DE2160502A1

DE2160502A1 - Verfahren zum frischen von phosphorarmem roheisen zu stahl

Info

Publication number: DE2160502A1
Application number: DE2160502A
Authority: DE
Inventors: K Dr Ing Brotzmann; H G Dr Dipl Phys Fassbinder; H Dr Ing Knueppel
Original assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Current assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Priority date: 1971-12-07
Filing date: 1971-12-07
Publication date: 1973-07-05
Also published as: AR196417A1; NL7216530A; TR17601A; ES409369A1; JPS4876716A; GB1403058A; IT973923B; SE413675B; NO133076B; ATA1036872A; CA974067A; NO133076C; FR2162538A1; AU4974772A; JPS5627570B2; BE792419A; AT333812B; FR2162538B1; JPS53134715A; AU474720B2

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland ■ Dr.-lng. R. König ■ Dipi.-lng. K. Bergen

Patentanwälte ■ 4odo Düsseldorf · Cacilianallea 78 ·

Unsere_Aktei_2Z_Q28_ 6,Dezember 1971

Ill/my

Eisenwerk-Gesellschaft Maximilianshütte m.b„H, 8458 Sulzbach-Rosenberg-Hütte

"Verfahren zum Frischen von phosphorarmem Roheisen zu Stahl"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Frischen von phosphorarmem Roheisen in einem Konverter, in dem unterhalb der Badoberfläche im feuerfesten Mauerwerk eine oder mehrere Düsen angeordnet sind, durch die Sauerstoff eingeblasen wird, der von einem flüssigen oder gasförmigen Schutzmedium umgeben ist. Unter phosphorarmem Roheisen soll ein Roheisen in folgenden Analysengrenzen verstanden werden: P-Gehalt von 0,02 bis 0,5%P, Mn-Gehalt von 0,1 bis 3%, Si-Gehalt von 0,1 bis 2%.

Das Frischen von Roheisen mit reinem Sauastoff, der unter die Badoberfläche, vorzugsweise dur_vch den Boden eines Konverters, eingeleitet wird, führt bei phosphorarmem Roheisen zu Erscheinungen, die bei den Sauerstoffaufblas-Verfahren unbekannt sind. Bei phosphorreichem Roheisen,das für das eingangs erwähnte Verfahren ursprünglich entwickelt wurde, ist es ein besonderer Vorteil, daß das Blasverhalten der Schmelze gegenüber dem bekannten Thomas-Verfahren und dem Sauerstoffaufblas-Verfahren, wesentlich besser ist. Umso überraschender ist es, daß bei phosphorarmem

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ORIGINAL INSPECTED

Roheisen, seitist bei einem niedrigen Silizium-Gehalt der bei einem phosphorreichen Roheisen ein auswurffreies Frischen gewährleistet, schon nach kurzer Frischzeit kräftiger Auswurf auftrat. Dieser Auswurf konnte nur dadurch vermindert werden, daß die pro Zeiteinheit eingeblasene Sauastoff menge beträchtlich, d.h. im allgemeinen auf weniger als die Hälfte der üblichen Menge, herabgesetzt wird. Trotzdem ist damit eine wesentliche Verminderung des Ausbringens verbunden. Diese Erscheinung tritt bei phosphorarmem Roheisen so stark auf, daß damit das Frischen von phosphorarmem Roheisen mit reinem Sauerstoff durch den Boden eines Konverters außerordentlich schwierig wird.

Es wurden bereits Vorschläge gemacht, zur Verbesserung des Blasverhaltens bei einem mit reinem Sauerstoff betriebenen, bodenblasenden Konverter den Kalk in feinstückiger Form auf die Schmelze zu geben, Damit wird zwar eine Verbesserung des Blasverhaltens erzielt, ein auswurffreies Frischen mit kurzen Frischzeiten läßt sich jedoch mit diesem Verfahren nicht erreichen.

