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Stahlkonverter und Verfahren zu ihrer Verwendung Die Erfindung betrifft
Verbesserungen von speziell zur Umwandlung von Roheisen in Stahl geeigneten Konvertern
und Verfahren zur Verwendung derartiger Konverter. Ist die Erfindung auf Konverter
gleich welcher Kapazität anwendbar, so ist sie im Falle von Anlagen mit grossen
Abmessungen besonders vorteilhaft.
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Bei den Verfahren zum Frischen von Roheisen durch Einblasung von Luft
durch den Konverterboden ist eines der technologischen Probleme, das nur besonders
schwer auf zufriedenstellende Art und meiste zufriedenstellend zu lösen war, zweifelsohne
in der Konstruktion und dem Einbau mit Löchern versehener Böden von ausreichender
Haltbarkeit zusehen. Diese mit einer Vielzahl von zylindrischen Rohren für den Durchgang
des Frischmediums versehenen Böden erfordern ein vorheriges Einbrennen, um zu verhindern,
dass sie bei der Inbetriebnahme zusammenbrechen. Es darf dennoch angenommen werden,
dass in Verbindung mit dem Thomasverfahren sowie dem Sauerstoff/Dampf-Verfahren
die zur
Zeit verwendeten Lochböden unter diesel Gesichtspunkten
als zufriedenstellend angesehen werden können zumindest was die Konverter mit einer
Kapazität bis zu 50 t angeht.
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bei Konvertern mit massivem Boden für ein weitaus grösseres Fassungsvermögen
von beispielsweise 15G bis 300 t ist dies jedoch nicht mehr der Fall. Hierbei ist
Laätlich das Problem der Konstruktion eines Bodens mit weitgehendst den gleichen
Eigenschaften wie beim Boden eines Konverters in der Grössenordnung von 50 t mit
weitaus grösseren Schwierigkeiten technischer Art vor allem wegen der grossen Bbmess-,uigen
der Böden verbunden. Se sind zum Beispiel im Falle eines Konverters für 150 t die
Erzielung einer vorbestiL-;mten Dichte des Bodens sowie dessen Einbrennen zwei besonders
schwierig zu lösende Probleme, zu denen nach Wissen der Anmelderin bisher noch keine
Lösung gefunden werden konnte. Diese Tatsache hat zur Einstellung der Weiterentwicklung
des Thomasverfahrens gefilirt, wobei zum Verfahren der Einblasung von oben übergegangen
wurde, bei dem die Ausbildung und das Einbrennen von Lochböden nicht mehr erforderlich
sind und somit die vorgenannten Probleme ausgeschaltet werden.
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Die Verfahren zur Umwandlung von Roheisen in Stahl, bei denen das
Frischungsgas durch den Boden der Konverter eingeblasen wird, finden dennoch in
Anbetracht der seit kurzem erschlossenen Möglichkeit der Verwendung reinen Sauerstoffs
als Oxydationsgas wieder ein zunehmendes Interesse.
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Es ist nämlich bekannt, dass das Problem der Einblasung der zum Frischen
eines Roheisenbades erforderlichen Menge an Oxydationsgas in Form technisch reinen
Sauerstoffs durch den Boden oder im unteren Wandungsteil des Konverters in jüngster
Zeit Gegenstand von Arbeiten sind, die sich mit einer zufriedenstellenden Lösung
des Problems der haltbarkeit der feuerfesten Ausmauerung befassen. Im Rahmen der
hierbei entwickelten
Techniken erfolgt die einblasung durch aus
zwei koaxialen Rohren bestehende Blasformen, wobei das mittlere Rohr für den Sauerstoff
bestimmt ist, während das äussere Rohr zur ?Elrung eines gasförmigen oder flüssigen
Schutzzediums dient.
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Bisher jedoch war das Frischverfahren mit Bodeneinblasung von reinem
Sauerstoff weitgehendst auf Konverter mit kleinen Abmessungen beschränkt, so dass
das Problem der Herstellung von grossen Böden noch der Lösung bedarf.
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Die vorliegende Erfindung betrifft genau gesagt eine mit einem geeigneten
Unterteil versehene Konverterausftlirung, mit der die Nachteile in bezug auf die
Konstraktion und das Einbrennen in Verbindung mit Lochbodenanordnungen grossen Durchmessers
verringert werden können.
