DE2107263C - Verfahren zum Beschleunigen metallurgischer Reaktionen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

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■Cjassirahles so zu bemessen, daß im Mittel eine für die Reaktion weitgehend optimale MetaütröpfchcngröCe bewirkt wird. Bei Stahl/Schlacke-Reaktionen wird unter Berücksichtigung der bekannten Abweichungen tin Mittelwert der flüssigen Stahltröpfchen von etwa 1 - 2 mm als optimal angesehen. Der Impuls des Gasstrahles, der die Metailfopfehengroii-· bedinut, uird über den Druck - vorzugsweise bis zu 20 atii - und den Oiierschnitt des aus der Zuleitung austretenden Gasstrahles bestimmt.

Fs ist zu bevorzugen, daß. gesteuert über das Ausmaß der Iimulsi-;isbildung. die abfließende Schlacke im wesentlichen melalltröpfchenfrei ist. während, dem Weg des aufwärts strömenden Metalls folgend, die Lmulsionsbildung verstärkt wird. Fs kann sinnvoll sein, der abfließenden Schlacke im Anschluß an die Cegenstromrinne eine zusätzliche Absehe idungsmöglichkcit für die noch in der Schlacke befindlichen Metalltrüpfchen zu geben.

In einer weiteren bevor/unten Aus' ihrungsform des Verfahrens sind zwei Gasstrahlen so zueinander angeordnet, daß im wesentlichen der eine Gasstrahl ein »Anheben« der Schlackenphasen und der andere Gasstrahl die Tröpfchenbildung des darunter strömenden Metalls bewirkt.

Kino weitere Beschleunigung der metallurgischen Reaktion kann durch gasbildende und/oder gasabgebende Stoffe erzielt werui-.i. die mil dem Gasstrahl eingeblasen werden.

Diese können z. Ii. durch Berühren mit dem Metall oder der Schlacke verdampfen oder durch Reaktionen Gas erzeugen. Hin derartiger mit dem Gasstrahl eingeblasen.T Stoff kann z. B. Kalkstein oder flüssiger Kohlenwasserstoff sein.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemätk Verfahren für das Vor- oder Fertigfrisehen von Schmelzen aus Roher :n. Schrott oder ähnlichem Vormaterial zu Stahl verwendet.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer elektromagnetischen Gegenstromrinne wird insbesondere bevorzugt. Bei dieser Anwendung ist es von Vorteil, wenn — insbesondere im Rückstrombereich des Metalls — mindestens eine TdI-komponente des Impulses der eingebrachten Gesamtgasstrahlmepge in Metallförderrichtung wirkt.

In einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens sind in die Seitenwände der Gegen^tromrinne im Bereich der gedachten Grenzfläche Metall/Schlacke Düsen eingelassen, deren Ausströmungsrichtungen parallel oder geneigt zu der gedachten Grenzfläche liegen. Im Prinzip wird es dabei bevorzugt, in Richtung auf die Schlackenaufgabe die Zahl der Düsen im Sinne einer verstärkten Emulsionsbildung zu erhöhen.

Bei geneigt angeordneten Düsen ist der Neigungswinkel der Ausströmrichiungzu der gedachten Grenzfläche vorzugsweise durch plus/minus 30 bis 90°, insbesondere 45°, nach oben begrenzt.

Von Vorteil sind Düsen mit einem Durchmesser von 0,1 bislOmm.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist wie folgt: Führt man einen Schnitt auf der Gegenstromrinne senkrecht zur strömenden Schlacke bzw. zum strömenden Metall, so ergibt sich hier bei Roheisen oder Stahl e:.va eine Schichthöhe von 1 bis 3 cm bei einer Schlackenhöhe von 10 bis 50 cm."Beim bekannten Gegen.stromverfahren kann der Stoffübergang nur an der Phasengrenzfläche Metall/Schlacke über die Breite und Gesamtlänge der Rinne erfolgen. Erfindungsgemäß wird zum Zwecke einer Metal! Schlacke-Emulsionsbildung ein Gasstrahl in die Phasengrenzschicht eingeblasen. Dadurch wird die spezifische Oberfläche, die sich aus dem Verhältnis Metal! Schlackengrenzfläche zu Metallmenge ergibt. K-trächtlich erhöht. Durch die Erhöhung der spezifischen Oberfläche kann man die gewünschte metallurgische Reaktion auf der Gegenstromrinne bei erhcb-

l'j lieh kleineren geometrischen Abmessungen erzielen als bei den bekannten Verfahren.

