DE1508222A1

DE1508222A1 - Verfahren zur Herstellung von Stahl im Elektroofen

Info

Publication number: DE1508222A1
Application number: DE19661508222
Authority: DE
Inventors: Roeder Gordon Alan; Sibakin Jaroslaw George; Hookings Paul Henry Heathcote
Original assignee: Steel Company of Canada Ltd; Metallgesellschaft AG; Pickands Mather and Co
Current assignee: Steel Company of Canada Ltd; GEA Group AG; Pickands Mather and Co
Priority date: 1965-09-03
Filing date: 1966-08-13
Publication date: 1969-10-09
Also published as: ES353722A2; MY7000142A; SE381062B; NO118791B; GB1226593A; SE370955B; GB1104690A; NL6612226A; US3472650A; US3472649A; BE686409A; DE1508222B2

Description

METALLaESELLSCHAPT Prankfurt/Main, den 9. August 1966 Aktiengesellschaft Schr/rd

Prankfurt/Main Eeuterweg 14

Verfahren zur Herstellung von Stahl im Elektroofen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,02 - 1,8 3* in Elektrolichtbogenofen aus metallisches Eisen enthaltenden Materialien, wobei im Ofen zunächst ein Metallbad mit einer Schlackenschicht gebildet wird, in die festes, kleinstückiges, eisenhaltiges Material chargiert wird.

Die bekannten Elektro-Lichtbogen-Öfen zur Erzeugung von Stahl aue festem eisenhaltigem Material wie Schrott werden in der Weise betrieben, daß zunächst eine Püllung aus Schrott in den Ofen chargiert wird, diese Püllung geschmolzen und so ein Metallbad erzeugt wird, dem zwei bis sechs weitere Schrottchargen zugegeben werden, um das gewünschte Gewicht der Metallschmelze zu erzielen. Vor jeder Charge muß die Stromzuführung unterbrochen werden, die heißen Elektroden ausgefahren und der Ofendeckel weggefahren werden. Dann wird die Charge z.B. mittels eines Charglerkübels über den Ofen gefahren und in diesem entleert. Die Zeit für jede Chargierung beträgt etwa 4 bis 7 Minuten bei modernen öfen, in der beträchtliche Wärmeverluste durch Abstrahlung auftreten.

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Der elektrische Strom geht durch die Elektrode, dem zwischen dem Fuß der Elektrode und der Beschickung oder dem Metallbad gebildeten Lichtbogen, durch die Beschickung oder das Metallbad und dann durch eine gegenüberliegende Elektrode. Die Lichtbögen bilden einen veränderlichen Widerstand in diesem Stromkreislauf, der durch Veränderung des Abstandes der Elektroden auf einen gewünschten Widerstand eingestellt wird, so daß eine Energieaufnahme und Spannung ebenfalls die gewünschten Werte aufweisen. Beim Durchschmelzen der Elektroden durch die Beschickung fallen öfters Schrottstüeke gegen die Elektroden und verursachen Kurzschlüsse der Lichtbögen, das heißt eine oder mehrere der drei Phasen des Sekundärkreises des Transformators werden kurzgeschlossen, -Diese Unterbrechungen dauern normalerweise nur einige Sekunden, doch treten auch Unterbrechungen bis zu 30 Sekunden ein, wenn die Elektroden an einer höheren Stelle kurzgeschlossen werden. Dann müssen sie aus dem Schmelzloch bis über diese Kurzschlußstelle herausgefahren werden. Während dieser Zeiten ist der Stromfluß unterbrochen.

Die stärkste Hitzeentwicklung tritt an den Berührungsstellen zwischen Elektrode/Lichtbogen und Metall/Lichtbogen auf. Die Zonen der stärketon Hitjseentwicklung, die ia folgenden mit "Hitzezonen der Lichtbögen" bezeichnet werden, erstrecken sich normalerweise von der der Ofenmitte entgegengesetzen Seite des Fußes der Elektrode schräg nach unten und zur Ofenwand hin auf das Metallbad* Der

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Wärmeübergang hängt hauptsächlich von Angebot an kaltem Material

nimmt

in der Hitzezone der Lichtbögen ab undymit steigender Durchschnittstemperatur des Metallbades ab. Nach Beendigung des Einschmelzvorganges der Charge muß die Hitzeentwicklung in diesen Hitzezo^nen verringert werden, damit die Auskleidung des Ofens geschont wird.

Das Verfahren besteht aus fünf Schritten : Einschmelzvorgang von Schrott, Raffinationsvorgang währenddessen die Verunreinigungen entferntkerden sowie Legierungszusätze und Desoxydationsmittel zugegeben werden, Abstiehvorgang, Ausbesserungsvorgang des Ofens und Füllungsvorgang. Von diesen Schritten kann der Raffinations-Vorgang der variabelste sein, da die Länge der Raffination von der Zusammensetzung der Metallschmelze abhängt, die bei Schrott variabler und unbekannter Zusammensetzung nicht mit genügender Genauigkeit vorherbestimmt werden kann. So liegt z.B. oft der S - und P - Gehalt zu hoch. In solchen Fällen muß das sogenannte Zwei~Schiacken—Verfahren angewendet werden, d.h. Abschalten der Stromzuführung, Hochfahren der Elektroden, Abziehen der Schlacke und Erzeugung einer zweiten Schlacke durch Zusatz ^von Kalk, Koks, Flußspat und Sand. Dieses Verfahren kann 20 bis 60 Minuten dauern. Auch der Kohlenstoffgehalt kann oft zu hoch oder zu niedrig liegen und muß mit zusätzlichem Zeitaufwand berichtigt werden.