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Bei einem solchen Konverter besteht das Unterteil im wesentlichen
aus einer feuerfesten Ausmauerung und einem metallischen Mantel, der analog dem
den Konverterhut und die oberen Seitenwandungen des Konverters bildenden Mantel
ausgeführt ist0 Der eigentliche Boden unterscheidet sich somit aus konstruktiver
Sicht nicht nehr von den Wandungen, so dass das, was im iNachstehenden als "untere
Wandung" bezeichnct wird, den Boden als solchen aber auch den unteren Abschnitt
der Seitenwandungen unterhalb der normalen oberen Badhöhe umfasst.
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In dieser unteren Wandung werden mit entsprechenden Abmessungen eine
oder mehrere Vertiefungen ausgebildet, in die nStopfene in Form kleiner Lochböden
eingesetzt werden, die zweckmässigerweise bereits festgestampft oder gerüttelt,
gebrannt und jeweils mit einer oder mehreren Blasformen versehen sind.
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Dank dieser kleinen Abmessungen lassen sich diese Stopfen leicht vorbereiten
und in die in der unteren wandung der Konverter ausgebildeten Vertiefungen einsetzen
(unter "kleinen Abmessungen" ist zu verstehen, dass die Stopfen bei grossen Konvertern
Querschnittsabmessungen bis zu 3 m haben können).
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Auf diese Weise lassen sich bei Stahlkonvertern die vor er wähnten
Nachteile ausschalten; darüberhinaus ist das Problem des Auswechselns der "Stopfen"
genau wie der Aufbereitung und der Lagerung vorgefertigter und sofort verfügbarer
Stopfen äusserst einfach zu lösen. Der erfindlmgsgemässe Konverter ist besonders
dann zweckmässig, wenn eine einzige Blasform verwendet wird0 Die dichte Verbindung
der Stopfen mit der umgebenden Ausmauerung kann auf jede an sich bekannte Art und
weise hergestellt werden.
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Entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten können die Stopfen einen
schrägen, kreisrunden, rechteckigen, cuadrischen, langlichen oder jeden anderen
geeigneten Querschnitt aufweisen.
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Die Darstellung nach den lediglich als ein im nicht einschränkenden
Sinne zu betrachtendes beispiel beigefügten Fig. 1 und 2 soll verständlich machen,
wie eine erste erfindungsgemässe Ausführungsform des Konverters konstruiert sein
kann.
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Es gilt als vorausgesetzt, dass zahlreiche Anordnungen der ttotopfene
in der unteren Wandung des Konverters möglich sind.
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So können beispielsweise zwei kreisrunde Stopfen nebeneinander vorgesehen
werden.
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Der gemäss Fig. 1 als Vertikalschnitt dargestellte Konverter umfasst
einen seitlichen Mantel 1, der eine feuerfeste Ausmauerung 2 umschliesstO Dieser
Mantel verlängert sich bis unter den Konverter, wie mit der Bezugsziffer 3 bezeichnet,
und bildet einen wesentlichen Teil desselben. Die feuerfeste Ausmauerung 2 ist ebenfalls
wie bei 4 gezeigt bis zum Boden des Konverters verlängert. In der unteren Wandung
ist lediglich eine Vertiefung 5 ausgebildet, deren Åbmessungen deutlich kleiner
als die eines herkömmlichen Konverterbodens sind (gestrichelte Linie 6)o Diese Vertiefung
wird mittels eines Stopfens 7 verschlossen, der mit einer bestimmten, für die Einblasung
von Sauerstoff in das Metallbad ausreichenden Anzahl vor Blasformen 8 versehen ist.
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Unter für die Einblasung von Sauerstoff in den Konverter geeigneten
Blasformen sind Blasformen zu verstehen, die zwei koaxiale Rohre umfassen können,
wobei das mittlere Rohr für den Sauerstoff bestimmt ist, während das äussere Rohr
zur Führung irgendeines Schutzmediums dient.
