DE1583287C3 - Vorrichtung zur Durchfuhrung von Reaktionen zwischen Flussig keiten und Gasen, insbesondere zum Frischen von Roheisen mit Sauerstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung von Reaktionen zwischen Flüssigkeiten und Gasen, insbesondere, zum Frischen von Roheisen mit Sauerstoff, bei der das Roheisen in den Einlaufschenkel eines U-förmigen Reaktionsgefäßes eingeleitet, in einem Stegraum mittels Sauerstoff, der über einen mit dem Stegraum verbundenen Frischraum zugeführt wird, gefrischt und das behandelte Eisen über den Ablaufschenkel abgezogen wird.

Zum Entfernen der oxydierbaren Eisenbegleiter wird Roheisen bekanntlich unter Zugabe von

ίο Sclilackenbildnern mit Sauerstoff gefrischt. Die bekannten Frischverfahren, die sich in der Praxis eingebürgert haben, arbeiten jedoch diskontinuierlich, das heißt es wird jeweils nur eine Roheisen-Charge, beispielsweise im Sauerstoffaufblas- oder Thomas-Konverter gefrischt. Ebenfalls diskontinuierlich arbeitet auch das Siemens-Martin-Verfahren, bei dem die Ox}'dation der unerwünschten Eisenbegleiter nicht durch gasförmigen Sauerstoff direkt, sondern über die Schlackenphase erfolgt.

Es hat in der Vergangenheit auch nicht an Versuchen gefehlt, Roheisen kontinuierlich zu frischen. So hat man beispielsweise versucht, das aus dem Abstich eines Hochofens austretende Roheisen durch Einblasen von Sauerstoff durch poröse Bodensteine der Eisenrinne oder Aufblasen von Sauerstoff nach Art des Sauerstoff-Aufblasverfahrens zu frischen. Da die Strömungsgeschwindigkeit des Roheisens in der Eisenrinne jedoch verhältnismäßig groß und die Reaktionsfläche zwischen dem Sauerstoff und dem zu frischenden Roheisen begrenzt ist, haben diese Verfahren bislang nicht zum Erfolg geführt. Insbesondere ergeben sich bei der Verwendung poröser Rinnensteine eine Reihe von zum Teil aus der geringen Höhe des Roheisenstroms resultierende Schwierigkeiten, während beim Sauerstoffaufblasen eine außerordentlich hohe Anzahl hintereinander angeordneter Lanzen erforderlich ist und die Sauerstoffausnutzung nur sehr gering ist.

Weitere Versuche gingen in die Richtung, durch feine Zerteilung des Roheisens vor allem die Reaktionsfläche zu vergrößern und damit die Frischwirkung zu verbessern. So wird bei dem bekannten Sprühfrischverfahren der aus dem Ausguß einer Pfanne austretende Roheisenstrahl mit Sauerstoff versprüht, der über einen gekühlten Zerstäuberring in den Roheisenstrahl geblasen wird. Das zerstäubte und vorgefrischte Roheisen tritt dann in eine Reaktionskammer ein, unterhalb derer ein Aufnahmegefäß angeordnet ist. Im Aufnahmegefäß erfolgt die Trennung in eine Schlackenphase und das gefrischte Metall, das unten aus dem Aufnahmegefäß austritt und in einer Pfanne gesammelt wird. Die Schlacke wird über einen Schlackenablauf seitlich aus dem Aufnahmegefäß abgezogen. Obgleich das Sprühfrisehen in metallurgischer Hinsicht befriedigend abläuft, besitzt es ebenso wie die anderen Frischverfahren, beispielsweise das Sauerstoff-Aufblas-Verfahren und das Thomas-Verfahren, den Nachteil, daß die Sauerstoffreaktion zur Entwicklung beträchtlicher Mengen des unangenehmen braunen Rauchs führt.