Weiterhin muß vor dem Abstich die Badtemperatur in einen engen Temperaturbereich eingestellt werden, besonders wenn kontinuierlich

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abgestochen wird.

Es wurde auch bereits versucht, Schrott zusammen mit Schwammeisen einzuschmelzen, jedoch verliefen diese Versuche im allgemeinen unbefriedigend, da die Schmelzzeiten und der Stromverbrauch zu hoch waren. Infolge ihres Gangartanteiles und ihrer geringen und gleichförmigen Größe tendieren die Eisenschwammpartikel insbesondere Eisenschwammpellets -· unter dem Einfluß der Ofenhitze zum Zusammenbacken und Zusammenschweißen und bilden undurchlässige und schwer schmelzbare Nester.

Bei einigen Direktreduktionsverfahren fällt ein beträchtlicher Teil des Schwammeisens in einer Größe unter 4.8 mm an und bei anderen Verfahren fällt der gesamte Austrag noch feiner an. Wurde dieses Material chargiert, so bildeten sieh fest zusammenhängende Schichten hoher Ziehte, besonders wenn dieses Material mehr als 20 $> der Ofeneharge beträgt. Diese Schichten bildeten Barrieren im Ofen, die das geschmolzene Metall und die Schlacke nicht durchließen. Dadurch wurde ein umgekehrter Schmelzvorgang verursacht, d.h. die Charge schmilzt von oben nach unten und die lichtbogen beschädigten den Deckel und die obere Ofenauskleidung. Außerdem waren diese Schichten nur unter wesentlich höherem Stromverbrauch und längerem Zeitaufwand einzuschmelzen. Weiterhin treten Metallverluste ein, da die feinen Teilchen zum Teil in der Schlacke verbleiben.

"Diese Nachteile wurden dadurch behoben, daß das Schwammeisen brikettiert wurde, und anschließend ohne Schwierigkeiten geschmolzen werden konnte. Jedoch verursacht die Brikettierung beträchtliche Kosten.

Es ist aueh ein Verfahren bekannt, bei dem feinkörnige Eisensorten, wie Rennluppen, Granalien oder dergl. in Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen und anschließend raffiniert werden. Die Chargierung erfolgt diskontinuierlich durch den Deckel des Ofens in einer solchen Menge, daß kein Erstarren des bereits eingeschmolzenen * Bades erfolgt (DBP 954 699)· Die diskontinuierliche Zugabe des Materials hat aber längere Einschmelzzeiten zur Folge, da nach jeder Materialzugabe das Einschmelzen des zugegebenen Materials und die Einstellung der Badtemperatur in der Chargierzone abgewartet werden muß.

Ein weiteres Verfahren arbeitet in der Weise, daß die Lichtbogen von Schwammeisen bedeckt sind und im Schwammeisen eintauchen (USP 3 153 588)· Diese Arbdtsweise führt jedoch zu der bereits

beschriebenen Bildung von Eisenschwammnestern, die schwer schmelzbar sind und zum Kurzschluß führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei der Herstellung von Stahl in Elektro-Lichtbogen-Öfen die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden, d.h. die Proaeßzeit zu verkürzen, die Kurzschlüsse zu verringern, die Ofenauskleidung und den Deckel

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zu schonen und insbesondere diese Vorteile unter Verwendung von Eisenschwamm zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß kleinstückiges eisenhaltiges Material, vorzugsweise Eisenschwamm, kontinuierlich in die auf dem Metallbad im Elektro-Lichtbogen-Ofen befindliche Schlackenschicht chargiert wird und seine Zugabemenge pro Zeiteinheit in Abhängigkeit von der elektrischen Leistungsaufnahme des Ofens in der Weise geregelt wird, daß die Metall- ψ schmelze nach Beendigung der Zugabe des kleinstückigen eisenhaltigen Materials im wesentlichen die erforderliche Abstichtemperatur und den gewünschten Kohlenstoffgehalt aufweist.

Es wurde z.B. gefunden, daß bei einem 25 t Ofen und einer Leistungsaufnahme von 7,4 Megawatt bei einer Zugabemenge von 318 kg Sehwammeisenpellets/min. ein Abfall der Badtemperatur von 3,34°C/min. eintrat, während bei einer Zugabemenge von 227 kg/min, ein Anstieg der Badtemperatur von 4,16 °C/min. eintrat.

Vorzugsweise wird der Kohlenstoffgehalt der Füllung (Charge vor Beginn des Schmelzvorganges) des Ofens so eingestellt, daß er zu einer vollständigen Reaktion des Oxydgehaltes des Eisengehaltes und zur Erzielung eines gewünschten Kohlenstoffgehaltes im fertigen Stahl ausreicht. Die Reaktion des Kohlenstoffs mit dem in der Schmelze vorhandenen Sauerstoff verursacht ein sehr starkes Kochen

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des Bades, wodurch der Einschmelzvorgang des kleinstückigen eisenhaltigen Materials , insbesondere der von Eisenschwamm, in der Schlackenschicht und die Wärmeübertragung in das geschmolzene Metall sehr stark verbessert wird und außerdem der Raffinationsvorgang beschleunigt wird.