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Der Rahmen der vorliegenden Erfindung wird nicht dadurch verlassen,
dass ähnliche Stopfen an verschiedenen Stellen im unteren Abschnitt des Konverters
vorgesehen werden, wodurch die Sauerstoffeinblasmenge in das Bad beträchtlich erhöht
werden kann, ohne dass die bereits erwähnten Nachteile auftreten. Die Konverter
können Stopfen entweder nur im eigentlichen Boden oder in der Seitenwandung oder
im Boden und in den Seitenwandungen umfassen.
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Desweiteren sei bemerkt, dass durch diese Anordnung von Blasformen
jeweils im eigentlichen Boden und in der Seitenwandung speziell im Fall von Konvertern
mit grossen Abmessungen aus metallurgischer Sicht interessante Ergebnisse gewährleistet
werden.
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Es ist nämlich für Stahlwerker eine wohlbekannte Tatsache, dass es
bisher bei den Verfahren zum Frischen von Roheisen durch Einblasung reinen Sauerstoffs
von unten durch den Boden schwierig war, eine wirksame Steuerung des Verlaufs der
5 chlack enzusainensetzung während des Fri s chvorgangs zu erreichen.- Tatsächlich
weiss man, dass diese Steuerung mit der Möglichkeit einer Kontrolle des Schäumens
der Schlacke, der hltkohlungsgeschwindigkeit und der Verteilung des zum einen zwischen
dem Metallbad und zum anderen der Schlacke eingeblasenen Sauerstoffs zusammenhängt.
Somit ist bei den Verfahren zum Frischen von Roheisen durch Bodeneinblasung von
reinem Sauerstoff nur einzige Einflussvariable, die Sauerstoffmenge, gegeben, deren
Veränderung aus der Natur der Sache
heraus nur einen sehr begrenzten
Einfluss auf das Verhalten der Schlacke haben kann. Im Falle von Konvertern grosser
Kapazität versteht es sich von selbst, dass diese Steuerung bzw. Überwachung umso
schwieriger ist.
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Dennoch können Dank der durch die Verwendung der erfindungsgemässen
"Stopfen" gebotenen Möglichkeiten die vorbeschi+ebenen Nachteile in einem beträchtlichen
Ausmass eingeschränkt und verringert werden.
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Um diese Zielsetzung zu erreichen, wird ein Konverter verwendet, bei
dem eine Einblasung reinen Sauerstoffs durch den eigentlichen Boden mit einer seitlichen
Einblasung möglichst ebenfalls reinen Sauerstoffs sinnvoll kombiniert ist, so dass
zum einen der bereich der nützlichen Veränderungen der Sauerstoffmenge erweitert
und zum anderen die Oxydation der Schlacke durch den eingeblasenen Sauerstoff erleichtert
werden.
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Ein im nicht einschränkenden Sinne zu betrachtendes Beispiel des Frischens
von Hämatitroheisen in einem mit Blasformen für Boden- und Seiteneinblasung versehenen
Konverter soll nunmehr seigen, wie das Verfahren angewandt werden kann.
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Zu Beginn des Frischvorgangs erfolgt die Sauerstoffeinblasung praktisch
ausschliesslich durch den Boden
wo durch die Verbrennung von Si bewirkt wird, die Entkohlung einsetzt und eine gewisse
Menge je verbrennt, was zur Bildung der Schlacke beiträgt, wobei OaO von oben zugeführt
wird. während dieser Phase gelangt wenig Sauerstoff zur Schlacke, Wenn der grösste
Teil des Siliziums verbrannt ist, beginnt die seitliche Einblasung von Eauerstoff,
damit der durch den Boden eingeblasene Sauerstoff praktisch vollständig für die
Entkohlung verbraucht wird. Da die seitlich eingeblasene Sauerstoffmenge die Schlacke
leichter erreicht, erhält diese eine so ausreichende Sauerstoffzufuhr, dass sie
in dem gewünschten
flüssigen und oxydierten Zustand bleibt, obwohl
Kalk zugegeben wird. Ausserdem werden hierdurch die Gefahren eines Überlaufens der
Schlacke merklich verringert.
