DE1959701A1

DE1959701A1 - Verfahren zur Steuerung des Mangangehaltes einer eisenhaltigen Metallschmelze

Info

Publication number: DE1959701A1
Application number: DE19691959701
Authority: DE
Inventors: Grenfell Hugh Willmott
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1969-03-21
Filing date: 1969-11-28
Publication date: 1970-10-08
Also published as: NL6917948A; CH549096A; JPS4931171B1; FR2035136A1; BE742108A; US3661560A; ES374390A1; NO128072B; LU59881A1; CA924907A; FR2035136B1

Description

- Patentanwalt Akte 69-10-140

4 Düsseldorf ■ 26.11.69 Dr. P/No

Am Wehrhahn 77· l.Etgr,

British Steel Corporation, a corporation incorporated and existing under the Iron and Steel Act 1967» P^ 33 Grosvenor Place, Iiondon S.Wo I/England '

Verfahren zur Steuerung des Mangangehaltes einer eisen—. haltigen Metallschmelze.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum \ Frischen von Roheisen zu Stahl mit Hilfe von Sauerstoff und BreniL< stoff. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Ein- j stellung eines bestimmten Mangangehaltes in der Schmelze am Ende des Prischprozesses.

Bei Walzstählen verbessert ein Mangangehalt von 0,30$ bis Ö,40# ; die Walzeigenschaften des Stahls erheblich. Obwohl Roheisen . ; häufig eine ziemlich hohe Mangankonzentration aufweist, vermindert sich bei den normalerweise gegenwärtig angewandten

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Verfahren zum Prischen von Eisen, beispielsweise dem Linz-Donawitz-Verfahren, der Mangangehalt im Stahl auf im allge-

' meinen weniger als 0,15 Gew.ji, und der erforderliche Manganäusgleich muß dadurch geschaffen werden, daß Perromangan in die Gießpfanne zugesetzt wird. Im Hinblick auf die relativ hohen Kosten von Perromangan ist es wünschenswert, den Anteil des in der Schmelze verbleibenden Mangans so zu steuern, daß bei der Herstellung von Walzstählen ein möglichst hoher Mangangehalt in der Schmelze zurückgehalten werden kann, damit die

, Menge des notwendigerweise zuzufügenden Perromangans herabgesetzt werden kann.

^; In der älteren Patentanmeldung P 19 14 645.3 ist bereits ein ; Verfahren zum Prisehen von Eisen in Stahl in einem Konverter unter Verwendung eines heißen Gasstromes, der aus einer Düse mit hoher Geschwindigkeit abwärts gegen die Schmelze gerichtet ist, und der aus Sauerstoff und einem Heizmittel so gebildet ; wird, daß er Verbrennungsprodukte und freien Sauerstoff enthält, beschrieben. Bei diesem älteren Verfahren wird das Verhältnis von Verbrennungsprodukten zu freiem Sauerstoff während der Behandlung derart geändert, daß das Verfahren aus drei Stufen besteht, nämlich aus einer ersten, schlackenbildenden Verfahrensstufe, in welcher der Gasstrom reich an Verbrennungsprodukten und verhältnismäßig arm an freiem Sauerstoff ist, einer zweiten Entkohlungs stufe, in der der Gasstrom relativ arm an Verbrennungsprodukten und relativ reich an freiem Sauerstoff ist und einer dritten Verbesserungsstufe, in der der Gasstrom relativ reich an Verbrennungsprodukten und relativ arm an freiem Sauerstoff ist.

Gegenstand der vorliegenden .Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung des Mang-angehaltes einer eisenhaltigen Metallschmelze während des Prischprozesses in einem Konverter, unter Verwendung eines heißen Gasstromes, der aus einer mit Sauerstoff und Brennstoff gespeisten Düse austretend mit hoher Geschwindigkeit abwärts gegen die Schmelze gerichtet ist. und Verbrennungs-

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ORKSSMAL IMSFEOTED

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produkte und freien Sauerstoff enthält* Erf indüngsgemäß wird : das Verhältnis von Verbrennungsprodukten zu freiem Sauerstoff im Gasstrom während des Verfahrens so variiert, daß mindestens zwei Verfahrensstufen entstehen, nämlich eine erste, schlackenbildende Verfahrensstufe, in welcher der Gasstrom r elativ reich an Verbrennungsprodukten und relativ arm an freiem Sauerstoff ist und eine zweite Entkohlungsstufe, in der der Gasstrom relativ arm an Verbrennungsprodukten und relativ reich an „ freiem Sauerstoff ist, wobei die erste Verfahrensstufe zur Steuerung des Mangangehaltes der Schmelze dient, indem - zur Erzielung eines hohen Mangangehaltes am Ende des Verfahrens die Dauer der ersten Verfahrensstufe relativ kurz in Bezug

• ■ ■ ■

auf eine vorgegebene Gesamtdauer des Verfahrens oder— zur Erzielung eines niedrigen Mangangehaltes am Ende des Verfahrens -' die Dauer der ersten Verfahrensstufe relativ lang in Bezug auf eine vorgegebene Gesamtdauer des Verfahrens bemessen wird. Als geeignete a Brennstoffe können Kohlenwasserstoff-Brennstoffe und insbesondere flüssige Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Vorzugsweise ist der Brennstoff ein Brennöl, auch Restbrennöle sind geeignet.

