DE2237253B2

DE2237253B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einblasen eines Pulvers in ein Bad aus flüssigem Metall

Info

Publication number: DE2237253B2
Application number: DE19722237253
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: CREUSOT-LOIRE PARIS; Wendel Sidelor SA
Current assignee: CREUSOT-LOIRE PARIS; Wendel Sidelor SA
Priority date: 1971-07-29
Filing date: 1972-07-28
Publication date: 1981-01-08
Also published as: BE786021A; DE2237253A1; LU65809A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs I vorausgesetzten Gattung und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Es geht dabei um das Einführen von Material, wie Kalk, Kalkstein, Eisenoxide, Erze, unterschiedliche Schmelzzusätze usw. in pulverförmigem Zustand in ein Bad aus flüssigem Metall, um auf die Zusammensetzung und die physikalischen sowie chemischen Eigenschaften der sich bildenden oder bereits gebildeten Schlacke einzuwirken.

ίο Es ist bekannt, pulveriges Material in ein flüssiges Metallbad dadurch einzuführen, daß man das Material in einem Transportgas suspendiert, das Luft oder Sauerstoff oder irgendein anderes Gas sein kann.

Bei den Konvertern oder den Stahlwerköfen ist es ι⁵ bekannt, diese pulverigen Materialien, in einem Transportgas suspendiert, auf zweierlei unterschiedliche Weisen einzuführen:

a) Die erste Art besteht darin, daß ran das mit pulverigem Material beladene Transportgas mit Hilfe einer vertikalen oder schräg von oben nach unten geführten Lanze einbläst

b) Die zweite Art besteht darin, daß man mit pulverigem Material beladenes Transportgas durch Blasdüsen oder Windformen einbläst, die vertikal oder geneigt von unten nach oben in dem Boden eines Stahlwerkkonverters eingebaut sind, wobei von einem Mantelschutzgasschleier im äußeren Düsenquerschnitt Gebrauch gemacht wird (DE-OS 19 09 779).

Die erste Art hat den Nachteil, daß man eine Lanze benötigt Die mit dieser Art des Einblasens verbundenen Nachteile sind großer Einbauraumbedarf, die Notwendigkeit eines Umlaufes von Kühlwasser, der Ersatz der durchgefressenen Lanzen, manchmal die Bildung von »Lanzenbären«, d.h. von metallischen Ansätzen am Lanzenende usw.

Beim Einblasen nach der zweiten Art treten die Partikel der pulverigen Materialien aus der Düse mit einem Impuls (oder Bewegungsgröße je Zeiteinheit) aus, welcher recht erheblich ist, da die Partikel ungefähr die Geschwindigkeit des Transportgases haben und diese hohe Geschwindigkeit mit einer spezifischen Masse verbunden ist, die wesentlich größer als die des Gases ist Daraus folgt: Während das Gas auf das Metallbad mit einem hohen Wirkungsgrad einwirkt und sein Impuls wegen der geringen spezifischen Masse verhältnismäßig klein ist durchqueren die meisten festen Partikel wegen ihres hohen Impulses das Metallbad, wobei sie sich mit einem dünnen Metallfilm umgeben (zu dem auch noch eine feine Haut aus Schlacke kommen kann), treten aus dem Bad mit einer noch beachtlichen Geschwindigkeit aus und werden von den Gasen mitgenommen, die aus der Konvertermündung austretan.

Ein derartiges Einführen von Teilchen hat infolgedessen nur einen begrenzt günstigen Effekt auf das Metallbad und vergrößert andererseits die Verluste an Metall.

Ein Einführen von Partikeln durch geneigt in dem Boden des Konverters sitzende Düsen hat praktisch die gleichen Nachteile wie das Einführen durch vertikale Düsen, da die ausführbare Neigung relativ zur Vertikalen für derartige Düsen eindeutig zu gering ist,

h5 um zu verhindern, daß Partikel pulverförmigen Materials mit einer erheblichen Geschwindigkeit aus dem Bad austreten können.
Für solche im Boden eines Stahlkonverters eineebau-

te Dosen ist es an sich auch bekannt (DE-OS 20 33 975), als kohlenwasserstoffhaltiges Mantelschutzfluid flüssige Kohlenwasserstoffe zu verwenden, die unter der thermischen Wirkung der im Konverter herrschenden Temperaturen gekrackt bzw. thermisch zersetzt werden.