Wie eingangs ausgeführt, kommt es aus elektrischen Gründen zu einem .Metallrückstrom am Rmnenranil. wodurch der Erfolg des Stoffumsatze^ im Gegenslrom eingeschränkt wird. Bevorzugt wird der Gasstrahl gegen den Rü.ckstromanteii des Mctalii am Rmnenrand getankt. Der Impuls des G::»>irahk> wird so gewählt, daß eine für die P ;aktion auf der Gegensiromrinne optimale Meta!ltr"ipfchengröße entsteht.

Hierzu wird gefordert, daß die Tröpfchen mehl /u klein werden, damit sie nicht übermäßig lange in d.:s Schlacke verweilen und von dieser nicht mil bei. ib ge^f;ihrt werden. Andererseits sollen die Tropfen ni.hi zu groß sein, damit einerseits eine genügend große spezifische Oberfläche gewährleistet ist und andererseits die Tropfen nicht bereits nach unzureichender Reaktion mit der Schlacke wieder in das Metall zurückfallen. Für Stahl-Schlacke-Reaktionen v. ;rd ein ■ Stahltröpfchen-Durchmesser von ungefähr 1 mm angestrebt. Die Tröpfchengröße läßt sich mittels des Impulses des Gasstrahles steuern, wobei bekanntlich mit zunehmender Energie die Tröpfchengroße abnimm'..

Aus dem Beschriebenen läßt sich entnehmen, da'.'· das Metall nach dein erfindungsgemaßen Verfahren in Tropfenform aus dem Metallstrom in den Schlackenstrom gefördert wird, dort mit der Schlacke reagiert und dann wieder in den Metailstmm zurückfällt Hierbei ist zu berücksichtigen, daß das Metal! etwa /wanzigmal so schnell gefördert wird als die abwärts strömfiide Schlacke, d. h., daß bei ausreichender Verweilzeit des Metalltröpfchens im abwärts strömenden Schlackenstrom das Metalltröpfchen nur für eine unbedeutende Wegstrecke abwärts transportier! wird. Der beschriebene Zyklus des »hüpfenden Metalltröpf-

chens« wiederholt sich vielfach auf der Gcsamtreaktionsstrecke.

Die Vorteiie des erfindungsgemäßen Verfahren^ zeigen sich insbesondere im folgenden Punkten: Bei kontinuierlicher Verfahrensweise auf der Gegenstromrinne kann mit erheblich kleineren Rinnenabmessungen dasselbe Ergebnis erzielt werden:

die Wärmebilanz, der beschriebenen Verfahrensweise führt zu einem günstigeren Ergebnis:

der Rückstromanteil des Metalls am RiniK-nrand wird verringert.

Hs wird darauf hingewiesen, dafi der beschriebenen Emulgierung Grenzen durch die Haltbarkeit des feuerfesten Materials gesetzt sind, insbesondere bei einem aus reinem Sauerstoff bestehenden Gasstrahl.

Durch Vcrmi chen mit Inertgas lassen sich diese Nachteile beseitigen.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch die elektromagnetisehe Gegenstromrinne,

F i g. 2 im Schema eine Draufsicht auf einen Teil der Gegenstromrinne.

Der Induktor tier Wanderfeldpunipe ist um I. der

leueri'este Boden des Reaktionsraumes der Gcgenstronuinne mit 2 und die feuerfesten Seitenwände sind mit 3 bezeichnet. In der Rinne fließt zuunterst das spezifisch schwere Metall 4 und darüber die leichtere Schlacke 5. Die Grenzschicht Schlacke/Metall ist mit 6 bezeichnet. Mit in den Seitenwänden 3 angeordneten Düsen 7, 8,11 wird in die Grenzschicht 6 oder unter die Grenzschicht 6 oder über die Grenzschicht 6 eingeblascn.

In F i g. 2 ist eine Düsenanordnung dargestellt, die den Metallrückstrom am Rande der Gegenstromrinne zusätzlich verhindert. Wie das eingezeichnete Geschwindigkeitsprof.il des Metallstromes zei^t, weist der Geschwindigkeitsvektor im mittleren Bereich positiv bergauf 10, während im Randbereich die Geschwindigkeit bergab 12 gerichtet ist. Bei der Anordnung von Düsen 8, die im wesentlichen in die Schlacke hineinblasen, ist es ebenso gut möglich, durch eine entcegengesctzte Schräglage den abwärts gerichteten Schlackenstrom zu unterstützen.

Da die Schlacke möglichst rnetalltröpfchenfrei von der Rinne abfließen soll, erfolgt eine verstärkte Emulsionsbildung erst in Richtung auf den Metallabfluß. Diese verstärkte Emulsionsbildung kann durch die Zahl der Düsen geregelt werden.

ίο In einem Anwendungsbeispiel wurden mit einer Düse von 1 mm Durchmesser bei einer Neigung von 45° gegenüber der ruhenden Metallgrenzfläche mit einem Druck von 1 atü, wobei sich die Düse etwa 5 mm unter der Metallgrenzflächc befand, Roheisentropfen zwischen 0,1 und 2 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm. erzeugt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   durch gekennzeichnet, daß die Düsen einen Durchmesser von 0.1 bis 10 mm aufweisen.

   !. Verfahren zum Beschleunigen ineiallurgiseller Reaktionen bei kontinuierlich im Gegenstrom zur Schlacke bewegtem M'.tallstrom in einer Gegenstromrinne, dadurch ge kennz ei c Im et. daß zum Zwecke einer Metall-Schlacke-Emuisionsbildung mindestens ein Strahl eines Gases, welches entsprechend der L'ewünschten Reaktion inert oder reduzierend odor oxydierend wirkt, parallel und/oder geneigt zu der gedachten Grenzfläche (6) Metall-Schlacke in (Ϊ1) oder dicht oberhalb (8) und.'oder unteihalb (7) der Grenzfläche (6) eingeblasen wird.
2. 2. Verfahren r.ach Anspruch 1, dadurch gekennzeiehnet, da 1 ein inert wirkendes Gas kombiniert mit reduzierend oder oxydierend wirkenden Gasen eingeblasen wird. '
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls des eingeblasenen Gasstrahles so bemessen ist. daß im Mittel eine für die Reaktion weitgehend optimale Metalltröpfchengröße bewirkt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß gesteuert über das AiisinalÄ der Er 'ilsionsbiidung die abfließende Schlacke (5) im wesentlichen nv'ialltröpfchenfrei ist. während, dem Weg des aufwärts strömenden Metalls (4) folgend, die Er::ulsioTsbilduiig verstärkt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gasstrahlen (7. 8) so zueinander angeordnet sind, daß im wesentlidien der eine Gasstrahl (8) ein »Anheben« der Schlacke (5) und der andere Gasstrahl i7) die Tröpfc'nenbildung des darunter strömenden Metails bewirkt.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gasstrahl (7) gasbildende und'oder gasabgebende Stoffe eingeblasen werden.
7. 7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für das Vor- oder Ferl.igfrisehen von Schmelzen aus Roheisen, Schrott oder ähnlichem Vormaten J zu Stahl.
8. 8. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer elektromagnetischen Gegenstromrmne.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichne!, daß insbesondere im Rückstronibereich (12) des Metalls (4) mindestens eine Teilkomponente des Impulses der Gesamtgasstrahlmenge in Metallförderrichtung wirkt.
10. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfallrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Seitenwände (3) der Gegenstromrinne im Bereich der gedachten Grenzfläche (6) Metall/Schlacke Düsen (7, 8, 11) eingelassen sind, deren Ausströmungsrichtungen parallel oder geneigt zu der gedachten Grenzfläche liegen.
11. 11. Vorrichtung nach Anspiuch 1, dadurch gekennzeichnet, ciß der Neigungswinkel der Ausströmriclitung /11 der gedachten Grenzfläche (6) bis zu plus/minus 30 bis 90 . vorzugsweise bis zu nlus'niiniis 45' beträgt.

