DE1508222B2

DE1508222B2 - Verfahren zur erzeugung von stahl mit 0,02-1,8% kohlenstoffgehalt in elektro-lichtbogen-oefen aus metallisches eisen enthaltenden materialien

Info

Publication number: DE1508222B2
Application number: DE19661508222
Authority: DE
Inventors: Jaroslaw George Ancaster; Roeder Gordon Alan Burlington; Ontario; Hookings Paul Henry Heathcote Edmonton Alberta; Sibakin (Kanada)
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1965-09-03
Filing date: 1966-08-13
Publication date: 1972-05-18
Also published as: GB1226593A; DE1508222A1; US3472650A; GB1104690A; NL6612226A; MY7000142A; BE686409A; SE381062B; ES353722A2; SE370955B; NO118791B; US3472649A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Stahl mit 0,02 bis 1,8 °/₀ Kohlenstoffgehalt in Elektro-Lichtbogen-Öfen aus metallisches Eisen enthaltenden Materialien, wobei im Ofen ein Metallbad mit einer Schlackenschicht gebildet wird und festes, kleinstückiges, metallisches Eisen enthaltendes Material in die Schlackenschicht chargiert wird.

Die bekannten Elektro-Lichtbogen-Öfen zur Erzeugung von Stahl aus festem, eisenhaltigem Material wie Schrott werden in der Weise betrieben, daß zunächst eine Füllung aus Schrott in den Ofen chargiert wird, diese Füllung 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 Chargierkübels über den Ofen gefahren und in diesen entleert. Die Zeit für jede Chargierung beträgt etwa 4 bis 7 Minuten bei modernen Öfen, in der beträchtliche Wärmeverluste durch Abstrahlung auftreten.

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 Lichtbogen 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 öfter Schrottstücke gegen die Elektroden und verursachen Kurzschlüsse der Lichtbogen, d. h., 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 Beruh-

3 4

rungsstellen zwischen Elektrode—Lichtbogen und Ofens ab. Das aus dem Schmelzofen abgezogene Metall—Lichtbogen auf. Die Zonen der stärksten Material muß anschließend in einem separaten Hitzeentwicklung, die im folgenden mit »Hitzezonen Raffinierofen auf die gewünschte Zusammensetzung der Lichtbögen« bezeichnet werden, erstrecken sich und Temperatur gebracht werden, normalerweise von der der Ofenmitte entgegengesetzten 5 Ein Einsatz von kleinstückigen, metallisches Eisen Seite des Fußes der Elektrode schräg nach unten und enthaltenden Materialien wäre nicht möglich, da bei zur Ofenwand hin auf das Metallbad. Der Wärme- der Aufrechterhaltung einer Schicht von ungeschmolüberhang hängt hauptsächlich von Angebot an kaltem zenen, kleinstückigen, metallisches Eisen enthaltenden Material in der Hitzezone der Lichtbögen ab und Materialien auf der Schlackenschicht die Gefahr des nimmt mit steigender Durchschnittstemperatur des io Zusammenfrittens des chargierten Materials mit er-Metallbades ab. Nach Beendigung des Einschmelz- starrender Schlacke und damit erschwerter Aufschmelzvorganges der Charge muß die Hitzeentwicklung in barkeit — selbst bei der Verwendung von Lichtbögen— diesen Hitzezonen verringert werden, damit die Aus- besteht,
kleidung des Ofens geschont wird. Es wurde auch bereits versucht, Schrott zusammen

