DE1583278C - Verfahren zur Herstellung von Stahl im Herdofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl, bei welchem in einem als Herdofen ausgebildeten Schmelzofen mit Sauerstoff gefrischt wird, der mit eroßer Geschwindigkeit auf das Bad eingeblasen wird, wobei die Ofencharge in fester und flüssiger Form als Schrott und Roheisen eingebracht wird und wobei ein ein reduzierendes Gas bildendes Mittel verwendet wird, um eine reduzierende Atmo-Sphäre zu erhalten.

Im allgemeinen werden bei der Stahlherstellung sowohl ein Frischen als auch eine Desoxydation durchgeführt. Beispielsweise wird bei der Stahlherstellung im elektrischen Ofen ein Frischen als erste Stufe des

ίο Verfahrens durchgeführt, wobei Sauerstoff oder Hämatiterz als Hauptquelle für den Sauerstoff verwendet wird. Bei der zweiten Stufe werden Kalk und Lösche zugesetzt, um eine basische carbidischc Schlacke zu bilden, damit die Schmelze reduziert wird. Abschließend ist, wenn hochwertige Stähle hergestellt werden sollen, eine geringe Löffcldesoxydation erforderlich, wobei solche Desoxidationsmittel Ferrosilicium. Ferromangan und Aluminium verwendet werden. Die Zufuhr von Sauerstoff, die unter gewohnlichem Druck mit Hilfe eines Strahls vorgenommen wird, dient in erster Linie nur dazu, den Schrott zu schneiden, um sein Schmelzen zu unterstützen, und den vorliegenden Kohlenstoff zu oxydieren. Weiterhin ist der Schneideeffekt von solchem Sauerstoff beschränkt, und die Verwendung von Sauerstoff in größeren Mengen verursacht eine übermäßige Oxydation, wobei nutzloses Eisenoxid, Fe.,0.,, gebildet wird, welches teilweise in die Außenatmosphärc als roter Rauch entweicht und teilweise als Schlacke in die Schmelze eintritt, wodurch die Stahlausbcute beeinträchtigt wird. Die übermäßige Oxydation macht auch die Reduktion der Schmelze äußerst schwierig, was eine beträchtliche Erhöhung der Produktionskosten zur Folge hat. In der Tat ist es schwierig.

einen zufriedenstellend beruhigten Stahl, der frei von Blasen ist, aus einer Schmelze herzustellen, welche einmal übermäßig oxydiert worden ist, auch wenn große Mengen Desoxidationsmittel verwendet werden.

Beim Offenherdverfahren wird gewöhnlich Schweröl oder ein Gemisch aus Naturgas und Sauerstoff über einen Brenner in den Ofen eingeführt und dient als Hauptquelle für die Hitze. Das Frischen wird unter Verwendung vorerhitzter Luft, Sauerstoffgas.

welche in einem Strahl eingcblascn werden, oder Hämatit ausgeführt, worauf sich die Desoxydation anschließt, welche im wesentlichen in der gleichen Weise wie im Falle der Stahlherstellung im elektrischen Ofen ausgeführt wird. Wie es allgemein bckannt ist, weist der Offenherdofen ein regeneratives System auf, um die Wärmeökonomie des Ofens zu verbessern; dieses System ergibt hocherhitzte Gase und dementsprechend im Ofen eine erhöhte Temperatur. Aber sogar mit einem solchen System war es schwierig, Weißglutgase im Ofen zu erzielen, und die Ofentemperatur war dadurch beschränkt, was eine verhältnismäßig lange Zeit von der Beschickung bis zum Abstich zur Folge hatte.

Weiterhin hat bei den herkömmlichen Stahlhcrstellunasverfahren die Verwendung größerer Mengen Sauerstoffgas einen starken Abtrag der feuerfesten Materialien, welche die Ofendecke und -wandungen und Elektroden bilden, verursacht, und zwar auf Grund des intensivierten Oxydationseffekts des zugeführten Sauerstoffs; diese Tatsache ist natürlich ein weiterer Faktor für die Beschränkung der Verwendung von Sauerstoff im herkömmlichen Verfahren mit Ausnahme der Konverterstahlherstellung.