Das kleinstückige eisenhaltige Material wird vorzugsweise in die Nähe der Hitzezonen der Lichtbogen in den Raum zwischen Elektroden und Ofenwand chargiert.

Durch die Aufrechthaltung einer dünnen Schlackenschicht mit einstellbarer geringer Viskosität - insbesondere bei der Chargierung von Schwammeisen - ist es möglich, das kleinstückige eisenhaltige Material in die Hitzezonen der Lichtbogen zu chargieren, wobei es in die Schlackenschicht eintaucht, schnell schmilzt, in der Schlackenschicht zusammenläuft und unter dem Einfluß der Schwerkraft in das Metallbad absinkt. Die Kontrolle der Viskosität der Schlacke ist sehr wichtig, da eine hochviskose Schlacke das Eindringen des Schwammeisens verhindert und das Aufschmelzen und den Durchgang des geschmolzenen Schwammeisens durch die Schlackenschicht verzögert. Bei hochviskosen Schlacken tritt sehr leicht eine Ansammlung von Schwammeisen über der Schlackenschicht auf. Die Basizität von Schlacken, welche die geforderten Bedingungen erfüllen, liegt im Bereich von 1,0 bis 1,5. Eine geringe Basizität verringert nicht nur die Viskosität der Schlacke, sondern schafft

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auch schlechte elektrische Leitfähigkeiten, eo daß die lichtbogen gezielt in die Schlacke verlaufen. Dadurch kann mit höherer Energieaufnahme gearbeitet werden, wobei die Gefahr der Überhitzung der Ofenwände sogar verringert wird.

In der folgenden Tabelle sind die Bereiche der Zusammensetzung solcher Schlacken angegeben* Außerdem ist die Zusammensetzung einer typischen Schlacke nach Beendigung der Einschmelzperiode angeführt, deren Basizität (Verhältnis von "Basen¹¹ zu "Säuren") 1:1 betrug.

Bereich

SiO₂	2-40
Al₂O₃	0-20
GaO	1 - 50
MgO	0-25
P₂O₅ PeO Andere	0-2 3-40

Schlacke nach Einschmelzen (Gew.

32,84 6,28 17,40 23,84

0,09

14,64 4,91

Die Schlackenmenge beträgt 45 bis 57 kg/t erzeugten Stahl. Bei der Herstellung von Stahl alleine unter Verwendung von Schrott liegt diese Menge mit etwa 68 kg/t wesentlich höher·

Die Dicke der Schlackenschicht wird auf etwa 5 bis 7,6 cm gehalten, um ein Eindringen der kontinuierlich zugeführten Schwammeisenpellets

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sicherzustellen.

Als kleinstückiges eisenhaltiges Material wird vorzugsweise ein Material verwendet, das 76 bis 99,5 Gew.-?6 Gesamteisen mit 0,1 bis 1,75 Gew*-#, vorzugsweise 0,1 bis 1,15 Gew.-#, oxydisch gebundenen Sauerstoff enthält.

Die Zugabe an kleinstückigem eisenhaltigem Material kann bis zu 80 $ der gesamten Ofenschmelze erfolgen und der Energieverbrauch beträgt 250 bis 700 KWh/t eisenhaltiges Material.

Das kleinstückige eisenhaltige Material kann Kohlenstoff enthalten.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß als kleinstückiges eisenhaltiges Material in Drehrohrofen erzeugtes Schwämmeisen heiß in den Ofen chargiert wird.

Weiterhin ist es nach den erfindungsgemäßen Verfahren möglich, kleinstüekiges eisenhaltiges Material mit einem TiOg-Gehalt zu verwenden.

Die Verwendung eines Materials mit mindestens 30 # kleiner als 4,8 mm Größe ergab gute Ergebnisse.

Auch mit einem Material in einer Größe unter 1,6 mm wurden gute

Ergebnisse erzielt.

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Das Metallbad kann aus einer Füllung aus Schrott, Flußmittän, legierungsbestandteilen und Kohlenstoff erschmolzen werden, es kann aber auch teilweise aus kleinstückigem eisenhaltigem Material erschmolzen werden, das als Füllung chargiert wird.

Falls erforderlich wird die raffinierte Metallschmelze -vor dem Abstich auf den gewünschten Kohlenstoffgehalt aufgekohlt.

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Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Zeichnungen und Beispiele näher erläutert.

Mg. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines dreiphasigen Elektrolichtbogenofen des Typs wie er für das Verfahren der Erfindung verwendet wird.

Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang Linie 2 - 2 in Fig. 1 und zeigt die Ausbildung der Schmelzhöhlen, die sich zu einem dreieckigen Schmelzraum vereinigt haben.

Pig. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Pig. 2 und zeigt die Chargierung von Schwämmeisen in der Nähe der Elektrode.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Ofens mit einem Chargiersystem für die kontinuierliche Zugabe von Schwammeisen.

Fig. 5 zeigt ein Fließschema für die Stahlherstellung gemäß der Erfindung.

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung von Chargengewicht und Leistungsaufnahme in Beziehung zu der Behandlungszeit für den Einschmelzvorgang und die Raffinationsperioden bei bekannten Verfahren unter Verwendung von Schrott.

Fig. 7 zeigt dieselbe Darstellung wie in Fig. 6 für das Verfahren der Erfindung unter kontinuierlicher Chargierung von Schwammeisen.

