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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Frischen von Roheisen
in einem bodenblasenden Konverter, bei dem Sauerstoff und ein stickstofffreies Mantelgas
über im Konverterboden angeordnete Düsenrohre in die Roheisenschmelze geblasen werden.
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In der Vergangenheit sind zahlreiche Versuche durchgeführt worden,
um die Qualität des im bodenblasenden Konverter hergestellten Stahls durch die Verwendung
von mit Sauerstoff angereicherter Luft oder reinem Sauerstoff an Stelle von Luft
zu verbessern. Diese Versuche haben jedoch nicht zum Erfolg geführt, da die beim
Einblasen von reinem Sauerstoff üblicherweise verwendeten Kupferrohre im Konverterboden
häufig schon nach einer Schmelze völlig unbrauchbar waren. Daraufhin angestellte
Versuche, den Sauerstoff über feuerfeste Porössteine in die Sclu-nelze einzuleiten,
scheiterten an der raschen Verschlackung der Steine: Bekannt ist es auch, dem Sauerstoffstrom
Wasserdampf oder Kohlendioxyd beizumischen, um die Temperatur an der Düsenmündung
bzw. im Moment des Auftreffens auf das Eisenbad zu veringern. Obgleich dieses Verfahren
auch großtechnisch erprobt wurde, ist es mit dem Nachteil verbunden, daß die erforderlichen
großen Mengen an Wasserdampf oder Kohlendioxyd zu einer starken Herabsetzung des
zusätzlichen Schrottsatzes führen. Neben diesem wirtschaftlichen Nachteil ergibt
das Einleiten großer Mengen von Wasserdampf oder Kohlendioxyd infolge ddr niedrigen
Badtemperatur beim Blasen einen starken Auswurf und eine so niedrige Endtemperatur,
daß ein einwandfreies Gießen häufig nicht mehr möglich ist.
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Aus der französischen Patentschrift 1450 718 ist auch bereits
ein Konverter bekanntgeworden, in dessen Bodenmitte eine Düse aus einem Innenrohr
für Sauerstoff und einem konzentrischen Außenrohr für ein Kühl- bzw. Mantelgas,
beispielsweise Erdgas, Propan oder andere Kohlenwasserstoffe, angeordnet ist. Dieser
Konverter konnte jedoch nur für die Durchführung von.- Frischversuchen mit einem
Fassungsvermögen von etwa 100 kg benutzt werden; eine großtechnische Stahlproduktion
ließ sich jedoch nach dem Prinzip des beschriebenen Konverters nicht durchführen,
da es nicht zu dem erforderlichen Durchmischen von Bad und Schlacke sowie zu einem
hinreichenden Konzentrationsausgleich im Bad kommt. Dieser Nachteil macht sich zwar
während der Entkohlung weniger bemerkbar, weil das bei der Entkohlung entstehende
und im Bad aufsteigende Kohlenmonoxyd zur Bewegung des Bades beiträgt. Gegen Ende
der Entkohlung wird aber die Gasentwicklung im Bad so gering und der eingeblasene
Sauerstoff fast völlig an flüssige Oxydationsprodukte gebunden, so daß für das Durchmischen
von Bad und Schlacke nur noch das Mantelgas zur Verfügung steht. Um gleichwohl ein
gründliches Durchmischen von Bad und Schlacke zu erreichen, müßte die Mantelgasmenge
so erhöht werden, daß damit nicht nur erhebliche Wärmeverluste, sondern auch eine
starke Kühlung der Düsenöffnung verbunden wäre, die zu starken Ansätzen an der Düsenmündung
und damit zu einer Beeinträchtigung der Betriebssicherheit führt.
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Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 890 352 ein bodenblasender
Thomas- und Bessemer-Konverter bekannt, bei dem nur ein Teil des Bodens mit Blasdüsen
besetzt ist und demzufolge im Bad eine gerichtete Umlaufströmung erzeugt wird. Durch
diese gerichtete Badbewegung soll die Stickstoffaufnahme der Schmelze durch möglichst
kurzzeitige Berührung und Verringerung der Berührungsfläche zwischen dem Ballaststickstoff
und der Schmelze verringert werden.
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Bei dem Thomas- und Bessemer-Verfahren ist wegen der hohen, an der
Reaktion nicht teilnehmenden Ballastgasmenge nie das Problem aufgetreten, daß am
Ende des Frischprozesses keine ausreichende Badbewegung vorhanden war.