Zweckmäßig werden der flüssige Brennstoff und der Sauerstoff einer Brennlanze zugeführt, deren Düse eine Flamme erzeugt, die einen sauerstoffreichen Mantel besitzt. Dieser die Flamme umgebende Mantel verhindert, daß unverbrannter Brennstoff mit der Schmelze oder reaktionsfähigen Teilen der Schlacke in Berührung kommt. Dadurch wird verhindert, daß im Brennstoff enthaltene Verunreinigungen in die Schmelze kommen können. Bei der Durchführung des Verfahrens ist es möglich, das Verhältnis der Verbrennungsprodukte zum Sauerstoff im Gasgemisch dadurch zu ändern, daß die Brennstoffzufuhr geändert wird, unter Beibehaltung einer konstanten Sauerstoffzufuhr. Es kann auch umgekehrt die Brennstoffzufuhr konstant gehalten und die Sauerstoffzufuhr geändert werden. Für praktische Zwecke ist es indessen vorteilhafter, die Sauerstoffzufuhr konstant zu halten

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jj .·...■■:■ . . ■ . .. . - 4 - ■■■■■■■■ . . ; :■■■■ . ■ ν j und die Brennstoffzufuhr zu verändern, um den jeweils erforder-[liehen Sauerstoffüberschuß zu erhalten, weil im allgemeinen_v die verfügbare Sauerstoffmenge praktisch begrenzt ist. .,-/_v>

iEs hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, eine dritte Verfahrensstufe, die eine Endreinigungs- und Verbesserungsstufe ist, anzuwenden, in der der Gasstrom relativ reich an Ver-

■jbrennungsprodukten und relativ arm an.freiem Sauerstoff ist.

'Zum besseren Verständnis des Gegenstandes der Erfindung werden weitere Einzelheiten· des Verfahrens an Hand der beigefügten [Figuren beschrieben, .

sFigV 1 zeigt in graphischer Darstellung die Änderung des gehaltes einer Schmelze im Verlaufe verschiedener Frischverfähren. ■■.-.'■■ ; '■ ;' . . '.--.■ . ... ' : ; ' ·.. ■-.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen oben offenen Konverter ¹ mit einer Blaslanze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Blaslanze. *

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein oben offener α Konverter mit einer Auskleidung aus basischem, feuerfestem, Material verwendet, der mit geschmolzenem Eisen und festem Schrott beschickt wird. Eine Blaslanze und eine in den Figuren nicht dargestellte Befestigungsvorrichtung sind in Bezug auf den Konverter so angeordnet, daß die Blaslanze durch die obere öffnung des Konverters senkrecht in diesen eingeführt und herausgezogen werden kann, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Blaslanze hat an einem Ende Austrittsdüsen, durch die der flüssige Brennstoff austreten kann. Bei größeren Konvertern, beispielsweise bei Konvertern mit einem Fassungsvermögen von 200 t, ist zweckmäßig eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen vorgesehen, die so angeordnet sind, daß der Brennstoffstrom ' in Bezug auf die Achse der Lanze nach unten und außen austritt.

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Bei kleineren Konvertern, beispielsweise mit einem Fassungsvermögen von 50 t_# genügt eine einzige Austrittsöffnung in der Lanze. .

Im folgenden werden nun die drei Verfahrensschritte, die der Einfachheit halber als Stufe I, Stufe II und Stufe III bezeichnet werden, beschrieben·

Die Lanze wird mit Dampf durchgespült und in ihre .Anfangsarbeitsstellung abgesenkt· Die Sauerstoffzufuhr beginnt, und sobald -de* Sauerstoff durch das untere Ende der Lanze austritt_f wird die Dampfzufuhr beendet, und die Brennstoffzufuhr beginnt. Das Brennöl entzündet sich sofort, und die Erhitzung der Schmelze j erfolgt unmittelbar darauf.

Schlackenbildende Stoffe können der Beschickung von Anfang an zugesetzt sein, jedoch werden sie üblicherweise ein bis zwei Minuten nach der Entzündung zugesetzt. Die schlackenbildenden Stoffe können beispielsweise Ätzkalk, Kalkstein, Dolomitkalk oder Gemische derselben sein.

Stufe I des Verfahrens dient im wesentlichen zur Schlacken-■bildung und zur Anfangsreinigung, und in ihr wird die Steuerung j des sich in der Schmelze vollziehenden Manganaustausches beiwirkt; Während dieser Verfahrensstufe wird ein Strom von Sauer;-

stoff großer Reinheit und flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff der Blaslanze in einem solchen Verhältnis zugeführt, daß ein heißer Gasstrom erzeugt wird, der verhältnismäßig reich an Verbrennungsprodukten und verhältnismäßig arm an freiem Sauerstoff ist.

:Es wird angenommen, daß im Verlauf des Prischprozesses der Mangangehalt der Schmelze sich im allgemeinen in einer rfeise ändert, die dem Verlauf der Kurven entspricht* wie sie in I¹IgI dargestellt sind. Daraus ist ersichtlich, daß während des Blasens der Mangangehalt der Schmelze zunächst auf ein Minimum j abnimmt, indem Mangan aus der Schmelze austritt und in die