Fig. 8 zeigt den Einfluß des restlichen Sauerstoffgehaltes im eingesetzten Schwammeisen auf die Durchsatzleistung des Ofens.

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Der Ofen 10 hat einen zylindrischen Mantel 12 und einen entfernbaren Deckel 14, der über die Arme 16 an dem Mast befestigt ist. Die. Arme 16 können durch ein hydraulisches oder mechanisches System, das sich im Mast 18 befindet, angehoben oder gesenkt werden« Drei Elektroden 24, 26 und 28 sind mittels der Arme 32, 34 und an den Masten 29, 30'und 31 befestigt und können unabhängig voneinander durch im Deckel 14 angebrachte öffnungen angehoben oder gesenkt werden. Die Masten 18, 29, 30 und 31 sind auf einer Plattform 20 befestigt, die auf Rädern 22 um ihre Achse schwenkbar ist, so daß der Deckel H und die Elektroden zu einer Ofenseite weggefahren werden können und der Ofen mit Schrott oder dergleichen beschickt werden kann. Zwischen den Öffnungen für die Elektroden 24, 26, 28 und dem Mantel 12 ±xixz±x sind im Deckel 14 Chargieröffnungen angebracht, auf denen Beschickungsrohre 48, 50 und 52 starr befestigt sind. Die Beschickungsrohre haben an ihren oberen Enden Muffen 46, an die drei Zuführungsrohre 40, 42 und 44 mittels teleskopartig beweglicher Verlängerungsstücke 41, 43 und 45 angeschlossen sind. Die Zuführungsrohre 40,42,44 sind an einer Zuteilvorrichtung 56 angeschlossen, die eine unabhängige Regelung der Materialzuführung zu jedem Zuführungsrohr ermöglicht. Mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch betriebene Zylinderkolben 58 ermöglichen eine Verlängerung oder Verkürzung der Verlagerungsstücke 41, 43, 45. Die Zuteilvorrichtung 56 wird über eine Dosiervorrichtung 51 und ein Becherwerk 49 aus dem Bunker 53 kontinuierlich beschickt.

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Zur Beschickung des Ofens 10 werden Deckel 14 und Elektroden 24, 26, 28 angehoben und zur Seite gefahren. Der Ofen 10 wird mit Eisenschrott und/oder Stahlschrott und,falls erforderlich, Flußmitteln, legierungsbestandteilen und Aufkohlungsmitteln beschickt und der Deckel 14 wieder aufgesetzt. Es ist auch möglich, der ersten Beschickung Schwammeisen zuzusetzen.

Die Elektroden 24» 26, 2Θ werden bis in die Nähe der Oberfläche der Beschickung abgesenkt und eine vorherbestimmte Spannung an jede Elektrode gelegt, so daß Lichtbogen zwischen den Elektroden und der Beschickung entstehen« Der Schrott in der Nähe der Lichtbogen wird erhitzt und geschmolzen. Der Abstand zwischen Elektroden und Schrott wird durch Absenken der Elektroden während des SchmeIzvorganges stets auf optimalen Werten gehalten· Die Steuerung erfolgt durch ein elektrisches Kontrollsystem, das für eine Aufrechthaltung der Lichtbögen oder, falls erforderlich, Wiederzündung der Lichtbogen und maximale Wärmeerzeugung sorgt. Auf diese Weise werden die Elektroden unabhängig voneinander durch die Beschickung geführt, wobei die Beschickung in der Umgebung der Elektroden geschmolzen wird und sich Schmelzhöhlen ( 60 bilden, an deren Böden sich ein Metallbad 61 mit einer Schlactoenschicht.,71 bildet. Die einzelnen Metallbäder verbinden sich zu einem einzigen Bad, das eine dreiblättrige Porm hat und in der Mitte des Ofens liegt. Das Metallbad ist ringsum von einem Wall 71 aus ungeschmolzener Beschickung umgeben, der die Ofenauskleidung schützt.

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In diesem Betriebszustand erfolgt die kontinuierliche Zugabe . von Schwammeisen 73 in das Metallbad, vorzugsweise in und in die Nähe der Lichtbogenzone.

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Ausführungsbeispiele

Es wurden zwei dreiphasige Lichtbogenofen von 15 und 25 "t Passungsvermögen verwendet, die von einem 8000 ZYA Umformer gespeist wurden.

Die Füllung (Beschickung vor dem Anfahren) wurde mit Schwammeisen und Stahlschrott durchgeführt.

In der nachfolgenden Tabelle ist die chemische Zusammensetzung

von verwendeten Schwammeisenpellets in Gew.-?6 wiedergegeben : j

A B 0 D E P α

Pe gesamt ⁹²'^{80 87#7}° ^{78#70 90#85 97#O9 94}*^{59 89}'³

Pe metallisch 89.94 82.54 72.73 90.20 94.11 91.35 83.2

Pe oxydisch 3.68 5.17 7.68 - 3.83 3.24 7.86

Sauerstoff in

Pe oxydisch 0.82 1.15 1.71 0.10 0.85 0.72 1.75

C 0.098 0.409 0.125 0.15 0.194 0.42 0.19

Gangart

S 0.008 0.051 0.014 0.008 0.029 0.010 0.042

P - 0.046 -

Ti - 10.9 -

CaO 0.32 1.35 0.7 0.60 0.20 0.76 0.20

MgO 1.47 2.52 0.7 2.40 0.58 0.64 0.66

SiO₉ 3.88 4.84 1.2 2.04 0.50 1.86 3.88

Al₂O, 0.60 1.87 5.4 0.96 0.56 1.00 0.17

anaere Gangart - 0.10 0.5 - - - 4.60

Metallisierung 9696.9 94.1 92.4 99.28 97.0 96.6 94.3

io Metallisierung = Jq Pe metallisch . 100

56 Pe gesamt

Der Schrott bestand aus etwa 65 Ί» gemischtem, nicht vorbehandeltem Material und ungefähr 35 i» schwerem, geschmolzenem Material.