Ziel der Erfindung ist es, ein neues und verbessertes Stahlherstellungsverfahren im Herdofen zu schaffen, bei welchem die Zeit, die für jeden Stahlherstellungszyklus oder für die Gesamtzeit von der Beschickung bis zum Abstich erforderlich ist, verringert wird und wobei der Durchsatz bei der Stahlherstellung erhöht werden kann, während die Qualität des hergestellten Stahls verbessert oder zumindest auf dem gewöhnlichen Wert gehalten werden kann.

Dieses Ziel wird nach der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß man das ein reduzierendes Gas bildende Mittel zusammen mit der festen Ofencharge in den Ofen einführt und daß man hierauf in den Ofen kontinuierlich eine weitere Menge des ein reduzierendes Gas bildenden Mittels zuführt, wobei der Sauerstoff in den Ofen mit einer Geschwindigkeit eingeblasen wird, die ausreichend ist, um das Erhitzen und den Schmelzvorgang zu beschleunigen, ohne daß eine übermäßige Oxydation des Metallbads bewirkt wird, daß man bei der Anfangsstufe der Schmelz- und Frischperiode eine große Menge Sauerstoffgas und eine geeignete Menge des ein reduzierendes Gas bildenden Mittels in den Herdofen einführt und daß man weiterhin während der Desoxydationsperiode bei gedrosselter Sauerstoffzufuhr eine geeignete Menge des ein reduzierendes Gas bildenden Mittels in die Schmelze im Herd einführt.

In der österreichischen Patentschrift 203 528 wird zwar schon ein Stahlherstellungsverfahren beschrieben, bei welchem in einem als Herdofen ausgebildeten Schmelzofen mit Sauerstoff gefrischt wird, der mit großer Geschwindigkeit auf das Bad eingeblasen wird, doch wird bei diesem Verfahren kein Mittel zugesetzt, welches reduzierende Gase bildet, wie es beim Verfahren der vorliegenden Erfindung der Fall ist. Eine Vorwegnahme oder ein Nahelegen durch diese Druckschrift scheidet somit aus.

Aus der deutschen Patentschrift 945 330 ist es weiterhin bereits bekannt, in einem Herdofen eine reduzierende Atmosphäre herzustellen, jedoch ist diese Maßnahme bei diesem bekannten Verfahren ausschließlich nur für das Fertigmachen (Desoxydieren bzw. Legieren) der Schmelze nach dem Frischen vorgesehen. Eine Verfahrensführung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in dieser Druckschrift ebenfalls nicht vorbeschrieben oder nahegelegt.

Es ist allgemein bekannt, bei der Konverterstahlherstellung ein großes Volumen Sauerstoffgas in die Schmelze einzublasen, um ein heftiges Frischen zu bewirken, was höhere Produktionsgeschwindigkeiten zur Folge hat. Dies ist wegen der Desoxydationsreaktionen möglich, die auf Grund des beträchtlichen Kohlenstoffgehalts des heißen Beschickungsmetalls stattfinden. Bei dem erfindungsgemäßen Stahlherstellungsverfahren wird ein geeignetes Mittel, das ein reduzierendes Gas bildet, in den Herdofen mit dem Ziel eingeführt, daß dieses Mittel die gleiche Rolle spielt wie der Kohlenstoffgehalt des in den Konverter eingebrachten heißen Metalls. So wird gemäß der Erfindung die Einführung einer großen Menge Sauerstoffgas in den Ofen unter hohem Druck möglich gemacht, indem innerhalb des Ofens reduzierende Gase, wie z. B. Kohlenmonoxid, in ausreichenden Mengen gebildet werden, den Ofen mit reduzierenden Flammen aufzufüllen, indem beispielsweise eine ausreichende Menge Schweröl, Kerosin oder ein anderes leicht verfügbares und billiges Mittel auf der Basis von Kohlenwasserstoffen, welches ein reduzierendes Gas bildet, über die Beschickungsmaterialien, wie z. B. Schrott und Kalk, gespritzt wird, um sie in einen mit Öl beschichteten Zustand zu versetzen.

