DE2159094A1

DE2159094A1 - Verfahren zur Stahlerzeugung

Info

Publication number: DE2159094A1
Application number: DE19712159094
Authority: DE
Inventors: Aldo Rom Ramacciotti
Original assignee: Centro Sperimentale Metallurgico SpA
Current assignee: Centro Sperimentale Metallurgico SpA
Priority date: 1970-12-05
Filing date: 1971-11-29
Publication date: 1972-06-08
Also published as: LU64367A1; DE2159094B2; GB1375417A; FR2116411B1; BE776018A; NL7116140A; FR2116411A1; DE2159094C3

Description

Centro Sperimentale Metallurgico S.p.A., ^u · *'^{v w} ^ ^ Via di Castel Romano, Rom / Italien

Verfahren zur Stahlerzeugung.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stahlerzeugung durch Erschmelzen und Prischen einer metallischen Charge mit veränderlichem Kohlenstoffgehalt in einem vertikalen, vorzugsweise um seine Vertikalachse rotierenden Konverter, wobei die Charge aus

festem Material wie Stahlschrott und eisenstücken ä

und gegebenenfalls einem geringen Anteil an flüssigem Roheisen besteht und die für das Erschmelzen und überhitzen der Charge erforderliche Wärme erzeugt wird durch Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen, Was-

uhcj/
serstofftöder Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffen, beispielsweise Heizöl, Gasöl, Erdgas od.dgl., die von einem geeigneten Brenner durch Verbrennen der bei der ersten Verbrennung übriggebliebenen Gase und einer geringen Koksmenge aufgegeben werden.

Verfahren zur Stahlerzeugung, bei denen Sauerstoff auf die Oberfläche einer Schmelze geblasen wird, sind in

der Technologie seit langem bekannt. "

Bei diesen Verfahren wird bei Anwesenheit von basischer Schlacke Sauerstoff auf die Oberfläche eines flüssigen Metallbades (Schmelze) geblasen. Der Sauerstoff oxydiert dabei Kohlenstoff und die als Verunreinigungen in der Schmelze vorhandenen Elemente wie beispielsweise Silizium Phosphor, Mangan, die auf diese Weise der metallischen Schmelze entzogen und mindestens teilweise von der Schlacke aufgenommen werden. Die durch die Verbrennung dieser Elemente entstehende Wärme reicht im allgemeinen aus, um den Stahl auf die

-2-209824/0715

erforderliche Gießtemperatur (Anstichtemperatur) zu bringen und dabei einen gewissen Anteil von fester Charge zu erschmelzen. Um solche Verfahren durchführen zu können, benötigt man flüssiges Roheisen, das sowohl aus dem Hochofen oder aus Behältern für Transport, Lagerung oder Mischung des Roheisens kommen kann. Derartige Aufnahmemöglichkeiten für den Transport, Lagerung oder Mischung flüssigen Roheisens sind sehr teuer und erfordern außerdem hohe Unterhaltungskosten. Außerdem ist es manchmal erforderlich oder wünschenswert, unabhängig von derartigen Behältern und den Unreinigkeiten des Roheisens vorgehen bzw. arbeiten zu können, oder einen solchen Schrottanteil zu verarbeiten, daß das zum Schmelzen der gesamten Charge und Erreichen der Gießtemperatur erforderliche Temperaturgleiehgewicht nicht sichergestellt werden kann.

Es sind viele Verfahren bekannt oder vorgeschlagen worden, um die Stahlerzeugung von dem Vorhandensein flüssigen Roheisens unabhängig zu machen oder zumindest den höchstmöglichen Anteil ungeschmolzener Charge verarbeiten zu können.

Eines dieser Verfahren besteht darin, daß man der teilweise flüssigen Charge Verbindungen zusetzt, deren Oxydation stark exotherm verläuft, z.B. Perrosilizium. Diese Verbindungen sind jedoch teuer und erhöhen den Wärmeinhalt der Schmelze nur in bescheidenen Grenzen.

Es ist weiter vorgeschlagen worden, mit dem Sauerstoff Kohlenstaub einzublasen, aber selbst dieses Verfahren ist vom Standpunkt der Verbesserung des Wärmehaushaltes nicht sehr wirksam; daneben beschädigen die mit hoher Geschwindigkeit bewegten Kohlenstoffteilchen die Zuführrohre und selbst die Einblas-Lanze. Darüber hinaus

20982A/071S

tragen beim weiteren Verfahrensverlauf die beim Prischen entstehenden Gase die erwähnten Kohlenstoff teilchen mit sich, die zum großen Teil in den Schornsteinen außerhalb des Konverters verbrennen und schließlich die Schornsteine und andere Verkleidungen sehr schnell zerstören.