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Die Fehlschläge bei den Versuchen, Sauerstoff im bodenblasenden Konverter
zu verwenden, haben zu dem bekannten Sauerstoff-Aufblasverfahren geführt, bei dem
reiner Sauerstoff mit einer Lanze von oben auf das Bad geblasen wird. Obgleich dieses
Verfahren bei der Herstellung von Massenstählen sehr wirtschaftlich ist, besitzt
es gegenüber dem bodenblasenden Konverter eine Reihe von Nachteilen. So erfordert
das Sauerstoff-Aufblas-Verfahren aufwendige Lanzen, die zudem einem starken Verschleiß
durch Metall- und Schlackenspritzer sowie die hohen Temperaturen im Bereich des
auftreffenden Sauerstoffstrahls unterliegen. Außerdem ist auch die Baddurchmischung
und damit der Konzentrationsausgleich beim Sauerstoff-Aufblasverfahren nicht so
gut und intensiv wie beim mit Luft oder Sauerstoff angereicherter Luft betriebenen
bodenblasenden Konverter. Schließlich wird der Sauerstoff dem Bad beim Oberwindfrischen
zu einem wesentlichen Teil über die Schlackenphase zugeführt, deren Sauerstoff-
bzw. Eisenoxydgehalt entsprechend hoch ist, während der Sauerstoff beim bodenblasenden
Konverter direkt mit dem Bad in Berührung kommt und der Eisenoxydgehalt der Schlacke
entsprechend niedrig ist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, ein
Verfahren zum Sauerstoff-Frischen von Roheisen im bodenblasenden Konverter zu schaffen,
das beim ruhigen Blasverlauf und hohem Ausbringen und bei großer Konverterhaltbarkeit
das Frischen eines Stahls von hoher Qualität erlaubt. Die Lösung dieser Aufgabe
besteht, ausgehend von dem Verfahren der eingangs erwähnten Art, in der Kombination
der folgenden, an sich bekannten Maßnahmen: a) mittels einseitig angeordneter Düsen
wird eine gerichtete Umlaufbewegung der Schmelze erzeugt; b) die Düsen werden mit
Kohlenwasserstoffgas als Mantelgas gespeist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt es infolge der gerichteten
Badbewegung zu einer optimalen Ausnutzung der Bewegungsenergie der Gase und demzufolge
trotz der im Vergleich zum Thomas-oder Bessemer-Verfahren geringen Gasmenge zu einem
raschen Materialaustausch sowie zu niedrigen Eisenoxydgehalten der Schlacke und
zu einer starken Verringerung des braunen Rauchs und damit zu sehr geringen Eisenverlusten.
Andererseits bewirkt das eingeblasene Kohlenwasserstoffgas eine Verlagerung der
Reaktion der Gase mit der Schmelze von den Düsenmündungen weg, die eine Bodenhaltbarkeit
ergibt, die weit über der Haltbarkeit üblicher Böden von mit Luft oder mit Sauerstoff
angereicherter Luft betriebenen Thomas-Konvertern liegt.
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Die Verwendung von Kohlenwasserstoffen als
Mantelgas
führt insbesondere wenn die Mantelgasmenge gegen Blasende erhöht wird, zu einem
vergleichsweise hohen Wasserstoffgehalt des Stahls. Insoweit eignet sich das erfindungsgemäße
Verfahren besonders zum Herstellen wasserstoffhalbberuhigter Stähle, deren Gehalt
an anderen sauerstoffaffinen Elementen in Anbetracht des hohen Wasserstoffangebotes
bei Frischende überdurchschnittlich groß ist.
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Wird der Stahl bei hohem Wasserstoffangebot gegen Blasende in üblicher
Weise mit Aluminium beruhigt, erstarren mit glatten Köpfen vergossene Blöcke wegen
des verhältnismäßig hohen Wasserstoffgehaltes der Schmelze wie halbberuhigte Stähle.
Neben den damit verbundenen Vorteilen beim Gießen ergibt sich beim Walzen ein hohes
Ausbringen von etwa 93 0/0 Ein weiterer Vorteil des hohen Wasserstoffangebotes besteht
darin, daß bei einem Sauerstoffgehalt des Bades von 0,08 % etwa 50 % des Wasserstoffs
zu Wasserdampf verbrennen und der Schmelze dabei eine entsprechende Wärmemenge zugeführt
wird.
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Auf diese Weise läßt sich die Badtemperatur durch Einstellen des Sauerstoff-Kohlenwasserstoff-Verhältnisses
in weiten Grenzen verändern, wobei die Düsen nach Art eines Brenners arbeiten.
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Die Brennerwirkung der Düse und die damit geschaffene Möglichkeit,
die Badtemperatur unabhängig von den metallurgischen Reaktionen einzustellen, eröffnet
die Möglichkeit, das Frischen bei so hohen Temperaturen durchzuführen, daß erwünschte
Eisenbegleiter wie beispielsweise Chrom nicht oder nur wenig oxydiert werden. Hierbei
macht sich der niedrige Eisenoxydgehalt der Schlacke besonders vorteilhaft bemerkbar,
da dadurch das Verschlacken des Chromes aus der Schmelze stark zurückgedrängt wird.