Das Verfahren besteht aus fünf Schritten: Ein- 15 mit Schwammeisen einzuschmelzen, jedoch verliefen schmelzvorgang von Schrott, Raffinationsvorgang, diese Versuche im allgemeinen unbefriedigend, da die währenddessen die Verunreinigungen entfernt werden Schmelzzeiten und der Stromverbrauch zu hoch waren, sowie Legierungszusätze und Desoxydationsmittel Infolge ihres Gangartanteiles und ihrer geringen und zugegeben werden, Abstichvorgang, Ausbesserungs- gleichförmigen Größe tendieren die Eisenschwammvorgang des Ofens und Füllungsvorgang. Von diesen 20 partikeln — insbesondere Eisenschwammpellets — Schritten kann der Raffinationsvorgang der variabelste unter dem Einfluß der Ofenhitze zum Zusammensein, da die Länge der Raffination von der Zusammen- backen und Zusammenschweißen und bilden unsetzung der Metallschmelze abhängt, die bei Schrott durchlässige und schwer schmelzbare Nester. variabler und unbekannter Zusammensetzung nicht Bei einigen Direktreduktionsverfahren fällt ein mit genügender Genauigkeit vorherbestimmt werden 25 beträchtlicher Teil des Schwammeisens in einer Größe kann. So liegt z. B. oft der S- und P-Gehalt zu hoch. unter 4,8 mm an, und bei anderen Verfahren fällt der In solchen Fällen muß das sogenannte Zwei-Schlacken- gesamte Austrag noch feiner an. Wurde dieses Material Verfahren angewendet werden, d. h. Abschalten der chargiert, so bildeten sich fest zusammenhängende Stromzuführung, Hochfahren der Elektroden, Ab- Schichten hoher Dichte, besonders wenn dieses ziehen der Schlacke und Erzeugung einer zweiten 30 Material mehr als 20°/₀ der Ofencharge beträgt. Schlacke durch Zusatz von Kalk, Koks, Flußspat und Diese Schichten bildeten Barrieren im Ofen, die das Sand. Dieses Verfahren kann 20 bis 60 Minuten dau- geschmolzene Metall und die Schlacke nicht durchern. Auch der Kohlenstoffgehalt kann oft zu hoch ließen. Dadurch wurde ein umgekehrter Schmelzoder zu niedrig liegen und muß mit zusätzlichem Vorgang verursacht, d. h., die Charge schmilzt von Zeitaufwand berichtigt werden. 35 oben nach unten, und die Lichtbögen beschädigten

Weiterhin muß vor dem Abstich die Badtemperatur den Deckel und die obere Ofenauskleidung. Außer-

in einen engen Temperaturbereich eingestellt werden, dem waren diese Schichten nur unter wesentlich

besonders wenn kontinuierlich abgestochen wird. höherem Stromverbrauch und längerem Zeitaufwand

Verfahren der beschriebenen Art sind bekannt einzuschmelzen. Weiterhin treten Metallverluste ein,

aus der 40 da die feinen Teilchen zum Teil in der Schlacke

USA.-Patentschrift 3 079 247, bei der auf ein Bad verbleiben.

aus Roheisen eine Schicht von Stahlschrott, Eisenerz Diese Nachteile wurden dadurch behoben, daß das

und Schlackenbildnern chargiert wird. Diese Be- Schwammeisen brikettiert wurde und anschließend

Schickung wird von oben zunächst vollständig auf- ohne Schwierigkeiten geschmolzen werden konnte,

geschmolzen und dann anschließend weiter erhitzt 45 Jedoch verursacht die Brikettierung beträchtliche

und in einer separaten Raffinationsperiode zu Stahl Kosten.

weiterverarbeitet; Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem feinbritischen Patentschrift 121 674, in der ausgeführt körnige Eisensorten, wie Rennluppen, Granalien wird, daß ein gleichzeitiges Einschmelzen und Raffi- od. dgl., in Elektro-Lichtbogen-Öfen eingeschmolzen nieren in einem Ofen nicht möglich ist und dement- 5° und anschließend raffiniert werden. Die Chargierung sprechend in einer gesonderten Arbeitsperiode durch- erfolgt diskontinuierlich durch den Deckel des Ofens geführt werden muß; in einer solchen Menge, daß kein Erstarren des bereits

britischen Patentschrift 784 587, bei der metallisches eingeschmolzenen Bades erfolgt (deutsches Patent

Eisen enthaltendes Material zunächst in ungeschmol- 954 699). Die diskontinuierliche Zugabe des Materials zenem Zustand oxydiert, dann eingeschmolzen und 55 hat aber längere Einschmelzzeiten zur Folge, da nach

anschließend raffiniert wird. jeder Materialzugabe das Einschmelzen des zuge-

Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 898 759 gebenen Materials und die Einstellung der Badein Verfahren zur Reduktion von körnigen oder temperatur in der Chargierzone abgewartet werden pulverförmigen Erzen bekannt, bei dem die Erze muß.

ohne vorherige Stückigmachung zusammen mit Reduk- 60 Ein weiteres Verfahren arbeitet in der Weise, daß

tionskohle und schlackenbildenden Stoffen auf ein die Lichtbögen von Schwammeisen bedeckt sind und

flüssiges Schlackenbad in einer gleichmäßigen Schicht- im Schwammeisen eintauchen (USA.-Patent 3153 588).

