstoff stark angereicherte Frischgas in die Zone des Schmelzbades eingeblasen wird, in der die Mischung aus vorgefrischter Metallschmelze und Roheisen einen Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,2 °/o aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Kohlenstoffgehalt des Schmelzbades, in welches das flüssige Roheisen eingeleitet wird, auf höchstens etwa 0,5% gehalten wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Zirkulationsströmung der vorgefrischten Metallschmelze das mit Sauerstoff stark angereicherte Frischgas dem Schmelzbad in an sich bekannter Weise vom schrägen Boden des Frischbehälters aus zugeführt wird, wobei das Einblasen in an sich bekannter Weise an dem dem Zufluß des Roheisens entgegengesetzten Ende des Frischbehälters erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pro Minute in die vorgefrischte Metallschmelze mit niedrigem Kohlenstoffgehalt einfließende Menge Roheisen ein Fünftel, vorzugsweise einZehntel der Menge an vorhandener vorgefrischter Metallschmelze beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Zuflußstelle des Roheisens in das Schmelzbad von oben ein wenig oxydierendes Gas eingeblasen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Durchführung des Windfrisch-Verfahrens notwendigen, vorzugsweise schlackenbildenden Stoffe in Pulverform in das Schmelzbad von oben mittels eines Trägergasstrahles eingeblasen werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze zur Erzielung der gewünschten endgültigen Zusammensetzung des Stahls weiteren Windfrisch-Verfahren unterworfen wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, bestehend aus einem durch eine feuerfeste, an ihrem unteren Ende eine Öffnung aufweisende Trennwand in Teilbehälter unterteilten, langgestreckten Behälter mit einem Zufluß für das Roheisen an der einen Stirnseite des Behälters und einem Abfluß an dessen anderer Stirnseite und mit einer im Behälterboden angeordneten Windeinblasöffnung sowie mindestens einer oberhalb der Metallschmelze angeordneten Lanze, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Windeinblasstelle (13) des ersten Teilbehälters (2) von der Abflußstelle (5 a) dieses Teilbehälters etwa das 0,1- bis 0,7fache der Entfernung der Einblasstelle (13) von der Zuflußstelle (7) des Roheisens beträgt, daß eine erste Lanze (14) zum Einblasen von Schlackenbildenden Stoffen etwa oberhalb der Windeinblasstelle (13) und eine zweite Lanze (15) für die Zuführung von Kühlmitteln in der Nähe der Gießstelle des Roheisens angeordnet sind und daß im Boden des zweiten Teilbehälters (3) in unmittelbarer Nähe der Abflußstelle (5 a) des ersten Teilbehälters (2) eine Windeinblasstelle (24) und im Boden des Endteilbehälters (4) eine Endeinblasstelle (26) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der zwei Teilbehälter (2, 3) voneinander trennenden Wand (5) oberhalb der Oberfläche der Metallschmelze ein Durchbruch (23) zum Durchtritt der Schlacke vorgesehen ist.