DE2229097A1

DE2229097A1 - Verfahren zum kontinuierlichen frischen von metallen, insbesondere von roheisen

Info

Publication number: DE2229097A1
Application number: DE2229097A
Authority: DE
Inventors: Paul-Emile Nilles; Jacues Joseph Piret
Original assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Current assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Priority date: 1971-06-16
Filing date: 1972-06-15
Publication date: 1973-02-01
Also published as: US3801305A; SU698534A3; JPS5523883B1

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dn.-lng. R. König ■ Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte · aooo Düsseldorf · Cecilienallee 7B ■ Telefon 43273a

Unsere Akte: 27 516 ' 14. Juni 1972

III/C ... '

Eisenwerk-Gesellschaft Maximilianshütte mbH, 8458 Sulzbach-Rosenberg-Hütte .

"Verfahren zum kontinuierlichen Frischen von Metallen, insbesondere von Roheisen"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Frischen von Metallen, insbesondere von Roheisen, bei dem in einem oder mehreren zusammengehörenden Frischgefäßen unterhalb der Badoberfläche eine oder mehrere Düsen angeordnet sind, durch die getrennt voneinander Sauerstoff und ein gasförmiges und/oder flüssiges Schutzmedium eingeleitet werden. Das Schutzmedium besteht dabei aus Kohlenwasserstoffen oder kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen.

Kontinuierliche Verfahren zum Frischen von Metallschmelzen auch für Roheisen gehören zum Stand der Technik. Die Vorteile dieser Arbeitsweise gegenüber dem üblichen diskontinuierlichen Betrieb bestehen hauptsächlich im folgenden.

Die Kontinuität des Frischprozesses führt durch fehlende Zwischenzeiten für Chargieren und Abstechen zu einer höheren Produktionsleistung und zu höherer Sicherheit bei der Erzeugung gleichbleibender Qualitäten. Weiterhin läßt sich ein kontinuierlich ablaufender Prozess meß-

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technisch besser überwachen und regeln. Der kontinuierliche Anfall von gefrischtem Metall kann zu einem gleichmäßigeren Stofffluß in den nachgeschalteten Produktionsgängen und damit zu einer Leistungssteigerung führen.

Obwohl diese grundsätzlichen Vorteile der kontinuierlichen F_rischverfahren bekannt sind, haben sie sich bisher in der industriellen Praxis nur sehr beschränkt eingeführt. Zum Beispiel befinden sich diese Verfahren für die Stahlerzeugung noch im Versuchsstadium und werden nicht für die großtechnische Stahlgewinnung genutzt. Die Nachteile der kontinuierlichen Frischverfahren bestehen bisher in der schwierigen Trennung der einzelnen aufeinanderfolgenden Stufen des Frischvorganges sowohl für die Schlacke als auch für die Metallschmelze. Nicht zuletzt werden das Aufbringen und Abziehen der erforderlichen Frischschlacken und ein gleichmäßiger Stofftransport im Frischgefäß durch die Zuführung der Frischgase erschwert, da diese oberhalb der Schmelze durch Lanzenanordnungen zugeführt werden.

In den letzten Jahren hat sich ein Verfahren zum Frischen von Roheisen zu Stahl in der Praxis eingeführt, bei dem Frisch-Sauerstoff unter/halb der Badoberfläche zusammen mit einem flüssigen oder gasförmigen Schutzmedium in einen Konverter eingeblasen wird. Der Einsatz von Kohlenwaseerstoffen oder kohlenwasserstoffhaltigen Schutzmedien in einem bestimmten Verhältnis zum Sauerstoff ermöglicht es, Sauerstoff unterhalb der Badoberfläche in die Metallschmelze einzublasen, ohne daß die Sauerstoffzuführungsdüsen schneller als das umgebende Mauerwerk verschleißen. Die zugeführten Schutzmediummengen, bezogen auf die Sauerstoffmenge, sind unter den üblichen Betriebsbedingungen zweckmässigerweise unter 5 Gew-% zu

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halten. Zum Beispiel erweist sich für Propan eine Menge von 2 bis 3 Vol-% und für Heizöl eine Menge von ca. 5 Gew-%, bezogen auf die Sauerstoffmenge, als günstig.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt zum Teil eine Kombination der kontinuierlichen Frischmethode mit den Sauerstoffeinleitungsdüsen dar, wie sie beim Frischen von Roheisen zum Einleiten von Sauerstoff unterhalb der Badoberfläche benutzt werden. Es ergeben sich aber für das erfindungsgemäße, kontinuierliche Frischen mit diesen Düsen und den besonderen Gefäßformen überraschende Vorteile, und die Nachteile der bisherigen kontinuierlichen Frischverfahren durch das Zuführen der Frischgase oberhalb der Badoberfläche werden vermieden.