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ι ■ — 6 —

I Schlacke eindringt. Im weiteren Verlauf des Verfahrens tritt !eine Umkehrung des Manganaustausches auf, bei der Mangan da ISchlacke verläßt und wieder in die Schmelze eindringt· Biese |iUmkehr des Manganaustausches führt zu einem Maximum gegen Ende ί des Blasens, und dann beginnt der Mangangehalt der Schmelze wieder abzunehmen, indem das Mangan wieder aus der Schmelze |in die Schlacke übertritt. Wird die Stufe I des Verfahrens jlang^ ausgedehnt, so bildet sich eine Schlacke, die relativ j heiß ist in Bezug auf d^ie Schmelze, und das Mangan wird schnell aus der Schmelze abgezogen und tritt in die Schlacke ein, so daß das Minimum des Mangangehaltes in der Schmelze möglichst schnell erreicht ist. Wenn die Temperatur der Schmelze ansteigt, ;wandert das Mangan aus der Schlacke in die Schmelze zurück, !und es entsteht nach etwa zwei Dritteln der Blaszeit ein Maximum j des Mangangehaltes in der Schmelze. Wenn im weiteren Verlauf ίdes Verfahrens die Temperatur der Schmelze weiter bis zur Endit emp er a tür ansteigt, nimmt der Mangangehalt wieder ab, so daß : am Ende des Blas ens der Mangangehalt der Schmelze sehr niedrig !ist. _v

Zur Erzielung eines niedrigen Mangangehaltes am Ende des Verfahrens wird daher zweckmäßig die Sauer der ersten Verfahrensstufe so lang bemessen, daß Schlacke relativ hoher Temperatur, in Bezug auf die Temperatur der Schmelze gebildet wird, und der ^: erste Umkehrpunkt für den Manganaustausch zwischen Schmelze und Schlacke etqa beim ersten Drittel der Gesamtdauer des Verfahrens, der zweite Umkehrpunkt etwa beim zweiten Drittel der Gesamtdauer des Verfahrens erreicht Ji ist.

Bei einer kurzen Verfahrensstufe I ist die Schlacke bei ihrer , Bildung vergleichsweise kühl, und das Mangan wird sehr viel länger in der Schmelze zurückgehalten, so daß das Minimum des Mangangehaltes in dem Bad zu einem sehr viel späteren Zeitpunkt des Blas ens erreicht ist als in dem Fall einer relativ langen Stufe I. Danach erfolgt wieder die Umkehr des Manganaustausches, und das Mangan tritt von der Schlacke in das Bad

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über, ΐθο daß der Mangangehalt der Schmelze infolge der Umkehr das Maximum kurz vor dem Ende des Blasens erreicht, und vor dem Endpunkt des Verfahrens und dem Abstechen der Schmelze nur sehr wenig Mangan aus der Schmelze in die Schlacke übertreten kann· Das hat zur Folge, daß in dieser Stufe der Anteil des Mangans "' in der Schmelze sehr viel höher ist. ■ ^..

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Unter dem Ausdruck "relativ kurze Verfahrensstufe I" soll also im Sinne der Erfindung eine erste Verfahrensstufe verstanden werden, deren Dauer ausreicht, um eine kühle Schlacke zu produzieren, damit das Abwandern des Mangans aus der Schmelze im ersten Teil des Blasens verzögert und dadurch der Um^kehrpunkt gegen das Ende des Blasens hin verschoben wird. Auf diese Weise erhält man am Ende des Verfahrens einen vergleichsweise hohen Mangangehalt, wenn man ihn. in Bezug setzt zu dem Mangangehalt, der bei den bekannten Verfahren, die reinen Sauerstoff verwenden, erreicht wird. Bine typische Dauer für eine"kurze Verfahrensstmfe I" sind vier bis sechs Hinuten· ,

Mit dem Ausdruck "relativ lange Verfahrensstufe I" sojill im Sinne der Erfindung eine Verfahrensstufe bezeichnet werden, deren Dauer ausreicht, um eine heiße Schlacke zu bilden, was eine schnelle Abwanderung des Mangans aus der Schmelze zur Folge hat, so daß das Minimum des Mangangehaltes schon in einem frühen Stadium des Frischprosesses erreicht wird. Auf diese Weise findet auch die beim Anstieg der Temperatur der Schmelze auftretende Umkehr bald statt, und der zweite Umkehrpunkt wird geraume Zeit vor dem Ende des Blaeens erreicht.

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Dies hat zur Folge, daß am Endpunkt des Verfahrens die Schmelze ,einen stark verminderten Mangangehalt aufweist.

Mit dem Ausdruck "relativ reich an Verbrennungsprodukten" im Sinne der Erfindung ist nicht notwendig gemeint, daß ein größerer Anteil des in Stufe I des Verfahrens verwendeten Gasgemisches aus Verbrennungsprodukten bestehen soll, obwohl das der Fall sein kann. Darunter ist vielmehr zu verstehen, daß dieser Ausdruck eine relative Zusammensetzung des Gasgemisches angibt im Vergleich zu der Verfahrensstufe II.

Bei der Verfahrensstufe I wird der Sauerstoff der Blaslanze in 'einer Menge, die die zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes theoretisch erforderliche Menge übersteigt, zugeführt, ;so daß das Gasgemisch noch freien Sauerstoff enthält. Der Überschuß des zugeführten Sauerstoffes in Stufe I ist klein im Verhältnis zu d«m Überschuß, der in Stufe II angewandt wird. Er stellt eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes sicher und vermindert die Gefahr, daß im Brennstoff enthaltene Verunreinigungen in die Beschickung gelangen und ermöglicht durch den freien Sauerstoff eine vorläufige Reinigung. Der Überschuß ist jedoch nicht so groß, daß eine heftige, frühe Verbrennung des Kohlenstoffes wie im Linz-Donawitz-Verfahren stattfindet. Die heißen Gase sind vielmehr sauerstoffarm im Vergleich zum Linz-Donawitz-Verfahren, bei dem das zum Frischen verwendete Gas aus unverdünntem, reinem Sauerstoff besteht, und die typischen frühen Frischreaktionen von Silizium und Kohlenstoff ν erfolgen deshalb in viel geringerem Ausmaß. Die heißen Gase haben in dieser Stufe eine Temperatur von etwa 4000 bis 5000° F (2200 bis 2750° G) und unterstützen das Flüssigwerden des schlackenbildenden Materials zur Bildung einer reaktionsfähigen, flüssigen Schlacke innerhalb der ersten Minuten von Stufe I. Auf diese Weise wird bei dem Verfahren eine reaktionsfähige basische Schlacke gebildet, was.vorteilhaft ist bei der Entstehung von überschüssiger Kieselsäure, da dann der Angriff der Kieselsäure auf die basische Auskleidung des Konverters vermindert wird. Dies steht im Gegensatz zu dem autogenen L.D.-Prozeß,

