DE1583293C - Verfahren zur Herstellung von Stahl - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von StahlInfo
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Description
a) Es wird in an sich bekannter Weise während der gesamten Blaszeit Sauerstoff und
der flüssige Brennstoff zugegeben, wobei beim Frischen mit Sauerstoffüberschuß über
die zur vollständigen Verbrennung'des flüssigen
Brennstoffes erforderliche Sauerstoffmenge gefahren wird.
b) Dem flüssigen Brennstoff werden Teilchen von festen Stoffen in feinverteilter Form zugesetzt
und das Gemisch aus dem flüssigen Brennstoff und den Teilchen der Flamme in Form einer Schlämme zugeführt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige, kohlenstoffhaltige
Brennstoff ein Kohlenstoffwasserstoffheizöl oder ein Koksofenteer mit niedrigem Schwefelgehalt ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige, kohlenstoffhaltige
Brennstoff ein Brennöl mit einer Viskosität von 48,9 cP ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des
festen Stoffes so gesteuert wird, daß eine Schlakkenbasizität der Schmelze von 1,0 bis zum Beginn
des letzten Drittels des Blasvorganges aufrechterhalten wird und während des letzten Drittels
die Schlackenbasizität bis zu einem Wert zwischen 1,4 und 1,8 ansteigt.
c) Die Flamme ist innerhalb des Gefäßes oder des Ofens so angeordnet, daß die Verbrennungsprodukte,
nicht aber die Flamme selbst, auf die Schmelze auftreffen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennstoff zugesetzten
festen Stoffe Kalk, Schmelzschlacke, Eisenerz oder Eisenzunder, einzeln oder in Mischung, sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Brennstoff zugesetzte
feste Stoff Kalziumkarbid, Kohle oder andere, insbesondere kohlestoffhaltige, feste Stoffe und
Fußspat enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des
festen Stoffes eine Teilchengröße von nicht mehr als 3,2 mm, vorzugsweise eine Teilchengröße im
Bereich zwischen 1,6 mm und 76,2 μ besitzen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße des festen
Stoffes zwischen 401 und 250 μ liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des in
den flüssigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff eingebrachten festen Stoffes 30 bis 50 Gewichtsprozent
beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem flüssigen,
kohlenstoffhaltigen Brennstoff und den festen Teilchen bestehende Schlämme durch die Flamme
speisende Düsen zugeführt wird, die einen Teil einer Vieldüsenblaslanze bilden, durch die dem
Ofen bzw. Konverter ein Gemisch aus Sauerstoff und Brennstoff zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffüberschuß
1000% beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffüberschuß
zwischen 150% und 200% liestf.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl in einem Siemens-Martin-Ofen oder
einem von oben beblasenen Konverter.
Es sind Verfahren zur Herstellung von Stahl bekannt (britische Patentschrift 923 043), bei denen die
Metallschmelze mit Sauerstoff gefrischt wird durch eine von einem Sauerstoffstrom und flüssigem, kohlenstoffhaltigem
Brennstoff gespeiste Flamme, wobei das Verhältnis von Sauerstoff zu flüssigem Brennstoff
so eingestellt wird, daß vollständige Verbrennung des Brennstoffes erreicht wird und beim Frischen mit
Sauerstoffüberschuß über die zur vollständigen Verbrennung des flüssigen Brennstoffes erforderliche
Sauerstoffmenge gefahren wird.
Es ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Stahl bekannt (österreichische Patentschrift 224 669),
bei dem auf die Stahlschmelze Festzusatzstoffe aufgeblasen werden, wobei als Trägergase Sauerstoff
oder Kohlenmonoxyd usw. verwendet werden können. Die Zuführung fester Stoffe mittels eines Trägergases
stößt jedoch auf beträchtliche technische Schwierigkeiten, da alle Teile, insbesondere Leitungen,
die von dem mit dem festen Stoff beladenen Trägergas durchströmt werden, einem starken und
unregelmäßigen Verschleiß ausgesetzt sind, der entweder umständliche und kostspielige Maßnahmen
zur laufenden Kontrolle erfordert oder häufige Betriebsstillstände durch unvermutete Brüche verursacht.
Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß der auf die Schmelze aufgeblasene
Sauerstoff und das verwendete Trägergas beim Austritt aus der Blaslanze eine starke adiabatische
Ausdehnung erfahren. Dies hat zur Folge, daß dem Gas und seiner Umgebung sehr viel Wärme entzogen
wird und damit auch den Feststoffen, die sich in dem Gasstrom befinden. Die Gase und die Feststoffe
treffen daher in einem relativ kalten Zustand auf die Schmelze auf, wodurch die Schmelze ihrerseits
abgekühlt wird und beispielsweise der mögliche Zusatz an Schrott hierdurch beträchtlich herabgesetzt
wird.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren (österreichische Patentschrift 220 174) zur Herstellung von
Stahl wird vor oder nach dem Frischen bzw. zwischen einzelnen Frischphasen eine Mischung aus Luft, mit
Sauerstoff angereicherter Luft oder Sauerstoff mit feinverteiltem Öl durch eine Blaslanze auf den Einsatz
aufgeblasen. Während des eigentlichen Frischprozesses selbst wird mit reinem Sauerstoff geblasen,
der kein Öl enthält.
Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß Verunreinigungen, insbesondere Schwefel, in den Einsatz
eingeschleppt werden können. In einer Weiterentwicklung dieses bekannten Verfahrens (österreichische
Patentschrift 225 214) wird daher an Stelle von Öl als Brennstoff ein brennbares Gas verwendet.
Dieses letztgenannte Verfahren weist aber wiederum den Nachteil auf, daß ein Zugeben von festen Teilchen
als Zusatzstoffe nicht ohne weiteres möglich ist, weil dann die bei dem weiter oben genannten Verfahren
(österreichische Patentschrift 224 669) geschilderten Nachteile auftreten.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Stahl in einem Siemens-Martin-Ofen
oder einem von oben beblasenen Konverter, bei dem die Metallschmelze mit Sauerstoff gefrischt wird
durch eine von einem Sauerstoffstrom und flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff gespeiste Flamme,
wobei das Verhältnis von Sauerstoff zu flüssigem Brennstoff so eingestellt wird, das vollständige Verbrennung
des Brennstoffes erreicht wird. Gemäß einem älteren Vorschlag wird bei dem Verfahren eine
Vieldüsenblaslanze verwendet, bei der der austretende Sauerstoff die Austrittsöffnung für den Brennstoff
ringförmig umgibt, und die Blaslanze ist innerhalb des Frischgefäßes so angeordnet, daß nur die Verbrennungsprodukte,
nicht aber die Flamme selbst, auf die Schmelze auftreffen können. Hierdurch soll
erreicht werden, daß keine aus dem verwendeten flüssigen Brennstoff stammenden Verunreinigungen
in die Schmelze eindringen können.
Dieses ältere Verfahren hat sich gut bewährt. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand
darin, das ältere Verfahren so zu verbessern, daß einerseits ein Stahl sehr großer Reinheit erzeugt
werden kann, andererseits die Endtemperatur der Schmelze sehr genau einstellbar ist und große
Schrottmengen eingesetzt werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale:
a) Es wird in an sich bekannter Weise während der gesamten Blaszeit Sauerstoff und der flüssige
Brennstoff zugegeben, wobei beim Frischen mit Sauerstoffüberschuß über die zur vollständigen
Verbrennung des flüssigen Brennstoffes erforderliche Sauerstoffmenge gefahren wird.
b) Dem flüssigen Brennstoff werden Teilchen von festen Stoffen in feinverteilter Form zugesetzt
und das Gemisch aus dem flüssigen Brennstoff und den Teilchen der Flamme in Form einer
Schlämme zugeführt.
c) Die Flamme ist innerhalb des Gefäßes oder des Ofens so angeordnet, daß die Verbrennungsprodukte,
nicht aber die Flamme selbst, auf die Schmelze auf treffen.