Eine Variante dieses Verfahrens besteht in der Reihenanordnung von mehreren Frischgefäßen, die miteinander verbunden sind, und kontinuierlich von der Metallschmelze durchströmt werden. Die Anordnung in einer Reihe ist hier nicht wörtlich zu nehmen, sondern soll nur das Hinter einander schalt en dieser Behälter ausdrücken. Grundsätzlich kann diese Reihe verschiedene geometrische Formen haben, beispielsweise auch ein Kreis sein. Das Frischgas, vorzugsweise reiner Sauerstoff, wird durch Düsen_r die unterhalb der Badoberfläche angeordnet sind, zugeführt. Bei den Düsen wird, getrennt vom Sauerstoff, gleichzeitig ein Schutzmedium eingeleitet, das den Sauerstoffstrahl umgibt. Das Schutzmedium besteht aus Kohlenwasserstoff oder kohlenwasserstoffhaltigen, .,gasförmigen und/ oder flüssigen Substanzen.

Durch das Hintereinandersehalten mehrerer Frischgefäße ergeben sich besondere Vorteile insofern, daß der konti-

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nuierliche Frischverlauf in mehrere Stufen, entsprechend der Anzahl der Gefäße, unterteilt werden kann. In jedem Gefäß kann ein weitgehender Konzentrationsausgleich zwischen Schlacke und Bad stattfinden. Damit wird es beim Frischen von Roheisen auf einfache Weise ermöglicht, die Eisenbegleiter, beispielsweise Schwefel und Phosphor, aus der Schmelze zu entfernen, und ein hohes metallurgisches Ausbringen zu erreichen.

Die schlackenbildenden und/oder kühlenden Zuschlagstoffe können dabei in jedem Frischbehälter getrennt zugegeben und abgezogen werden. Die Metallschmelze selbst durchströmt kontinuierlich, vorzugsweise nahe der Oberfläche, diese Gefäße nacheinander. Dabei ergibt sich ein überraschender Vorteil: Schlacke und Schmelze emulgieren nicht so stark, wie es bei den bekannten Roheisenfrischprozessen, insbesondere beim Aufblasen, der Fall ist, und dies führt zu einer Reduzierung des Eisengehaltes in der Schlacke, und damit ist ein höheres Ausbringen verbunden.

Die Anordnung der Düsen unterhalb der Badoberfläche kann· auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Die nächstliegende Anordnung ist senkrecht zur Strömungsrichtung des Metalls, dann dienen die Düsen und das zugeführte Gas nur zum Frischen der Schmelze, und der Metalltransport muß durch natürliches Gefälle oder andere geeignete Maßnahmen in Gang gesetzt und erhalten werden. Ordnet man die Düsen schräg, vorzugsweise in einer Richtung, unterhalb der Badoberfläche an, so kann man den Eintrittsimpuls des Gases zum Transport der Metallschmelze mit ausnutzen. Durch die Kombination von Düsen, die seitlich und im Boden der Frischbehälter angeordnet sind, lassen sich durch geeignete Schräglage der Düsen Rührbewe-

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gungen und/oder T_ransportbewegungen in gewünschter Weise miteinander kombinieren.