In diesem Zusammenhang muß besonders die Tatsache hervorgehoben werden, daß sich die Verwendung von Öl in diesem Falle vollständig von derjenigen bei herkömmlichen Stahlherstellungsverfahren sowohl dem Prinzip nach als auch der Wirkung nach unterscheidet. Bisher wurde beispielsweise beim Offenherdverfahren mit Hilfe eines Brenners Schweröl in den Ofen lediglich als Brennstoff, welcher die Hauptquelle für die Wärme bildet, zusammen mit Luft und gegebenenfalls zusätzlich mit Sauerstoffgas eingeführt. Im Gegensatz hierzu dient die Verwendung von Schweröl od. dgl. beim erfindungsgemäßen Verfahren der Erzielung einer reduzierenden Ofenatmosphäre, wodurch die Verwendung von großen Sauerstoffgasmengen ermöglicht wird, genauso wie unter dem Effekt des Kohlenstoffgehalts von heißem Metall, welcher das Konverterstahlherstellungsverfahren kennzeichnet.

Die Einführung einer großen Menge Sauerstoffgas in den Ofen kann unter hohem Druck durch einen Strahl je nach dem beabsichtigten Zweck durchgeführt werden, und ein solcher Sauerstoff dient nicht nur dazu, eine Decarburisation der Beschickung und eine Entfernung verschiedener Verunreinigungen durch Oxydation zu bewirken, sondern dient auch dazu, das Ofeninnere auf eine außergewöhnlich hohe Temperatur zu erhitzen und beschleunigt den Schmelzprozeß in merklichem Ausmaße, wobei der Schrott mit erhöhter Geschwindigkeit zusammengeschnitten wird.

Weiterhin können unter der Wirkung der reduzierenden Gase, die in Kombination mit einer solchen Sauerstoffzuführung verwendet werden, Sauerstoff und andere oxydierende Gase im geschmolzenen Stahl vollständig entfernt werden, und die Oxyde im Schrott, einschließlich Erz und Zunder, werden unter der großen Hitze wirksam reduziert. Dies ermöglicht sogar eine Schnellschmelzung und Reduktion von verwittertem, stark verrostetem Schrott, billigem Schrott mit niedrigem Eisengehalt, wie z. B. kurzen Drehspänen, oder sogar Erz, wobei eine hohe Produktionsausbeute erzielt wird.

Es ist hervorzuheben, daß das erfindungsgemäße Verfahren unter anderem die folgenden praktischen Vorteile besitzt. Die Wirkung der reduzierenden Gase zur Ausschließung einer übermäßigen Oxydation der Schmelze ist derart groß, daß Staubabscheidungseinrichtungen, die gewöhnlich zur Behandlung der Abgase aus dem Ofen verwendet werden, weggelassen oder verkleinert werden können. Der Reduktionseffekt der Ofenatmosphäre verhindert außerdem einen größeren Verbrauch an Ofenmaterialien auf Grund von Oxydation.

Das ein reduzierendes Gas bildende Mittel, welches beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, kann aus einer großen Reihe handelsüblicher Kohlenwasserstoffmaterialien ausgewählt werden, wie z. B. Schweröl. Kerosin, Leichtöl und anderen Erdölprodukten, Naturgas, Fetten und fetten Ölen. Jene Produkte mit höheren Octanzahlen müssen mit besonderer Sorgfalt gehandhabt werden, sind aber in ihrer Wirkung intensiv. Unter anderem ist Kerosin empfehlenswert, da es billig und weniger gefährlich

zu handhaben ist und weil es einen besonders guten Effekt ergibt.