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Sobald erst der gesamte Kalk zugegeben worden ist, hat die Schlacke
nur noch einen geringen Sauerstoffbedarf; der Anteil de seitlich eingeblasenen 02-Menge
kann verringert und die Bodeneinblasung so weit wie möglich erhöht werden, um die
Entkohlung zu beenden, wobei dennoch die Schlacke in dem gewa-chten Zustand gehalten
wird.
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In der Praxis kann diese Seiteneinblasung auf verschiedene Art und
.teise erfolgen. Gegebenenfalls ist es möglich, Dank der vorgesehenen Verwendung
der "Stopfen" durch eine einfache Änderung der Konverterausrüstung von einem Verfahren
zu einem anderen überzugehen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Seiteneinblasung
desweiteren für sich allein eingesetzt werden kann, wobei in einem solchen Falle
jedoch der Vorteil der kombinierten Wirkung beider Sinblas-ngen verlorengeht.
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Nach einer ersten Einsatzart eines erfindungsgemässen Konverters erfolgt
die Seiteneinblasung unterhalb der Metallbadoberflache mit einem so ausreichenden
Druck schräg nach oben, dass der Sauerstoff die Zwischenfläche von Metall mnd Schlacke
erreicht.
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Gemäss dieser Einsatzart werden die Strahlen so #### ausgerichtet,
dass vor allem die obere Randzone des Metalls von der Einblasung betroffen ist.
Die sich hier vorzugsweise ergebenden Oxydationsreaktionen führen zu einem örtlichen
Aufwallen am Rand der Badoberfläche, wobei das Bad ein nach oben hin leicht konkaves
Profil annehmen kann. Die Schlacke, die leichter als das Metall ist, hat somit die
Tendenz, sich kontinuierlich zur Mitte hin zu verschieben, wobei diese Bewegung
selbstverständlich durch die am Rand erfolgende
einblasung selbst
vorgehalten wird; die Oxydationsreaktionen setzen sich somit kontinuierlich auf
den immer wieder neu zugegebenen Materialien fort.
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Gemass einer anderen, besonders vorteilhaften und zweckmässigen Ausführungsform
erfolgt die Seiteneinblasung weitgehendst tangential zu den Innenwandungen des Konverters
schräg nach oben, wodurch zunächst das Bad und dann die darauf schwimmende Schlacke
in eine schnelle Drehbewegung versetzt werden können. Unter dem Einfluss der auf
diese Weise entstehenden Zentrifugalkraft kann sich die Oberfläche des Metalls mit
einer mehr oder minder stark ausgeprägten Konkavität nach oben hin krümmen, wobei
sich die leichtere Schlacke mehr in der Dritte sammelt. Dies kann also, nachdem
die Schlacke dem Konverterboden näher ist, dahingehend ausgenutzt werden, dass die
Stärke der durch den Boden eingeblasenen Sauerstoffstrahlen erhöht und somit zumindest
ein Zusammentreffen bzw. eine Nachbarschaft der Zwischenfläche von Schlacke und
Metall erreicht wird. Ein Sauerstoffverlust durch zu grosse Strahlenstärke ist in
Anbetracht der grösseren Schlackendicke in diesem Bereich nicht zu befürchten. ns
ist zu beachten, dass diese Einblasung durch den Boden und zweckmassigerweise durch
die Mitte des Bodens die Drehbewegung des Bades praktisch nicht stört, und zwar
einmal weil sie mittig erfolgt und zum anderen weil der die Drehung bewirkende Schub
durch die seitlichen Strahlen nach oben gerichtet ist.
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Nach einer noch anderen ihöglic.ikeit der Werwendung des erfindungsgemässen
Konverters wird die Zwischenflache von Schlacke und Metall oder selbst die Schlacke
durch eine zur Mitte des Konverters hin gerichtete seitliche X ntlasung erreicht,
die Praktisch horizontal (mit sehr geringen vertikalen StrGllenabnessungen) erfolgt,
dadurch die Drehung der in Bewegung befindlichen metallischen Masse nicht nehr gestört
wurden kann.