Es wurde außerdem bereits vorgeschlagen, phosphorreiches Roheisen in einem bodenblasenden Konverter zu frischen und dabei dem Sauerstoff strom Feinkalk zugegeben^, um eine Vorverlegung der Entphosphorung zu erreichen, wie sie auch beim Sauerstoffaufblasverfahren erzielt wird, wenn bei phosphorreichem Roheisen mit Kalkstaub geblasen wird. Die Verbesserung des Blasverhaltens wurde hier nicht primär angestrebt, da mit dem üblicherweise verwendeten phosphorreichen Roheisen auch ohne Kalkstaub ein relativ ruhiges Blasverhalten erreicht wird.Andererseits spielt beim Frischen von phosphorarmem Roheisen die Vorverlegung der Entphosphorung jedoch nur eine untergeordnete Rolle.

Es wurde nun überrachend festgestellt, daß "beim Frischen von phosphorarmem Roheisen, bei dem der Sauerstoff unter der Badoberfläche, vorzugsweise durch den Boden eines Konverters eingeleitet wird, ein völlig ruhiges, auswurffreies Frischen mit kurzen Frischzeiten erreicht wird, wenn zumindest ein Teil des Kalkes, vorzugsweise der gesamte Kalk, in Form von pulverförmigem oder feinstückigem Kalk zusammen mit dem Sauerstoff eingeblasen wird. Diese Verbesserung des Blasverhaltens ist so beträchtlich, daß die Frischzeit auf weniger als die Hälfte der mit beträchtlichem Auswurf ohne Kalkzusatz gerade erreichbaren Zeit verkürzt werden kann, ohne daß auch nur ein geringfügiger Auswurf auftritt. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die Verbesserung besonders stark ist, wenn der Kalk nicht gleich mäßig während der gesamten Frischzeit eingeblasen wird.

Es liegt weiterhin im Sinne der Erfindung, die Maßnahmen, die zu einer beträchtlichen Verbesserung des Blasverhaltens führen, mit anderen Maßnahmen zu kombinieren, die besondere metallurgische Vorteile ergeben oder zu einem besonders wirtschaftlichen Verfahren, z.B. durch die Verwendung von minimalen Schlackenmengen, führen. Beispielsweise hat es sich gezeigt, daß die Haltbarkeit der feuerfesten Zustellung von Konvertern beträchtlich gesteigert, die Entschwefelung wesentlich verbessert und völlig auswurffrei gefrischt wird, wenn während des Silizium-Abbrandes eine Kalkmenge eingeblasen wird, die dem zwei- bis vierfachen Gewicht des heraBgefrischten Siliziums entspricht. Die Beladung des Sauerstoffs mit Kalkstaub liegt unter diesen Bedingungen bei 2,3 bis 4,6 kg/Nnr Sauerstoff. Für eine optimale Entschwefelung ohne Beeinträchtigung des Blasverhaltens ist es dabei zweckmäßig, die gesamte, während des Entsilizierens einzublasende Kalkstaubmenge mit möglichst hoher Kalkbeladung am Anfang des Entsilizieren einzublasen. So ist es beispielsweise vorteilhafter, anstelle eines gleichmäßigen

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Beladens des Sauerstoffes während des Entsilizieren mit einer mittleren Kalkstaubmenge von 2,.5kg/Nnr während der ersten Hälfte des Entsilizierens eine Kalkstaubmenge von 5 kg/Nm Sauerstoff einzublasen. Für diese Arbeitsweise ist es erforderlich, die Kalkzugabevorrichtung auf eine wesentlich höhere Leistung auszulegen, als sie für eine gleichmäßige Förderung erforderlich wäre. Je naGh Siliziumgehalt werden bei der angegebenen Arbeits- , weise während des Silizium-Äbbrandes 30 bis 60% des Kalkstaubes eingeblasen.

Die gleiche Wirkung auf das Blasverhalten ergibt sich, wenn ein Teil des Feinkalkes vor der eigentlichen Frischperiode zusammen mit einem Inertgas, z.B. Stickstoff, oder einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch eingeblasen wird. Bei dieser Arbeitsweise ergibt sich gleichzeitig eine wirkungsvolle Entschwefelung des Roheisens. Dabei werden im allgemeinen während einer Zeit, die etwa 10% der Frischzeit entspricht, etwa 20% des Kalkes eingeblasen.