Dieser Nachteil macht sich bei einem aus der deutschen Patentschrift 709 422 bekannten Verfahren weniger bemerkbar, bei dem das zu behandelnde Roheisen beispielsweise aus der Roheisenrinne in den Einlaufschenkel eines U-förmigen Reaktionsgefäßes eintritt, aus dessen anderem Schenkel, dem Ablaufschenkel, es nach dem Frischen abgezogen

ird. Die Sauerstoffzuführung erfolgt bei diesem kannter Weise geneigt und liegt der Übergang zwi-

erfahren über ein zwischen dem Einlauf- und dem sehen dem Einlaufschenkel und dem Stegraum ober-

blaufschenkel angeordnetes, in den Stegraum des halb des Übergangs zum Ablaufschenkel. Der

-förmigen Reaktionsgefäßes ragendes Rohr. Der Niveauunterschied zwischen den einander gegen-

iuerstoff wird unter Druck in das Roheisen einge- 5 übcrliegenden Frischraumkanten bzw. den Über-

hrt. gangen des Stegraums zum Einlauf- und zum

Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht Ablaufschenkel gestattet bei kontinuierlichem Eisen-

doch darin, daß sich dessen Ablauf nicht mit der durchlauf vom Einlaufschenkel über den Stegraum

•forderlichen Genauigkeit steuern und überwachen zum Ablaufschenkel je nach Einstellung des im

ißt. Die bei der Reaktion des Sauerstoffs mit den io Gleichgewicht mit dem ferrostatischen Druck ste-

isenbegleitern entstehenden Oxyde werden nämlich henden Gasdrucks im Frischraum einen wahlvveisen

nach der Strömungsgeschwindigkeit im zwischen Schlackenabzug in Richtung des Einlauf- und/oder

en Schenkein liegenden Stegraum entweder vom Ablaufschenkels. Demnach kann die Schlacke bei

isen in den Ablaufschenkel mitgerissen oder steigen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl im

ifolge ihres geringeren spezifischen Gewichts im 15 Gegenstrom zum Roheisen im Einlaufschcnkel als

iegenstrom zum Roheisen im Einlaufschenkel nach auch im Gleichstrom zum behandelten Eisen im

ben. Bei hohem Durchsatz und damit hoher Strö- Ablaufschenkcl fließen und dort jeweils abgezogen

lungsgeschwindigkeit des Eisens wird der überwie- werden.

ende Teil der entstehenden Schlacke vom Eisen ,Un,i die sich vorzugsweise im Einlaufschenkel

lifgeiissen, so daß die Trennung in eine Eisen- und 20 sammelnde, im Gegenstrom durch das unbchandelte

ine Schlackenphase erst bei oder nach dem Ver- Roheisen geführte Schlacke abziehen zu können,

issen des Ablaufschenkels erfolgt. Der lange mündet im oberen Teil des Einlaufschenkcls ein

hasenkontakt im Ablaufschenkel führt dabei leicht Überlaufkanal. Der Ablaufschenkel kann dagegen im

a unerwünschten Nachreaktionen, beispielsweise oberen Teil rechtwinklig abgebogen und nach unten

iner Rückphosphorung des behandelten Eisens. 25 gekrümmt sein, so daß das behandelte Eisen im

Des weiteren ist aus der Patentschrift Nr. 10 911 freien Fall in einer Pfanne gesammelt wird. Der

es Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost- Ablaufschenkel kann jedoch in seinem oberen Teil

ierlin ein kontinuierliches Verfahren zum Her- auch als Trennkammer ausgebildet sein, wobei ober-

tellen von Stahl und Stahllegierungen aus Roheisen halb eines Ablaufstutzens für das behandelte Eisen

>ekannt, bei dem die metallurgischen Reaktionen 30 ein Schlackenabzug mündet, über den je nach der

merhalb von je einer Gefällestufe oder einer Höhe des Badspiegels in der Trennkammer die im

jruppe von Gefäliestufen einer Rinne ablaufen. Da- Gleichstrom mit dem Eisen geführte Schlacke ab-

>ei werden die erforderlichen Zusatzstoffe durch gezogen werden kann.

!as fließende Eisen hindurchgeblasen, aufgefangen Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen

ind dann der Gefäliestufe zugeleitet. Die Vorrich- 35 Vorrichtung besteht darin, daß sämtliche Reaktions-

ung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht produkte, gleichviel, ob sie nun gasförmig, flüssig

LUS einer offenen Rinne mit Gefällestufen und einer oder fest sind, durch die Eisenphase geleitet werden

rtit einer Haube abgedeckten Frischkammer, zwischen und dabei eine optimale Reaktionsmöglichkeit gc-

wei Fuchswinden, die zur Aufnahme der über schaffen wird. Von großem Vorteil ist die Tatsache. )üsenlöcher im Rinnenboden eingeblasenen Zusatz- 40 daß die Entwicklung des unangenehmen braunen toffe dient und mit Kanälen zum Zuführen der Rauchs auf ein Minimum reduziert wird, da das den loch nicht ausreagierten Zusatzstoffe in den Sog- Frischraum verlassende, im Einlaufschenkel aufsteiaum der Gefällestufe mit dem Austritt eines Stau- gende Eisenoxyd wenigstens zum Teil durch die im vehrs verbunden ist. . Roheisen enthaltenen Eisenbegleiter reduziert wird.

