DE2116445A1 - Verfahren zur Erzeugung von Stahl - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von Stahl

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DE2116445A1 DE19712116445 DE2116445A DE2116445A1 DE 2116445 A1 DE2116445 A1 DE 2116445A1 DE 19712116445 DE19712116445 DE 19712116445 DE 2116445 A DE2116445 A DE 2116445A DE 2116445 A1 DE2116445 A1 DE 2116445A1
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Description

Fried. Krupp Goaelleohaft
beschrankter Haftung in "Semmn ο -ι ι c / / tr
Verfahren zur Erzeugung von Stahl
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Stahl aua feinzexmahlenen Keiohorzen, das kontinuierlich abläuft.
Bs sind bereite Verfahren zur Erzeugung von Stahl aua Tire;3taub alt hohem Eisengehalt bekannt, die jedoch mehr oder weniger diskontinuierlich ablaufen. In der Hegel wird der JIrzataub mittsIo Iteduktionsgasen in sogenannten WirbaTbetten reduziert und das aus diesen auegetragene hochöisenhaltige Pulver zur Weiterverarbeitung in einer üblichen Friacheinhelt brikettiert· I>ie Brikettierung ist notwonäig, da im Fall des Aufgebona von üieenpulver in die frischeinhoit, diesee auch beim Einblasen unter hohem Druck die Schlacke in der Friecheinheit nicht durch-dringt· Bei diesen Verfahren iet nicht nur die Zwischengeschäfte ta Stufe der Brikettierung wegen ihrer Unwirtschaftlichkoit von ITachteil» sondern auch die nachgeechalteten konventionellen Prischverfahren arbeiten charge nweise und damit diskontinuierlich«
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, οineη kontinuierlichen Verfahrensablauf vom I5rz bis zum fertigen Stahl zu erlangen, die Wärmeverluste zu verrinßorn und für die zugehörig© Anlage mit niedrigen Konten und einem goringen Platsbedarf auszukommen. Die Erfindung booteht in erator Linio darin, daß das eingesetzte :2rz zsratäubt, nittelo Hoduljtionoßaoon in einer geeigneten bohoizton Vorrichtung trciiü-iortiert und ßleichzeitig angaroicharfc und anoohließond in den in dan Bad eines Sohmelz-
herde» eintauchenden Plasmastrahl eines Plasmabrenners eingeleitet und ggf. in wenigstens einer an den Sohmelzherd angeechloesenen fr&rheinhelt fortlaufend fertig-gemacht wird.
Damit verbunden let der weitere besondere Vorteil, daß der fortlaufend abgezogene fertige Stahl, insbesondere in einer Striggußkokille und den daran angeschossenen Walzstraßen ,kontinuierlich weiterverarbeitet werden kann.
Aus den Abgasen der Prlscheinheit sowie das Schmelzherdes in der ftntstaubungeanlose rückgewonnenes Eisenoxid, sogenannter Ll)-Staub, kann im Kreislauf zurückgeführt und wieder verwertet werden·
Pie in der beheizten Vorrichtung begonnene Reduktion der JSrze wird in Plasmaotrahl dee Plasmabrenners fortgesetzt und im Schmelzherd oder der angeschlossenen Frischelnhoit beendet·
Gemäß einem weiteren Schritt der Erfindung wird als Reduktionsgas ein Spaltgas verwendet, das mittels Keaktorabwürme in einem beheizten Spaltrohr aus Kohle, öl oder Erdgas erzeugt wird. Auf diese Weise lädt sich das erfindungagemäße Verfahren mit einem Kernkraftwerk äußerst wirtschaftlich kombinieren·
In weiterer Ausgestaltung dar Erfindung ist vorgesehen, daß als reduktionsgas ein Spaltgas verwendet wird, da3 durch die der baheiztan Vorrichtung zugeführt« Wärme in einoia Spaltrohr auo "rclgaa und Ofanabgae erzeugt wird· Hieraus resultiert ein weitor verbesserter Würraehauohalt·