Nach der hohen Kalkbeladung zu Beginn des Frischprozesses ist es vorteilhaft, mit nur geringer Kalkbeladung, die etwa bei 10% der Kalkbeladung der Anfangsperiode liegt, oder ohne jegliche Kalkzugabe weiterzufrischen. Wenn bei dieser Arbeitsweise etwas Auswurf auftritt, kann er durch kurzzeitige Zugabe einer hohen Kalkstaubmenge, etwa der gleichen Beladung wie zu Beginn des Frischprozesses entsprechend, innerhalb einer kurzen Zeit von etwa 10 bis 20 Sekunden wieder völlig unter Kontrolle gebracht werden.

Um das Blasverhalten mit minimalen Kalkmengen optimal zu beeinflussen, ist eine pulsierende Kalkzugabe, bei der etwa in jeder Minute einmal für eine Zeit von ca.

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10 Sekunden mit einer Kalkbeladung von etwa 5 kg/Nnr Sauerstoff/Kalkstaub zugesetzt wird, besonders zweckmäßig.

Es ist manchmal aus metallurgischen Gründen erforderlich, während des Frischens für eine kurze Zeit von etwa 1 bis 3 Minuten innerhalb einer Gesamtfrischzeit von ca. 10 Minuten mit sehr hoher Kalkbeladung zu arbeiten, um eine wirkungsvolle Entphosphorung fast unabhängig von der Höhe des Kohlenstoffgehaltes erreicht. Die Dauer dieser Periode hoher Kalkbeladung wird vom Phosphorgehalt des Roheisens und dem gewürschten Endphosphor gehalt der Schmelze bestimmt. Für einen Phosphorgehalt des Roheisais von 25% genügt bei- <( spielsweise ein Frischen mit einer Sauerstoffmenge von 5,Nnr /min. Pro Tonne Stahl mit einer Kalkbeladung von 4,5 kg Kalk/Nnr Sauerstoff für eine Zeit von 2 min. oder bei einer Kalkbeladung von 3 kg Kalk/Nm Sauerstoff von 3,5 min. Bei höherer Kalkbeladung ergibt sich eine spezifisch bessere Entphosph'orung. Es zeigt sich weiterhin, daß der Sauerstoffdruck einen Einfluß auf die metallurgischen Reaktionen ausübt. Die günstigsten Ergebnisse wer- den mii: einem Sauerstoff druck von mindestens 10 atm erreicht. Im allgemeinen ist diese Arbeitsweise für Stähle wichtig, die als sogenannte Abfangchargen hergestellt werden, bei denen also der Kohlenstoffgehalt nicht bis λ auf einen niedrigen Gehalt herausgefrischt wird.

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Für Chargen, die bis auf einen niedrigen Kohlenstoffgehalt gefrischt werden, die also nicht als sogenannte Abfangchargen hergestellt werden, ist zum Entfernen des Phosphors eine geringere Kalkmenge erforderlioh.Es genügt in diesen Fällen eine Gesamtkalkmenge zuzugeben, die in der Schlacke ein CaO-SiOg-Verhältnis von etwa 2,5 einstellt, um auf niedrige Endphosphorgehalte in der Schmelze von ca.0,0156 zu kommen.Dabei kann es zweckmäßig sein,die restliche KaIk-

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menge mit einer hohen Beladung am Ende des Blasprozesses, das sind etwa 10% der Gesamtfrischzeit, zuzugeben. Es hat sich überraschend gezeigt, daß mit dieser Maßnahme die am Ende des Frischprozesses manchmal anfallende und im allgemeinen schwer zu beherrschende Schaumschlacke vollständig vermieden wird.