Schließlich ist aus der deutschen Patentschrift 45 Hinzu kommt, daß der Staubanteil des die Schenkel }24 034 ein ähnliches Verfahren bekannt, bei dem verlassenden Abgases ebenfalls minimal ist, da die iie beim Einblasen von Zusatzstoffen durch das Reaktionsprodukte des Frischprozesses beim Aufließende Eisen durchgeblasenen, nicht ausreagierten steigen im Einlauf- oder Ablaufschenkel ausgewa-Stoffe aufgefangen und vor- oder nachgeschalteten sehen und vor allem in der Schlackenschicht fest-Gefällestufen zugeleitet werden. 50 gehalten werden. Schließlich besteht ein in reaktions-

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- kinetischer Hinsicht besonders bedeutungsvoller iteht nun darin, die Nachteile der bekannten Vor- Vorteil des Frischens in der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zu beheben und insbesondere eine Vor- richtung in der guten Durchmischung und Auflösung richtung zu schaffen, die eine Beeinflussung der der Reaktionspartner sowie insbesondere in der Frischreaktionen in weiten Grenzen gestattet und 55 außerordentlich großen Reaktionsfläche, die durch gewährleistet, daß sämtliche Reaktionsprodukte, un- Einstellen der Durchflußmenge des Roheisens und abhängig davon, ob sie gasförmig, flüssig oder fest Regelung des Gasdrucks über der flüssigen Phase anfallen, durch die Eisenphase geleitet werden, um im Frischraum in weiten Grenzen variiert werden optimale Reaktionsflächen bzw. Phasengrenzen zu kann.

schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, ^6o In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die daß bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Vorrichtung auch so ausgebildet sein, daß im Steg-Art der zwischen dem Einlauf- und dem Auslauf- raum zwei oder mehrere Frischkammern mit je einer schenkel Hegende Frischraum durch Begrenzungs- Gaszuführung und Druckschleuse angeordnet sind wände und den Flüssigkeitsspiegel im Stegraum und deren Übergänge zu den Schenkeln oberhalb druckdicht abgeschlossen ist und seine dem Ein- ⁶5 des Walls zwischen den Frischkammern liegen. Diese iaufschenkel zugekehrte Unterkante höher liegt als können auch über einen Durchlaß miteinander verdie dem Ablaufschenkel zugekehrte Unterkante. bunden sein, um die Gasführung in den Frisch-Vorzugsweise verläuft der Stegraum in an sich be- kammern in gewünschter Weise beeinflussen zu

können. Außerdem kann im oberen Teil des Einlaufschenkels eine Schlackenkammer angeordnet sein, oberhalb derer gegebenenfalls noch eine Gasentstaubung stattfindet.

Um den Frischprozeß in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichzeitig mit einer Vakuumentgasung zu verbinden, können die Trennkammer oder eine im Stegraum angeordnete, der Frischkammer nachgeordnete Kammer mit einer Vakuumpumpe verbunden sein. Auf diese Weise läßt sich bei kontinuierlichem Durchlauf und gegebenenfalls großer Oberfläche mit geringem Aufwand eine Stromentgasung durchführen, wie sie keines der bekannten Entgasungsverfahren gestattet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine U-förmige Vorrichtung nach der Erfindung mit tiüier Frischkammer,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Vorrichtung nach der Erfindung mit zwei nebeneinanderliegenden Frischkammern und einer Trennkammer und

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit extrem kurzen Schenkeln und zusätzlich einer Schlackenkammer.