Die schlackenbildenden Zuschläge können grundsätzlich an verschiedenen Punkten auf die Schmelze und/oder mit dem Frischgas der Metallschmelze zugeführt werden. Als besonders günstig hat sich die Zufuhr der schlackenbildenden Stoffe, insbesondere gebrannter Kalk, nahe dem Austritt der fertig gefrischten Schmelze erwiesen. Die frische Schlacke führt in diesem Bereich des kontinuierlichen Frischprozesses zu sehr niedrigen Gehalten an den unerwünschten Metallbegleitern und kann im Gegenstrom zum Metallfluß geführt werden. Diese Art der Schlackenführung ist aus metallurgischen Gesichtspunkten optimal. Sie nimmt auf ihrem Weg zur Metalleingußstelle mehr und mehr Verunreinigungen der Schmelze auf und wird dadurch ständig stärker verunreinigt. Außerdem ergibt sich beim Frischen von Roheisen bei einer derartigen Schlackenführung noch der Vorteil des geringen Eisengehaltes in der Schlacke, da die Schlacke auf ihrem Weg ständig auf ein stärker reduzierendes Metallbad trifft. Allerdings ist darauf zu achten, daß beim Frischen von Roheisen mit niedrigem oder hohem Phosphorgehalt die Schlacke in dem Bereich bereits von-.der teilweise reduzierten Roheisenschmelze abgezogen wird, in dem das Silizium vollständig verschlackt ist. Andernfalls würde das kontinuierlich in das Frischgefäß zufließende Roheisen einen hohen Anteil des Phosphors aus der Schlacke wieder aufnehmen.

Die Anordnung mehrerer Frischgefäße hintereinander, wobei erfindungsgemäß die Frischgefäße nicht die gleiche Größe haben müssen, sondern es sich sogar als günstig erweist, wenn das erste Frischgefäß, in dem die Hauptfrisch-

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arbeit geleistet wird und die gesamte Kühlschrottmenge zugeführt wird, erheblich größer ist als die oder das nachgeschaltete (n) Gefäß (e). Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der kontinuierliche Frischvorgang in einem einzigen Gefäß durchgeführt wird. Dieses Gefäß hat vorzugsweise eine verhältnismäßig lange Ausdehnung in Strömungsrichtung der Metallschmelze gegenüber der Ausdehnung in Querrichtung dazu.' Unterhalb der Badoberfläche kann dieses Gefäß weiterhin in eine oder mehrere Kammern unterteilt sein. Die Sauerstoffdüsen sind am Boden und/oder im unteren Teil der Wände angebracht. Diese Gefäßform ist einmal konstruktiv einfacher und bietet zum anderen beim Schlackentransport in Gegenrichtung der Metallströmung deutliche Vorteile.

Bei dieser Ausführongsform bilden alle Kammern einen Teil eines einzigen Gefäßes, dessen Seitenwände aus den aufeinanderfolgenden Seitenwänden der Kammern, die es bilden, bestehen und dessen Stirnwände aus den Stirnwänden der ersten bzw. der letzten Kammer gebildet werden. Die Zwischenwände der Kammern in Metalltransportrichtung enden entweder unterhalb des Metallspiegels oder weisen entsprechende freie Querschnitte für das Metallbad auf, um den Durchgang von Schlacke und Metall zu ermöglichen. Die Anordnung der Düsen hat unter zwei Gesichtspunkten zu erfolgen. Einmal soll der Eintrittsimpuls des Gases als Transporthilfe für das Metallbad ausgenutzt werden und zum anderen muß in den Kammern bzw. im Bereich der Düsen für einen Konzentrationsausgleich quer und senkrecht zur Transportrichtung der Metallschmelze gesorgt werden.

Im folgenden werden als nichteinschränkende Beispiele schematische, nicht maßstabsgerechte Zeichnungen über

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mögliche Lösungen der verfahrensgemäßen Frischgefäßausführungen angegeben.

Fj_g. 1 stellt einen Schnitt durch ein Frischgefäß, das die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt, dar.

Fjg. 2 zeigt senkrechte Halbschnitte von Fig. 1, Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel,

Fig. 3a zeigt einen Vertikalschnitt durch das Frischgefäß

der Fig.3;
Fig. 4 zeigt eine weitere verfahrensgemäße Variante.