Die vorerwähnten Einzelmaßnahmen nach der Erfindung ermöglichen es, in einem Konverter mit einem· relativ kleinen spezifischen Volumen von etwa 0,7nr /t. Stahl in der äußerst kurzen Gesamtfrischzeit von etwa 10 Minuten ohne jeglichen Auswurf Stahl zu frischen. Alle früheren Maßnahmen haben lediglich gewisse Verbesserungen gebracht, während die Lehre der Erfindung es ermöglicht, ein bisher völlig unbekanntes ruhiges Blasverhalten unter wirtschaftlich äußerst günstigen Verhältnissen zu erreichen. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß das schnelle Frischen, das durch die auswurf freie Arbeitsweise erreicht wird, zusammen mit dem geringen spezifischen .Konverter^. .volumen zu einer starken Umlaufbewegung des Bades führt, die ein schnelles Auslösen des zugesetzten Schrottes ermöglicht.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde beobachtet, daB grober Staub mit einer Korngröße von ungefähr 0,1 bis 1 mm aus dem Konverter ausgetragen wird. Die Zusammensetzung dieses Grobstaubes ist ungefähr 50% Kalk, 15% Eisenoxyd und 30% Kieselsäure, itet Verunreinigungen wie beispielsweise MnO. Die üblichen Entstaubungsanlagen können diesen Grobstaub im allgemeinen ohne Schwierigkeiten abscheiden. ¹ErOtZdCm kann es zweckmäßig sein, Maßnahmen zu ergreifen ami die Entstehung dieses Staubes zu verhindern, Folgende Maßnahme hat sich hier als besonders wirksam erwiesen: Als Kühlmittel wird anstelle eines Teils des Schrottes Eiiz: zugesei2t. Am wirkungsvollsten ist die Maßnahme, wenn der Erz-Zusatz etwa nach 10% der

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Gesamtfrischzeit beginnt und über etwa 50% der Gesamtblaszeit portionsweise oder kontinuierlich zugesetzt wird. Dabei ist es ausreichend, wenn etwa 1/3 des Schrottes durch Erz ersetzt wird. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß für diesen Zweck ein Erz mit höherem Silikatgehalt von ca. 5%> das sich üblicherweise'für den Zusatz im Konverter nicht eignet, besonders vorteilhaft ist. Das Erz kann in Form von Pellets oder in feinstückiger Form zugegeben werden.; auch ein Zusatz in Form von Staub, eventuell vermischt mit dem Kalkstaub, ist möglich.

Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch Düsen, die gegenüber der Längsachse des Konverters eine Neigung von ca. 10° in dem Sinne haben, daß das Bad in eine Rotationsbewegung versetzt wird, unterstützt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es nicht nur, phosphorarmes Roheisen in einer Zusammensetzung, wie es üblicherweise auch für das Sauerstoff auf blas-Verfahren eingesetzt wird, in besonders wirtschaftlicher Weise zu frischen, sondern es bringt darüber hinaus auch den Vorteil, daß in weiten Grenzen keine Abhängigkeit der metallurgischen Verhaltensweise von der Zusammensetzung des,.... Roheisens besteht. Das Verfahren ermöglicht es deshalb, die Roheisenerzeugung weitgehend nach wirtschaftlichen Überlegungen ohne wesentliche qualitätsmäßige Einschränkungen durchzuführen. Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß sich bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre FeO-Gehalte in der Schlacke von etwa 3 bis 5% erreichen lassen, die zu einer beträchtlichen Erhöhung des Ausbringens gegenüber den bekannten Sauerstoffaufblas-Verfahren führen, die Verwendung von Flußspat vermeiden und durch ihre rieselfähige Konsistenz eine betrieblich einfache Handhabung gewährleisten.

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Die Erfindung wird nachfolgend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

In einen 70t-Konverter wurden 60 t Roheisen mit 4,2% Kohlenstoff, 0,9% Silizium, 0,8% Mangan, 0,25% Phosphor,
0,050% Schwefel, 13t Schrott und 4,5t Erz eingesetzt. Die gesamte Kalkmenge von 4,2t wurde als Staubkalk während des Frischens eingeblasen. Der Kalkverbrauch,lag bei 60kg/t Rohstahl. Nachdem der Schrott und das Roheisn
in den Konverter chargiert waren, wurde für etwa eine
Minute eine Kalkmenge von 600kg zusammen mit Stickstoff eingeblasen und dadurch der Schwefelgehalt von 0,050% auf 0,012% vermindert. Anschließend wurden zwei Minuten lang 250 Nm Sauerstoff/min zusammen mit insgesamt 1,5t Kalkstaub eingeblasen. Danach wurde weitere sieben Minuten gefrischt mit einer mittleren Kalkbeladung von O,7kg/Nm Sauerstoff und einer Sauerstoffmenge von 300Nm min. Gegen Frischende wurde während einer Minute 0,6t Feinkalk mit einer Sauerstoffmenge von 250Nm /min zugegeben.Die Analyse der Schmelze beim Abstich ergab 0,02% Kohle,
0,15% Mangan, 0,008% Phosphor und 0,015% Schwefel. Besonders beachtlich ist, daß durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise der Stickstoffgehalt beträchtlich erniedrigt wurde, er betrug 0,0010%. Das Erz wurde nach dr 2., 4. und 5. Minute jeweils in gleichen Portionen zugesetzt.