Die Verwendung einer Schlämme aus flüssigem Brennstoff und feinverteilten Festteilchen hat den
Vorteil, daß der Verschleiß in den Zuführungen und der Lanze sehr gering gehalten werden kann, da
durch den Schmiereffekt des flüssigen Brennstoffes eine Erosion der Innenwände der Zuleitungen und
der Lanze verhindert wird. Hierdurch werden alle aufwendigen und kostspieligen Kontrollmaßnahmen,
die bei der Verwendung von Trägergasen erforderlich sind, überflüssig. Andererseits ist aber auch eine
besonders genaue und gleichmäßige Dosierung der Zusatzstoffe möglich, wodurch das Verfahren einem
ohne Träger arbeitenden Verfahren erheblich überlegen ist. Die dem Brennstoff zugesetzten festen
Stoffe können Kalk, Schmelzschlacke, Eisenerz oder
ίο Eisenzunder sein, die sowohl einzeln als auch in
Mischung verwendbar sind. Ferner können in dem flüssigen Brennstoff Flußmittel für die Schlacke, Kalziumkarbid,
Kohle oder andere feste, kohlenstoffhaltige Stoffe und Flußspat enthalten sein.
Die festen Stoffe werden in den Strom des flüssigen Brennstoffes, vorzugsweise in feinverteilter Form,
eingebracht, d. h. mit einer Teilchengröße von weniger als 3,2 mm und insbesondere in einer Teilchengröße
im Bereich von 1,6 mm bis 76,2 u, wobei die
ao am besten geeignete Größe im Bereich zwischen 401 und 250 μ liegt. Zweckmäßig wird die aus den festen
Teilchen und dem flüssigen Brennstoff bestehende Schlämme den Düsen zugeführt, durch die die
Flamme gespeist wird. Die Düsen können Teile einer Vieldüsenblaslanze sein, wie sie zum Einbringen
eines Gemisches aus Sauerstoff und Brennstoff in eine Stahlerzeugungsvorrichtung verwendet wird. Wird in
den flüssigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff ein Flußmittel für die Schlacke eingebracht, so kann dieses
mit hoher Geschwindigkeit in das Metall eingebracht werden, wodurch die Reinigung der Schmelze in
hohem Grade beherrschbar ist. Es kann erheblich mehr Schrott, Zunder oder Eisenerz verwendet werden,
als die Berechnung auf Grund der Verbrennungswärme der verwendeten Menge flüssigen, kohlenstoffhaltigen
Brennstoffes und der Wärme, die benötigt wird, um den Schrott auf Abstichtemperatur
zu erhitzen, normalerweise bei von oben angeblasenen Konvertern ergibt. Da die Verbrennungsprodukte,
ebenso wie der Sauerstoff, in das Bad des geschmolzenen Materials geblasen werden, finden weitere
Reaktionen zwischen dem Kohlendioxyd in diesen Gasen und den Komponenten des Bades statt, die
endothermisch sind, und die Zusätze müssen deshalb unter Beachtung des Wärmegleichgewichtes im ganzen
Prozeß berechnet werden.
Der Überschuß an Sauerstoff über die Menge, die erforderlich ist, um vollständige Verbrennung des
Brennstoffes zu erreichen, kann mehr als 1000% betragen. Die typischen Werte für den Sauerstoffüberschuß
liegen dabei im Bereich von 150 bis 200%.
Der flüssige, kohlenstoffhaltige Brennstoff kann ein Kohlenwasserstoff-Brennöl oder ein Koksofenteer mit
niedrigem Schwefelgehalt sein.
Ein gut verwendbarer Brennstoff ist ein Brennöl mit geringem Schwefelrest. Wird zur Bildung einer
Schlämme Kalk eingebracht, so ist es zweckmäßig, ein Heizöl zu verwenden mit einer Viskosität von
48,9 cP, wobei das Verhältnis des eingebrachten Kalkes 30 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise
45 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gewicht des Öles, beträgt.
Der Sauerstoff soll im Mundstück oder in der Flamme vorgewärmt werden, da bei der Durchführung
des Verfahrens mit Hilfe eines üblichen von oben beblasenen Konverters, wie er allgemein verwendet
wird, der zugeführte Sauerstoff kalt ist. Er wird außerdem noch weiter abgekühlt durch die
adiabatische Ausdehnung, die stattfindet, wenn das Sauerstoffgas durch das Mundstück austritt. Dies hat
einen beträchtlichen Abfluß der Wärme zur Folge, die bei der Reaktion erzeugt wird, wodurch wieder
die Menge des Schrottes begrenzt wird, der der Schmelze vor oder während des Reinigungsprozesses
zugesetzt werden kann.