Die crfmdungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Einlaufschenkel 5 und einem Ablaufschcnkel 6, die über den Stegraum 7 miteinander verbunden sind. Im Stegraum 7 ist eine Frischkammer 8 angeordnet, zu der ein Gasrohr 9 für das Reaktionsgas, insbesondere Sauerstoff, sowie für Schlackenbildner führt. Die Schlackenbildner können aber auch über eine speziell dafür vorgesehene Druckschleuse 10 der Schmelze im Frischraum 8 zugeführt werden. Über die Druckschleuse 10 können auch stückiger Schrott und/oder Erz zur örtlichen Kühlung der Kammerwände in die Frischkammer gegeben werden. Die dem Einlaufschenkel 5 zugekehrte Unterkante 11 des Frischraums 8 liegt oberhalb der dem Ablaufschenkel zugekehrten Unterkante 12, während der Übergang 13 zwischen Einlaufschenkel 5 und Stegraum 7 oberhalb des Übergangs 14 zwischen dem Ablaufschenkel 6 und dem Stegraum 7 liegt, so daß dieser in Richtung des Ablaufschenkels 6 geneigt verläuft. Im oberen Teil des Einlaufschenkels 5 mündet ein Überlaufkanal 15 zum Abzug der auf dem Roheisen 16 sich sammelnden Schlacke 17. Der Ablaufschenkel 6 ist in seinem oberen Teil 18 rechtwinklig abgebogen und als Ablaufstutzen 19 nach unten gekrümmt. Er besitzt einen an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossenen Stutzen 21, mittels dessen der freie Raum 22 oberhalb des Badspiegels evakuiert werden kann.

Das zu behandeln Roheisen läuft kontinuierlich in den Einlaufschenkel 5 ein, wobei es zunächst die Schlackenschicht 17 durchdringt und schließlich bei 13 in den Stegraum 7 und von diesem in die Frischkammer 8 gelangt. Dort wird das Roheisen unter Zugabe von Kalk und gegebenenfalls Flußmitteln mit dem über die Leitung 9 zugeführten Sauerstoff gefrischt, wobei sich eine Schlackenphase bildet, die bei entsprechender Druckeinstellung im Frischraum 8 über dessen Unterkante 11 abgeführt wird. Dabei steigt die Schlacke durch den oberen Teil des Stegraums 7 und den Einlaufschenkel 5 im Gegenstrom zum Roheisen 16 in die Schlackenschicht 17 auf. Die große Phasengrenzfläche, die kleinen Diffusionswege und die verhältnismäßig lange Berührungsdauer beider Phasen führt dazu, daß die Schlacke der Schlackenschicht 17 weitgehend ausreagiert ist und das Roheisen im Einlaufschenkel 5 bereits vorgefrischt wird.

Infolge des bei Druckerhöhung in der Frischkammer 8 sinkenden Badspiegels fließt nicht nur Schlacke in Richtung des Einlaufschenkels 5 ab,

ίο sondern auch gefrischtes Eisen bzw. Stahl über die Unterkante 12 in Richtung des Ablaufschenkels 6. Wird schließlich der Druck im Frischraum 8 weiter erhöht, dann fließt auch Schlacke mit dem gefrischten Eisen im Gleichlauf zum Ablaufschenkel 6 ab.

während Frisch- und Abgas über die Unterkantc 11 im Gegenslrom zum einströmenden Roheisen durch den Einlaufschenkel 5 aufsteigen. Je nach Einstellung des Gasdrucks im Frisch raum 8 bzw. des Badspiegels können somit die Frischreaktionen in weiten Grenzen beeinflußt und mehr oder weniger stark aus dem Frischraum heraus in den Stegraum und/oder die Schenkel verlagert werden. Dabei kann das Roheisen so weit gefrischt werden, daß aus dem Ablaufstutzen 19 ein Stahl austritt, der unmittelbar beispielsweise in einer Stranggießanlage vergossen werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind in einem horizontal verlaufenden Stegraum 23 zwei Frischkammern 24, 25 mit je einer Gaszuführung 26.

27 und Druckschleusen 28,29 angeordnet. In der Fig. 1 entsprechender Weise liegt die dem Ein-Iaufschenkcl 5 zugekehrte Unterkante 30 des Frischraums 25 oberhalb der dem Ablaufstutzen 6 zugekehrten Unterkante 31, die auf derselben Höhe liegt wie die Unterkante 32 des Frischraums 24. Die dem Ablaufschenkel 6 zugekehrte Untcrkante 33 des Frischraums 24 liegt dagegen oberhalb der Unterkanten 31,32 und unterhalb der Unterkante 30. Auf diese Weise ist ein wahlweiser Schlackenabzug in Richtung des Einlauf- und des Ablaufschenkels möglich. Ein zwischen den beiden Frischkammern 24, 25 oberhalb der Schlackenspiegel angeordneter Durchlaß 34 ermöglicht es, die Gasführung in den Frischkammern 24, 25 vorteilhaft zu beeinflussen.