Zum Wieder-Erschmelzen des für das Beaufschlagen des Konverters bestimmten festen Roheisens ist ferner die Anwendung eines Heißgas-Kupolofens vorgeschlagen worden. Obwohl diese Lösung einfacher ist als die Anwendung eines Hochofens, ist sie wegen der hohen Wiedererschmelzungskosten im Kupolofen völlig unwirtschaftlich und außerdem sehr umständlich, weil die Ausrüstung und vor allem die Transport- und Speichermittel für das geschmolzene Metall aufwendig und hinderlich und außerdem die erschmolzenen Mengen vergleichsweise gering und begrenzt sind.

Ferner ist vorgeschlagen worden, für das Erzeugen der für das Erschmelzen der festen Charge erforderlichen Wärme einen in den Konverter eingeführten Brenner zu verwenden. Der Hauptnachteil dieser Lösung besteht darin, daß während des Schmelzens ein erheblicher Anteil des Eisens unter einem großen Verlust in der Stahlausbeute oxydiert wird.

In einer früheren italienischen Patentanmeldung derselben Anmelderin (No. 50.89¹J vom 22. Mai 1970) ist eine brauchbare Lösung vorgeschlagen worden, nach der in den Konverter eine Charge eingebracht werden kann, bei der der Anteil von Stahlschrott und Roheisenstücken an der Gesamtcharge sogar 50 % überschreiten kann. Obwohl dieses Verfahren ausgezeichnete Ergebnisse gebracht hat, hängt es jedoch davon ab, daß große Mengen flüssigen Roheisens zur Verfügung stehen.

-M-20982A/0715

Es war der Zweck der Fortsetzung der Studien und Versuche auf diesem Gebiet und die Aufgabe der Erfindung, zu einem Verfahren zu kommen, bei dem man mit einer völlig festen Charge arbeiten kann, wobei gleichzeitig die bisher mit den bekannten Verfahren dieser Art verbundenen Nachteile, z.B. großer Verlust an Eisen durch Oxydation und sehr lange Verfahrensdauer, vermieden werden, die neben anderen als Hauptnachteile die bereits praktizierten Verfahren dieser Art wirtschaftlich uninteressant machen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art darin, daß während eines großen Teiles des Schmelzstadiums und während der Dauer des Frischens eine reduzierende Atmosphäre geschaffen und in Berührung mit dem Chargenmaterial aufrechterhalten wird, während in einem nicht mit der Charge in Berührung befindlichen Bereich eine oxydierende Atmosphäre geschaffen und aufrechterhalten wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß das Schmelzen durch Zünden und Aufrechterhalten von zwei Reaktionszonen in dem Konverter erfolgt, von denen die eine eine auf die Charge einwirkende Reduktionszone ist, während die andere eine nicht auf die Charge einwirkende Oxydationszone ist. Das wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß mittels einer geeigneten Vorrichtung und in geringem Abstand über der Charge ein flüssiger oder gasförmiger, auf Kohlenstoff- und Wasserstoff-Basis aufgebauter Brennstoff wie Heizöl, Gasöl oder Erdgas mit einer unterstöchiometrischen Sauerstoffmenge derart verbrannt wird, daß eine an CO und Hp reiche, dagegen an COp und HpO arme Atmosphäre,· mit anderen Worten eine reduzierende Atmosphäre, in der Mähe der Metallcharge geschaffen wird. Die bei dieser unterstöchiometrischen

-5-209824/0715

Verbrennung entstehenden Gase treffen bei ihrem Weg aufwärts zu dem Konvertermund auf einen Sauerstoffstrom, mit dem sie reagieren und so den Oxydationsprozeß vollenden,, indem eine zusätzliche Wärmemenge freigemacht wird, die zum Erschmelzen und überhitzen des Stahles erforderlich ist. Diese zweite Verbrennung mit oxydierendem Charakter findet in einer weit von der metallischen Charge entfernten Zone statt.

Die Anwendung von zwei Reaktionszonen gemäß der Erfindung, nämlich einer Reduktionszone in Kontakt mit der Charge und einer Oxydationszone, ermöglicht eine höhere Metallausbeute und den Verfahrensablauf in kürzerer Zeit als mit irgendeinem der heute bekannten Verfahren. Das Verfahren kann in jeder Konvertertype durchgeführt werden, aber vorzugsweise sollten um eine senkrechte Achse rotierende Konverter, wie sie in den am 22.Mai 1970 unter No. 50.894 und am 1. Juli I969 unter No. 19.OOO in Italien eingereichten Patentanmeldungen und den italienischen Patenten No. 649.499 und 772.775 beschrieben und beansprucht sind, zur Anwendung kommen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit der Erfindung wird der Konverter zunächst mit Koks in einem Verhältnis von 20 - 50 kg/t beladen. Dann werden Stahlschrott und Roheisenstücke (gegebenenfalls auch flüssiges Roheisen, falls verfügbar) eingebracht. Dann wird der Konverter in langsame Drehung versetzt (mit 15 - 30 U/min) und der Brenner abgesenkt, der in dieser Anfangsphase mit 2-3 1/lmin Brennstoff je Tonne Charge und mit 4-6 Nm /min Sauerstoff je Tonne Charge - forthin als "Primärsauerstoff" bezeichnet - betrieben wird. Die Flamme des Brenners schmilzt Teile der Charge und ermöglicht ein weiteres Absenken des Brenners; dieser erreicht in einer zwischen 10 und 20 min veränderlichen Zeit seine Endlage in einem Ab-

-6-

209824/0715

stand von dem Konverterboden, der dem 1,0- - 1,6-fachen des Konverterinnendurchmessers entspricht.

In dieser Phase beginnt die Koksverbrennung, und es erfolgt der Kalkzusatz mit 30 - 50 kg/t. Wenn der Brenner seine Endlage erreicht hat, wird die Konverterdrehzahl allmählich bis auf ihren Maximalwert von 50 - 85 U/min gesteigert und gleichzeitig der Zufluß des Primärsauerstoffs auf 2-3 Nm /min je t der Charge verringert. Die sich so über bzw. in Kontakt mit der geschmolzenen oder noch pastösen Charge einstellende reduzierende Atmosphäre verhindert die Oxydation des Eisens.

Während der Zufluß des Primärsauerstoffes verringert wird, wird der Sekundärsauerstoff-Strom durch eine Sekundärlanze eingeleitet, die ringförmig ausgebildet, konzentrisch zu dem Brenner angeordnet und unabhängig von diesem beweglich ist. Diese Lanze wird in dem Konverter derart abgesenkt, daß ihre Düsen von dem Konvertermund einen Abstand haben, der zwischen 10 und 60 % des Konverterdurchmessers ausmacht. Dieser Sekundärsauerstoff wird mit einer Anfangsmenge eingeblasen, die ca. 2 Nm /min je t Charge beträgt und nach und nach auf 3,25 Nm /min je t Charge gesteigert wird.

In dieser Phase wird dann durch Steigerung des Primärsauerstoff-Zuflusses von 1 auf 2,5 Nur/min je t Charge auch das Frischen der Schmelze vorgenommen, wobei der Kohlenstoffgehalt auf den gewünschten Wert gebracht (abgesenkt) wird.

Sobald der überschüssige Kohlenstoff aus der Schmelze entfernt ist, wird die Sauerstoffzufuhr beendet, und · der Brenner ausgefahren. Die Schmelze ist dann völlig flüssig und so überhitzt, daß das Vergießen, gegebe-

-7-209824/0715

nenfalls das Entschlacken, Legieren oder ähnliche Maßnahmen vorgenommen werden können.

Die Dauer dieses zweiten Verfahrensteiles vom Beginn des Sekundärsauerstoff-Zuflusses bis zum Ausfahren des Brenners ist veränderlich und liegt zwischen 20 und 35 min.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist im weitesten Umfang anwendbar: Es macht das Stahlwerk unabhängig, indem Stahl aus jeder Art metallischer Charge hergestellt werden kann. Darüber hinaus ist das Verfahren außerordentlich wirtschaftlich so- f

wohl hinsichtlich der Investitions- als auch der Betriebskosten. Es ist gleichfalls sehr flexibel, weil es die Möglichkeit gibt, während des Zuflusses des Sekundärsauerstoffes sowohl den Kohlenstoffgehalt der Schmelze als auch den Gehalt an Verunreinigungen speziell Phosphor - und Legierungselementen beim anschließenden Entschlacken, Legieren und ähnlichen Vorgängen zu regulieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben:

150 kg Koks und 4 000 kg Stahlschrott werden dem stillstehenden Konverter aufgegeben und füllen ihn vollständig. Nachdem der Konverter auf eine langsame Umdrehung von 25 U/min gebracht worden ist, wird der mit 8 l/min Brennstoff und 16 Nnr/min Sauerstoff (stöchiometrische Verbrennung) betriebene Brenner abgesenkt. Nach ungefähr 10 min erreicht der Brenner seine Arbeitslage in 130 cm Abstand vom Konverterboden. Nachdem 100 1 Brennöl stöchiometrisch verbrannt sind,

-8-

209824/0715

beginnt der Koks sich zu entzünden^ wie an der vergrößerten Flamme am Konvertermund zu erkennen ist. In dieser Phase werden 150 kg Kalk zugesetzt. Zur. gleichen Zeit wird die Drehzahl des Konverters auf 85 U/min gesteigert und der Zufluß des Primärsauerstoffes auf 8 Nm /min gesenkt, um eine unterstöchiornetrische Verbrennung zu erzielen. Die Charge ist jetzt teilweise erschmolzen, während der Rest sich in pastösem Zustand befindet.