dicke von z. B. 50 cm aufgegeben werden. Das Diese Arbeitsweise führt jedoch zu der bereits be-

Schlackenbad wird durch elektrische Widerstands- schriebenen Bildung von Eisenschwammnestern, die heizung im flüssigen Zustand gehalten. Das Erz wird 65 schwer schmelzbar sind und zum Kurzschluß führen,

reduziert, und es bilden sich Metall- und Schlacken- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der

tröpfchen, die in die Schlackenschmelze gelangen. Herstellung von Stahl in Elektro-Lichtbogen-Öfen

Das flüssige Metall sinkt dann auf den Boden des die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden,

d. h., die Prozeßzeit zu verkürzen, die Kurzschlüsse zu verringern, die Ofenauskleidung und den Deckel zu schonen und insbesondere diese Vorteile unter Verwendung von Eisenschwamm zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das kleinstückige, metallisches Eisen enthaltende Material 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, metallisches Eisen enthaltenden Materials im wesentlichen die erforderliche Abstichtemperatur und den für die Weiterverarbeitung erforderlichen 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 Schwammeisenpellets/ Minute 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 des Bades, wodurch der Einschmelzvorgang des kleinstückigen, metallisches Eisen enthaltenden 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, metallisches Eisen enthaltende 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, metallisches Eisen enthaltende 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 Schlakkenschicht 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 auch schlechte elektrische Leitfähigkeiten, so 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 »Basen« zu »Säuren«) 1:1 betrug.

SiO₂ ..
Al₂O₃ .
CaO ..
MgO ..
P₂O₃ ..
FeO ..
Andere

Bereich
(Gewichtsprozent)

2 bis 40

0 bis 20

1 bis 50
0 bis 25
0bis2

3 bis 40

Schlacke nach

Einschmelzen

(Gewichtsprozent)

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 allein 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 sicherzustellen.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß das kleinstückige, metallisches Eisen enthaltende Material in die um die Elektroden gebildeten Schmelzlöcher chargiert wird.

Als kleinstückiges, metallisches Eisen enthaltendes Material wird vorzugsweise ein Material verwendet, das 76 bis 99,5 Gewichtsprozent Gesamteisen mit 0,1 bis 1,75 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 1,15 Gewichtsprozent, oxydisch gebundenen Sauerstoff enthält.

Eine Ausgestaltung besteht darin, daß das kleinstückige, metallisches Eisen enthaltende Material aus Eisenschwamm besteht.

Die Zugabe an kleinstückigem, metallisches Eisen enthaltendem Material kann bis zu 80 °/₀ der gesamten Ofenschmelze erfolgen, und der Energieverbrauch beträgt 250 bis 700 kWh/t metallisches Eisen enthaltendes Material.

Das kleinstückige, metallisches Eisen enthaltende Material kann Kohlenstoff enthalten.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß als kleinstückiges, metallisches Eisen enthaltendes Material in Drehrohrofen erzeugtes Schwammeisen heiß in den Ofen chargiert wird.

Weiterhin ist es nach den erfindungsgemäßen Verfahren möglich, kleinstückiges, metallisches Eisen enthaltendes Material mit einem TiO₂-Gehalt zu verwenden.

Die Verwendung eines kleinstückigen, metallisches Eisen enthaltenden Materials mit mindestens 30% kleinerer als 4,8 mm Größe ergab gute Ergebnisse.

Auch mit einem kleinstückigen, metallisches Eisen enthaltenden Material in einer Größe unter 1,6 mm wurden gute Ergebnisse erzielt.

Das Metallbad kann aus einer Füllung aus Schrott, Flußmitteln, Legierungsbestandteilen und Kohlenstoff erschmolzen werden, es kann aber auch teilweise aus kleinstückigem, metallisches Eisen enthaltendem Material erschmolzen werden, das als Füllung chargiert wird.

Eine Ausgestaltung besteht darin, daß das Metallbad mehr Kohlenstoff enthält als die raffinierte Metallschmelze.