1 bis 5 sind die in Reihe angeordneten Frischgefäße mit dem gemeinsamen Boden 6. Die Öffnung 7 dient zur kontinuierlichen Einführung des zu frischenden Metalls 8. Durch die Öffnung 9 strömt das gefrischte Metall 10 aus. Durch die Leitung 11 werden die schlackenbildenden Stoffe 12 zugeführt. Durch die Öffnung 13 läuft die verbrauchte Schlacke 14 ab. Die schräggestellten Düsen15 bis 19 sind im Boden 6 angeordnet und durch sie wird das Frisch-

gas, vorzugsweise Sauerstoff, zugeführt. Die Ausschnitte 20 bis 23 in den Zwischenwänden erlauben einen Austausch von Schlacke und Metall zwischen den benachbarten Behältern. Die dargestellte Achse 26 kann als Drehzapfen ausgeführt werden, um alle Behälter gemeinsam zu kippen, beispielsweise um sie auszuleeren oder um sie zu reparieren bei eventuellen Störungen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Frischverfahren zeigt Fig. 3. In den langgestreckten Frischbel:älter 27, der bei 28 mit zu frischender Schmelze 29 gespeist wird, fließt das Metall zur Austrittssei-

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te 31. Durch die Frischdüsen 30 wird das Frischgas, vorzugsweise Sauerstoff, umgeben mit Schutzmedium, zugeführt. Die Schlacke wird bei 32 zugegeben und strömt in Richtung 33 entgegengesetzt zur Metallschmelze 34. Bei 35 wird die Schlacke ausgetragen.

In Fig. 4 ist eine weitere Variante des Frischgefäßes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Der Boden des Gefäßes 36 ist darin aus aufeinanderfolgenden Stufen 37 gebildet. Die Sauerstoffeinleitungsdüsen 38» 39 und weitere sind in Richtung der Metallströmung geneigt und in die abwärts gerichteten Flächen der Stufen 40,41 und weitere eingebaut.

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Claims

Eisenwerk-Gesellschaft Maximilianshütte mbH, 8458 Sulzbach-Rosenberg-Hütte Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Frischen von Metallen, insbesondere Roheisen, dadurch gekennzeichnet, ,daß das zu frischende Metall kontinuierlich und/oder pulsierend in ein Frischgefäß strömt, das für das Einleiten von Frischgas unterhalb der Metallbadoberfläche geeignet ist, und daß Metallschmelze mindestens in der Nähe der Oberfläche kontinuierlich aus diesem Behälter in mindestens einen weiteren Behälter strömt,und/oder daß nur ein Behälter in eine oder mehrere Kammern unterteilt ist, wobei die unterteilenden Zwischenwände entweder im gesamten Behälter oder nur unterhalb der Badoberfläche angeordnet sind, und daß die Metallschmelze bei Durchströmen dieses Frischgefäßes der Wirkung des Frischgases sowie der Schlacke und Zusätzen der Schlacke unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Frischgas reiner Sauerstoff ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der einströmende Sauerstoff gleichzeitig zum Transport der Metallschmelze ausgenutzt werden kann.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß als Schutzmedium für den Sauerstoff, um ein voreilendes Zurückbrennen

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der Sauerstoffeinleitungsdüsen gegenüber dem umgebenden Mauerwerk zu verhindern, durch den Ringspalt konzentrisch angeordneter Diisenrohre flüssige und/oder gasförmige Kohlenwasserstoffe eingeleitet werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzei chnet , daß die Schutzmedien feste staubförmige Brennstoffe enthalten können.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß in der letzten Frischkammer kontinuierliche frische Schlacke gebildet wird, die in umgekehrter Richtung als das Metall auf der Metallschmelze bewegt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Frischbehälter, der in Transportrichtung der Metallschmelze sehr viel mehr ausgedehnt ist, am Boden und/oder an den unteren Seitenwänden über seine ge samte Länge mit Sauerstoffeinleitungsdüsen ausgerüstet ist.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Frischbehälter die FrischgaszufUhrungsdüsen in der Seitenwand und/oder im Boden derart angeordnet sind, daß die vom eintretenden Frischgas in der Metallschmelze erzeugte Strömung einen Konzentrationsausgleich in dieser Metallschmelze über den gesamten Querschnitt des Metallbades quer zur Strömungsrichtung herbeiführt.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in

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einem Frischbehälter die Frischgaszuführungsdüsen in der Seitenwand und/oder im Boden derart angeordnet sind, daß die vom eintretenden Frischgas in der Metallschmelze erzeugte Strömung sich so auswirkt, daß ein Konzentrationsgefälle der herausreduzierten MetalXbegleiter in Richtung Ausströmöffnung der Frischgefäßanordnung aufrechterhalten werden kann.

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