    !2 Voniditung iiaeh Anspruch IM udet I 1 da Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bcsehieunigen met; llargischer Reaktionen bei kontinuierlich

    im Gegenst.om :"ir Schlacke bewegtem Metallstrom in einer Gcnenstroniiinnc und eine Vorrichtung /ui Durchführung des Verlahrens.

    Pas erwünschte Ziel kontinuierlicher Verfahrensweise in der Metallurgie ist ein Gegenstromverfahrcn.

    bei dein der Stoifiimsatz /wischen den Phasen besonders günstig ablauft. Da die Einführung der elektromagnetischen Gegenstromrinne bei hrzeugung^veifahren in der Stahlindustrie sich als besonders \orteilhaft erwiesen hat (Stahl und Eisen, 89. 1969. S. ! 185

    _an bis 1190}. soll im folgenden die erfindiingsgeniäLSc. weitere Verbesserung von Reaktionen in Gegenstromrinnen an Hand des besonderen Beispiels acr elektromagnetischen Gegenstromrinne erläutert werden.
    Das Geeenstromverfahren führt zu einer besseren Ausnutzung der Schlacke und zu niedrigeren Endgehalten der unerwünschten Begleitelemente im Stahl. Bei Anwendung der elektromagnetischen Gegen-Stromrinne (deutsche Offenlegungsschrift 1 433 631) mit unterhalb der Rinne angeordnetem Induktor befindet sich eine Schicht dünnflüssigen Metalls mit einer Dicke von unter 1 bis zu etwa 5 cm in einem kanalförmigen Reaktionsraum. Das mittels des Intluktors erzeugte Wanderfeld fördert das Metall zwangsweir,e aufwärts, während die Schlacke unter der Yv'irkung der Schwerkraft abwärts strömt. Es bleibt zu berücksichtigen, daß im Randbereich der Rinne die elektrischen Ströme im flüssigen Metall parallel zur Längsachse der Rinne Hießen und somit keine Kräfte in Längsrichtung auf das Metall wirken können. Aus diesem Grund kommt es unter dem Schwerkrafteiniluß in diesem Bereich je nach Rinnenneigung zum Stillstand oder Rückstau des Metalls.

    Die bisherigen Ergebnisse bei Verwendung der Gegenstromrinne lassen erwarten, daß nicht alle metallurgischen Reaktionen optimal verlaufen und daß möglicherweise Rinnen mit sehr großer Abmessungen verwendet werden müssen. Dies ei fordert einen entsprcdienden Kostenaufwand und Platzbedarf.

    Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, zu einer Beschleunigung der metallurgischen Reaktionen in GegciiStromrinnen beizutragen. Insbesondere soll durch die Erfindung eine Längenverkürzung der erforderlichen Großanlage für die Gegenstromrinne erzielt werden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es.

    den Riickstromanteils des Metalls bei der elektromagneiischen Gegenstromrinne zu verringern.

    Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Zwecke einer Metall-Schlacke-Emulsionsbildung mindestens ein Strahl eines Gases, welches entsprechend der gewünschten Reaktion inert oder reduzierend oder oxydierend wirkt, parallel und/oder geneigt zu der gedachten Grenzfläche Metall/Schlacke in oder dicht oberhalb und/oder unterhalb der Grenzflache eingeblasen wird.

    Vorzugsweise wird ein inert wirkendes Gas kombiniert mit reduzierend oder oxydierend wirkenden Gasen eingeblasen.

    Es ist von Vorteil, den Impuls des eingeblasenen