DE1583968C - Verfahren zum Frischen von Roheisen - Google Patents

Description

I 583 968

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.

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 Schmelze 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 der niedrigen Badtemperatur beim Blasen einen starken Auswurf und eine so niedrige Endtemperatur, daß ein einwandfreies Gießen häufig nicht mehr möglich ist.

Aus der französischen Patentschrift 1 450 718 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 Betriebssicherhei' führt.

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.

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.

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.

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.

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 Thomasoder 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 cingeblasene Kohlenwasserstoffgas eine Verlagerung der Reaktion der Gase mit der Schmelze von den Düschmündungen weg, die eine Bodenhaltbarkeit ergibt, die weit über der Haltbarkeit üblicher Böden von mit Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft betriebenen Thomas-Konvertern liegt.
Die Verwendung von Kohlenwasserstoffen als

Mantelgas führt insbesondere wenn die Mantelgasmenge gegen Blasende erhöht wird, zu einem vergleichsweise hohen Wasserstotfgehalt 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.

Wird der Stahl bei hohem Wasserstoffangebot gegen Blasende in üblicher Weise mit Aluminium be- ίο ruhigt, 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 °/o

Ein weiterer Vorteil des hohen Wasserstoffangebotes besteht darin, daß bei einem Sauerstoffgehalt des Bades von 0,08 ⁰Zo etwa 50 %> des Wasserstoffs zu Wasserdampf verbrennen und der Schmelze dabei ao eine entsprechende Wärmemenge zugeführt wird.

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. *5

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.

Beim Frischen phosphorreichen Roheisens, dessen erste Schlacke bei einem Phosphorgehalt des Bades von 0,15 % abgezogen wurde, ergab sich ein Eisengehalt unter K) %>. 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 °/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 Siliziumgchalt besaß.

Für den ruhigen Blasverlauf ist es wesentlich, daß die Schmelze im Konverter eine definierte Umlauf-Strömung 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 Schiackenschicht durchspült und im Bereich des düsenfreien Bodcnteils wieder nach unten zurückströmt, so daß sich ein gerichteter Schmelzumlauf ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Konverters mit unterschiedlichen Böden des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 die Draufsicht auf einen Konverter,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Konverter nach der Linie H-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.

Die Düsen 12 können gruppenweise kreisförmig oder an den Eckpunkten von Dreiecken (Fig. 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 Düsenpruppen führt zu einem ausreichenden düsenfreien kaum 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.

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.

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 K) cm gegenüber dem außenliegenden Frischgasrohr zurückzusetzen (Fig. 8). Die aus den Düscnsteinen 15 hcrausragenden Rohrenden tragen ein T-förmiges Anschlußstück 18 mit einem Stutzen 19 für Kühlgas und einem Anschluß 20 für Sauerstoff.

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 WasscrslolTuehaltcs beispielsweise als Reduktionsgas im Hochofen zu verwenden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Frischen vom Roheisen in einem bodcnblascnden Konverter, Ihm dem Sauerstolf und ein stickstolTfrcics Manldgas über im

Konverterboden angeordnete Düsenrohre in die Schmelze geblasen werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Maßnahmen:

a) mittels in einer Bodenhälfte angeordneter Düsen wird eine gerichtete Umlaufbewegung der Schmelze erzeugt;

b) die Düsen werden mit Kohlenwasserstoffgas als Mantelgas gespeist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasdruck des Kohlenwasserstoffgases um 20 bis 50 °/o unter dem Blasdruck des Sauerstoffs liegt.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zum Herstellen hochlegierter Stähle.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 zum Herstellen wasserstoffhalbberuhigter Stähle.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen