DE2002814A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von Roheisen - Google Patents

Description

ARBED, Acieries Heunies de Burbach-Eioh-Dudelange, U.A. 17, Avenue de la Liberte, Luxemburg

"Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von .Roheisen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Umwandlung von Roheisen durch kombiniertes Einblasen von Sauerstoff und pulverförmiger! Stoffen in das Bad von flüssigem Roheisen mittels Injektoren die in der Sohle des Konverters für das Frischen angeordnet sind.

Es ist bekannt Roheisen durch Einblasen von an Sauerstoff stark angereicherter Luft oder von reinem Sauerstoff in das Bad zu frischen. Diese Verfahren gestatten insbesondere Stahlsorten mit geringem Stickstoffgehalt zu erhalten; sie haben weiterhin eine sehr vorteilhafte Wärmebilanz aufgrund des teilweisen oder völligen Fehlens von Stickstoff. Das Blasen mit Sauerstoff das während eines Teiles der Umwandlungszeit oder während der gesamten Umwandlungszeit durchgeführt wird, hat einen sehr starken Verschleiß der Konvertersohlen zur Folge. Dieser erhöhte Verschleiß der Konvertersohlen ist insbesondere der chemischen Reaktion des gebildeten Eisenoxyds mit dem feuerfesten Material der Sohle zuzuschreiben, wobei die Abnutzung des feuerfesten Materials durch die Überhitzung in unmittelbarer Nähe der Düsen und durch das Fehlen einer wirksamen Bewegung des flüssigen Roheisens während der Entphosphorung noch beschleunigt wird.

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Beim Frischen mit Sauerstoff ist außerdem die starke Entwicklung roten Rauches nachteilig. Abgesehen vom Eisenverlust verhindert diese Entwicklung von Staubwolken die Durchführung des Verfahrens in Stahlwerken, die nicht über Entstaubungsanlagen verfügen.

Es ist bekannt, daß diesen Verfahren, bei denen durch die Konvertersohle pulverförmige Stoffe eingeblasen werden, die in Luft oder in an Sauerstoff angereicherter Luft suspendiert sind, großes Interesse entgegengebracht wird. Diese Verfahren führen nämlich zu verbesserten Blaseigenschaften von Thomaskonvertern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sauerstoffeinblasverfahren anzugeben, welches die vorstehend geschilderten Nachteile vermeidet, sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Überraschenderweise stellte es sich heraus, daß das Einblasen von pulverförmigen Stoffen,insbesondere von in Sauerstoff suspendiertem Kalk, einen positiven Einfluß auf die Lebensdauer der Konvertersohlen hat.

Von dieser Erkenntnis ausgehend besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß die in Sauerstoff suspendierten festen Teilchen eine Vorzugsrichtung erhalten, definiex-ten Bahnen folgen und daß infolge des Einblasens mit unterschiedlichem Durchsatz der Ablauf des Frischens genau überwacht wird. Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäß dem einzublasenden Gemisch aus Gas und Teilchen eine schraubenförmige Bewegung erteilt. Infolge dieser schraubenförmigen Bewegung, bewegen sich die festen Partikel unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft in Richtung der· Innenwand der Düsen und erzeugen beim Eintritt in das Bad eine kreisförmige Strömung, die einen zentralen Wirbel umgibt, der seinerseits von dem gasförmigen Bestandteil gebildet wird.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur· Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen im wesentlichen aus Düsen₍

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die innen Führungselemente aufweisen, die dem einzublasenden Gemisch und insbesondere den in ihm enthaltenen festen Teilchen die gewünschte Bewegung und Orientierung erteilen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen gemäß der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Düse mit einem schraubenförmigen Deflektor,

Fig. 2 die Düse nacn Fig. 1 in abgewickelter Form,

Fig. J ein erstes Ausführungsbeispiel eines Führungselementes, das in das Innere einer Düse eingesetzt ist,

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Deflektors.

In den Figuren ist mit 1 die Wandung einer Düse bezeichnet, die aus metallischem oder nichtmetallischem Material besteht und die praktisch in dem Bad von Roheisen unlöslich ist. Die Wandung besteht beispielsweise aus Kupfer, Kupferlegierungen, Nickel, nicht oxydierbarem, hitzebeständigem Stahl oder gewissen keramischen Stoffen. Das verwendete Material muß einen genügend hohen Schmelzpunkt haben, eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie gegen Abnutzung und Oxydation sehr beständig sein.

Ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Deflektor ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt und mit 2 bezeichnet. Der Deflektor 2 bedeckt die Innenwandung der Düse auf ihrer ganzen Länge. Sein Verschleiß folgt demjenigen der Düse und erfolgt in dem Maße, wie die Abnutzung der Konvertersohle und der Düse fortschreitet. Je nach Durchsatz und Natur des einzublasenden Gemisches kann der Deflektor 20 - 75 % des Querschnittes der Düse einnehmen.

Aus den gleichen Gründen kann der Neigungswinkel des Deflektors gegen die Achse der Düse zwischen 5° und 45° betragen.

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Der Deflektor besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Düse und jedenfalls aus einem Material, das in hinreichendem Maße gegen Abrieb beständig ist, so daß keine merkliche Abnutzung während einer Ofenreise erfolgt. Diese Form des Injektors ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in das Bad aus Roheisen eine Mischung aus Sauerstoff und einer· Suspension aus Kalk in einem flüssigen Medium, sei es Heizöl, sei es verflüssigtes Gas, eingeblasen wird.

Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Deflektors, der nicht Teil der Wandung der Düse ist, ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Oberfläche dieser Führungskörper, die eine mehr oder weniger starke aerodynamische Form haben, weisen schraubenförmige Nuten auf, wobei der Neigungswinkel der Nuten im Bereich von 5° bis 45°,wie im oben beschriebenen ersten Beispiel, liegt. Der größte Durchmesser dieser Führungselemente beträgt zwischen JO und 85 % des Durchmessers der Düse. Der abriebfeste Deflektor der zugleich feuerbeständig ist, wird entweder auf der Sohle des Konverters oder in der Düse in der Nähe der Konvertersohle starr angeordnet. Die Anordnung erfolgt in einer solchen Höhe, daß er gegen das Ende der Ofenreise noch genügend weit vom Abnutzungsniveau der Sohle entfernt ist. Auf diese Weise ist er gegen Schaden infolge der Abnutzung geschützt.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Deflektor im Inneren der Düse beweglich angeordnet sein, so daß er selbst im Verlauf des Blasens während einer Charge oder nach Maßgabe des Abnutzungsgrades der Konvertersohle ersetzt werden kann.

Der Deflektor kann auch in der Nähe der Düsenöffnung angeordnet sein und selbst Teil eines unabhängigen Injektors sein, der gegebenenfalls die Form einer konvergent-divergenten Leitung aufweist. Ein derartiger Injektor wird beweglich im Inneren einer glatten Düse angeordnet und dient als Leitfläche und Schutzhülle. Der Zwischenraum zwischen Injektor und Düsenwand wird gegen den Eintritt von Metall im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen schwachen kontinuierlichen Gasstrom geschützt. Dieses

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letztgenannte Ausführungsbeispiel ist dann vorteilhaft, wenn keine ringförmige Strömungsrichtung parallel zur Achse des Injektors erwünscht ist, sondern vielmehr eine periphere Strömung der pulverförmigen Stoffe, die unter einem Winkel zwischen 0 und 4-5° gegen die Achse des Injektors geneigt ist.

Die Abkühlung,die durch das Durchströmen des eingeblasenen Sauerstoffs unter einem erhöhten Druck, d.h. einem Druck von mehr als 3 kg/cm durch das Roheisen bewirkt wird, ist völlig ausreichend: Eine zusätzliche Kühlung mit einem getrennt angeordneten Wasserkreislauf hat sich als überflüssig erwiesen.

Die verschiedenen Sorten des pulverförmigen Materials, die in Bunkern gelagert sind, welche ihrerseits, z.B. an ihrer Sohle mit Verteilern und Pumpen ausgestattet sind, können entweder getrennt oder gemeinsam mittels Pumpen von steuerbarer Leistung in die Hauptzuführungsleitung für Sauerstoff Injiziert werden. Unterhalb der Einblasstelle für die verschiedenen Sorten des pulverförmigen Materials verzweigt sich die Hauptleitung und speist direkt die verschiedenen Injektoren oder verschiedenen Gruppen von drei bis fünf Injektoren. Eine derartige Anordnung wird erst durch das erfindungsgemäße Blasverfahren ermöglicht, da es die Zahl der Düsen bis auf einige oder höchstens einige Dutzend Einheiten je nach der Kapazität des Konverters und dem gewünschten Durchsatz zu vermindern gestattet. Aus diesem Grunde wird der Windkasten, der infolge seiner toten Winkel eine gleichmäßige und sofortige Verteilung des gepulverten Materials unmöglich macht und die Bildung von Staubablagerungen begünstigt, überflüssig. An seine Stelle tritt die oben beschriebene erfindungsgemäße direkte Einspeisung. Die Anpassung der verschiedenen Injektoren aneinander, die in der hitzebeständigen Konvertersohle angeordnet sind, und der außerhalb angeordneten Speiseleitungen für die betreffenden Injektoren oder die jeweiligen kleinen Gruppen von Injektoren kann in vorteilhafter Weise durch Einbeziehung der Abdeckung der Konvertersohle erfolgen.

Es ist selbstverständlich, daß die Anordnungen und Einrichtungen, die oben beschrieben sind, lediglich Ausführungsbeispiele sind

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und daß sowohl ihre Abwandlungen als auch Änderungen im Detail im Bereich des allgemeinen Erfindungsgedankens liegen. So ist es beispielsweise möglicn, staubförmigen Kalk, der in Sauerstoff oder in einem Trägergas suspendiert ist, durch ein konzentrisch um die Versorgungsleitung für den Sauerstoff angeordnete« Rohr zuzuführen. Bei dieser Anordnung können jedoch Verstopfungen auftreten.

Gemäß einer weiteren Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Frischen von Roheisen in einem an sich bekannten "klassischen" Konverter durchgeführt, an dem die oben beschriebenen Umbauten vorgenommen wurden, um seine Sohle mit einer gewünschten Anzahl von Injektoren zu versehen, die den Durchsatz an Sauerstoff und an staubförrnigern Kalk gewährleistet.

Zu Beginn des Frischens wird ein Teil des Kalkes in an sich bekannter Weise in das Bad, und zwar in Form von Kalkstücken durch die Mündung des Konverters eingebracht. Der andere Teil des Kalkes, also die Differenz des gesamten Gewichtes des für das Frischen erforderlichen Kalkes und des Gewichtes der Kalkstücke, wird durch die Konvertersohle als in Sauerstoff suspendierter Kalkstaub eingeblasen. Die Menge des staubförmigen Kalkes, die bei einer Charge eingeblasen wird, soll je nach Zusammensetzung des Roheisens und der Zahl und der spezifischen Anordnung der Injektoren zwiscnen 20 und 60 % der gesamten aufzuwendenden Menge an Kalk betragen. Der Körnungsgrad des injizierten Kalkes wird sehr fein und homogen gewählt, und zwar vorzugsweise zu 100 % weniger als 500 Mikron und zu mindestens 5° % weniger als 100 Mikron. Der jeweilige Durchsatz kann je nach Belieben und ohne Verzögerung variiert werden,und zwar in einem breiten Bereich, so daß die Menge an Sauerstoff und an Kalk für die verschiedenen Phasen des Frischens optimal gewählt werden können.

Die im Inneren der Injektoren angeordneten Deflektoren erteilen dem eingeblasenen Gemisch eine spiralförmige Bewegung. Unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft, die infolgedessen auf die Mischung einwirkt, werden die festen Teilchen mit höherem

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spezifischen Gewicht, die im Sauerstoffstrom suspendiert sind, gegen die Innenwandung der Injektoren derart abgelenkt, daß der staubförmige Kalk die Injektoren als ringförmige Strömung verläßt, welche den zentralen SauerstoffWirbel umgibt, der nur noch einen geringen Anteil des ursprünglich eingebrachten Kalkes enthält. Auf diese Weise umgibt eine periphere, kompakte und ziemlich dichte Strömung von Kalk die Bereiche des Konverters, in denen die stark exothermen Reaktionen der Oxydation des Eisens und seiner Verunreinigungen durch den Sauerstoff ablaufen. Der in Form kleinster Partikel vorliegende und sehr reaktionsfreudige Kalk fixiert unmittelbar die Oxydationsprodukte, unterbindet ihren Kontakt mit der Konvertersohle und führt sie in das Bad, so daß die Oxydationsprodukte von der Konvertersohle entfernt werden.

In, dem die Oxydationsprodukte unmittelbar verschlackt von der Auskleidung der Konvertersohle entfernt werden und indem weiterhin mindestens ein Teil der in der Nähe der Düsen erzeugten Reaktionswärme absorbiert wird, verhindert der eingeblasene Kalk weitgehend die durch die sonst auftretende schnelle Abnutzung der Auskleidung auftretenden Nachteile, indem er eine Art von Schutzschild für die Konvertersohle bildet.

Ein anderer wichtiger, im Verlauf von Versuchen festgestellter Vorteil besteht darin, daß.die Bildung von roten Staubwolken im Vergleich zum bekannten Frischen weitgehend vermieden wird. Außerdem erlaubt das nahezu völlige Ausbleiben des Auswurfs und des überfließens des Konverters das Chargengewicht bei einem gegebenen Konverter zu vergrößern. Ebenso ist es aufgrund der relativ einfachen Abänderungen und Einbauten möglich, den Wert bekannten vorhandenen Einrichtungen zu steigern und sie dem Frischen mit Sauerstoff anzupassen, das wesentlich schneller abläuft, als das Windfrischen.

Das erfindungsgeniäße Verfahren kann weiterhin dahingehend abgewandelt werden, daß mit dem Kalk oder anstelle des Kalkes andere fein verteilte Stoffe, beispielsweise basische Stoffe, denen gegebenenfalls Kohlensäure entzogen wurde,Metalloxyde, Fluoride oder andere Produkte zur Abkühlung, für die Bildung

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der Schlacke, zur Entschwefelung, zui" Entphosphorung oder zum Einstellen der Analyse zugeführt werden. Wie weiter oben erläutert wurde, können die pulverförmigen Produkte vorher in einer Flüssigkeit , z.B. aus Heizöl oder aus verflüssigtem Gas suspendiert werden, bevor sie mit dem Sauerstoff in das Bad eingeblasen werden.

Die Möglichkeit den Durchsatz in einem weiten Bereich zu ändern, sowie die Möglichkeit gleichzeitig oder nacheinander mehrere staubförmige Stoffe im Verlaufe des Frischens einer Charge zu verwenden, sowie die kontinuierliche oder diskontinuierliche Injektion zu einem beliebigen Zeitpunkt des Frischens verleihen dem erfindungsgemaßen Verfahren eine große Anpassungsfähigkeit.

Das Einblasen durch die Konvertersohle gemäß dem erfindungsgemaßen Verfahren erfordert zwar ein sorgfältiges Zerkleinern der Zusätze mit nachfolgendem Sieben; das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet jedoch eine gute Reaktivität, so daß ein Verlust an Zusatzstoffen sowie die sich daraus ergebenden Unregelmäßigkeiten der Analyse vermieden v/erden.

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20028U Ansprüche

1. Verfahren zur Umwandlung von Roheisen durch kombiniertes Einblasen von Sauerstoff und staubrörmigem Kalk und gegebenenfalls anderer staubförmiger Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß während des Prischens mit Sauerstoff mittels im Boden des Behälters für das Prischen angeordneten Düsen, wobei in dem Sauerstoff die pulverförmigen Stoffe suspendiert sind, eine Zentrifugalkraft erzeugt und eine Trennung der Suspension in eine periphere Strömung von festen Partikeln und einem zentralen Sauerstoffstrom bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periphere Strömung der staubförmigen Stoffe in einer Richtung injiziert wird, die zur Achse des Injektors zwischen 0° bis 45° geneigt ist.

J. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Durchsatz an Sauerstoff und pulverförmigen Stoffen, die kontinuierlich oder diskontinuierlich injiziert werden, ohne Verzögerung in vorgegebenen Grenzen verändert werden kann, und daß mehrere pulverförmige Materialien gleichzeitig oder nacheinander verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmigen Materialien vor dem Einbringen in den Sauerstoffstrom in einem flüssigen Medium aus Heizöl oder verflüssigtem Gas suspensiert werden.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch in der Konvertersohle angeordnete Düsen und durch fest oder beweglich in den Düsen angeordnete Pührungselemente.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente als feste Deflektoren in der Wandung der Düsen ausgebildet sind.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungselemente gesonderte Deflektoren dienen, die Nuten aufweisen und starr oder beweglich im Inneren der Düsen oder von Kanälen in der Konvertersohle angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5-7» dadurch gekennzeichnet, daß sie direkt oder in kleinen Gruppen von 3-5 über dazu angeordnete Leitungen ohne einen zwischengeschalteten Winükasten gespeist werden.

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