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In der Zeichnung sind mehrere Ausftthrungsbeisplele der Vorrichtung sur Durchführung des Verfahrene nach der Erfindung dargestellt. Bs zeigen
Fig· 1 das Schema einer Stahlerzeugungeanlaget
Fig. 2 die in FIg· 1 dargestellte Transport·trecke in größerem UeJetab,
Fig. 3 slnen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2,
Fig· 4 und 5 jeweils ein weiteres Ausftthrungsheispiel einer Transportetreoke,
Fig· 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Pig· 5»
Fig· 7 sin Aueführungebeiepiel eines Plasmabrenners im Schnitt,
Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in FIg· 7» Fig· 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 7 und
Fig· 10 ein anderes Ausftthrungsbeieplel eines Plasmabrenners Im Schnitt·
Wie aus FIg· 1 ersiehtlfeh, werden die feingemahlenen Srte, die einen MindesteIsengehalt ron etwa 63 $ haben eollen» dem Auf gäbe trichter · zugeführt, aus dem sie in die Transportstrecke 2 gelangen· Der Aufgabetriohter 1 mttndet in einen Zerstäuber 3» in dem das feinzermahlsne Bra mittels heißem Reduktionsgas zerstäubt und in Richtung der Längsachse der Transportstrecke 2 weiter-transportlert wird»
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'iM der durch Gasbeheizung auf die erforderliche Reduktionstemperatur gehaltenen Transportatrecke 2 wird der Erzataub während des Weitertransports gleichzeitig angereichert und anschließend in den Plasmastrahl eines Liohtb©g@n«PX©sm&brennera 4 eingeleitet, der eo dicht, wie anlag®technisch möglich, an die Transportatrecke 2 angeschlossen let·
F(Ir die Strahlbildung des Plasmastrahlß wird dem Liohtbogen-Plaeffiatasimer 4 über öle Leitung 5 Ofenabgaa zugeführt, GGS zur Vermeidung von kurzschluSerzeugenden Brücken zuvor gereinigt wird» Der in den Plasmastrahl durch Saugwirkung eingeleitete Erzstaub wird mitgerissen, stark erhitzt und in geringem Umfang weiter reduziert· Mit dem in das flüssige Metallbad eines dem Plasmabrenner zugeordneten Sshmelzherdes 6 eintauchenden Plasmastrahl gelangen die nunmehr flüssigen Sr zs taub teilchen in die Schmelze. Der Plasmastrahl, durch den deren Temperatur auf etwa 1700° gehalten wird, ist so eingestellt, daS er soweit in die Schmelze hineinreicht, dafl die Schmelze im jeweils erforderlichen Umfang gut durohmisoht wird· Da der reduzierte Erzstaub auf seinem Weg bis in die Schmelze keinerlei Berührung Ait Sauerstoff hat, ist eine Wiederoxidation auch der geschmolzenen Teilchen ausgeschlossen»
Im Schmelzherd 6 wird der Schmelze durch eine Leitung 7 in einem KalziumkarbiA-Ofen Ö erschmolzenes niedrigglittrlges Kalziumkarbid im flüssigen Zustand als Schlackenbildner fortlaufend zugegeben· Dieser Schlackenbildner-Zusatz dient in erster Linie einer guten Entschwefelung der Schmelze} gleichzeitig kann auch, falls erforderlich, der Kohlenstoffgehalt der Schmelze angehoben werden· Zur Erneuerung der Schlacke weist der Schmelzherd in Höhe des
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Badepiegele mindestens einen Überetröm-Xassenversohlue 9 auf, durch den der SohlaokenttbersohuS fortlaufend abgezogen wird·