7 8

Falls erforderlich, wird die raffinierte Metallschmelze schickt und der Deckel 14 wieder aufgesetzt. Es ist

vor dem Abstich auf den gewünschten Kohlenstoff- auch möglich, der ersten Beschickung Schwammeisen

gehalt aufgekohlt. zuzusetzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Die Elektroden 24, 26, 28 werden bis in die Nähe der

Zeichnungen und Beispiele näher erläutert. 5 Oberfläche der Beschickung abgesenkt und eine vor-

F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines drei- herbestimmte Spannung an jede Elektrode gelegt, so

phasigen Elektrolichtbogenofens des Typs, wie er für daß Lichtbögen zwischen den Elektroden und der

das Verfahren der Erfindung verwendet wird; Beschickung entstehen. Der Schrott in der Nähe der

Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang Linie2-2 in . Lichtbögen wird erhitzt und geschmolzen. Der Ab-F i g. 1 und zeigt die Ausbildung der Schmelzhöhlen, io stand zwischen Elektroden und Schrott wird durch die sich zu einem dreieckigen Schmelzraum vereinigt Absenken der Elektroden während des Schmelzhaben; Vorganges stets auf optimalen Werten gehalten. Die

F i g. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt entlang der Steuerung erfolgt durch ein elektrisches Kontroll-Linie 3-3 in F i g. 2 und zeigt die Chargierung von system, das für eine Aufrechthaltung der Lichtbögen Schwammeisen in der Nähe der Elektrode; 15 oder, falls erforderlich, Wiederzündung der Licht-

F i g. 4 ist eine schematische Darstellung des Ofens bögen und maximale Wärmeerzeugung sorgt. Auf

mit einem Chargiersystem für die kontinuierliche diese Weise werden die Elektroden unabhängig von-

Zugabe von Schwammeisen; einander durch die Beschickung geführt, wobei die

F i g. 5 zeigt ein Fließschema für die Stahlherstellung Beschickung in der Umgebung der Elektroden gegemäß der Erfindung; 20 schmolzen wird und sich Schmelzhöhlen 60 bilden,

F i g. 6 ist eine graphische Darstellung von Chargen- an deren Böden sich ein Metallbad 61 mit einer

gewicht und Leistungsaufnahme in Beziehung zu der Schlackenschicht 71 bildet. Die einzelnen Metallbäder

Behandlungszeit für den Einschmelzvorgang und die verbinden sich zu einem einzigen Bad, das eine

Raffinationsperioden bei bekannten Verfahren unter dreiblättrige Form hat und in der Mitte des Ofens

Verwendung von Schrott; 25 liegt. Das Metallbad ist ringsum von einem Wall 71

F i g. 7 zeigt dieselbe Darstellung wie in F i g. 6 für aus ungeschmolzener Beschickung umgeben, der die

das Verfahren der Erfindung unter kontinuierlicher Ofenauskleidung schützt.

Chargierung von Schwammeisen; In diesem Betriebszustand erfolgt die kontinuierliche

F i g. 8 zeigt den Einfluß des restlichen Sauerstoff- Zugabe von Schwammeisen 73 in das Metallbad,

gehaltes im eingesetzten Schwammeisen auf die 30 vorzugsweise in und in die Nähe der Lichtbogenzone.

Durchsatzleistung des Ofens. . .

Der Ofen 10 hat einen zylindrischen Mantel 12 und Ausfuhrungsbeispiele

einen entfernbaren Deckel 14, der über die Arme 16 Es wurden zwei dreiphasige Lichtbogenöfen von

an dem Mast befestigt ist. Die Arme 16 können durch 15 und 25 t Fassungsvermögen verwendet, die von

ein hydraulisches oder mechanisches System, das 35 einem 8000-KVA-Umformer gespeist wurden,

sich im Mast 18 befindet, angehoben oder gesenkt Die Füllung (Beschickung vor dem Anfahren)

werden. Drei Elektroden 24, 26 und 28 sind mittels der wurde mit Schwammeisen und Stahlschrott durchge-

Arme 32, 34 und 36 an den Masten 29, 30 und 31 be- führt.

festigt und können unabhängig voneinander durch im Der Schrott bestand aus etwa 65 °/₀ gemischtem,

Deckel 14 angebrachte Öffnungen angehoben oder 40 nicht vorbehandeltem Material und ungefähr 35 °/₀

gesenkt werden. Die Masten 18, 29, 30 und 31 sind auf schwerem, geschmolzenem Material,

einer Plattform 20 befestigt, die auf Rädern 22 um Der Kohlenstoff wurde in Form von Petroleum-

ihre Achse schwenkbar ist, so daß der Deckel 14 und Koks (wegen seiner geringen Kosten) der Füllung

die Elektroden zu einer Ofenseite weggefahren werden zugegeben.

können und der Ofen mit Schrott od. dgl. beschickt 45 Die Füllung wurde teilweise geschmolzen unter

werden kann. Zwischen den Öffnungen für die Elek- Verwendung einer Energie von 6,8 Megawatt im

troden 24,26,28 und dem Mantel 12 sind im Deckel 14 Ofen, die aus dem Betriebskreis entnommen wurde.