Der Zweck der Verwendung eines auf der Basis von Kohlenwasserstoffen aufgebauten, ein reduzierendes Gas bildenden Materials liegt bei dem Verfahren der Erfindung darin, in dem Ofen eine reduzierende Atmosphäre zu bilden, die den Einsatz von großen Mengen Sauerstoff ermöglicht, ohne daß die Gefahr einer überschüssigen Oxydation der Ofenbeschickung besteht, obwohl die Verwendung des Kohlenwasserstoffmaterials eine bestimmte weitere Wirkung haben kann, nämlich die eine zusätzliche Wärmequelle für den Ofen darzustellen, und zwar in indirekter Weise, indem eine verstärkte Sauerstoffzufuhr gestattet wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Kohlenwasserstoff und das Sauerstoffgas in den Ofen unabhängig voneinander eingebracht werden und daß sie nicht als Verbrennungsmaterialien gedacht sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren für die Stahlherstellung im offenen Herd soll nunmehr im einzelnen beschrieben werden.

Hierbei kann reduzierendes Gas einfach dadurch erzeugt werden, daß Beschickungsmaterialien einschließlich Schrott verwendet werden, die vorher mit einem geeigneten Kohlenwasserstoffmaterial, wie z. B. Schweröl oder Kerosin, behandelt werden, wodurch das Ofeninnere mit reduzierenden Flammen erfüllt wird, während andererseits eine große Menge Sauerstoffgas eingeblasen wird, um die Beschickungsmaterialien mit einer erhöhten Geschwindigkeit zu schmelzen. Diese Arbeitsweise ermöglicht in Kombination mit der Einführung eines Brennstoffs als Wärmequelle durch einen Brenner, welche für den Offenherdofen typisch ist, ein Arbeiten unter außergewöhnlich hoher Hitze, wodurch die Schmelzzeit in einem überraschenden Ausmaß verkürzt wird, was wiederum die Herstellung von Stahl mit guter oder sogar besserer Qualität bei niedrigeren Kosten möglich macht.

In der Folge sind die Verfahrensdaten des erfindungsgemäßen und des herkömmlichen Stahlherstellungsverfahrens angegeben, welche in der Praxis mit gewöhnlichen 10-t-, 25-t- und 45-t-Elektrobogenöfen unter Verwendung gewöhnlicher Beschickungsmaterialien erhalten wurden.

Bei den herkömmlichen Stahlherstellungsverfahren, bei denen die üblichen Desoxydationsmittel verwendet werden, hat die Verwendung von hochoxydiertem Schrott mit großer Oberfläche die Reduktionsdauer stark ausgedehnt und ergab lediglich eine beschränkte Produktionsausbeute. Im Gegensatz hierzu wurde gemäß der Erfindung festgestellt, daß eine extrem hohe Menge an solchem minderwertigen Schrott, wie z. B. Drehspänen, in Verbindung mit üblichem Schrott oder stückigem Eisen bei einer zufriedenstellenden Produktionsausbeute verwendet werden kann, was durch die Wirkung des CO und anderer reduzierender Gase möglich gemacht wird, die sich aus Schweröl, Kerosin und anderen reduzierende Gase bildenden Materialien bilden, welche in bequemer Weise zu Anfang auf den Boden des Ofens gelegt werden, und zwar mit dem gleichen Effekt, der erzielt wird, wenn Holzkohlestücke verwendet werden, die verhältnismäßig große Mengen CO und Wasserstoffgas in Freiheit setzen. Das heißt also, daß das auf diese Weise verwendete Kohlenwasserstofföl bei seiner Erhitzung CO und andere reduzierende Gase entwickelt, welche jegliche in den Drehspänen enthaltende Oxyde vollständig desoxydieren und sogar bei Einführung überschüssigen Sauerstoffgases für die Oxydationsfrischung eine übermäßige Oxydation wirksam verhindern, welche bisher unvermeidbar war und einen beträchtlichen Eisenverlust in Form von Fe₀O₃ zur Folge hat. Weiterhin wirkt die Bildung reduzierender Gase dahingehend, daß jegliche Verunreinigungen, welche bei der üblichen Betriebsweise