Da im 3ohmelzherd 6 durch die Wirkung des Plasmastrahls in geringem Umfang ein Friachprozeß abläuft« kann für den Fall, daß ein Stahl niederer Qualität erzeugt werden •oll9 das Verfahren hier abgebrochen werden. Zur Erzeugung von Stählen höherer Qualität ist vorgesehen» dad an den Schmelzherd eine oder mehrere Friec heinheiten unmittelbar angeschlossen werden· Geeignet sind dafür alle Prischveribren» die sich in einem Herdofen durchführen lassen. Im Aueführungsbeispiel ist ein Sauerstoffaufblas-Ofen 10 verwendet» der im Bereich seines Bodens durch einen Kanal 11 unmittelbar mit dem Schmelzherd 6 in Verbindung steht und durch welchen die Sohmelze in den Sauerstoff aufblas-Of en 10 gelangt« Dieser Sauerstoffaufblae-Ofen 10» in dem in üblicher Weise mittels einer Sauerstoffaufblas-Lanze 10* sowie mit Kalkstaubsusatz zur Sohlaoksnbildung gefrischt wird» ermöglicht einen kontinuierlichen Abzug des flüssigen Stahls· Der in dem an den Sauerstoffltufblas-Ofen 10 angeschlossenen Absaugkanal 12 in dem entsprechenden Absaugkanal 13 des Sohmelzherdes 6 mitgerissene LD-3taub wird in den Gasreinigung «an lage η 14 ausgeschieden und dem Aufgabetriohter 1 wieder zugeführt· Die verbrauchte Schlacke wird im Sauerstoffaufblas-Of en 10 ebenfalls fortlaufend abgezogen· Unter Umständen kann es für den fortlaufenden Ablauf des Verfahrens vorteilhaft sein» den ^ohiaelzherd 6 sowie die Frischeinheit mittels quer zur SchlieOriohtung der Sohmelze angeordneten Trennwänden oder Sohlkanen zu unterteilen·
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Für die Beruhigung sowie für die Legierung des flüssigen Stahles ist vortoilhafterwaiee an die Frisoheinheit ein mit einer Vakuumanlage 15 verbundener Legierungsvorherd 16 angeschlossen· Aus dem Saueretoffaufblas-Qfen IO gelangt der flüssige Stahl durch ein Saugrohr 17 in Form von feinen Tröpfchen in den Legterungevorherd 16 und verteilt oich auf dessen B*dotarfläche· Die in einemPerrolegierunga-Ofen erschmolzenen und kontinuierlich augegebenan Legierungebestandteile werden aufgrund von fortlaufend gemessenen Werten der Stahlqualität, a· B· duroh Spektralanalyse» dosiert· Das Bad des Legierungsvorherdes 16 wird duroh eine horizontal angeordnete Trennwand 19 in eine obere DurohmischungB- und eine untere Beruhigungszone aufgeteilt* Für die Durchmisohung sorgt ein durch die Lanze 20 eingeblasener Stickstoffstrahl·
Der flüssige fertige Stahl wird in die Kokille einer Stranggiefianlage 21 eingeleitet, und in kontinuierlichen Walzstrafien weiterverarbeitet·
Zn erster Linie ist vorgesehen, Als Reduktionsgas ein Spaltgas zu verwenden, das aus Srdgas und Ofenabgas in einem Spaltrohr 35 erzeugt wird, das innerhalb der beheizten Vorrichtung und sich um die Transportstrecke 2 herumwindend angeordnet ist· Das in der Hauptsache aus Kohlendioxid bestehende Ofenabgas wird somit zum Teil im Kreislauf geführt und die diesem innewohnende Wärme dem Proaefl direkt nutzbar gemacht· ftine grobe Übersicht Über den auf diese Weise ablaufenden Prozefl liefert die SummenformeIt
-* 8Fe+3CO2«-(3CO2+6H2O) Abgas
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Theoretisch wird aloo die Hälfte des abgeführten Kohlendioxids wieder zurückgeführt. !Diese Vierte lassen eich praktisch selbstverständlich nicht erreichen, da mit einem Überschuß an Reduktionsgas gefahren werden muß· Das Abgas enthalt iaohr oder weniger große Mengen von Kohlenmonoxid, was wogon do3 kontinuierlichen Anfalle aehr gut in einerVerbronnungsanlage, z* B· zur Dampfer* Beugung, verwertet werdon kann· 3in weiterer restlicher Teil der Ofenabgaae wird für die Erwärmung der "beheizten Vorrichtung "benötigt·