Ein Gemisch aus dem flüssigen Brennstoff und festen Teilchen kann dem Ofen bzw. Konverter mit
Hilfe eines Vieldüsengebläsemundstückes zugeführt werden, das am Ende einer Blaslanze angeordnet ist,
wie es z. B. in dem deutschen Gebrauchsmuster 1 912 040 beschrieben ist. Es handelt sich dabei um
ein längliches Bauelement, das eine zentral liegende Brennstoffzuführungsleitung und eine diese umgebende
Sauerstoffzuführungsleitung besitzt, womit für den Sauerstoff ein Durchtrittsweg von kreisringförmigem
Querschnitt entsteht. Das Bauteil ist an einem Ende mit einem Austrittsmundstück versehea,
das eine Vielzahl von Austrittsöffnungen besitzt. Die Austrittsöffnungen sind mit einer Vielzahl von Röhren,
die winklig zur Längsachse der Lanze angeordnet sind, mit der Sauerstoffzuführungsleitung verbunden.
Die Brennstoffzuführungsleitung ist an ihrem Austrittsende ebenfalls mit einer Vielzahl von Röhren
versehen, die aus ihr herausragen und deren Endstück jeweils in einem der sauerstofführenden
Rohre liegt, so daß der in diesen Rohren zur Austrittsöffnung strömende Sauerstoff das Ende des den
Brennstoff führenden Rohres kreisringförmig umgibt und der Brennstoff beim Austritt aus den Austrittsöffnungen
in die Sauerstoffzuführungen eintritt.
Um eine solche Lanze an einen der üblichen Konverter zur Stahlerzeugung anzupassen, sind jedoch
einige Veränderungen erforderlich. Die Länge der Lanze wird vergrößert, und hierdurch ergibt sich die
Möglichkeit einer intensiven Kühlung des Heizöles auf seinem Wege die Lanze abwärts. Diese Kühlung
kann durch Ummantelung der Heizölzuführungsleitung geschehen oder durch Vorsehen eines zusätzlichen
Rohres außerhalb des Brennstoffzuführungsrohres, wobei ein Zwischenraum zwischen den beiden
Rohren verbleibt, der einen Widerstand für den Wärmeübergang darstellt.
Bei der Verwendung an einem offenen von oben beblasenen Konverter wird die Lanze gegen das
offene Oberteil des Konverters gerichtet und dann die Sauerstoff- und Heizölzufuhr eingeschaltet. Das
Gemisch entzündet sich am Ausgang des Mundstückes und erzeugt eine Flamme mit einer Länge
von etwa 45 bis 60 cm, gerechnet von den Austrittsöffnungen am Ende der Lanze an. Die Lanze wird
dann gesenkt, so daß die Austrittsöffnungen 120 bis 180 cm von der Oberfläche der Schmelze entfernt
sind, d. h. also, daß die Flamme selbst nicht auf die Oberfläche der Schmelze auftrifft. Das zugeführte
Heizöl wird dann ersetzt durch eine Schlämme von festen Teilchen in Heizöl. Die Zufuhr des Gemisches
aus Sauerstoff und Schlämme wird fortgesetzt, bis der Frischprozeß vollendet ist. Die Schlämme wird vorzugsweise
unter Druck zugeführt, so daß der Impuls der Teilchen aus festem Material genügend groß ist,
um diese in die Schmelze des Materials selbst hineinzubringen.
Stahl mit einem Phosphorgehalt von weniger als 0,015 Gewichtsprozent kann hergestellt werden aus
einem heißen Metall, das bis zu 0,08 Gewichtsprozent Phosphor enthält, wobei nach dem Frischen eine
Endschlacke anfällt mit einem Eisengehalt von weniger als 25%.
Der höhere Phosphorgehalt des heißen Metalls, der bei dem Verfahren nach der Erfindung zugelassen
werden kann, ist zurückzuführen auf die günstigen physikalischen und chemischen Bedingungen beim
Einbringen der festen Teilchen, die im flüssigen Brennstoff enthalten sind, in die Flamme im Konverter
bzw. Ofen. Diese Bedingungen sind
1. Erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit des durch das flüssige, kohlenstoffhaltige Heizöl eingebrachten
Kalkes, dank der sehr großen Oberfläche des feinverteilten Kalkes im Vergleich zu Stückkalk.
*5 2. Direkte Einführung des Kalkes in die Reaktionszone, bewirkt durch das Auftreffen von Sauerstoff
auf die Oberfläche der Schmelze nach dem Brennen.
ao 3. Der Impuls der aus den Düsen der Lanze herausgeschleuderten
Teilchen ist an der Oberfläche der Schmelze größer als der Impuls der Gasteilchen.