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Der Kohlenstoff wurde in Form von Petroleum-Koks (wegen seiner geringen Kosten) der Füllung zugegeben.

Die Füllung wurde teilweise geschmolzen unter Verwendung einer Energie von 6,8 Megawatt im Ofen, die aus dem Betriebskreis entnommen wurde. Dann wurden Schwammeisenpellets kontinuierlich in geregelten Mengen zugegeben. Die anfängliche Beschickungsmenge betrug 136 bis 227 kg/Minute. Mit steigender Schmelzzeit wurde die Beschickungsmenge so variiert, daß die Pellets sofort einechmolzen, wenn sie die Schlacke berühren und in sie eindringen. Wenn sich Ansammlungen von Pellets auf der Schlacke bildeten, wurde die Beschickungsmenge geringfügig verringert, so daß sich die Ansammlungen auflösten und die Badtemperatur wieder erreicht wurde· Nach einer Zugabe von ungefähr 910 kg Schwammeisenpellets wurde die Transformatoreinstellung in der Weise geändert, daß kürzere Lichtbögen auftreten, wobei die Leistungsaufnahme nur geringfügig absinkt.

Die kontinuierliche Zugabe von Pellets wird unter diesen Bedingungen weitergeführt, wobei die Zugabemenge entsprechend der Badtemperatur eingestellt wird. Wenn die für'ein kontinuierliches Gießen erforderliche Temperatur von 1620 bis 1650° C erreicht ist, ist auch die Zugabe der Schwammeisenpellets beendet.

Während der Einsehmelzperiode werden Proben der Metallschmelze entnommen und analysiert. An Hand dieser Analysen wird der Abfall

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des Kohlenstoffgehaltes verfolgt und so eingestellt, daß der Kohlenstoffgehalt mit Erreichen der Abstichtemperatur ebenfalls den gewünschten Wert aufweist. Eine letzte Probe wird entnommen, wenn die Zugabe von SchwammeisenpelletB beendet ist.

Es ist keine Raffinierperiode notwendig, so daß der Abstich erfolgen kann» sobald die Zusammensetzung der letzten Probe vorliegt. Da das verwendete Material normalerweise keine Schwierigkeiten im Hinblick auf einen Schwefel- oder Phosphorgehalt verursacht, ist es möglich, ohne Zusatz von Kalk zu arbeiten oder die Einschmelzschlacke zu entfernen und durch eine zweite Schlacke zu ersetzen.

Es wurden Stähle folgender Zusammensetzung hergestellt, wobei die Herstellung von Betonstählen mittlerer Festigkeit überwog.

Stahlsorte C Si Mh S P ^(Gewsiaiⁿ)

Intermediate °»50-0,34 0,15-0,30 0,45-0,65 O.O5QjbxO.O5O max

32

Intermediate 28 0,28-0,32 0,15-0,30 0,45-0,65 0.050μκ 0.050 max (Betonetahle)

A 36 0,12-0,17 0,15-0,30 0,50*0,75 0.045 max 0.040 max

(ASTM)

Ausführungsbeispiel 1

Die iüllung de« 15 t Ofens bestand aue 2720 kg Schrott und 5620 kg Schwaemeieenpellete der vorstehend beschriebenen

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Zusammensetzung "A^w sowie 1-81 kg Petroleum-Koks· Fach dem Einfahren der Elektroden wurde 24 Minuten lang Strom zur -Bildung von Metallschmelze unter den Elektroden zugeführt und danach Schwammeisenpellets in einer Größe von 16 - 4*8 mm kontinuierlich in einer durchschnittlichen Menge von 181 kg/Minute· Insgesamt würden 6350 kg Pellets kontinuierlich zugegeben, so daß 81,5 $ des Metallinhaltes aus Schwammeisenpellets stammten.

folgender Zeitablauf wurde benötigt :

Stromeinschaltung 0 Minuten

Beginn der Chargierung von Pellets 24 "

Ende " " " ^H 69 "

Abstich der Schmelze 84 "

Der Energieverbrauch betrug 580 KWh/t erzeugtem Stahl.

Für die Behandlung einer Charge nach den üblichen Verfahren nur unter Einsatz von Schrott im selben Ofen wurden 161 Minuten und ein Energieverbrauch von 640 KWh/t benötigt. Die Zeitersparnis betrug also 47,8 ?£.

Ausführungsbeispiel 2

Sie füllung des 25 t Ofens bestand aus 4530 kg Stahlschrott, 9100 kg Schwammeisen in form, von Pelletsbruch der Zusammensetzung ^HB^N und 195 kg Petroleum-Koks. 32 Minuten nach der Stromeinschaltung wurden durchschnittlich 227 kg Pelletsbruch/Minute mit einer SrSBe unter 4,8 mm kontinuierlich bis zu einer

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Gesamtmenge von 11 300 kg zugegeben. 82 $> des Metallinhaltes stammten aus Schwammeisen.