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Beim Frischen phosphorreichen Roheisens, dessen erste Schlacke bei
einem Phosphorgehalt des Bades von 0,15 % abgezogen wurde, ergab sich ein Eisengehalt
unter 10 %. Eine derartige geringe Verschlakkung des Eisens und der praktisch auswurffreie
Blasverlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens führen zu einem hohem metallischen
Ausbringen. So konnte beispielsweise mit einem Schrottsatz von 30 % ein Eisenausbringen
von 92 11/o erreicht werden. Außerdem gestattet der ruhige Blasverlauf eine bessere
Ausnutzung des Konverters, da das Chargengewicht im Vergleich zum herkömmlichen
Verfahren um etwa 50 % erhöht werden kann. Der ruhige Blasverlauf wurde im Gegensatz
zum Sauerstoff-Aufblasverfahren oder zu den üblichen Frischverfahren im bodenblasenden
Konverter auch dann nicht gestört, wenn das Roheisen eine verhältnismäßig niedrige
Temperatur oder einen höheren Siliziumgehalt besaß.
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Für den ruhigen Blasverlauf ist es wesentlich, daß die Schmelze im
Konverter eine definierte Umlaufströmung erhält. Die definierte Umlaufströmung ergibt
sich bei einem Konverter mit in einer Bodenhälfte angeordneten Düsen. Das hat zur
Folge, daß die Schmelze im Bereich der Düse aufsteigt, teilweise die Schlackenschicht
durchspült und im Bereich des düsenfreien Bodenteils wieder nach unten zurückströmt,
so daß sich ein gerichteter Schmelzumlauf ergibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an Hand eines in der
Zeichnung dargestellten Konverters mit unterschiedlichen Böden des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigt F i g. 1 die Draufsicht auf einen Konverter, F i g. 2 einen
Vertikalschnitt durch den in F i g. 1 dargestellten Konverter nach der Linie II-II,
F i g. 3 bis 6 Konverterböden mit verschieden angeordneten Düsen und F i g. 7 und
8 Düsen für Sauerstoff und Kühlgas. Der Konverter besteht in üblicher Weise aus
einem Stahlmantel 10 und einem feuerfesten Futter 11, das jedoch anders als bei
üblichen Konvertern einen Teil 14 des Konverterbodens bedeckt. Bei dem Konverter
ist nur die mit Düsen 12 versehene Bodenhälfte 13 auswechselbar, während der andere
Bodenteil 14 Bestandteil des Futters ist. Die einseitige Anordnung der Düse im Bodenteil
13 besitzt den Vorteil, daß die Düsen beim Chargieren nicht beschädigt werden,
weil der Schrott in der düsenfreien Bodenhälfte untergebracht werden kann. Außerdem
kann der liegende Konverter bis zur Höhe der ersten Düsenreihe gefüllt werden. Schließlich
kann auch bei liegendem Konverter der in der unteren, düsenfreien Konverterhälfte
befindliche Schrott durch Einleiten von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen über
die Düsen 12 ähnlich wie im Siemens-Martin-Ofen vorgewärmt werden. Andererseits
können die Düsen bei liegendem Konverter durch Einleiten eines vorzugsweise inerten
Gases vor dem Abschmelzen bewahrt werden.
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Die Düsen 12 können gruppenweise kreisförmig oder an den Eckpunkten
von Dreiecken (F i g. 3, 4) sowie in mehreren Zweierreihen (F i g. 6) angeordnet,
oder auch gleichmäßig über den auswechselbaren Bodenteil 13 verteilt sein. Der verhältnismäßig
große Abstand zwischen den einzelnen Düsen oder Düsengruppen führt zu einem ausreichenden
düsenfreien Raum am Konverterboden, der einen ungehinderten Metallzutritt zum Düsenbereich
bzw. den sich oberhalb der Düsengruppe bildenden Gas-Metall-Strahlen gestattet.
Dies gilt auch für die im Bodenrand angeordneten Düsen, so daß sich keine wesentlichen
Konzentrationsunterschiede ergeben, die gerade bei den herkömmlichen Verfahren zu
einem starken Auswurf führen.
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Die gruppenweise Anordnung der Düsen in auswechselbaren Steinen 15
hat sich besonders bei hochwertigen Magnesitsteinen bewährt und führte zu einer
wesentlichen Steigerung der Haltbarkeit des Bodens.
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Die Düsen bestehen aus einem Innenrohr 16 für Sauerstoff und einem
konzentrischen Außenrohr 17 für das Kühlgas. Die Mündungen beider Rohre brauchen
dabei nicht in einer Ebene zu liegen; vielmehr hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
bei neuen Böden das Sauerstoffrohr um etwa 10 cm gegenüber dem außenliegenden Frischgasrohr
zurückzusetzen (F i g. 8). Die aus den Düsensteinen 15 herausragenden Rohrenden
tragen ein T-förmiges Anschlußstück 18 mit einem Stutzen 19 für Kühlgas und einem
Anschluß 20 für Sauerstoff.
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Der außerordentlich ruhige Blasverlauf bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
eröffnet die Möglichkeit, die aus der Schmelze austretenden Frischgase ohne übermäßigen
Kostenaufwand zu sammeln und auf Grund ihres hohen Wasserstoffgehaltes beispielsweise
als Reduktionsgas im Hochofen zu verwenden.