4. Das Verfahren nach der Erfindung fördert die Bildung einer Schlacke und auf diese Weise die
Entfernung des Phosphors aus der Stahlschmelze.
5. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht eine ständige Beherrschung der chemischen Zusammensetzung
der Schlacke und der Schlackenbasizität.
Es hat sich ergeben, daß das Verfahren nach der Erfindung alle Vorteile eines Stahlfertigungsverfahrens
hat, bei dem von oben Sauerstoff eingeblasen und pulverisierter Kalk eingebracht wird, ohne die
Nachteile der Erosion der Lanze und der Rohrleitungen durch den pulverisierten Kalk und ohne den
Verlust an Kalkpulver durch die Gefäßmündung und ohne den Verschleiß der Gefäßauskleidung
durch den gepulverten Kalk.
Das Blasverfahren erfolgt in genau der gleichen Weise, wie bei dem Linz-Donawitz-Prozeß, mit dem
Unterschied, daß die Brennölschlämme mit dem festen Stoff während des Blasens in der Lanze verbrannt
wird. Dabei ist die Menge des eingeblasenen Kalkes ein wichtiger Faktor für die physikalische
und chemische Beherrschung der Schlacke. Die Kalkmenge in kg pro Tonne heißen Materials wird berechnet
aus der erforderlichen Schlackenbasizität, der Reinheit und dem Futterverschleiß. Die erforderliche
Schlackenbasizität wird berechnet nach folgender Gleichung:
Schlackenbasizität =
°/o CaO
1,86VoSiO, + 1,18% P,O-
Günstige chemische Bedingungen für das Schäumen werden erreicht, wenn eine Schlackenbasizität
von 1,0 solange wie möglich aufrechterhalten wird, und die Menge des in die Schlämme eingebrachten
Kalkes wird so variiert, daß diese Bedingung eingehalten wird, bis % des Blasvorganges erreicht sind.
Der zum Erreichen der Endbasizität erforderliche restliche Kalk wird dann während des letzten Drittels
des Blasvorganges zugesetzt.
Die Durchführung des Verfahrens kann folgendermaßen erfolgen: Die Lanze wird gesenkt, bis sie
gerade innerhalb des Gefäßes ist, und die Sauerstoff-
zuführung wird so weit geöffnet, daß die Menge zur Verbrennung des Brennstoffes ausreicht. Die Brennstoffzufuhr
wird ebenfalls geöffnet, und die Verbrennung beginnt sofort. Die Lanze wird dann weiter
gesenkt bis in die normale Blasstellung, und die Sauerstoffzufuhr wird weiter geöffnet bis zu der Blasmenge,
und der Schmelze wird Flußmittel zugesetzt. Daraufhin wird an Stelle des Brennstoffes eine
Brennstoffschlämme zugeführt, die im wesentlichen 45 Gewichtsprozent Kalk enthält. Innerhalb von
2 bis 6 Minuten tritt im Reaktionsgefäß ein Aufschäumen ein, und das Ausmaß des Schäumens kann
beeinflußt werden durch Senken der Lanze und durch Drosseln der Sauerstoffzufuhr. In der Schlämme sind
während der ersten 2h des Blasvorganges genügend
schlackenbildende Bestandteile enthalten, um in dem Gefäß eine Schlackenbasizität von etwa 1,0 aufrechtzuerhalten.
Der Rest an Kalk wird dann während des letzten Drittels des Blasens zugesetzt, um eine
Endschlacke mit einer Basizität von 1,4 bis 1,8 zu erhalten. Am Ende wird der Schlämmezufluß unterbrochen
und das System unter Verwendung von reinem Brennstoff gespült, der dann wieder mit
Dampf ausgespült wird.
209 547/349
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung von Stahl in einem Siemens-Martin-Ofen oder einem von oben
beblasenen Konverter, bei dem die Metallschmelze mit Sauerstoff gefrischt wird, durch eine von
einem Sauerstoffstrom und flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff gespeiste Flamme, wobei das
Verhältnis von Sauerstoff zu flüssigem Brennstoff so eingestellt wird, daß vollständige Verbrennung
des Brennstoffes erreicht wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
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