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•bei dem die Schlackebildung abhängig ist von der Wärme, die durch den exothermen Frischprozeß gebildet wird bei der Reaktion des kalten Sauerstoffes mit den Verunreinigungen im Roheisen, mit dem' der Konverter beschickt wurde»

Das Verhältnis des zugeführten Sauerstoffes zu dem zugeführten Brennstoff wird zweckmäßig, wie die folgenden Beispiele zeigen, so gewählt, daß der Überschuß an Sauerstoff zwischen 25 und 300$ der Sauerstoffmenge liegt, die theoretisch zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes erforderlich ist. Vorzugsweise wird ein Sauerstoffüberschuß von 50 bis 150$ und insbesondere ein Sauerstoffüberschuß von 60 bis 70$ angewandte Ein Überschuß an freiem Sauerstoff von mehr als 300$ in Stufe I ergibt eine verhältnismäßig geringe Schlackenbildung und Ba4-jbeeinflussung, da durch den Sauerstoffüberschuß eine kühlere j Flamme erhalten wird., und auch deshalb, weil der höhere Über-Ischuß Frischreaktionen, insbesondere Siliziumreaktionen, zu j einem Zeitpunkt bewirkt, der.in diesem Verfahren zu früh ist. SEin Überschuß von weniger als 25$ ergibt eine unnötige Verlängerung der Frischzeit, die auf eine geringere Wärmeübertragung ides verbrannten Öles zurückzuführen ist. Ferner kann der gerin-J gere Überschuß dazu führen, daß ein höherer Prozentsatz an Eisen-j oxyd in der Schlacke verbleibt, wobei durch ein "weiches" Blasen die Ausbeute vermindert wird. Indessen kann der vorgesehene Überschuß verändert werden, wenn Brennstoffe von wesentlich verschiedenem Heizwert verwendet werden, und der Sauerstoffüberschuß kann dabei wesentlich von den in den Beispielen angegebenen Verhältnissen abweichen«

Die von der Flamme am unteren Ende der Lanze ausgehenden heißen Gase, deren Temperatur im wesentlichen bei 4000 bis 5000° F (2200 bis 2750° 0) liegt, reichen im allgemeinen aus, das schlackenbildende Material ohne den Zusatz üblicher Flußmittel zum Schmelzen zu bringen. Es können aber übliche Flußmittel, wie Flußspat oder Walzzunder, zugesetzt werden, um die Bildung der flüssigen Schlacke zu beschleunigen und in dem nach-

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; stehend beschriebenen Prozeß die rasche -Entfernung des Phosphors [zu unterstützen.

Ne-ben der Steuerung des Mangang ehalt es in Stufe I des Verfahrens • ist von Bedeutung, daß der FeO-Gehalt der Schlacke, verhältnismäßig hoch ist, während das Bad verhältnismäßig kühl ist. Diese Bedingungen führen von selbst zu einer frühzeitigen Entfernung ^!des Phosphors und des Schwefels aus dem Bad. Etwas Kohlenstoff ■ 'und Silizium werden in der Stufe I auch entfernt, wie bereits Ioben festgestellt. Der größere Teil des Kohlenstoffes wird ijedoch erst in der Verfahrensstufe II entfernt.

™ ,Die Stufe II ist der Verfahrensschritt, in welchem in der !Hauptsache die Entkohlung der Schmelze stattfindet. Während dieses Verfahrensschrittes erfolgt das !Frischen mit einem !hohen Überschuß an freiem Sauerstoff gegenüber der zur voll- ;ständigen Verbrennung des Brennstoffes erforderlichen Sauerstoff menge, insbesondere mit einem Überschuß von 1000 bis 1300$„ Ist der Brennstoff ein flüssiger, kohlenstoffhaltiger Brennstoff, wie Heizöl, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Sauerstoffluß aufrechtzuerhalten und die Brennstoffzufuhr zur Lanze ! entsprechend zu vermindern. Der Hohe Überschuß an Sauerstoff j in Stufe II bewirkt ein heftiges Kohlenstoffkochen in der Schmelze j und der größte Teil der Kohlenstoffreinigung des Ver-

Ok fahrens erfolgt in dieser Stufe,, Der heiße Gasstrom, der in dieser Verfahrensstufe von der Blaslggze ausgeht, enthält 90 bis 95 Gew„$ freien Sauerstoff und ist mittels der Austrittsöffnungen oder Düsen der Lanze mit hoher Geschwindigkeit nach abwärts gerichtete Die von der Lanze ausgehenden heißen Gase, die insbesondere eine Temperatur in der Größenordnung von 2500 bis 3000° Έ (1370 bis 1650° G) besitzen, tragen dazu bei, die Schlacke flüssig zu erhalten, indem sie ein Abkühlen oder Einfrieren der Schlacke verhindern, das beim L.D.-Verfahren eintreten kann, weil kalter Sauerstoff mit einer Temperatur von -150° E- (-100° C) auf die Beschickung geblasen wird.