Die Sekundärlanze wird dann abgesenkt und der Sekundärsauerstoff-Zufluß entsprechend der Intensität der Koksverbrennung zwischen 8 und 13 Nm /min eingestellt.

Nach 20 min ist der Koks verbrannt. Der Konverterantrieb die Zuflüsse von Primärsauerstoff._, Sekundärsauerstoff und Brennstoff werden abgestellt und die Badtemperatur mit 1 58O⁰C gemessen.

Dann wird der Konverter wieder in Drehung versetzt. Sauerstoff- und -Brennölzufluß wieder eingeschaltet und dabei der Primärsauerstoff-Fluß so eingestellt, daß die Schmelze auf den gevrfinschten Kohlenstoffgehalt abgesenkt wird. Diese zvreite Blasphase dauert 10 min. Anschließend wird das Blasen beendet und der Konverter gestoppt. Die Schmelzentemperatur ist auf 1 650⁰C gestiegen. Beim Vergießen erhält man Masseln von 3 800 kg entsprechend einer Stahlausbeute von 95 %. .

2 0 9 8 2 4 / Π 7 1 P BAD

Claims

Centro Sperimentale Metallurgico S.p.A., Via di Castel Romano, Rom / Italien Verfahren zur Stahlerzeugung. Patentansprüche

1. Verfahren zur Stahlerzeugung durch Erschmelzen und Frischen einer metallischen Charge mit veränderlichem Kohlenstoffgehalt in einem vertikalen, vorzugsweise um seine Vertikalachse rotierenden Konverter, ™ wobei die Charge aus festem Material wie Stahlschrott und Eisenstücken und gegebenenfalls einem geringen Anteil an flüssigem Roheisen besteht und die für das Erschmelzen und überhitzen der Charge erforderliche Wärme erzeugt wird durch Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen, Wasserstoff oder Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffen, beispielsweise Heizöl, Gasöl, Erdgas od. dgl., die von einem geeigneten Brenner., durch Verbrennen der bei der ersten Verbrennung übriggebliebenen Gase und einer geringen Koksmenge aufgegeben werden,

dadurch^gekennzeichnet, ä

daß während eines großen Teiles des Schmelzstadiums . und während der Dauer des Prischens eine reduzierende Atmosphäre geschaffen und in Berührung mit dem Chargenmaterial aufrechterhalten wird, während in einem nicht mit der Charge in Berührung befindlichen Bereich eine oxydierende Atmosphäre geschaffen und aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- 10-

0987^0715

daß während des Schmelzstadiums und während des Prischens die Brennstoffe mit Primarsauerstoff in unterstöchiometrxschen Bedingungen verbrannt werden und so in Berührung mit der Charge eine reduzierende Zone schaffen, während ein Sekundärsauerstoff strom in eine oberhalb der Charge gelegene, ohne Berührung mit dieser befindliche Zone eingeblasen wird, um eine vollständige Verbrennung zu erreichen und durch Strahlung die für den metallurgischen Prozeß erforderliche Wärme zu liefern.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß während des Schmelzstadiums und während des Frischens ein flüssiger oder gasförmiger, Wasserstoff oder Kohlenstoff enthaltender Brennstoff in einer Menge von 2 bis 3 l/min je t Charge mittels Sauerstoff verbrannt wird, der in einer Menge von 2 bis 3 Nm /min je t Charge zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3»
dadurch gekennzeichnet,

daß während des Schmelzstadiums und während des Prischens Sauerstoff in das Konverterinnere in eine von der Brennstoffflamme und der Charge entfernte Zone in einer Menge von ca. 2 bis ca. 3,5 Nur /min je t Charge eingeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3»
dadurch gekennzeichnet,

daß sich der Kopf des Brenners, in dem der Sauerstoff verbrannt wird, in seiner endgültigen Arbeitslage in einer Entfernung von dem Konverterboden befindet, die dem 1- bis 1,6-fachen Konverterdurchmesser entspricht.

-11·

209824/0715

Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Sekundärsauerstoffstrom mittels einer von dem Brenner unabhängigen Lanze in den Konverter eingeführt wird, deren Düsen im Konverterinneren in einer Entfernung vom Konvertermund liegen, die zwischen 10 und 60 % des Konverterdurchmessers beträgt.

20987Λ/Π715