Folgender ^eitablauf wurde benötigt :

Stromeinschaltung 0 Minuten

Beginn der Chargierung von Pelletsbruch 32 "

Ende ■ » η « 99 "

Abstich 138 "

Der Energieverbrauch betrug 560 KWh/t erzeugten Stahl.

Die Ofenleietung betrug 10,6 t Stahl/h.

Bei der Verarbeitung nur von Schrott im selben Ofen betrug die Ofenleistung 8,3 t Stahl/h mit einem Energieverbrauch von 570 KWh/t.

Die Ofenleistung wurde also um 28 # erhöht·

Ausführungsbeispiel 3

Die Füllung des 15 t Ofens bestand aus 6200 kg Schrott, 2220 kg Schwammeisenpellet der Zusammensetzung "C" (mit hohem TiOg-Gehalt) und 181 kg Petroleum-Koke. 26 Minuten nach der Stromeinschaltung wurden durchschnittlich 195 kg Pellets/Minute bis zu einer Gesamtmenge von 8650 kg zugegeben. 63,5 # des Metallinhaltes stammten aus Schwammeisen·

/06

O	Minuten
26	η
71	ti
95	η

Folgender Zeitablauf wurde benötigt

Stromeinschaltung

Beginn der Chargierung von Pellets

Ende " ^w " "

Abstich

Der Energieverbrauch betrug 712 KWh/t erzeugten Stahl. Das ist ein tragbarer Energieverbrauch, wenn berücksichtigt wird, daß dieses Material einen hohen G-angartanteil von 19,5 # enthielt, und der Sauerstoffgehalt des Schwammeisens mit 1,71 # beträchtlich über dem bevorzugten Bereich von 0,6 bis 1,2 9^ lag.

Bei der Verarbeitung nur von Schrott einer ähnlichen Zusammensetzung wurden 171 Minuten und 652 KWh/t benötigt.

Dieses Beispiel zeigt, daß κχ entgegen einer weitverbreiteten Ansicht titanhaltiger Eisenschwamm zur Herstellung von Stahl verwendet werden kann, und aus diesem Material nach dem erfindungsgemäßen Verfahren befriedigende Schlacken hergestellt werden können, wobei der Energieverbrauch in tragbaren Grenzen bleibt.

In den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 fand ein kräftiges, stetiges Kochen im Metallbad während der Zugabe der Pellets statt.

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Dieses Kochen verbesserte die Wärmeübertragung und ermöglichte ein leichtes Eindringen der Pellets in die Schlackenschicht, wodurch die Aufnahme des Bades vergrößert werden konnte, ohne daß die unerwünschten Ansammlungen von ungeschmolzenem Material auf der Schlacke eintraten»

Ausführungsbeispiel 4 ϊ

Dieses Beispiel zeigt die erfindungsgemäße Arbeitsweise mit Schwammeisenpellets der Zusammensetzung "D¹¹, die einen geringen Sauerstoff- λ gehalt von 0,1 $> haben.

Die Füllung des 25 t Ofens bestand aus 3600 kg Schrott, 5880 kg Pellets und 91 Kg Koks. 27 Minuten nach der Stromeinschaltung wurden Pellets in einer Menge von 181 kg/Minute zugegeben, wie sie in den vorhergehenden Beispielen ohne Schwierigkeiten verwendet wurden. Es wurde jedoch festgestellt, daß sich in den Schmelzlöchern um die Elektroden Ansammlungen von ungeschmolzenen Pellets bildeten.

Die Zugabe der Pellets mußte auf 150 kg/Minute verringert werden, ' um das Gleichgewicht zwischen Zugabe und Einschmelzen herzustellen. Bei Verwendung dieser hochmetallisierten Pellets trat kein Kochen des Bades ein und die Auflösung der Pellets in der Schlacke wurde verzögert. Das Fehlen des Kochens und die Ansammlung von Pellets verursachte unregelmäßige Wirbelströme im Bad, die ihrerseits Wellen auf der Badoberfläche erzeugten, die wiederum ein häufiges

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Erlöschen und Zünden der Lichtbogen verursachten.

Die gesamte Energieaufnahme lag deshalb niedriger als gewöhnlich, wodurch die Zugaberate der Pellets wiederum erniedrigt werden mußte, um den erforderlichen Temperaturanstieg einzuhalten. Die Schmelzzeit betrug 177 Minuten und der Energieverbrauch 63i? KWh/t erzeugten Stahl. Diese Werte sind vergleichbar mit denen der bekannten Verfahren.

Aus Beispiel 4 und in geringerem Ausmaß aus Beispiel 3 geht hervor, daß eine untere Grenze des Sauerstoffgehaltes des Schwammeisens eingehalten werden muß, wenn eine erfolgreiche kontinuierliche öhargierung erzielt werden soll. Es ist wahrscheinlich, daß ein au hoher Sauerstoffgehalt im Schwammeisen zu einer zu starken Kochbewegung und einem zu hohen Kohlenstoffverbrauch führt und zusätzliche Xeit für eine Wiederaufkohlung während der Raffinierperiode erfordert.

\ Wenn hochmetallisierte Pellets nach den erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden müssen, ist es vorteilhaft, sie zusammen mit Eisenoxyden, wie z.B. Zunder oder feinkörnigen oxydischen Eisenerzen zu chargieren und so den Mangel an Sauerstoff in den Pellets auszugleichen.