Die Dauer der Verfahrensstufe II beträgt im allgemeinen 8 bis

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15 Minuten und ist größer oder kleiner je nach dem gewünschten Kohlenstoffgehalt und der gewünschten Endtemperatur_o Die Dauer der Stufe II ist auch abhängig von dem Verhältnis der in der Beschickung enthaltenen Schrottmenge. Im allgemeinen führt ein höherer Schrottgehalt zu einer kürzeren Dauer von Stufe II.

Wenn ein Dreistufen-Verfahren angewandt wird, ist die Stufe III des Verfahrens eine Endreinigungs- und Verbesserungsstufe, die dazu dient, soweit wie möglich die Endtemperatur und den Kohlenstoffgehalt einzustellen. Dies wird bewirkt durch Erhöhung des Gehaltes an Verbrennungsprodukten im Gasstrom derart, daß der Überschuß an freiem Sauerstoff gegenüber der zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes erforderlichen Menge etwa 25 bis beträgt.

Die Dauer der Stufe III ist grundsätzlich durch die Notwendigkeit bestimmt sicherzustellen, daß in dem Verfahren die insgesamt erforderliche Menge an Brennstoff verwendet wird. Bei einem typischen Verfahren dieser Art & ist die gewünschte Endtemperatur in der Größenordnung von 1600° C. Diese Temperatur kann eingestellt werden durch die Menge des Schrotts, der in die Schmelze eingebracht wird und durch die Gesamtmenge an Heizöl, die dem Frischgefäß während des Blasens zugeführt wird, um die Schmelze zu erhitzen. Die Dauer der letzten Stufe beträgt, wenn sie angewendet wird, etwa 5 bis 16 Minuten.

Der gesamte Frischprozeß nach der vorliegenden Erfindung erfordert im allgemeinen 20 bis 30 Minuten, aber diese Dauer kann geändert werden, wenn dies notwendig oder wünschenswert ist und hängt zum Teil von der Sauerstoffmenge ab, die dem Konvertergefäß zugeführt werden kann sowie von den Eigenschaften des Brennstoffes und den Eigenschaften der Blaslanze« Im allgemeinen wird, je größer die Sauerstoffzufuhr ist, die Dauer des Frischprozesses kürzer.

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Verschiedene Düsen oder Lanzen können praktisch für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, und die möglichen Änderungen sind für den Fachmann leicht erkennbar« In den Verfahrensstufen werden Ströme von Kohlenwasserstoff, Brennstoff, vorzugsweise flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff und im wesentlichen reiner Sauerstoff in den im Vorstehenden angegebenen Verhältnissen der Blaslanze zugeführt und in dieser in Berührung gebracht, so daß ein Brennstoff-Sauerstoffstrom entsteht. Der Brennstoffsauerstoffstrom wird von der Lanze vorzugsweise mit Überschallgeschwindigkeit ausgespritzt, um die Turbulenz in dem Strom zu beseitigen oder zu vermindern» Turbulenz in dem Strom soell im allgemeinen vermieden werden, um eine wirksame Einwirkung der heißen Gase auf die Schmelze sicherzustellen. Die Strahlungshitze der Gefäßwandungen und der Schmelze ist ausreichend, um die Entzündung zu bewirken und eine Flamme herzustellen, die von den Austrittsöffnungen der Lanze ausgeht. Die heißen Gase, die von der Flamme ausgehen, enthalten Verbrennungsprodukte und ungebundenen Sauerstoff und sind im wesentlichen von der Lanze nach unten und außen mit hoher Geschwindigkeit gegen die Schmelze gerichtet.

Es hat sich ergeben, daß eine Lanze mit der in Fig«, 3 dargestellten Düsenanordnung besonders geeignet ist_e Diese Lanze enthält einen länglichen Grundkörper 11, an dessen unterem Ende das Brennermundstück 12 angeordnet ist. Im Inneren des Grundkörpers 11 der Lanze sind eine Anzahl kreisringförmiger Kanäle oder Leitungen angeordnet, durch die Sauerstoff und flüssiger Brennstoff einer Anzahl Austrittsöffnungen 13 im Mundstück zugeführt werden«, Die Anzahl der Düsen ergibt sich in gewissem Ausmaß durch die Größe des Frischbehälters. Bei kleinen Behältern ist eine einzelne Düse ausreichend. Es hat sich aber ergeben, daß bei den üblichen Konvertergrößen von 200 und 300 t Inhalt eine Lanze mit drei oder vier Austrittsöffnungen 13 in einem Brennerkopf 12 geeignet ist. Die Brennstoffzuführung ' besteht aus einem Rohr 14 und ist zweckmäßig zentral in dem " Grundkörper 11 der Lanze angeordnet. Mehrere Rohre 23 sind über

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" Schweißverbindungen mit der Brennstoffzuleitung 14 fest verbunden und erstrecken sich nach abwärts, wobei die Zahl der Rohre 23 der Zahl der Austrittsöffnungen 13 und der Zahl der Sauerstoffzuführungsrohre 21 entspricht, die im Winkel zur Längsachse der Lanze angeordnet sind und Mittel zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Sauerstoffes, wie.Venturirohre'33* enthalten. Die Brennstoffzuführleitung ist zweckmäßig umgeben von einem ringförmigen Raum, der sich zwischen der Brennstoffleitung und der Sauerstoffleitung befindet, um das vorge- , heizte Öl in derÖlzuführung zulsiolieren. Dies ist notwendig, wenn als Brennstoff Schweröle verwendet werden, da die niedere Temperatur des Sauerstoffes, der durch die Sauerstoffzuführungsleitung 18 fließt, das Öl zum Einfrieren bringen und dadurch den Ölzufluß verhindern könnte.

