DE1608597C - Verfahren zur Herstellung von Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zur Herstellung von Stahl aus flüssigem Roheisen, Schrott und Eisenoxyden, vornehmlich Eisenerzen, im Lichtbogenofen.

Verfahren der vorerwähnten Art sind unter der Bezeichnung Rohciscn-Erzverfahrcn bekannt; so wird beispielsweise in der britischen Patentschrift 157 944 ein Verfahren beschrieben, bei dem Stahl und Gußbruch im Elektroofen eingeschmolzen und in das Bad zur direkten Reduktion Erz-Kohlenstoir-Mriketts gegeben werden. Bei einem aus der USA.-Palentschrift I 242 442 bekannten Verfahren wird dagegen ein fester Einsatz aus pliosphorhalligem Stahlschrott, Kalk und Eisenerz im Lichtbogenofen unter Einblasen von Luft mittels einer Lanze eingeschmolzen.

Die bekannten Verfahren zum Reduzieren von Eisenerz über die flüssige Phase haben sich bislang jedoch großtechnisch nicht durchsetzen können, weil es schwierig ist, i\cn bei tier Reduktion verbrauchten Kohlenstoff des flüssigen Roheisens zu ergänzen und dort in Lösung zu bringen, wo er gebraucht wird. Da der Reduktionsprozeß endotherm ist, muß die Beheizung der Öfen so eingerichtet sein, daß eine möglichst rasche und vollkommene Wärmeabgabe an die Schlacke und das unter ihr befindliche Metall erfolgt, einer Forderung, el ie bei großränmigen Herdöfen nicht leicht zu erfüllen ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, die Eisengewinnung aus Erzen oder anderen liisen-Sauerstoff-Verbindungen mit der Herstellung von Stahl im Herdofen zu verbinden und auf diese Weise eine wirtschaftliche .Stahlherstellung zu ermöglichen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt in der Weise, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erlindungsgemäß beim Chargieren einer aus mindestens 20¹V₀ flüssigem Roheisen bestehenden Charge tue Eisenerze mit schlackenbiltlenden /.lischlägen zusammen so in den aus festem Schrott bestehenden Anteil der Beschickung eingebracht werden, daß sie sich hier in denjenigen Bereichen befinden, durch die nach dem Einschalten ties Stroms kraterartige, sich bis zum flüssigen Roheisen erstreckende Kanäle aufschmelzen, die Einschmel/.arbeit bis zur vollständigen Verflüssigung des festen Einsatzes fortgesetzt und die flüssige Charge danach in üblicher Weise gefeint wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in den festen Beschickungsanteil an einer oder an mehreren Stellen von oben her kraterartige Sümpfe oder Schmelztümpel ein- bzw. tlurchgeschmolzen. Diese Sümpfe bilden in tier festen Beschickung zunächst eine Art selbständiger Gefäße, deren IJötlen das flüssige Roheisen darstellt. In den von oben her einzeln beheizten Sümpfen kann nun so lange eine selbständige metallurgische Arbeit durchgeführt werden, bis der sie umgebende Schrott in ihren Bereich einbezogen, ti. h. die Beschickung insgesamt in den sehinelzflüssigen Zustand übergegangen ist.

Bei dein crlindungsgemäßen Verfahren besteht die metallurgische Arbeit in tlen Sümpfen in tier Reduktion des Eisenerzes oder anderer fester Eisen-Sauerstoff-Verbintlungen, d. h. in tier Erzeugung von Eisen, tlie so lange anhält, wie die Schmelzsümpfe bestehen. Erst nach der völligen Verflüssigung des Einsatzes beginnt dann das Fertigmachen der Charge auf die jeweils gewünschte Zusammensetzung und Qualität.

Die im Bereich tier. Schmelzsümpfe chargierten Eisenoxyde lösen sich in der auf dem Roheisen befindlichen Schlacke, wobei es zu einer lebhaften Reduktion der Eisenoxyde durch den im Roheisen gelösten Kohlenstoff kommt. Die Reduktionsgeschwindigkcit ist von der zugeführten Wärmemenge abhängig, so daß sich infolge tier Wärmekonzentration auf die Sümpfe eine hohe· Reduktionsgeschwindigkeit ergibt, zumal sich die Sümpfe nur allmählich erweitern.

D.ι sich die durch das flüssige Roheisen eingebrachten Reduktionsmittel, in erster Linie der Kohlenstoff, aber auch das Silizium, der Phosphor und tlas Mangan, bei der Reduktion verbrauchen, ist tlie reduzierbare Erzmenge zunächst begrenzt. Um dem entgegenzuwirken, können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zusammen mit den Eisenoxyden und den schlackenbiltlenden Zusehlägen auch Reduktionsmittel ζ. B. in Form feinkörniger Kohle, feinkörnigen Kokses oder Graphitpulver in die Bereiche des von tlen Lichtbögen kraterartig aufgeschmolzenen Schrotts eingebettet werden. D.irüber hinaus können aber auch Erz, Zuschläge und Reduktionsmittel wie Kohlenstoff, Ferrosiliziuni und Aluminium in tlie Sümpfe selbst chargiert werden. Auch hierbei ergibt sich durch die Sumpfarbeit der Vorteil eines besonders raschen Einwirkens der Reaktionspartner unter Vorwärmung, Vorreduklion, Lösen in tier auf dem Roheisen befindlichen Schlacke und Reduktion aus dieser.

Die bis auf den Badspiegel ties Roheisens reichenden Krater bilden sich beim Einsatz leichten Schrotts bereits in wenigen Minuten. Um in diese Erz, vorteilhafterweise Feiner/, im gehörigen G.-misch mit Kohle sowie weitere Zuschläge zu chargieren, werden tlie Lichtbogenelektroden hochgefahren. Der feste Zusatz löst sich schnell in tier auf dem Roheisenbad schwimmenden Schlacke, so tlaß mit Beginn tier erneuten Energiezufuhr bereits die Erzreduktion einsetzt. Diese erfolgt zum Teil über tlen Kohlenstoff des Roheisens, der aus dem festen Einsatz ergänzt wird, und zum anderen Teil in direkter Einwirkung des Reduktionsmittels auf das in der Schlacke gelöste Erz. Man kann aber auch so verfahren, daß man im Abschnitt der Eisenerzeugung nur über den Kohlenstoff der Schmelze reduziert, wobei es dann aber erforderlich ist, durch Einblasen beispielsweise von Kohlepulver in das Roheisen den für die Reduktion verbrauchten Kohlenstoff nachzuliefern. In diesem Falle braucht in die Sümpfe nur Erz chargiert zu werden.

Die Phase der Eisenerzeugung wird beendet, wenn sich die in den Schrott eingeschmolzenen Sümpfe praktisch berühren und danach der Schrott insgesamt zum Einschmelzen kommt. Zweekmäßigcrweise wird so verfahren, daß das Bad zu diesem Zeitpunkt nur noch einen geringen Kohlenstoffgehalt aufweist, so daß die Charge in kurzer Zeit auf die gewünschte Zusammensetzung und Qualität verarbeitet werden kann.

Die folgende Bilanz zeigt die große Wirtschaftlichkeit des erlindungsgeniäßcn Verfahrens:

1. Art des Ofens:

I 2-t-Lichtbogenofen,
fransformatorleistung.. 3 500OkVA

Graphitelektrode!! 350 Φ

basische Zustellung,
Silikadeckel

2. Einsatz und Ausbringen:

Schrott 5 300 kg

flüssiges Roheisen 3 620 kg

I. Summe metallischer

Einsatz 8 920 kg = 100%

Erz (66 bis 68 % Fe) 4 500 kg Eisengehalt des
Erzes -3 000 kg

33 °/₀ des ursprünglichen metallischen Einsatzes

II. Gesamter Metallinhalt des Einsatzes (Schrott -f- Roheisen -I- Eisen aus Erz) Il 920 kg

III. Ausbringen an flüssigem Rohstahl Il 180 kg Ausbringen in °/„:

a) bezogen auf den ursprünglichen metallischen Einsatz

(I -- Roheisen+Schrott) 125,5%

b) bezogen auf den gesamten Metallinhalt des Einsatzes (II -= Roheisen +Schrott

'r Eisen aus Erz) 93,8%

3. Chargendauer:

Einschalten der Energiezufuhr bis Einschmelzen des Schrottes (Bad: 0,48% C, Temperatur etwa

155O⁰C) 3 h 05'

Fe-Gehalt der Schlacke 10,2%

Einschalten der Energiezufuhr bis Abstich

(Stahl 0,13% C, Abstichtemperatur

1670⁰C) 4 h 25'

4. Energieverbrauch:

Einschalten bis Einschmelzen 8 500 kWh

Einschalten bis Abstich 10 500 kWh

Für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung eignen sich besonders Rundöfen, da hier bei der Sumpfarbeit keine toten Beschickungsräume zurückbleiben. In ihnen werden die Schmelzsümpfe durch die von oben auf den Einsatz wirkenden Elektroden erzeugt, deren Lichtbögen sich durch den Schrott bis auf das Roheisenbad hindurchfressen.

Sowohl bei der Sumpfarbeit als auch bei dein Fertigmachen der Charge finden die beim Reduzieren und Frischen gebräuchlichen Zuschläge /.. B. in Form von Kalk, Flußmitteln usw. Verwendung. Als Reduktionskohle kann feinkörnige Kohle, feinkörniger Koks oder Graphitpulver dienen. Auch aschereiche

ίο Kohle ist ohne weiteres brauchbar.

Beim Verfahren zum Herstellen von Eisen nach der Erfindung werden in einer betrieblich besonders günstigen Weise die unmittelbare Eisenerzeugung und die Weiterverarbeitung dieses Eisens auf hochwertige Stahlsorten miteinander verbunden. Wenn es sich hier auch nicht um ein kontinuierliches Eisenerzeugungsverfahren handelt, so liegt die große Bedeutung des Verfahrens doch in dem Umstand, daß ein erheblicher Teil des für die Stahlerzeugung notwendigen Eiseneinsatzes unmittelbar aus Erzen stammt, womit die Stahlerzeugung rohstofTniäßig erheblich unabhängiger wird als bisher.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Stahl aus flüssigem Roheisen, Schrott und Eisenoxyden, vornehmlich Eisenerzen, im Lichtbogenofen, d adurch gekennzeichnet, daß beim Chargieren einer aus mindestens 20% flüssigem Roheisen bestehenden Charge die Eisenerze mit schlackenbildcndcn Zuschlägen zusammen so in den aus festem Schrott bestehenden Anteil der Beschickung eingebracht werden, daß sie sich hier in denjenigen Bereichen befinden, durch die nach dem Einschalten des Stromes die Lichtbögen kratcrartige sich bis zum flüssigen Roheisen erstreckende Kanäle aufschmelzen, die Einschmelzarbeit bis zur vollständigen Verflüssigung des festen Einsatzes fortgesetzt und die flüssige Charge danach in üblicher Weise gefeint wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bereiche des von den Lichtbögen kraterartig aufgeschmolzenen Schrotts mit den Eisenoxyden und schlackenbildenden Zuschlagen zusammen Reduktionsmittel z. B. in Form feinkörniger Kohle, feinkörnigem Koks oder Graphitpulver eingebettet werden.