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Ausführungsbeispiel 5

Die füllung des 25 t Ofens bestand aus 2630 kg Schrott, 3860 kg Roheisen und 5030 kg Schwammeisengranalien der Zusammensetzung "E" mit einer Größe von 97 # kleiner 10 mesh, d.h. kleiner 1,6 mm. 47 Minuten nach der Stromeinschaltung wurden durchschnittlich 198 kg der Schwämmeisengranalien/Minute zugegeben. Während der Ohargierzeit schäumte die Schlacke auf und hüllte die Lichtbogen vollständig ein. Diese Erscheinung dürfte auf die Reduktion der Oxyde in der Schlackenschicht zurückzuführen sein (die feinkörnigen Teilchen konnten wahrscheinlich die Schlackenschicht nicht vollständig durchdringen). Dadurch wurde der erwünschte Effekt der vollständigen Isolierung der Lichtbogen erzielt und so der Abbrand der Ofenauskleidung verhindert,

Folgender Zeitablauf wurde benötigt i

Stromeinschaltung 0 Minuten

Beginn der Ohargierung von Pellets-Granalien 47 Minuten Ende der Ohargierung von Pellets-Granalien 111 Minuten Abstich 139 Minuten

Der Energieverbrauch betrug 540 KWh/t erzeugten Stahl, gegenüber einem Verbrauch von 570 KWh/t bei der Verarbeitung nur von Schrott.

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Die Erniedrigung des Energieverbrauches war auf das Aufschäumen der Schlacke zurückzuführen, wodurch die Wärmeverluste des Metallbades verringert wurden.

Die Durchsatzleistung des Ofens lag mit 11,4 t/h um 38 f> höher als bei der Verarbeitung von Schrott mit 8_f3 t/h.

Ausführungsbeispiel 6

Die Füllung des 25 t Ofens bestand aus 6120 kg Schrott, 2120 kg Roheisen und 6260 kg Pellets der Zusammensetzung "£"· 24 Minuten nach der Stromeinschaltung wurden durchschnittlich 174 kg Pellets und Pelletsbruch/Minute kontinuierlich bis zu einer Gesamtmenge von 10 400 kg zugegeben. 70 i» bestanden aus Pellets mit einer Größe von 16 - 4,8 mm und 30 # aus Pelletsbruch mit einer Größe unter 4,8 mm. 69 i» des Metallinhaltes stammten aus Schwämme is en.

Folgender Zeitablauf wurde benötigt :

Stromeinschaltung

Beginn der Chargierung von Schwammeisen Ende η η n ti Abstich

Der Energieverbrauch betrug 555 KWh/t erzeugten Stahl bei einer Leistungsaufnahem von 7,1 Megawatt. Die Durchsatzleistung des Ofens

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0	Minuten
24	H
69	η
87	η

betrug 10,4 t/h und lag damit 25,4 $> über der leistung des Ofens bei der Verwendung nur von Schrott von 8,3 t/h. Es wurde eine schaumige Schlacke von etwa 30 cm Dicke an jeder der Stellen erzielt, an der das Schwammeisen zugegeben wurde und hüllte die Lichtbögen ein.

Eine Versuchsserie ergab, daß der Energieverbrauch auf 525 KWh/t gesenkt werden kann.

Mit größeren Ofeneinheiten ist ein Energieverbrauch von über 350 KWh/t beim Einsatz von kaltem Material oder ein Verbrauch von 250 KWh/t beim Eineatz von heißem Metall oder durch Vorheizung der Chargenbestandteile zu erzielen im Vergleich zu 400 KWh/t bei der Verarbeitung nur von Schrott aleine. Zum Beispiel kann das Schwammeisen in neutraler Atmosphäre bis auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes vorgewärmt werden.

In fig· 5 wird ein Fließschema einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Der Ofen A ist in Serienschaltung mit einem oder mehreren ßaffinieröfen B geschaltet« Ofen A wird mit Schrott und einem kohlenstoffhaltigen Material,wie z.B. Petroleum-Koks beschickt und erzeugt ein geschmolzenes Material, das in die öfen B überführt wird, z.B. mittels Grießpfannen. Hach der -Bildung einer Schlackenschicht auf den Metallschmelzen in dem Ofen B wird Schwammeisen kontinuierlich aufgegeben.

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Iegierungselemente und Flußmittel, wie z.B. Perrömangan, Ferrosilizium, Kalk oder dergl., können dem Bad zugesetzt werden. Die Öfen können so betrieben werden, daß die fertige Stahlschmelze kontinuierlich abgestochen wird, indem die Menge an abgestochenem Material in Übereinstimmung mit der Beschickungsmenge gebracht wird.

Der Ofen kann auch einem Drehrohrofen nachgeschaltet werden, und das dort erzeugte Schwammeisen direkt in den Ofen chargiert werden.

Es ist auch möglich, Grauguß herzustellen, indem das Metallbad nach der Einschmelzperiode wieder aufgekohlt wird.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Ofen nur einmal zu -Beginn in konventioneller Weise gefüllt werden müssen, während das restliche Material in Form von Schwammeisenpellet kontinuierlich in Zonen der Lichtbögen chargiert werden kann, und daß eine beträchtliche Verringerung der Schmelzzeit erzielt wird, so daß die Durchsatzleistung der Ofen um mehr als 25 $ bis zu 60 i> gesteigert werden kann.