Chargieröffnungen angebracht, auf denen Beschik- Dann wurden Schwammeisenpellets kontinuierlich in

kungsrohre 48, 50 und 52 starr befestigt sind. Die geregelten Mengen zugegeben. Die anfängliche Be-

Beschickungsrohre haben an ihren oberen Enden 50 schickungsmenge betrug 136 bis 227 kg/Min. Mit

Muffen 46, an die drei Zuführungsrohre 40, 42 und 44 steigender Schmelzzeit wurde die Beschickungsmenge

mittels teleskopartig beweglicher Verlängerungsstücke so variiert, daß die Pellets sofort einschmolzen, wenn

41, 43 und 45 angeschlossen sind. Die Zuführungs- sie die Schlacke berühren und in sie eindringen,

rohre 40, 42, 44 sind an einer Zuteilvorrichtung 56 Wenn sich Ansammlungen von Pellets auf der Schlacke

angeschlossen, die eine unabhängige Regelung der 55 bildeten, wurde die Beschickungsmenge geringfügig

Materialzuführung zu jedem Zuführungsrohr ermög- verringert, so daß sich die Ansammlungen auflösten

an deren Böden sich ein Metallbad 61 mit einer und die Badtemperatur wieder erreicht wurde. Nach

licht. Mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch einer Zugabe von ungefähr 910 kg Schwammeisen-

betriebene Zylinderkolben 58 ermöglichen eine Ver- pellets wurde die Transformatoreinstellung in der

längerung oder Verkürzung der Verlagerungsstücke 41, 60 Weise geändert, daß kürzere Lichtbögen auftreten,

43, 45. Die Zuteilvorrichtung 56 wird über eine wobei die Leistungsaufnahme nur geringfügig ab-

Dosiervorrichtung 51 und ein Becherwerk 49 aus dem sinkt.

Bunker 53 kontinuierlich beschickt. Die kontinuierliche Zugabe von Pellets wird unter

Zur Beschickung des Ofens 10 werden Deckel 14 diesen Bedingungen weitergeführt, wobei die Zugabe- und Elektroden 24, 26, 28 angehoben und zur Seite 65 menge entsprechend der Badtemperatur eingestellt gefahren. Der Ofen 10 wird mit Eisenschrott und/oder wird. Wenn die für ein kontinuierliches Gießen erStahlschrott und, falls erforderlich, Flußmitteln, forderliche Temperatur von 1620 bis 1650° C erreicht ist, Legierungsbestandteilen und Aufkohlungsmitteln be- ist auch die Zugabe der Schwammeisenpellets beendet.

In der nachfolgenden Tabelle ist die chemische Zusammensetzung von verwendeten Schwammeisenpellets in Gewichtsprozent wiedergegeben:

Fe, gesamt

Fe, metallisch ...
Fe, oxydisch ....
Sauerstoff in Fe,

oxydisch

C

Gangart

S

P

Ti

CaO

SiO₂

Al₂O₃

Andere Gangart .
Metallisierung, %

92,80

89,94

3,68

0,82 0,098

0,008

0,32 1,47 3,88 0,60

96,9

87,70

82,54

5,17

1,15 0,409

0,051

1,35 2,52 4,84 1,87 0,10 94,1

°/₀ Metallisierung =

78,70 90,85

72,73 90,20 7,68

1,71 0,10

0,125 0,15

0,014 0,008 0,046 10,9

0,7 0,60

o;7 2,40

1,2 2,04

5,4 0,96 0,5

92,4 99,28

°/₀ Fe metallisch 97,09

94,11

3,83

0,85
0,194

0,029

0,20
0,58
0,50
0,56

97,0

94,59

91,35

3,24

0,72 0,42

0,010

0,76 0,64 1,86 1,00

96,6

89,3 83,2 7,86

1,75 0,19

0,042

0,20 0,66 3,88 0,17 4,60 94,3

°/₀ Fe gesamt 100.

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

Si Mn

(Gewichtsprozent in Stahl)

Intermediate 32 ..

Intermediate 28 ..