Beispiel 2

Mit der gleichen Roheisenzusammensetzung wie in Beispiel 1 wurde ein Stahl mit etwa 0,5% Kohlenstoff gefrisoht,

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Der Roheiseneinsatz betrug 63t, der Schrotisatz 13t. Erz wurde nicht zugesetzt. Während der ersten zwei Blasminuten wurde eine Kalkstaubmenge von 1,2t zugegeben. Nach insgesamt acht Minuten Blaszeit mit einer Sauerstoff menge von 350Nnr/min und.einer pulsierenden Kalkbeladung von 4kg/Nnr Sauerstoff für eine Zeit von 10 Sekunden wurden die restlichen 2,3t Kalk innerhalb von 3 Minuten eingeblasen. Der wesentliche Unterschied im Vergleich zu Beispiel 1 liegt darin, daß die höhe restliche Kalkmenge bei einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,8% zugesetzt wurde. Die Analyse des fertigen Stahls ergab 0,50% Kohlenstoff, 0,45% Mangan, 0,015% Phosphor, 0,017% Schwefel. Die vorstehende Analyse zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren es ermöglicht, einen beträchtlichen Anteil des Mangans vor der Verschlackung zu schützen.

Beispiel 3

Ein Roheisen der gleichen Zusammensetzung wie Beispiel 1 wurde für eine Charge verwendet, deren Einsatz aus Roheisen und Schrott besteht. Es wurden 58t Roheisen und 20t Schrott eingesetzt, 3t Kalk wurden in Form eines üblichen Stückkalkes zugegeben, während der ersten zwei Minuten wurden zusammen mit dem Sauerstoff 1t Kalkstaub eingeblasen, während der folgenden sieben Minuten wurde mit einer Sauerstoffmenge von 300Nm^/min ohne Kalkzusatz gearbeitet. Während der letzten Minute wurden 900kg Feinkalk bei einer Sauerstoffmenge von 250Nnr/min zugesetzt. Die Endanalyse dieses Stahles ergab 0,02% Kohlenstoff, 0,17% Mangan, 0,012% Phosphor, 0,014% Schwefel und 0,0013% Stickstoff.

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Claims

21605 Eisenwerk-Gesellschaft Maximilianshütte m.beH·, 8458 Sulzbach-Rosenberg-Hütte Patentansprüche:

1. Verfahren zum Frischen von phosphor armem Roheisen in einem Konverter, bei dem unterhalb der Badoberfläche im feuerfesten Mauerwerk eine oder mehrere Düsen angeordnet sind, durch deren Innenrohr Sauerstoff eingeleitet wird und bei dem der Sauerstoff strahl mit einem flüssigen oder gasförmigen Schutzmedium umgeben ist,' dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Sauerstoff Feinkalk in die Schmelze eingetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalkbeladung des Frischgasstromes während der Frischzeit variiert.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Entsilizierens 30 bis 60% des Feinkalkes eingeblasen werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Feinkalkes vor dem Beginn des Sauerstoff rischens mit einem Inertgas in die Schmelze eingetragen wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während einer zweiten Frischphase mit 0 bis Λ0% des Feinkalkanteils der Anfangsphase geblasen wird.

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6. Verfahren nach einem oder mehrexsi der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der restliche Feinkalk mit hoher spezifischer Beladung während der letzten 10 bis 20% der Frischzeit eingeblasen wird. "

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß stoßweise mit einem Feinkalkanteil über 2kg/Nnr Sauerstoff geblasen wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7> dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß mit

dem Sauerstoff Feinerz eingetragen wird. "

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feinkalk einer Körnung mit 90% unter 0,1mm eingeblasen wird. . ■ . '

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Kalk in Form von Feinkalk mit dem Sauerstoff unterhalb der Badoberfläche in die Schmelze eingetragen wird«

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