Dadurch läßt sich erreichen, daß die Schlacke in beiden Richtungen der Vorrichtung geführt werden kann, während die Reaktionsgase aus dem Frischraum 24 über den Durchlaß 34 in den Frischraum 25 gelangen. Der obere Teil des Ablaufschenkels 6 ist als Trennkammer 35 ausgebildet, in der eine Trennung der Schlackenphase von der Metallphase erfolgt. Die sich oberhalb des Eisens sammelnde Schlacke 36 wird über einen Schlackenabzug 37 abgeführt, während der Stahl über den Ablaufstutzen 19 austritt. Im übrigen arbeitet die Vorrichtung nach Fig. 2 ebenso wie die Vorrichtung nach Fig. 1.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 unterscheidet sich nur insoweit von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, als der Einlauf- und der Ablaufschenkel 5, 6 extrem kurz sind und der Stegraum 23 praktisch direkt in eine Schlackenkammer 38 bzw. die Trennkammer 35 übergeht. Auch bei dieser Vorrichtung ist es möglich, die Frischreaktion durch Änderung der Badhöhe in den Frischkammern 24.

25 und Einstellung des Schlackenabflusses zu beeinflussen.

Die gute Ausreaktion der Schlacke und Abgasentstaiibunc ist in allen drei Fällen uewährleistet.

da Schlacke und Abgas die Vorrichtung stets nur wird und die Ausrektion der Schlacke bzw. die

auf einem mehr oder minder langen Weg durch den Gasentstaubung geht, läßt sich innerhalb weiter

Einlauf- und/oder Ablauf schenkel und insbesondere Grenzen durch Druckregulierung in den Frischräu-

die Schlackenschichten 17 und 36 verlassen können. men und durch die Durchflußgeschwindigkeit des

Wieweit der Stahl im Einzelfall heruntergefrischt 5 Roheisens ohne weiteres einstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung von Reaktionen zwischen Flüssigkeiten und Gasen, insbesondere zum Frischen von Roheisen mit Sauerstoff, bei der das Roheisen in den Einlaufschenkel eines U-förmigen Reaktionsgefäßes eingeleitet, in einem Stegraum mittels Sauerstoff, der über einen mit dem Stegraum verbundenen Frischraum zugeführt wird, gefrischt und das behandelte Eisen über den Ablaufschenkel abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Einlauf- (5) und dem Auslaufschenkel (6) liegende Frischraum (8, 24, 25) durch Begrenzungswände und den Flüssigkeitsspiegel im Stegraum (7, 23) druckdicht abgeschlossen ist und seine dem Einlaufschenkel (5) zugekehrte Unterkante (11,30) höher lieg}; als die dem Ablaufschenkel (6) zugekehrte Unterkante (12, 31).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stegraum (7) in an sich bekannter Weise geneigt verläuft und der Übergang (13) zwischen dem Einlaufschenkel (5) und dem Stegraum (7) oberhalb des Übergangs (14) vom Stegraum (7) zum Ablaufschenkel (6) liegt.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil des Einlaufschenkels (5) ein Überlaufkanal (15) mündet.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablaufschenkel (6) im oberen Teil rechtwinklig abgebogen und nach unten gekrümmt ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer horizontalen Trennkammer (35) des Ablaufschenkels (6) oberhalb eines Ablaufstutzens (19) ein Schlakkenabzug (37) mündet.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Stegraum (23) zwei druckdicht abgeschlossene Frischräume (24, 25) mit je einer Gaszuführung (26, 27) und einer Druckschleuse (28, 29) angeordnet sind, deren Übergänge (30,33) zu den Schenkeln (5, 6) oberhalb des Walls (31, 32) zwischen den Frischkammern (24, 25) liegen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischräume (24, 25) über einen Durchlaß (34) miteinander verbunden sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlaufschenkel (5) eine Schlackenkammer (38) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß von der Trennkammer (18, 35) eine mit einer Vakuumpumpe verbundene Leitung (21) abgeht.