ίο des Ofens im Stahl verbleiben, wobei größere Mengen Desoxydationsmittel verwendet werden mußten, ferngehalten werden, wodurch die Herstellung von Barren ermöglicht wird, die frei von Schaden, wie z. B. Blasen und Rissen, sind.

Die Zuführung von Schweröl oder einem ähnlichen reduzierende Gase erzeugenden Mittel auf der Grundlage von Kohlenstoff kann beispielsweise dadurch ausgeführt werden, daß dieses in Form eines Gemisches mit Lösche, Grafit oder anderen geeigneten festen Kohlenstoffmaterialien auf den Boden des Ofens gelegt wird, welche nicht nur dazu dienen, das Reduktionsverfahren zu fördern, sondern welche auch verhindern, daß das auf den Ofenboden aufgebrachte Öl aufschwimmt. Es wurde gefunden, daß der gleiche Effekt zweckmäßig auch dadurch erreicht werden kann, wenn man ein solches Öl, beispielsweise mit einem Schlauch, auf die Schicht aus Drehspänen von Eisengußstücken gießt, welche vorher auf den Ofenboden aufgelegt worden ist, um die Späne in das Öl einzutauchen, oder wenn man ein Gemisch aus dem Öl und aus festem Kohlenstoffmaterial einkapselt und die Kapseln auf den Ofenboden legt und hierauf den Ofen mit einer großen Masse Drehspäne oder stückigem Eisen beschickt. Beispielsweise kann das Öl und das Kohlenstoffmaterial mit zufriedenstellenden Resultaten in den folgenden Mengen je Tonne abgestochenen Stahl verwendet werden.

Schweröl oder Kerosin 7,5 kg

Koksstaub 22,5 kg

Abschließend wird die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf die Herstellung von Spezial- oder Legierungsstählen näher beschrieben.

Wie es allgemein bei der Herstellung von legierten Stählen bekannt ist, werden dem Mutterstahl während der Reduktionsperiode, die sich an das Frischen anschließt, Legierungsmetalle zugesetzt. Die Verwendung von Legierungsmetallen in reiner Form, welche als Material unstabil sind, verursacht im allgemeinen hohe Produktionskosten. Aus diesem Grunde werden im allgemeinen eine spezielle Gruppe von Metallen, die als Ferrolegierungen bekannt sind, wie z. B. Ferrochrom, Ferromangan, Ferronickel und Ferrovanadium, als Legierungszusätze für alle möglichen Stahlsorten verwendet. Jedoch sind Ferrolegierungen natürlich viel teurer als Erze, welche die Legierungselemente enthalten. Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, legierte Stähle äußerst wirtschaftlieh herzustellen, indem Erze als verhältnismäßig billige Quelle für Legierungszusätze verwendet wenden, beispielsweise kann gewöhnliches Manganerz an Stelle von Ferromangan zur Verwendung gelangen.

Das Erz, welches das Legierungselement enthält, muß in einer vorberechneten Menge verwendet werden, die mit dem einzubringenden Schrott im richtigen Verhältnis steht. In der Praxis wird ein solches