(Betonstähle) A 36

(ASTM)

0,30 bis 0,34 0,28 bis 0,32

0,12 bis 0,17

0,15 bis 0,30 0,15 bis 0,30

0,15 bis 0,30 0,45 bis 0,65
0,45 bis 0,65

0,50 bis 0,75

0,050 max 0,050 max

0,045 max

0,050 max 0,050 max

0,040 max

Ausführungsbeispiel 1

Die Füllung des 15-t-Ofens bestand aus 2720 kg Schrott und 5620 kg Schwammeisenpellets der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung »A« sowie 181 kg Petroleum-Koks. Nach 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 bis 4,8 mm kontinuierlich in einer durchschnittlichen Menge von 181 kg/Min. Insgesamt wurden 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 Minuten Ende der Chargierung von Pellets .. 69 Minuten Abstich der Schmelze 84 Minuten

Der Energieverbrauch betrug 580 kWh/t erzeugten 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

Die Füllung des 25-t-Ofens bestand aus 4530 kg Stahlschrott, 9100 kg Schwammeisen in Form von Pelletsbruch der Zusammensetzung »B« und 195 kg Petroleum-Koks. 32 Minuten nach der Stromeinschaltung wurden durchschnittlich 227 kg Pelletsbruch/ Minute mit einer Größe unter 4,8 mm kontinuierlich bis zu einer Gesamtmenge von 11300 kg zugegeben. 82% des Metallinhaltes stammten aus Schwammeisen.

Folgender Zeitablauf wurde benötigt:

Stromeinschaltung 0 Minuten

Beginn der Chargierung von Pelletsbruch 32 Minuten

Ende der Chargierung von Pelletsbruch 99 Minuten

Abstich 138 Minuten

Der Energieverbrauch betrug 560 kWh/t erzeugten Stahl. Die Ofenleistung betrug 10,61 Stahl/h.

Bei der Verarbeitung nur von Schrott im selben Ofen betrug die Ofenleistung 8,31 Stahl/h mit einem Energieverbrauch von 570 kWb/t.

Die Ofenleistung wurde also um 28 °/₀ erhöht.

Ausführungsbeispiel 3

Die Füllung des 15-t-Ofens bestand aus 6200 kg Schrott, 2220 kg Schwammeisenpellets der Zusammensetzung »C« (mit hohem TiO₂-Gehalt) „und 181 kg Petroleum-Koks. 26 Minuten nach der" Stromeinschaltung wurden durchschnittlich 195 kg Pellets/ Minute bis zu einer Gesamtmenge von 8650 kg zugegeben. 63,5 °/₀ des Metallinhaltes stammten aus Schwammeisen.

Folgender Zeitablauf wurde benötigt:

Stromeinschaltung 0 Minuten

Beginn der Chargierung von Pellets 26 Minuten Ende der Chargierung von Pellets .. 71 Minuten Abstich 95 Minuten

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

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

Dieses Beispiel zeigt, daß 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.

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

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/Min, 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

ίο 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 Erlöschen und Zünden der Lichtbögen 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 635 kWh/t erzeugten Stahl. Diese Werte sind vergleichbar mit denen der bekannten Verfahren.

Aus dem Ausführungsbeispiel 4 und in geringerem Ausmaß aus dem Ausführungsbeispiel 3 geht hervor, daß eine untere Grenze des Sauerstoffgehaltes des Schwammeisens eingehalten werden muß, wenn eine erfolgreiche kontinuierliche Chargierung erzielt werden soll. Es ist wahrscheinlich, daß ein zu hoher Sauerstoffgehalt im Schwammeisen zu einer zu starken Kochbewegung und einem zu hohen Kohlenstoffverbrauch führt und zusätzliche Zeit 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.

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 °/₀ kleiner 10 mesh, d. h. kleiner 1,6 mm. 47 Minuten nach der Stromeinschaltung wurden durchschnittlich 198 kg der Schwammeisengranalien/ Minute zugegeben. Während der Chargierzeit schäumte die Schlacke auf und hüllte die Lichtbögen 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 Lichtbögen erzielt und so der Abbrand der Ofenauskleidung verhindert.
Folgender Zeitablauf wurde benötigt:

60

Dieses Beispiel zeigt die erfindungsgemäße Arbeitsweise mit Schwammeisenpellets der Zusammensetzung »D«, die einen geringen Sauerstoffgehalt 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/Min, zugegeben, wie sie in den

Stromeinschaltung 0 Minuten

Beginn der Chargierung von Pellets-Granalien 47 Minuten

Ende der Chargierung 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.