Jedes der Brennstoffröhre 23 hat ein Endstück, das in dem entsprechenden Sauerstoffzuführungs^rohr 21 befestigt ist, so daß der durch diese Zuführungsrohre zu den Austrittsöffnungen fließende Sauerstoff in einem Ringraum um die entsprechende Brennst off zuleitung fli-eßt, wobei der Brennstoff beim Austreten aus den Austrittsöffnungen von Sauerstoff umgeben ist« '

Die Düsenanordnung der Lanze bewirkt ein Austreten des Brennstoffes in einem Strom aus im wesentlichen reinem Sauerstoff, der, wenn er aus der Düse austritt, sich entzündet und eine kurze Flamme ergibt, die mantelartig von einer Hülle umgeben ist, die reich an freiem Sauerstoff ist„ Diese Anordnung stellt sicher, daß während des Frischprozesses die Verbrennungsprodukte aber nicht die Flamme selbst in Berührung mit der Schmelze und mit der Schlacke kommen, wodurch eine Beeinträchtigung der Schmelze durch im Brennstoff enthaltene Verunreinigungen, wie Schwefel, verhindert ist. Die Vermeidung einer Beeinträchtigung der Charge durch-Verunreinigungen ist für das Verfahren gemäß der Erfindung wesentlich,,

Die folgenden Beispiele erläutern das Verfahren nach der Erfindung«, -

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Beispiel 1:

;In dem folgenden Beispiel wird zum Vergleich ein Verfahren dargestellt, das nicht dem Gegenstand der Erfindung entspricht ■,und bei dem mit reinem Sauerstoff geblasen wurde. ·

Ein von oben angeblasener Konverter wurde beschickt mit 100 lbs.

;(45,3 kg) Schrott, 1000 lbs. (453 kg) geschmolzenem Roheisen und 40 lbs. (ca. 18 kg) Ätzkalk. Eine Blaslanze der oben beschriebenen Bauart mit einer Austrittsöffnung wurde in die !Öffnung des Gefäßes eingebracht, und der Lanze wurde für einen Zeitraum von 24 Minuten reiner Sauerstoff in einer Menge von !3200 cbft. (90,7 cbm) zugeführt.

!Die Temperatur des geschmolzenen Roheisens beim Beginn des Blasens betrug 1350° 0,und die Endtemperatur betrug 1600° G₀ Der Anteil von PejO in der Schlacke betrug 20,5^₀ In Tabelle I sind zum Vergleich die Analysenwerte für die ^;Ausgangsschmelze und die Vierte der abschließenden Stahlanalyse einander gegenübergestellt.

Tabelle I

Analyse der Aus	Abschließende
gangsschmelze	Stahlanalyse
4,30	,045
9,8	,10
0,9	,009
0,035	,012
0,8	nichts

Kohlenstoff Mangan

Phosphor 0,9 ,009 j

Schwefel

Silizium

Beispiel 2;

In diesem Beispiel wird ein Verfahren gemäß der vorliegenden ;

f,indung beschrieben, bei dem in der abschließenden Stahlanalyse :

ein geringer Mangangehalt festgestellt wurde. ;

Ein oben offener Konverter wurde beschickt mit 200 lbs. (90,6 kg)!

Schrott, 1000 lbs. (453 kg) geschmolzenem Roheisen und 40 lbs„ j

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(ca. 18 kg) Ätzkalk. Die Temperatur des geschmolzenen Roheisens betrug 1350° C.

Die Schmelze wurde mit Heizöl und Sauerstoff unter Verwendung einer oben "beschriebenen Lanze mit einer Austrittsöffnung angeblasen. Das Heizöl war ein Gasöl, und das Blasen erfolgte in einer ersten Stufe von 10 Minuten Dauer mit einem Heizölfluß von 12 gallons (45,5 1) pro Stunde und einem Sauerstofffluß von 5600 cbft. (15B,5 cbm) pro Stunde. An die erste Stufe schloß sich eine zweite Stufe von 8 Minuten Dauer an mit einem Heizölfluß von 2 gallons (6,57 1) pro Stunde und einem Sauerstoff luß von 5600 cbft. (158,5 cbm) pro Stunde und schließlich eine Endstufe von 6 Minuten Dauer mit einem Heizölfluß von 12 gallons (45,5 1) pro Stunde und einem Sauerstoffluß von 56oo cbft. (158,5 cbm) pro Stunde. Hiernach betrug die gesamte Blaszeit 24 Minuten. Die Endtemperatur lag bei 161O⁰C, und der Anteil von PeO in der Schlacke betrug

In Tabelle II Bind zum Vergleich die Werte der Analyse der Ausgangsschmelze und die Werte der abschließenden Stahlanalyse einander gegenübergestellt.

Tabelle II	Abschließende
Analyse der Aus	Stahlanalyse
gangsschmelze	,05
4,30	,04
0,9	,006
1,1	,015
0,04	nichts
0,80

Kohlenstoff

Mangan

Phosphor

Schwefel

Silizium

Wie aus der Tabelle ersichtlich, wurde infolge der relativ langen ersten Verfahrensstufe der Größenordnung von 10 Minuten der Mangangehalt von 0,9# in der Ausgangsschmelze auf 0,04$ in der endgültigen Stahlschmelze herabgesetzt.