Erz mit einer entsprechenden Menge Schrott gemischt, und zu diesem Gemisch wird Schweröl, Kerosin oder ein anderes reduzierende Gase bildendes Mittel auf der Basis von Kohlenwasserstoffen zusammen mit einem festen Kohlenstoff material, wie z. B. Koksstaub oder Grafit, zugegeben. Nachdem der Schrott und gegebenenfalls das stückige Eisen in der üblichen Weise eingebracht worden ist, wird die Charge durch Verbrennungsflammen, die von einem durch einen Brenner zugeführten Brennstoff stammen, erhitzt, wobei ausreichend Sauerstoff für eine wirksame Stahlherstellung zugeführt wird. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde, desoxydieren die reduzierenden Gase, wie z. B. CO und Wasserstoffgas, die sich aus dem Schweröl oder dem anderen Mittel

auf der Basis von Kohlenwasserstoffen bei der Erhitzung bilden, wirksam die im Schrott und in dem stückigen Eisen enthaltenen Oxide, wobei jegliche übermäßige Oxydation, die zu einem Eisenverlust in Form von Fe₂O₃ führt, trotz der Tatsache verhindert wird, daß eine große Menge Sauerstoffgas für die Oxydationsfrischung zugeführt wird, was eine wirksame Produktion mit hoher Ausbeute ermöglicht. Auch in diesem Falle werden Verunreinigungen, wie

ίο z. B. Ca und A1.,O₃, die von dem verwendeten Legierungserz stammen, durch den eingeblasenen Sauerstoff vollständig oxydiert, so daß sie aufschwimmen und leicht entfernt werden können. Hierdurch wird die Herstellung extrem guter legierter Stähle ermöglicht, die frei von Verunreinigungen, Blasen und anderen unerwünschten Einschlüssen sind.

209 538/57

Claims (4)

i 583 278 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Stahl, bei welchem in einem als Herdofen ausgebildeten Schmelzofen mit Sauerstoff gefrischt wird, der mit großer Geschwindigkeit auf das Bad eingeblasen wird, wobei die Ofencharge in fester und flüssiger Form als Schrott und Roheisen eingebracht wird und wobei ein ein reduzierendes Gas bildendes Mittel verwendet wird, um eine reduzierende Atmosphäre zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß man das ein reduzierendes Gas bildende Mittel zusammen mit der festen Ofencharge in den Ofen einführt und daß man hierauf in den Ofen kontinuierlich eine weitere Menge des ein reduzierendes Gas bildenden Mittels zuführt, wobei der Sauerstoff in den Ofen mit einer Geschwindigkeit eingeblasen wird, die ausreichend ist. um das Erhitzen und den Schmelz-· Vorgang zu beschleunigen, ohne daß eine übermäßige Oxydation des Metallbads bewirkt wird, daß man bei der Anfangsstufe der Schmelz- und Frischperiode eine große Menge Sauerstoffgas und eine geeignete Menge des ein reduzierendes Gas bildenden Mittels in 'den Herdofen einführt und daß man weiterhin während der Desoxydationsperiode bei gedrosselter Sauerstoffzufuhr eine geeignete Menge des ein reduzierendes Gas bildenden Mittels in die Schmelze im Herd einführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst den Boden des Herdofens mit einer beschränkten Menge der festen Ofencharge beschickt, der Charge eine geeignete Menge des ein reduzierendes Gas bildenden Mittels zumischt, den Ofen mit der Ofencharge in der üblichen Weise beschickt und daß man hierauf zum Betrieb des Ofens eine große Menge Sauerstoffgas in an sich bekannter Weise unter hohem Druck in den Ofen bläst.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Boden des Ofens mit einer beschränkten Menge kurzer Drehspäne aus Gußeisen beschickt, eine geeignete Menge des ein reduzierendes Gas bildenden Mittels auf die Späne gießt, den Ofen hierauf mit der Ofencharge beschickt und daß man hierauf in an sich bekannter Weise Sauerstoffgas unter hohem Druck in den Ofen einbläst.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Boden des Ofens mit einer berechneten Menge eines das Legierungselement enthaltenden Erzes beschickt, dem Erz geeignete Mengen des ein reduzierendes Gas bildenden Mittels zumischt, den Ofen mit Schrott und stückigem Eisen in an sich bekannter Weise beschickt und daß man hierauf in an sich bekannter Weise Sauerstoffgas unter hohem Druck in den Ofen einbläst.