Reduktionsgas, bestehend aus etwa ti5 ^ Kohlenmonoxid und Heat Wasserotoff und von hohem Heinheitsgrad fällt außerdem im Kalsiumkarbid-Ofen 8 in einer Menge an, daß sich die direkte Zuführung zur !Eransportatrecke 2, wie durch die Leitung 23 angedeutet, in jedem Pail lphnt· Das aus der "beheizten Vorrichtung austretende Ofenahgas wird Über die ^eitung 24 dem Ealkofen 25 zugeführt·
Von "besonderem Vorteil ist es, wenn das Verfahren im Verbund alt einer Eernreaktoranlage betrieben wird· Das Heduktionsgas kann dabei in einem in den Reaktor 26 eingebauten Spaltrohr 27 aus Kohle, ül oder Srdgas erzeugt werden· Das In die beheizte Vorrichtung eingebaut Spaltrohr kann dadurch in Fortfall geraten· Weiter kann zum Anfahren des Prozesses heißes Heliumgaa solange in die beheizte Vorrichtung eiÖeleitet werden, bis die ausreichende Gaomenge zur Übernahme dieser Funktion erzeugt wird, wobei das Abgas dos Helium aus der beheizten Vorrichtung austreibt· Das dabei eine geringe Menge von Helium verloren geht, ist unbedeutend· Ferner kann einem in den Reaktor 26 eingebauten Dampferzeuger 2Ö ein Dampfüberhitzer 29 vorgeschaltet werden, der mit Ofenabgas
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ist mmtcm ύ&τ mtt ®i»a& St
wird· Is d®a Bamp£k3O£.al&u£ «ingeechaltet
tromfcsrssetige
««.©a ®£a© Anlag® $t aair 'ü S$m®rmt®f£ wtä Stie&siofT· An den
ist waiter ein Halissavereorger 32*
«3©r Vfer'hi.tLa'mig €en 'Verfateeaa alt «ine»
öglich· Abgase
in isa ireseMiHiebeii ,f,l©ie*i"feXeibasi.d«r Meagc -ii©S ills' j ©el® Äs"t £lsr®3E* '/©rsreirttms wa großem ist» lia© saielit imsreesntlitehe ^anpfsaeiog© ^dLrA •■ßmm ams 4@is d^m Plsuaab^s-ginesr- sn^iilhrten SCÜhlwaaser
dem
i?ige 1 da.rg®stellt'S Transportstreeke 3 sei Fig. 2 mä 3 nMb#r ©rlHuiert· Durch
Aufgabstarieht^r 1 gelangt das feinzersnahlene9 s©t.roc2£a©te ErS9 wie weiter oben be«* f}@&cfgrleben9 in den Zerstäuber 3· Von dort ®s mittels Seduktioasgaa in der hier als
33 atass®^ila#ten raneport-
and in diesem Zustand , bis eis die transportatreeise 2 über das an
bre322ier % anseeehloasene Aueangereiehiert wieder ^erlMßt. Uta die tfir^elstreclco 33 i«t ein Spaltrohr 35 sieh am dieee herum trinkend fmseordnete In da« Spaltrohr 33 wird bei 36 Srdga« eingeleitet, daa in siner HiAgdüe^^ult über die Leitung 38 zufeführt Eohlendiosid aus den Ofenabgaeen vermiacht vird· Die see GeEJisch wird im Spaltrohr 35 zu eine» aue Kohl«»iaonosid und Wa»»©r»t©££ bestehenden Heduktione-SAS gtapaltea» Die dafür sowie für die Erhitzung d«r ^ransportatreektt SS noch notwendig susHtzliehe VKrme wird über ©ine Abzweigung 39 der Laituns 38 in Pore v&n. läöißasi. Of^mahgasen de'r Traneportatrecice 2
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führt, die außerden zur Stützung der Temperatur mit einer isolierenden Ummantelung 40 umgeben ist· Die heißen Ofenabgase verlassen die Transportstrecke 2 über die sum Kalkofen ftf» 25 führende Leitung 24. Eine kurz vor den Zerstäuber 3 einmündende Lei tuns 4i dient der Zuführung von Reduktionsgasen aus dent Kalzluukarbid-Ofen 8 sowie gegebenenfalls der Reduktionsgaset die im Spaltrohr 27 des Reaktors 26 erzeugt werden·
;0ie in Fig· 4 dargestellte beheizte Vorrichtung ist ähnlich wie die nach Fig. 2 aufgebaut. An· stelle des rohrförmigen Virbelbettes 33 i«t hier ein Fluidatbett 42 für den Transport des Erzataubs eingesetzt· Das Reduktionsgas gelangt durch die zwischen den Balken 43 angeordneten und schräg gestellten Düsen 44 auf der gesamten TransportlängeS in die eigentliche Reaktionskammer 45 des Fluidat« bettes 42, wo es für <L9n Weitertransport und die Anreicherung des Brzes sorgt« Eine ebenfalls Mit einen Fluidatbett 42 versehene Ausführungsfore einer beheisten Vorrichtung« bei der das Spaltrohr 35 entfällt, zeigen Fig· 5 und 6· Zwischen dw Außenwand der beheisten Vorrichtung und dem Fluidatbett 42 ist eine Wendel 46 für die Führung ist- et* des bei 39* eintretenden Heizgases angeordnet· Über die Leitung 47 tritt das in diese» Fall vorzugsweise in Reaktor erzeugte Reduktionsgas in das Fluidatbett 42 ein*J~Der Lichtbogen-Plasmabrenner 4 nach den Fig· 7 bis 9 weist in seinem Audstrittbereich einander paarweise gegenüberliegende Austrittsöffnungen 48 auf, die in d^n von der Kathode 49 ausgehenden Piasinastrahl über spiralförmige ZuführtmsskanHle 50 oitusUnden· Die spiralförmigen Zuführung »kanüle 50 sind verbunden mit der stangen-L-ti al en Einmündung 51 für das Erzstaub-Gas-Gemisch·
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Unmittelbar über dem Austrittsäffnungen 48 ist die Anode 52 angeordnet» Pas für die Erzeugung dee Plasmastrahles verwendete gereinigte Ofenabgas--wird der Brennkammer 53 über einen ebenfalls tangential einmündenden Kanal 54 zugeführt« Bin Hehlratua 53 wird von dem über die Kanäle ssu« bssv· abgeführten Kühlwasser durchströmt« Uqt Lichtbogen-Plasmabrenner 4* nach Fig· 10* weist anstelle der massiven. Kathode 49 eine rohr· fUnaige Kathode 57 auf· Die Anode 52* ist am Austri'ttaend© to die? Austrittsuffnxms de* PlasmaßtjSutLas horum angeordnet· Das Erz«taub-Gas*Gemi«oh wird in daa Innere der rohrförmigen Kathode 57 eingeleitet und in de£>6n deren unterem Ende aus» bildendem Plassiastrahl hineingesaugt« Dieao Aus» füh?uisssfora doa Lichtbogen-Plasmabrenner β ist besonders vorteilhafte w@tl er besonders einfach kein© aur V^Tß^to^t^m^ neigenden Ve?/« &ntw@&Btm Beide Atisführunssformen
köaneai mit einer rersehea seis.«
Gases zunächst mit @l@i@&8troffl UDL^ mit höherer Leistung ans·« ind das&seh auf Dr©Isstr©m ^uaseechaltet· > vmA Aa©de w®isöm ia «ie® Fall drei Pol©« ©liae vielfaefi® Anssehl von drei Polen auf· B©r Ll©htbogen«Pl«emabreaxier 4« 4* kann aus Scer©saifii3fe©a Stoff xqu großer ilitaebeetändigkeit
sein· Ein® b@aondes* Isolioruns d^r taad Astode wird in dem - Fall überflüssig»
Da» erfindungsgemüfie Verfahren läßt sieh in ©infacher Weise ToBstSndis automatisieren mxd ©rmöglicht viele Variationen deT Stafolherstellimg &<·>
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Claims (3)

Pt tent satprüch·
1. Verfahren zur Erzeugung von Stahl »us feinzeraahlenen Reicherzen, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Era serstäubt, nittels Reduktionsgasen in einer geeigneten beheizten Vorrichtung transportiert und gleichzeitig Angereichert und anschließend in den in des . Bad eines Schmelssherdes eintauchenden Plasma· strahl eines Plasmabrenners eingeMtet und ggf. in wenigstens einer an den Schmelzherd aage» schlossenen Friecheinheit fortlaufend fertiggeaacht wird·
2» Verfahren nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsgas ein Spaltgas verwendet wird, das mittels Reaktorabwürme in einen beheizten Spaltrohr aus Kohle, öl oder Erdgas erseugt wird·
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsgas ein Spaltgas verwendet wird, das durch die der beheizten Vorrichtung angeführte Wa*rme in einen Spaltrohr aus Erdgas und Ofenabgas erseugt wird·
4V Verfahren nach eine« ά·τ vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizte Vorrichtung durch Ofenabgase enrSrmt wird.
EV 48/71
AK/Ko .· l ·.
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daß dem Bad ®in geeigneter
Iss fli!issis«B, Zustand dl® S©fel&el£@ ftes'ilauJFead· aussögen wird«
sd.odrlgg3Littri.ga0
Susrdsflüsrtmg de© ¥®rf®fcretiia
©im £rsmahlir@rk mittelbar ©4a mittols Radtaktionaga· b@- C 31 a%g@echloss«n iste der
dl© als Tr.ensp©rtstr«oc'k® C2) ausgebildete
das 7Toz'Tl&h.tw&g &$xmün.a®t$ tind daß/andere
Ea-tle der Trazäsportetreck« (2) rait den Saug» t^der
©las® Liehtbogöa»PIß«mabrennera (4,4*) let, der dem Bad de@ Sd«a*lah«rd*o gegen« £uag©ordssAt i®te tsnd daß an den Sebmelss- hmra t&) eine Prischei^yUeit ClO) die gegebenen« falle suit einem Leglenmgsvorherd (l6) in Ver» stentf angeschlossen ist.
3*V"srrichttm,g nach Aasipjrueh ?9 dadaroh gekenn« 3S©icli33.ett döB die Transport strecke (2) ale Wirbelbett (33) ausgebildet
$·Verrichtung nach Anspruch 79 dadurch gekenn·» sseiehnet» daß al« transport strecke (2) ein Flfäidatbett (42) eingesetzt ist«
10· Vorrichtung nach Anspruch 7» ^ &ύ®τ 9» dadurch
daß die Transport strecke (2)
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von einem Spaltx-ohr (35) »ur Erzeugung do« Keduktionsgaeos umgeben ist,
11· Vorrichtung noch einem dor Ansprüche 7 bis 1O9 dadurch gekennzeichnet, daß der am Austritteende eine ringförmige einteilige oder mehrteilige Anode (52) aufweisende Lichtbogenplasmabrenner (4*) gegenüberliegend zentral * mit einer an don Zufülurungskanal C&) für das Srsstaub-Gasgoraisch angeschlossenen rohrförmigen Kathode (,57} soidlo oit einem an sich bekannten Gaszuführungskanal (54) für die Zuführung von gereinigtem Abgas versehen ist·
%2· Vorrichtung nach einem dor Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem an eich bekannten GaszufUhrungskanal (5^) für die Zuführung von gereinigt em Abgas versehene {licht·· bogen Plasmabrenner (^) im Auetrittsbereich spiralförmige Zuführungskoniile (50) mit einander paarweise gegenüberliegenden in den Plasma-Strahl einmündenden Austrittsöffnuns*n (48) für das Erzstaub-Gaegemisch aufweist·
13· Vorrichtung nach eisern der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Schmelzhord (6) und Fri&cheinheit (10) im Bodenbereich durch mindestens einen Kanal (11) od. dgl· miteinander verbunden sind«
14· Vorrichtung nach einem dor Ansprüche 7 bis 13» dadurch cokennzoichnot, daß der Schmelzherd (6) in IlcSho doo Badspicfolo mindestens einen über-BtröEi-TacoonvorDchluß (9) für don fortlaufenden
aufwoist·
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