13 14

Die Erniedrigung des Energieverbrauches war auf Der Ofen kann auch einem Drehrohrofen nachge-

das Aufschäumen der Schlacke zurückzuführen, schaltet werden und das dort erzeugte Schwammeisen

wodurch die Wärmeverluste des Metallbades ver- direkt in den Ofen chargiert werden,

ringert wurden. Es ist auch möglich, Grauguß herzustellen, indem

Die Durchsatzleistung des Ofens lag mit 11,4 t/h 5 das Metallbad nach der Einschmelzperiode wieder

um 38 °/o höher als bei der Verarbeitung von Schrott aufgekohlt wird,

mit 8,3 t/h. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die

λ η, -ν u ·«,· ι f. Öfen nur einmal zu Beginn in konventioneller Weise

Ausfuhrungsbeispiel 6 ^ _werden ^^ ^^ _{dag resüiche Matedal}

Die Füllung des 25-t-Ofens bestand aus 6120 kg io in Form von Schwammeisenpellet kontinuierlich in

Schrott, 2120 kg Roheisen und 6260 kg Pellets der Zonen der Lichtbögen chargiert werden kann, und

Zusammensetzung »F«. 24 Minuten nach der Strom- daß eine beträchtliche Verringerung der Schmelzzeit

einschaltung wurden durchschnittlich 174 kg Pellets erzielt wird, so daß die Durchsatzleistung der Öfen

und Pelletsbruch/Minute kontinuierlich bis zu einer um mehr als 25 bis zu 60 % gesteigert werden kann.

Gesamtmenge von 10400 kg zugegeben. 70% bestan- 15 Die Steigerung der Durchsatzleistung des 25-t-Ofens

den aus Pellets mit einer Größe von 16 bis 4,8 mm ist in F i g. 8 im Vergleich zu der Leistung bei der

und 30°/₀ aus Pelletsbruch mit einer Größe unter Verarbeitung von Schrott allein dargestellt. Es wurden

4,8 mm. 69% des Metallinhaltes stammten aus die Chargen mit Schwammeisen der Zusammen-

Schwammeisen. Setzung B, D, E, F und G aufgetragen.

Folgender Zeitablauf wurde benötigt: 20 Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Licht-

- ■■ 0JrSSSÜü**

1Sa;_mS...:.... 24Mi„u,e„ _Γ |_m Verroh de, Fig. 6.und 7 he,vo_rgA, und

c α α /-n, „· „ , „ daß der Energieverbrauch geringer ist.

Ende der Chargierung von Weiterhin wird durch die Zugabe des Schwamm-

Schwammeisen 69 Minuten . . , _. , ,?,,,. . j-a

i, .. . ₅,w· „₍„ eisens zwischen Ofenwand und Elektroden die AusAbstich 87 Minuten ,, .. . _,. ... , , —. ■ j

Meldung des Ofens wahrend der Chargierdauer gegen

Der Energieverbrauch betrug 555 kWh/t erzeugten die Hitzeeinwirkung geschützt. Während der Chargier-

StabJ bei einer Leistungsaufnahme von 7,1 Megawatt. dauer kann dementsprechend mit maximaler Energie-

Die Durchsatzleistung des Ofens betrug 10,4 t/h und 3° aufnahme gearbeitet werden.

lag damit 25,4% über der Leistung des Ofens bei Durch die Chargierung von kleinem Eisenschwamm der Verwendung nur von Schrott von 8,3 t/h. Es kann eine kontrollierte Aufschäumung der Schlacke wurde eine schaumige Schlacke von etwa 30 cm Dicke erzielt werden, wodurch die Lichtbögen eingehüllt an jeder der Stellen erzielt, an der das Schwammeisen werden, der Wärmetransport verbessert, der Energiezugegeben wurde, und hüllte die Lichtbögen ein. 35 verbrauch bei höherer Energieaufnahme verringert

Eine Versuchsserie ergab, daß der Energieverbrauch wird und die Auskleidung des Ofens vor Hitzeschäden

auf 525 kWh/t gesenkt werden kann. geschützt wird.