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— Ib —

^: Beispiel 3;

In diesem Beispiel wird ein Verfahren gemäß der Erfindung be- _; schrieben, bei dem in der abschließenden Stahlanalyse ein hoher ^: Mangangehalt festgestellt wurde.

Der in Beispiel 2 verwendete Konverter wurde beschickt mit 200 lbs. (90,6 kg) Schrott, 1000 lbs. (453 kg) geschmolzenem Roheisen und 40 lbs. (ca. 18 kg) Ätzkalk. Die Temperatur des geschmolzenen Roheisens betrug 1370° C. Die Beschickung wurde insgesamt 24 Minuten lang angeblasen, wobei Heizöl und Sauerstoff verwendet wurde« Das Verfahren bestand aus einer ersten Stufe von 5 Minuten Dauer mit einem Heizölfluß von 12 gallons (45,5 1) pro Stunde und einem Sauerstoffluß von 5600 cbft. (158,5 cbm) pro Stunde, einer zweiten Stufe von 8 Minuten Dauer mit einem Heizölfluß von 2 gallons (6,57 1) pro Stunde und einem Sauerstoffluß von 5600 cbft. (158,5 cbm) pro Stunde und einer dritten und letzten Stufe von 11 Minuten mit einem Heizölfluß von 12 gallons (45,5 1) pro Stunde und einem Sauerstoffluß,von 5600 cbft. (158,5 cbm) pro Stunde.

Die Endtemperatur des Stahles betrug 1615° C, und der Anteil von PeO in der Schlacke betrug 21$.

In Tabelle III sind zum Vergleich die Werte der Analeyse der Ausgangsschmelze und die Werte der endgültigen Stahlanalyse einander gegenübergestellte

Tabelle III

Analyse der Aus- abschließende gangsschmelze Stahlanalyse

^^m ^^{m mm} ^—" ^™ ^" ^" ™~ ^" ^" ^^{m mm} ^^m ^™ ^^m ■" "· ^^{m mm mm} ^^- ^" ^^m ^" ^mm ^* ^~ ^^m ·^ ^^{m mm mm}

Kohlenstoff 4,10 »05

Mangan 0,8 ,22

Phosphor 0,9 ' ,007

Schwefel 0,04 ,017

Silizium 0,90 nichts

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Aus der Tabelle ist klar ersichtlich, daß in diesem Pail der Mangängehalt des geschmolzenen Roheisens sehr viel weniger herabgesetzt wurde als in Beispiel 1,

Das in Figur 1 der Zeichnungen dargestellte Diagramm zeigt !den Verlauf des. Mangangehaltes in der Schmelze während des j Blasens ₀ Kurve B zeigt dabei die Änderung des Mangangehaltes -der Schmelze in Abhängigkeit von der Zeit bei einem Verfahren gemäß Beispiel 1, bei dem mit reinem Sauerstoff geblasen wurde.

Kurve A beschreibt die änderung des Mangangehaltes der Schmelze in Abhängigkeit von der Zeit bei einem Verfahren gemäß Bei- " j spiel 2 mit einer langen, ersten Verfahrensstufe und Ku_rve C ist eine ähnliche Kurve bei einem Verfahren gemäß Beispiel 3» !in welcher eine kurze, erste Verfahrensstufe angewandt wurde, j Aus der Figur kann entnommen werden, daß bei der Kurve O das ;letzte Maximum zu einem sehr viel späteren Zeitpunkt auftritt j als bei den Kurven A und B, was zur Folge hat, daß im Falle j der Kurve O der Mangananteil in der Schmelze bei Beendigung I des Blasens sehr viel größer ist als in den beiden anderen Fällen«, Es zeigt sich also, daß durch die Wahl einer geeigneten Dauer für die erste Verfahrensstufe der Mangananteil der Schmelze bei Beendigung des Verfahrens genau eingestellt werden !kann«, ; ■ ■ ' . ;: , ■ j ä

Patentansprüche:

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^L INSPECTED

Claims

; ' -is- 19597G1

ί Patentansprüche-

^! Ιο. "Verfahren zur Steuerung des Mangangehaltes einer eisenhaltigen Metallschmelze während des Frischprozes'ses in einem Konverter unter Verwendungeines heißen Gasstromes, der aus einer mit Sauerstoff und Brennstoff gespeisten Düse austretend mit hoher Geschwindigkeit abwärts gegen die Schmelze

: gerichtet ist und Verbrennungsprodukte und freien Sauerstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Ver-

: brennungsprodukten zu freiem Sauerstoff im Gasstrom während

! des Verfahrens so variiert wird, daß mindestens zwei Ver-

: fahrensstufe entstehen, nämlich eine erste schlackenbildende Verfahrensstufe, in welcher der Gasstrom relativ reich an

^: Verbrennungsprodukten und relativ arm an freiem Sauerstoff ist und eine zweite Entkohlungsstufe, in der der Gasstrom relativ arm an Verbrennungsprodukten und relativ reich an freiem Sauerstoff ist, wobei die erste Verfahrensstufe zur Steuerung des Mangangehaltes der Schmelze dient, indem - zur Erzielung eines hohen Mangangehaltes am Ende des Verfahrens - die Dauer der ersten Verfahrensstufe relativ kurz in Bezug auf eine vorgegebene Gesamtdauer des Verfahrens oder - zur Erzielung eines niedrigen Mangangehaltes am Ende des Verfahrens - die Dauer der ersten Verfahrensstufe relativ lang in Bezug auf eine vorgegebene Gesamtdauer des Verfahrens; bemessen wird« * j
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Erzielung eines hohen Mangan- j gehaltes am Ende des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, I daß die Dauer der ersten Verfahrensstufe" so kurz bemessen wird, daß Schlacke relativ niedriger Temperatur in Bezug auf die Temperatur der Schmelze gebildet wird, und der erste Umkehrpunkt für den Manganaustausch zwischen Schmelze und