Die Steigerung der Durchsatzleistung des 25 t Ofens ist in Pig. im Vergleich zu der Leistung bei der Verarbeitung von Schrott allejne dargestellt. Es wurden die Chargen mit Schwammeisen der Zusammensetzung B,D,E,? und G aufgetragen.

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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die lichtbogen stabilisiert werden und eine höhere und gleichmäßigere Energieaufnahme erzielt, werden kann, wie aus dem Vergleich der Pig. 6 und 7 hervorgeht, und daß der Energieverbrauch geringer ist.

Weiterhin wird durch die Zugabe des Schwammeisens zwischen Ofenwand und Elektroden die Auskleidung des Ofens während der Chargierdauer gegen die Hitzeeinwirkung geschützt. Während der Chargierdauer kann dementsprechend mit maximaler Energieaufnahme gearbeitet werden. f

Durch die Chargierung von kleinem Eisenschwamm kann eine kontrollierte Aufschäumung der Schlacke erzielt werden, wodurch die Lichtbogen eingehüllt werden, der Wärmetransport verbessert, der Energieverbrauch bei höherer Energieaufnahme verringert wird und die Auskleidung des Ofens vor Hitzeschäden geschützt wird.

Der Einsatz von Schwammeisen kann mindestens bis zu 80 # der gesamten Charge betragen, ohne daß die Bildung von Ansammlungen von festem Material auf der Schlacke eintreten. Dadurch kann ein Stahlschrott mit wechselnden und unbekannten Verunreinigungen wesentlich einfach zu Stahl verarbeitet werden, da ein großer Prozentsatz von bekanntem und gleichbleibendem Material in Form von Schwammeisen zugesetzt werden kann.

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Die Raffinierperiode kann "bei der Verwendung von Schwämme is en praktisch eliminiert werden, da der S - und P - Gehalt der Schmelze nach der Beendigung der Einschmelzperiode bereits innerhalb der Toleranzgrenzen für die meisten Stahlsorten liegt.

Die kontrollierte kontinuierliche Zugabe von Schwammeisen mit einem Sauerstoffgehalt von 0,1 - 1,75, vorzugsweise 0,6 - 1,2 ^, bewirkt ein stetiges sehr reaktives Kochen des Bades, so daß der 0 - Gehalt des Bades in vorbestimmter und kontrollierter Weise entfernt wird und die Schmelze den gewünschten 0 - Gehalt aufweist. Auch andere Verunreinigungen werdenauf diese Weise wirkungsvoll aus der Schmelze entfernt.

Die Temperatur der Schmelze kann stetig und kontrolliert so gesteigert werden, daß nach Beendigung der Chargierung die gewünschte Badtemperatur erreicht wird.

- Patentansprüche -

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.) Verfahren zur Erzeugung von Stahl mit 0,02 - 1,8 <f> Kohlenstoffgehalt in Elektro-Lichtbogen-Öfen aus metallisches Eisen enthaltenden Materialien, wobei im Ofen ein xödBairtamackaftÄHUrtd^^B^ Metallbad mit einer Schlackenschicht gebildet wird und festes, kleinstückiges, eisenhaltiges Material in die Schlackenschicht chargiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, eisenhaltige Material, vorzugsweise Eisenschwamm, kontinuierlich in die auf dem Metallbad befindliche Schlackenschicht chargiert wird und seine Zugabemenge pro Zeiteinheit in Abhängigkeit von der elektrischen Leistungsaufnahme des Ofens in der Weise geregelt wird, daß die Metallschmelze nach Beendigung der Zugabe des kleinstückigen, eisenhaltigen Materials im wesentlichen die erforderliche Abstichtemperatur und den gewünschten Kohlenstoffgehalt aufweist.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, eisenhaltige Material in die Nähe der Hitzezonen der j Lichtbögen in den Raum zwischen Elektroden und Ofenwand chargiert wird.

3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, eisenhaltige Material in die um die Elektroden gebildeten Schmelzlöcher chargiert wird.

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4.) Verfahren nach, den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, eisenhaltige Material 76 bis 99,5 Gew.^ Gesamteisen mit 0,1 bis 1,75 Gew.-#, vorzugsweise 0,1 bis
1,15 Gew.-%, oxydisch gebundenen Sauerstoff enthält. .

5.) Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, eisenhaltige Material Kohlenstoff enthält.

6.) Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 80 $> der gesamten Ofenschmelze in Form eisenhaltigen, kleinstückigen Materials chargiert werden und der Energieverbrauch 250 bis 700 KWh pro Tonne eisenhaltiges Material beträgt,

7.) Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß als kleinstückiges, eisenhaltiges Material in Drehrohrofen

Ofen
erzeugtes Schwammeieen heiß in denVcEargiert wird.

) 8.) Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, eisenhaltige Material !DiO₂ enthält.

9«) Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 30 $> des kleinstückigen Materials kleiner als 4,8 mm sind.

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10.) Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, eisenhaltige Material kleiner als 1,6 mm ist.

11.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad aus Schrott, Flußmitteln, Legierungsbestandteilen und Kohlenstoff erschmolzen wird.

12.) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad zum Teil aus kleinstückigem, eisenhaltigem Material erschmolzen wird.

13.) Verfahren nach den Ansprüchen 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad mehr Kohlenstoff enthält als die raffinierte Metallschmelze.

14.) Verfahren nach den Ansprüchen 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die raffinierte Metallschmelze vor dem Abstich aufgekohlt wird. (

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