Mit größeren Ofeneinheiten ist ein Energieverbrauch Der Einsatz von Schwammeisen kann mindestens von über 350 kWh/t beim Einsatz von kaltem Material bis zu 80% der gesamten Charge betragen, ohne daß oder ein Verbrauch von 250 kWh/t beim Einsatz von 40 die Bildung von Ansammlungen von festem Material heißem Metall oder durch Vorheizung der Chargen- auf der Schlacke eintreten. Dadurch kann ein Stahlbestandteile zu erzielen im Vergleich zu 400 kWh/t schrott mit wechselnden und unbekannten Verunreinibei der Verarbeitung nur von Schrott allein. Zum gungen wesentlich einfach zu Stahl verarbeitet werden, Beispiel kann das Schwammeisen in neutraler Atmo- da ein großer Prozentsatz von bekanntem und gleichsphäre bis auf eine Temperatur unterhalb des Schmelz- 45 bleibendem Material in Form von Schwammeisen zupunktes vorgewärmt werden. gesetzt werden kann.

In F i g. 5 wird ein Fließschema einer Ausführungs- Die Raffinierperiode kann bei der Verwendung von form des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Schwammeisen praktisch eliminiert werden, da der Der Ofen ,4 ist in Serienschaltung mit einem oder S- und P-Gehalt der Schmelze nach der Beendigung mehreren Raffinieröfen B geschaltet. Ofen A wird mit 50 der Einschmelzperiode bereits innerhalb der Toleranz-Schrott und einem kohlenstoffhaltigen Material, wie grenzen für die meisten Stahlsorten liegt,
z. B. Petroleum-Koks, beschickt und erzeugt ein ge- Die kontrollierte kontinuierliche Zugabe von schmolzenes Material, das in die Öfen B übergeführt Schwammeisen mit einem Sauerstoffgehalt von 0,1 bis wird, z.B. mittels Gießpfannen. Nach der Bildung 1,75%, vorzugsweise 0,6 bis 1,2%, bewirkt ein einer Schlackenschicht auf den Metallschmelzen in 55 stetiges sehr reaktives Kochen des Bades, so daß der dem Ofen B wird Schwammeisen kontinuierlich auf- C-Gehalt des Bades in vorbestimmter und kontrolliergegeben, ter Weise entfernt wird und die Schmelze den ge-

Legierungselemente und Flußmittel, wie z. B. Ferro- wünschten C-Gehalt aufweist. Auch andere Verun-

mangan, Ferrosilizium, Kalk od. dgl., können dem reinigungen werden auf diese Weise wirkungsvoll aus

Bad zugesetzt werden. Die Öfen können so betrieben 60 der Schmelze entfernt.

werden, daß die fertige Stahlschmelze kontinuierlich Die Temperatur der Schmelze kann stetig und konabgestochen wird, indem die Menge an abgestochenem trolliert so gesteigert werden, daß nach Beendigung Material in Übereinstimmung mit der Beschickungs- der Chargierung die gewünschte Badtemperatur ermenge gebracht wird. reicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Stahl mit 0,02 bis 1,8 % Kohlenstoffgehalt in Elektrolichtbogenofen aus metallisches Eisen enthaltenden Materialien, wobei im Ofen ein Metallbad mit einer Schlackenschicht gebildet wird und festes, kleinstückiges, metallisches Eisen enthaltendes Material in die Schlackenschicht chargiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, metallisches Eisen enthaltende Material 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, metallisches Eisen enthaltenden Materials im wesentlichen die erforderliche Abstichtemperatur und den für die Weiterverarbeitung erforderlichen Kohlenstoffgehalt aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, metallisches Eisen enthaltende Material in die Nähe der Hitzezonen der Lichtbogen in den Raum zwischen Elektroden und Ofenwand chargiert wird.

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

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, metallisches Eisen enthaltende Material 76 bis 99,5 Gewichtsprozent Gesamteisen mit 0,1 bis 1,75 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 1,15 Gewichtsprozent, oxydisch gebundenen Sauerstoff enthält.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, metallisches Eisen enthaltende Material aus Eisenschwamm besteht.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 80°/₀ der gesamten Ofenschmelze in Form metallisches Eisen enthaltenden kleinstückigen Materials chargiert werden und der Energieverbrauch 250 bis 70OkWh pro Tonne erzeugten Stahl beträgt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als kleinstückiges, metallisches Eisen enthaltendes Material in Drehrohrofen erzeugtes Schwammeisen heiß in den Ofen chargiert wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, metallisches Eisen enthaltende Material TiO₂ enthält.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 30°/₀ des kleinstückigen, metallisches Eisen enthaltenden Materials kleiner als 4,8 mm sind.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinstückige, metallisches Eisen enthaltende Material kleiner als 1,6 mm ist.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 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, metallisches Eisen enthaltendem Material erschmolzen wird.

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

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