Schlacke etwa bei der halben Gesamtdauer des Verfahrens, der j ; zweite Umkehrpunkt bei Beendigung des Verfahrens erreicht isti
3. Verfahren nach Anspruch 1. zur Erzielung eines niedrigen Mangangehaltes am Ende des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet

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ORiQlISiAL INSPECTED

; daß die Dauer der ersten Verfahrensstufe so lang bemessen

= wird, daß Schlacke relativ hoher Temperatur in Bezug auf die

; !Temperatur der Schmelze gebildet wird, und der erste Umkehr-

j punkt für den Manganaustausch zwischen Schmelze und Schlacke

^! etwa beim ersten Drittel der Gesamtdauer des Verfahrens, der

i-.' zweite Umkehrpunkt etwa beim zweiten Drittel der Gesamtdauer des Verfahrens erreicht ist.

.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der ersten Verfahrensstufe 4 bis 10. ■■ Minuten beträgt,

\- 5* Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der zweiten Verfahrensstufe 8 bis 15 Minuten beträgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 4 oder 5 zur Erzielung eines hohen Mangangehaltes am Ende des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der ersten Verfahrensstufe 4 bis 6 Minuten beträgt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 3, 4 oder 5 zur Erzielung eines niedrigen Mangangehaltes am Ende des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der ersten Verfahrensstufe 8 bis 10 Minuten beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch· gekennzeichnet, daß der Brennstoff ein Kohlenwasserstoffbrennstoff ist.

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff ein flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff, wie Heizöl oder Restöl, ist. ;

10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eb«? Brennstoff und Sauerstoff einer Blaslanze zugeführt werden, deren Düse eine Flamme mit einem sauerstoff— reichen Mantel erzeugt, wobei die Anordnung so getroffen ist,

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daß der Mantel die Berührung unverbrannten Brennstoffes mit der Schmelze oder mit reaktionsfähigen Teilen der Schlacke - und dadurch das Eindringen von im Brennstoff enthaltenen Verunreinigungen in die Schmelze verhindert»

Ho Verfahren räch einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Verbrennungsprodukte zum Sauerstoff im Gasstrom durch Änderung der Brennstoffzufuhr bei konstanter Sauerstoffzufuhr geändert wird,,

ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Verbrennungsprodukte zum Sauerstoff im Gasstrom durch Änderung der Sauerstoffzufuhr bei konstanter Brennstoffzufuhr geändert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein oben offener, mit basischem, feuerfestem Futter versehener Konverter verwendet wird mit einer Blaslanzenkonstruktion, die so zum Konverter angeordnet ist, daß sie senkrecht in die offene Öffnung des Konverters eingebracht werden kann«

14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Lanze mit mindestens einer Austrittsöffnung, wobei die Austrittsöffnungen so angeordnet sind, daß der Brennstoffstrom in Bezug auf die Achse der Lanze nach unten und außen austritt,

15« Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze mit Dampf durchgespült,' in ihre Anfangsarbeitsstel~ lung gebracht, die Sauerstoffzufuhr begonnen und, sobald aus dem Ende der Lanze Sauerstoff austritt, die Dampfzufuhr abgestellt und mit der Brennstoffzufuhr begonnen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekönn- ^! zeichnet, daß in der ersten Verfahrensstufe das Verhältnis I von Sauerstoff zu Brennstoff so gewählt wird, daß der Sauer- ! Stoffüberschuß über die zur vollständigen Verbrennung des J

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_ 2i:- 1953701

Brennstoffes theoretisch erforderliche Menge 25 bis 300$ "beträgt.

!17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der . Sauerstoffüberschuß 50 bis 150$ beträgt.

!18«, Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der j Sauerstoffüberschuß 60 bis 70$ beträgt«, .. I .. . : ^: ■.. .· ■■' ■/ ■;.■■■■ ^: :..'■■■· -«19ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn-

i zeichnet, daß während der zweiten jEntkohlungsstufe der Über- '■

': schuß an freiem Sauerstoff über die zur vollständigen Ver-

I brennung des Brennstoffes theoretisch erforderliche Menge \ |

■; 1000 bis 1300$ beträgt«, : V

;20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeiciinet, daß ^; der von der Lanze ausgehende Gasstrom während der zweiten i Verfahrensstufe 90 bis 95 Gew.i> heißen, freien Sauerstoff, _; ■· enthält, der durch die Düsen oder Austrittsöffnungen der ^: Blaslanze mit hoher Geschwindigkeit gegen die Schmelze ge-• blasen wird.

21o Verfahren nach den Ansprüchen 19 oder 20, dadurch gekennzeich— · net, daß der Gasstrom eine Temperatur von 2500 bis 3000° 3P (1370 bis 1650° C) besitzt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekenn- μ zeichnet, daß eine dritte Endreinigungs- und Verbesserungsstufe verwendet wird, in welcher der Gasstrom relativ arm an freiem Sauerstoff und relativ reich an Verbrennungsprodukten ist,

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß , während der dritten Verfahrensstufe der Überschuß an freiem Sauerstoff über die zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes erfoerderliche Menge 25 bis 200$ beträgt.

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