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Zur Iurchführung der vorbeschriebenen Frischverfahren wird ein Konverter
verwendet, dessen Innenprofil der Ausmauerung das Gleiten des Metalls nach oben
erleichtert. Unter diesem Gesichtspunkt erweist sich ein Konverter als vorteilhaft,
der nach oben hin zumindest in seinem unteren Abschnitt eine ausgeprägte Erweiterung
besitzt, da die Schlacke mehr die Tendenz hat, sich in grosser Dicke in der Mitte
des Bades und in verhältnismässig geringer Höhe anzusammeln.
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Bei einem erfindungsgemässen Konverter kann die Einblasung durch den
Boden mit einer doppelten tangentialen Einblasung (jeweils eine in jeder Richtung)
kombiniert werden, um im Bad eine doppelte ########## Wirbelbewegung zu erzeugen,
ohne dass das BadoberBlächenprofil merklich verändert wird. Eine derartige Durchfuhrung
des Verfahrens beispielsweise mit einem Schutzgas wie G02 wurde im Hinblick auf
das Frischen die Möglichkeit bieten, durch kräftiges Umrühren ein besonders homogenes
Metallbad zu erhalten. Es versteht sich van selbst, dass in den Fällen, da die eine
oder andere Blasform vorübergehend keinen Sauerstoff mehr zuzuführen braucht, sie
mit einem geeigneten Gas mit so ausreiçhendem Druck versorgt wird, dass sie sich
nicht zusetzen kann.-; Die beigefügten Fig. 3 bis 5 zeigen; ausschliesslich als
Beispiel einen für die Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens eingerichteten
Konverter.
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Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt durch den Konverter, Fig. 4 zeigt einen
Querschnitt desselben in Höhe der Blasformen für die horizontale Einblasung und
Fig, 5 stellt einen Querschnitt in Höhe dter Blasformen für die tangentiale Einblasung
dar, wobei in diesen Figuren gleiche feile jeweils mit den gleichen Bezugs ziffern
bezeichnet sind.
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Gemäss Fig. 3 ist der Konverter mit einem zu frischenden Metall 9
gefüllt, das von einer Schlacke 10 überlagert wird.
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Im Konverterboden befindet sich ein Blasblock 11, der auseinem Stopfen
mit darin vorgesehenen Blasformen 12 zum Einblasen von Sauerstoff in das Bad besteht.
Die untere Seitenwandung 13 des Konverters hat die Form eines sich nach oben hin
erweiternden Kegels. Diese Wandung ist unterhalb der Oberfläche des Metallbades
(im unbewegten Zustand) mit einer Anzahl von Stopfen 14 (Figur 4) mit zur Mitte
hin und weitgehendst horizontal verlaufenden Blasformen 15 ausgestattet.
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Unterhalb der Stopfen 14 befinden sich zwei Stopfen 16 (Figur 5),
die Jeweils zwei Systeme von Tangentialblasformen 17 und 18 aufweisen, mit denen
der Sauerstoff in das Bad eingeblasen werden kann, wobei diesem eine Drehbewegung
in der einen oder in der anderen Richtung oder gegebenenfalls eine doppelte Wirbelbewegung
beaufschlagt wird.
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In Figur 3 ist bei 19 und 20 rein schematisch das Profil dargestellt,
das d e Oberfläche des Metalls und der Schlacke annehmen Bonntef wenn die Drehgeschwindigkeit
des Bades einen ausreichend hohen Vert erreichen würde. Wie im Vorstehenden erläutert
diente die Einblasung durch den Boden (Blasform 12) in erster Linieadazu, den Sauerstoff
dem Metall zuzuführen, während die seitlichen Einblasungen (Blasformen 15, 17 und
18) hauptsächlich dazu bestimmt sind, die Schlacke mit Sauerstoff zu versorgen.
1 SelbstverständÜch wird der Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht dadurch verlassen,
dass in dem durch den Boden und seitlich eingeblasenen Paris chungssauerstoff Verschlackungsmittel,
Verflüssiger, Erz, Kalkstein usw., flüssige oder gasformige Kohlenwasserstoffe,
Wasserdampf, Neutral- oder Schutsgase jeweils für sich oder als Gemisch suspendiert
werden.
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Der Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch dann nicht verlassen,
wenn die vorbeschriebenen Verfahren mit dem Einsatz irgendwelcher Feststoffzuschläge
von der Oberseite des Konverters her kombiniert werden.
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Patentansprüche: