DE1909779C3 - Vorrichtung zum Einleiten von im Sauerstoffstrom suspendierten Feststoffteilchen für einen nach dem Mantelgasverfahren betriebenen Konverter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einleiten von im Sauerstoffstrom suspendierten Feststoffteilchen für einen nach dem Mantelgasverfahren betriebenen bodenblasenden Konverter.

Das Frischen von phosphorreichem Roheisen erfolgt im allgemeinen nach dem bekannten Thomas-Verfahren oder dem in neuerer Zeit entwickelten LDAC-Verfahren unter kalkreichen Schlacken. Beim LDAC-Verfahren werden reiner Sauerstoff und Kalkstaub mit einer wassergekühlten Lanze von oben auf das Bad geblasen, das aus dem Roheiseneinsatz, dem Schrottsatz und einem Teil des für das Verfahren erforderlichen Kalks besteht. Beim Frischen bildet sich sehr schnell eine eisenoxydulreiche und demzufolge im Hinblick auf die Entphosphorung reaktionsfähige Schlacke, die im Vergleich zum Thomas-Verfahren eine Vorverlegung der Entphosphorung und damit eine Entphosphorung während der Entkohlung ermöglicht. Obgleich das LDAC-Verfahren immer mehr an die Stelle des herkömmlichen Thomas-Verfahrens tritt, besitzt es eine Reihe von Nachteilen; so wird dem Bad der Sauerstoff nicht direkt, sondern indirekt über die Schlacke zugeführt, was zu einem entsprechend hohen Eisenoxydulgehalt der Schlacke und damit zu hohen Eisenverlusten bzw. einem verringerten Ausbringen führt. Außerdem beeinträchtigen hohe Eisengehalte der Schlacke deren Verwendbarkeit als Düngemittel und neigen eisenoxydulreiche Schlacken zum Schäumen, d. h. das sich aus dem hohen Eisenoxydulgehalt der Schlacke und dem verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt des Bades ergebende Ungleichgewicht führt zu erruptivem Auswurf von Eisen und Schlacke.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil des LDAC-Verfahrens besteht darin, daß ein ausreichend niedriger Phosphorgehalt nur mit zwei Schlacken erreicht werden kann, was es erforderlich macht, das Frischen bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,7 bis 1% zu unterbrechen und abzuschicken. Die Schlacke des ersten Blasabschnitts enthält bei einem Phosphorgehalt des Bades von etwa 0,2% etwa 10% Eisen und 20% Phosphorsäure. Während des zweiten Blasabschnittes wird durch den weiterhin eingeblasenen Kalkstaub eine neue Schlacke aufgebaut, mit deren Hilfe der Phosphorgehalt auf unter ίο 0,025% gesenkt werden kann. Die Schlacke des zweiten Blasabschnitts verbleibt für den ersten Blasabschnitt der nächsten Charge im Konverter. Die verhältnismäßig schlechte Entphosphorung beim LDAC-Verfahren erklärt sich daraus, daß nach der Entkohlung die Badbewegung ausschließlich durch den Sauerstoff strahl erfolgt und sich daher auf eine verhältnismäßig geringe Oberflächenzone des Bades beschränkt. Außerdem wird im Brennfleck des Sauerstoffstrahls eine erhebliche Menge Eisen verschlackt, wodurch nicht nur das Ausbringen verschlechtert wird, sondern auch große Mengen des unerwünschten braunen Rauchs entstehen. Der althergebrachte Thomas-Konverter, bei dem Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft durch im Konverterboden befindliche Düsen in die Schmelze eingeblasen wird, besitzt gegenüber dem LDAC-Verfahren sowohl Vor- als auch Nachteile. Die Vorteile des Thoiras-Verfahrens bestehen darin, daß der Sauerstoffanteil des Blaswindes vor den Düsenmündungen das Eisen zu Eisenoxydul oxydiert, das als Sauerstoffträger mit hohem Wirkungsgrad die Begleitelemente des Eisens in der Reihenfolge Silizium, Mangan, Kohlenstoff und Phosphor im Wege der Oxydation aus dem Bad entfernt. Dabei wird die gesamte Schmelze erfaßt und durch den Ballaststickstoff des Blaswindes gründlich durchmischt, so daß die Diffusionswege gering sind. Infolge des mindestens 60% betragenden Stickstoffanteils im Blaswind kommt es jedoch zwangsläufig zu einer Aufstickung des Stahls und darüber hinaus zu beträchtlichen Wärmeverlusten, so daß der Schrittsatz verhältnismäßig gering ist. Eine Erhöhung des Sauerstofianteils im Blaswind über 40% verbietet sich jedoch wegen des damit verbundenen starken Anfalls an braunem Rauch und des raschen Bodenverschleißes selbst bei Verwendung von Düsenrohren aus Kupfer. Ein weiterer Nachteil des Thomas-Verfahrens besteht darin, daß die Oxydation des Phosphors erst am Ende der Entkohlung, beim sogenannten Übergang, einsetzt, weswegen schon zahlreiche Versuche gemacht worden sind, die Entphosphorung vorzuverlegen, das heißt gleichzeitig mit der Entkohlung ablaufen zu lassen.

In diesem Zusammenhang sind zahlreiche Konverter bekannt geworden, deren Düsen mit einem unterhalb des Konverterbodens angeordneten Raum für eine Frischgas/Kalkstaub-Suspension in Verbindung stehen. So ist aus der deutschen Patentschrift 4 94 011 ein Konverter bekannt, unter dessen Düsenboden sich ein aus zwei übereinanderliegenden Kammern bestehender Windkasten befindet. Die Bodendüsen gehen von der unteren, mit Frischgas beschickten Kammer ab und durchragen die obere, mit einer Frischgas/Kalkstaub-Suspension beschickte Kammer, aus der sie über seitliche Düsenöffnungen die Suspension ansaugen. Eine andere Variante besteht darin, daß die Düsen als Saugdüsen fungieren, wobei dann der obere Raum mit dem Frischgas und der untere Raum mit der Suspension beschickt wird,

Bekannt ist aus der deutschen Patentschrift 5 44 393 auch ein windkastenfreier Konverter mit einer unter-

halb des Konverterbodens angeordneten Auffangdüse, aus deren oberem Teil einzelne Reaktionsmittelrohre für eine Gas/Staub-Suspension abgehen und zu den einzelnen Bodendüsen des Konverters führen. Die Auffangdüse ist über einen Ringraum mit einer konzentrischen Staubkammer verbanden, so daß das die Auffangdüse durchströmende Frischgas beim Entspannen einen Unterdruck erzeugt, der aus der Staubkammer ein pulverbeladenes Trägergas ansaugt. Die bekannte Saugdüse arbeitet mithin nach dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe.

Des weiteren ist es aus der deutschen Patentschrift 4 57 719 bekannt, zum Verteilen eines Brennstoff staubs auf mehrere Brenner ein konisches Verteilergefäß zu verwenden. Dabei wird eine Staub/Gas-Suspension tangential in das konische Verteilergefäß eingeleitet und in Richtung des abnehmenden Durchmessers nach unten in Richtung auf einen am Boden des Verteilergefäßes befindlichen geschlossenen Ke^eI geführt, der vom Boden nur einen schmalen Ringraum freiläßt. Von diesem Ringraum gehen axial einzelne Zuleitungsrohre zu den Brennern ab.

Ein weiterer Verteiler, jedoch ohne ein besonderes Verteilergefäß, ist aus der deutschen Patentschrift 4 10 681 bekannt; bei ihm gehen die Zuleitungsrohre von einer Hauptleitung ab, die mit besonderen Leitmitteln zum Verteilen des Feststoffs auf die einzelnen Zuleitungn versehen ist. Die Leitmittel können aus schraubenlinienförmig verlaufenden Leitschaufeln oder einem einen schmalen Ringspalt freilassenden Kegel bestehen, der die Feststoff/Gas-Suspension auf von dem Ringspalt im wesentlichen axial abgehende Zuleitungn zu den einzelnen Verbrauchss teilen verteilt

Die bekannten Vorrichtungen haben sich in der Praxis beim Einleiten von Kalkstaub in Konverterschmelzen nicht bewährt. Dies liegt vor allem darin, daß es infolge der zahlreichen Umlenkungen leicht zu einer Sedimentation und damit zu wachsenden Kalkstaubablagerungen kommt, die alsbald die Vorrichtung und die Leitungen zu den Düsen bzw. die Düsen selbst verstopfen. Abgesehen von der Gefahr eines Verstopfens gewährleisten die bekannten Vorrichtungen keine Gleichverteilung des Kalkstaubs auf die einzelnen Düsen. Diesem Nachteil kommt beim Frischen mit Luft oder mit sauerstoffangereicherter Luft keine wesentliche Bedeutung zu, da der Ballaststickstoff zu einer so starken Durchwirbelung des Bades führt, daß ein ungleichmäßiges Einleiten von Kalkstaub und daraus resultierende Konzentrationsunterschiede sofort ausgeglichen werden und sich nicht auf die Metallurgie des Verfahrens auswirken können.

Beim Frischen mit reinem, von einem Schutzgas umgebendem Sauerstoff, wie es beispielsweise aus der französischen Patentschrift 14 50 718 in einem Konverter mit einer aus zwei konzentrischen Rohren bestehenden Bodendüse bekannt ist, wird dagegen mit einer verhältnismäßig geringen Gasmenge gefrischt und ist demzufolge die Zahl der Düsen im Vergleich zum herkömmlichen Thomas-Konverter wesentlich geringer. Entsprechend der geringeren Düsenzahl geht durch jede einzelne Düse je Zeiteinheit eine viel größere Kalkmenge hindurch. Eine ungleichmäßige Verteilung des Kalks auf die einzelnen Düsen führt daher leicht zu einem Verstopfen der zu stark beaufschlagten Düsen. Die Folge davon ist, daß die noch offenen Düsen umso stärker mit Kalk beaufschlagt werden und ebenfalls der Gefahr eines Verstopfens unterliegen. Aus diesem Grunde und im Hinblick auf ein möglichst frühzeitiges Entstehen einer flüssigen und reaktionsfähigen Schlacke kommt der Gleichverteilung des Kalks beim Frischen mit von einem Schutzgas umgebenem Sauerstoff eine entscheidende Bedeutung zu.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich beim Frischen mit von einem Schutzgas umgebenem und mit Feststoffen wie Kalkstaub beladenem Sauerstoff eine gleichmäßige

ίο Verteilung des Kalkstaubs auf die einzelnen Düsen erreichen und dabei die Gefahr eines Verstopfens einzelner Düsen vermeiden läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die eingangs erwähnte Vorrichtung erfindungsgemäß in Kombination ein topfförmiges Verteilergefäß mit im Vergleich zum Konverterboden kleinerem Durchmesser, peripher vom Verteilergefäß abgehende Reaktionsmittelrohre und die Reaktionsmittelrohre konzentrisch umgebende Schutzgasrohre mit gesonderter Schutzgaszuleitung aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleisten das topfförmige Verteilergefäß und die, bezogen auf die Frischstellung, peripher abgehenden Reaktionsmittelrohre trotz des Einblasens von Sauerstoff durch nur wenige Düsen eine Gleichverteilung aer Feststoffe auf die einzelnen Düsen und damit Bodenhaltbarkeiten, die ein Vielfaches der Bodenhaltbarkeit herkömmlicher, allenfalls mit Sauerstoff angereicherter Luft betriebener Konverter ausmachen.

Das gleichmäßige Einblasen der von einem Schutzgasschleier umgebenen Sauerstoff/Kalkstaub-Suspension führt dazu, daß die heftige Reaktion des Sauerstoffs mit der Schmelze abgebremst und gleichzeitig die Düsen und der Konverterboden gegen ein Verschlacken durch den Sauerstoff geschützt werden. Außerdem wird bei ruhigem Blasverlauf der Anfall an braunem Rauch so weit verringert, daß sich die Verwendung aufwendiger Gasreinigungsanlagen erübrigt. Metallurgische Vorteile ergeben sich daraus, daß der in gleichmäßiger Verteilung auf die Düsen eingeblasene Kalk bei der hohen Temperatur der Eisenoxydulbildung aus dem eingeblasenen Sauerstoff mit dem Eisenoxydul eine stark reaktionsfähige Schlacke bildet, die in gleichmäßiger und feiner Verteilung zur Badoberfläche aufsteigt.

Die Aufsteiggeschwindigkeit ist dabei wegen der verhältnismäßig geringen eingeblasenen Gasmenge so gering, daß sich bereits zu Beginn des Frischens eine starke Entphosphorung ergibt. Die Entschwefelungsund die Entphosphorungsbedingungen sind wegen der großen Reaktionsoberfläche, der gleichmäßigen Zufuhr neuen Kalks und neuer Schlacke vom Konverterboden her und wegen der geringen Aufstiegsgeschwindigkeit der Kalk- bzw. Schlackenteilchen so gut, daß die Entphosphorung praktisch gleichzeitig mit der Entkohlung zu Ende kommt, wie Versuchsschmelzen mit einem Roheisen ergaben, das 3,5% Kohlenstoff und 1,7% Phosphor enthielt. Die dabei anfallende Schlacke besitzt einen hohen Gehalt löslicher Phosphorsäure, aber nur einen geringen Eisengehalt, so daß das erfindungsgemä-Be Verfahren mit einem wesentlich höheren Ausbringen arbeitet als das bekannte LDAC-Verfahren.

Vorzugsweise mündet bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Zuleitungsrohr im oberen, den größeren Durchmesser aufweisenden Teil eines konisehen Verteilergefäßes. In diesem Falle gehen mehrere im gleichen Abstand voneinander angeordnete Reaktionsmittelrohre vom unteren GefäÖteil ab, die mit den Innenrohren der Düsen aus je zwei konzentrischen

Rohren verbunden sind.

Andererseits eignet sich aber auch ein zylindrisches Verteilergefäß mit einer waagerechten, gasdurchlässigen Zwischenwand, einer oberhalb der Zwischenwand mündenden Reaktionsmittelzuleitung und einer unterhalb der Zwischenwand mündenden Sauerstoffzuleitung. Dabei gehen die Reaktionsmittelrohre von dem Gefäßleil oberhalb der Zwischenwand ab und sind ebenfalls mit den innenrohren der aus konzentrischen Rohren bestehenden Düsen verbunden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieien des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Konverter mit einer erfindungsgemäßen Einblasvorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Bodenseite des Konverters nach Fig. 1,

Fig. 3 ebenfalls einen axialen Längsschnitt durc einen Konverter mit einer anderen Einblasvorrichtun, nach der Erfindung und

Fi g. 4 eine Draufsicht auf die Bodenseite de Konverters nach F i g. 3.

Der Konverter besteht in üblicher Weise aus einen Stahlmantel 8 mit feuerfester Auskleidung 9 und einen eingesetzten, auf einer Bodenplatte 11 ruhenden Bodei 12. Mit der Bodenplatte 11 ist ein konisches Vertcilerge faß 13 verbunden, in dessen oberen, den größerei Durchmesser aufweisenden Teil tangential ein Zulei tungsrohr 14 für Sauerstoff und Kalkstaub mündet. Von unteren Teil des konischen Gefäßes 13 gehen ii gleichem Abstand voneinander Reaktionsmittelrohre Ii ab, die durch den Konverterboden 12 hindurchraget und zusammen mit den sie umgebenden Schutzgasroh ren 16 jeweils eine Düsen bilden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einleiten von im Sauerstoffstrom suspendierten Feststoffteilchen für einen nach dem Mantelgasverfahren betriebenen L lbiasenden Konverter, gekennzeichnet arch die Kombination folgender Merkmale

a) ein topfförmiges Verteilergefäß (13, 17) mit im Vergleich zum Konverterboden kleinerem Durchmesser;

b) peripher vom Verteilergefäß (13,17) abgehende Keaktionsmittelrohre (15,22) und

c) die Reaktionsmittelrohre konzentrisch umgebende Schutzgasrohre (16, 20) mit gesonderter Schutzgaszuleitung.

2. Verrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein konisches Verteilergefäß (13), in dessen oberen Teil größeren Durchmessers tangential ein Zuleitungsrohr (14) einmündet und von dessen unterem Teil kleineren Durchmessers in gleichem Abstand voneinander Reaktionsmittelrohre (15) abgehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Verteilergefäß (17) mit einer gasdurchlässigen Zwischenwand, eine radial mündende Reaktionsmittelzuleitung (21), eine unterhalb der Zwischenwand mündende Sauerstoffzuleitung (19) und oberhalb der Zwischenwand abgehende Reaktionsmittelrohre (22).