c) Es wurde auch noch eine dritte Art bekannt, pnlverförmige Materialien mit einem Trägergas in einen Konverter einzublasen (»Iron and Coal«, 26.8.1960, Seiten 459-463). Danach wird wie nach der ersten erwähnten Art pulverförmiger Kalk von oben auf das Stahlbad aufgeblasen, doch dienen hierzu nicht Lanzen, sondern in der seitlichen Auskleidung des Konverters angebrachte einfache Düsen, die ähnlich wie die Lanzen schneller als die sie umgebende seitliche Konverterauskleidung verschleißen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die in ein !Metallbad eingeführten pulverförmigen Stoffe ausreichend im Bad verbleiben und nicht vorzeitig mit den abgegebenen Gasen nach oben entweichen und daß gleichzeitig eine nur langsame Abnutzung der Blasdüsen gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Das Trägergas kann ein raffinierend wirkendes Gas, z. B. reiner Sauerstoff sein, und das Mantelschutzfluid kann z.B. Heizöl sein. Diese Ausführungsform der Erfindung ist insbej-^idere anwendbar für das Umwandeln eines Hämatit-Roheisens in einem Konverter mit basischem Futter, d. h. mit einer geeigneten Entphosphorung, unter gleichzeitigem Ve·meiden der Nachteile, weiche den eine Lanze verwendenden Verfahren anhaften.

Die Erfindung ist ebenfalls auf phosphorhaltige Roheisen anwendbar, in diesem Fall gestattet sie es, Auswurfe zu vermeiden und die Entphosphorung trotz des Einblasens unter der Oberfläche des Bades viel schneller durchzuführen.

Für den Fall, daß das Einblasen unter der Badoberfläche erfolgt, das Trägergas ein raffinierend wirkendes Gas ist und die einzubringenden pulverigen Materialien teilweise oder insgesamt aus Kalk oder Kalkstein bestehen, können diese Pulver nur einen Teil des einzubringenden Kalkes sein, der für die Konverterbehandlung notwendig ist, der Rest oder der notwendige Zusatz an Kalk wird dann in Stücken zugegeben und durch die Mündung des Konverters eingeführt.

Falls das Einblasen unterhalb der Oberfläche des Bades erfolgt und als Transportgas ein Raffiniergas verwendet wird, kann man den Momentandurchsatz an Kalk oder Kalkstein in Pulverform während der Konverterbehandlung veränderlich machen. Dieser Durchsatz kann auch während gewisser Zeitspannen auf Null zurückgehen; dabei ist es günstig, zu Beginn der Konverterbehandlung einen größeren zeitlichen Durchsatz an Kalk oder pulverisiertem Kalkstein anzuwenden, um ein Schäumen der Schlacke und das Auftreten von Auswürfen zu vermeiden, das durch das Schäumen entstehen könnte: andererseits wird Kalk- oder Kalksteinpulver auch während des letzten Drittels der Konverterbehandlungsperiode zweckmäßigerweise zugegeben, um die Bildung einer flüssigen Schlacke zu erleichtern, ohne deshalb sehr niedrige Kohlenstoffgehalte in dem Bad und eine Überoxydierung des Metalls

zu erhalten.

Falls das Einblasen unter der Badoberfläche erfolgt und das Transportgas ein Reinigungsgas ist, kann man auch pulverförmigen Flußspat mit Kalk oder Kalkstein in Pulverform mischen, um durch das oxydierende Gas in bestimmten Augenblicken der Konverterbehandlung eingeführt zu werden.

Die pulverförmigen Materialien, die in dem oxydierenden Gas suspendiert eingeblasen werden, können auch Oxyde, insbesondere Eisenoxyde, enthalten.

Wie man leicht versteht, bringt die Erfindung Abhilfe für drei größere Schwierigkeiten eines Konverterbehandlungsvorganges für Roheisen durch Einblasen von oxydierenden Strahlen in oder unter der Badoberfläche.

a) Das Betriebsverhalten der Düsen bleibt dank des Schutzes jeder Blasdüse durch das peripher eingebrachte Heizöl ausgezeichnet

b) Das Schäumen der Schlacke während der ersten Hälfte des Konverterbehandlungsvorganges wird durch das Einbringen von feinen Teilchen aus Kalk, die durch das oxydierende Gas in das Bad eingebracht werden, vermieden und vollständig beherrscht

c) Die Bildung einer flüssigen Schlacke ist nicht mehr erst in einem späteren Stadium zu erzielen; dies dank der Anwendung der feinen Kalkteilchen, deren für die Schlacke günstige Wirkung gegebenenfalls noch durch Zufügen feiner Partikel aus

k> Flußspat verstärkt werden kann, die ebenfalls durch das oxydierende Gas transportiert und eingeblasen werden.

Die oben aufgezählten Vorteile werden aufgrund des

erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht, insbesondere wegen der Anordnung der Düsen doppelter getrennter Speisung in der feuerfesten Auskleidung des Konverters, was es möglich macht, die Düsen derart auszurichten, daß sie von unten nach oben mit einem kleinen Winkel gegenüber der Horizun&lebene oder horizontal oder schließlich von oben nach unten blasen. Dabei ergibt sich eine besonders gründliche Wirkung des Kalks, und starke Eisenverluste, die man beim Einblasen von Partikeln innerhalb eines Trägergases durch den Boden des Konverters nicht vermeiden könnte, werden unterbunden. Man kann in gewissen Fällen ein Interesse daran haben, erfindungsgemäß horizontale Düsen genau in der Oberfläche und unterhalb dieser Badoberfläche zu benutzen. Dies kann der Fall sein, wenn man — wie bei den Blasverfahren mittels Lanzen — das Ungleichgewicht zwischen der Schlacke und dem Metall zu verstärken wünscht, um die Entphosphorung relativ zu der Entkohlung zu begünstigen.

Gegenstand der Erfindung sind auch die in den Patentansprüchen 2 bis 5 gekennzeichneten Vorrichtungen.

Die Blasdüsen gemäß der Erfindung, welche die pulverigen Materialteilchen einblasen, können also auch bei einem Konverter verwendet werden, in den ein oxydierendes Reinigungsgas über andere Düsen eingeblasen wird, die beispielsweise in dem Boden des Konverters angeordnet sind und von unten nach oben vertikal oder schräg blasen.

Einer der Hauptvorteile des Verfahrens und der Vorrichtungen gemäß der Erfindung liegt darin, daß der Ausgangs-Geschwindigkeitsvektor jedes pulverförmigen Materialteilchens zu Beginn seines Durchquerens

des Bades entweder nach unten oder horizontal oder schräg und nach oben, aber im letzteren Fall mit einer sehr kleinen Vertikalkomponente gerichtet ist Daraus folgt, daß die Wirkung des pulverigen Materials auf das Metallbad oder auf die Schlacke tatsächlich diejenige ist, welche man anstrebt, die Teilchen haben nicht genügend Impuls nach oben, um aus dem Bad aufzutauchen und auszutreten.

Ein weilerer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß man die erfindungsgemäB benutzten Doppeldüsen in (Combination mit einer Gruppe von Düsen verwenden kann, weiche von unten nach oben durch den Boden des Konverters ein oxydierendes Gas hindurchblasen, das keine pulverformigen Materialteilchen enthält Dies ergibt dank der beiden Sätze von Blasdüsen, denen im Boden und denjenigen, die erfindungsgemäß durch die Auskleidung einblasen, eine sehr große Anpassungsfähigkeit

In allen Fällen wird der Schutz der Düsen in der Weise gesichert, daß sie nicht schneller verschleißen als die sie umgebende feuerfeste Auskleidung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nunmehr als die Erfindung nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel eine Umwandlungsbehandlung von hämatitischem Roheisen in Stahl durch Einblasen von reinem Sauerstoff unterhalb der Badoberfläche beschrieben.

Beispiel

Es handelt sich darum, ein hämatitisches Roheisen, das 4% Kohlenstoff, 0,8% Silizium, 0,5% Mangan, 0,15% Phosphor und 0,035% Schwefel enthält bei 1300⁰C in Stahl zu verwandeln.

Hierzu wird der Konverter zur Gewinnung von 27 Tonnen flüssigen Stahls beschickt mit:

a) 4 Tonnen Schrott

b) 600 kg reichem, nicht siliziumhaltigem Erz,

c) 26 Tonnen Roheisen.

Drei Doppelblasdüsen sind horiz >ntal im unteren Teil der Seitenwand des Konverters ang eordnet

Drei weitere Doppeldüsen sind in einer größeren Höhe derart angeordnet daß diese Düsen mit ihren Mündungen in das Bad eintauchen, wenn der Konverter sich in vertikaler Stellung befindet; die Düsen sind mit einem Winkel von 45° gegenüber der Vertikalen nach unten geneigt.

Während der ersten drei Minuten bläst man durch die sechs Düsen mit doppelter getrennter Speisung, die in der feuerfesten Auskleidung des Konverters sitzen; und zwar

durch die zentralen Rohre der sechs Düsen:

— 130 Nm3 Sauerstoff je min

— 30 kg/min Kalk

— tO kg/min Kalkstein

durch die Umfangsleitung der sechs Düsen:

— 8 l/min Heizöl.

Während der 5 folgenden Minuten unterbricht man die Zufuhr von Kalk und Kalksteinpulver, und man bläst lediglich durch die zentralen Rohre der sechs Düsen 130 NmVmin Sauerstoff und durch die Umfangsleitung der sechs Düsen 8 !/min Heizöl.

Schließlich bläst man während der 4 letzten Minuten wiederum Kalk und Xalksteinpulver ein, diesmal unter Zugabe von Flußspat, und zwar:

durch die zentralen Rohre der sechs Düsen:

— 130 NmVmin Sauerstoff

— 200 kg/min Kalk

— 100 kg/min Kalkstein

— 100 kg/min Flußspat und

durch die Umfangsleitung der sechs Düsen:

— 8 l/min Heizöl.

Insgesamt wurden auf diese Weise verbraucht:

— 1560 Nm³ Sauerstoff, d.h. 60 Nm³ je Tonne Roheisen

— 1700 kg gepulverter Kalk, d. h. 65 kg/t Roheisen

— 700 kg gepulverter Kalkstein, d. h. 27 kg/t Roheisen

— 400 kg Schrott d. h. 15* kg/t Roheisen

— 600 kg reichen Erzes, d. h. 23 kg/t Roheisen
— 961 Heizöl, d.h. 3,7 l/t Roheisen.

Während des Blasvorganges vermeidet man das Herausschleudern von Teilchen, und am Schluß des Blasvorganges nach Desoxydieren durch Ferromangan

erhält man in der Gießgrube txaen weichen Stahl mit den folgenden Analysewerten:

C=0,060%;Mn=0,600%; P=0.025%;
S = 0,019%;Nj = 0,0023%.

V/as den gelbroten Rauch angeht ist er auch bei dem Verfahren gemäß der Erfindung vorhanden, aber in

wesentlich geringerer Menge als bei den Verfahren durch Aufblasen von oben mittels Lanze.

Man kann diesen Rauch auch noch wesentlich stärker

μ verringern, indem man in dem Hauptrohr jeder Düse ein oxydierendes Gas einbläst das nicht reiner Sauerstoff ist beispielsweise eine Mischung von Sauerstoff und Wasserdampf oder auch eine Mischung von Sauerstoff und einem neutralen Gas in ausreichender Menge.

Man muß nicht die gesamte Menge an Kalk in Pulverform einblasen; wenn man beispielsweise nur vermeiden will, daß sich in der ersten Hälfte der Entkohlung eines Thomas-Roheisens Auswurfe bilden, kann man 80% an Kalk oder Kalkstein durch die Chargieröffnung des Konverters gleichzeitig mit dem Roheisen eingeben und über die Düsen gemäß der Erfindung nur eine Kalkmenge in Form von Pulver einblasen, die 20% der gesamten für die Umwandlung notwendigen Kalkmenge ist Dieser letztere Anteil kann

-15 überdies zweckmäßigerweise an den Siliziumgehalt des Roheisens angepaßt werden.

Man kann auch den Kalk in Pulverform durch gepulverten Kalkstein ersetzen, indem man in der Wärmebilanz der Umwandlung ein Opfer bringt; dies ist

so nicht unbedingt störend, wenn diese Bilanz einen Überschuß aufweist und man die folgenden Vorteile erzielen kann:

— Kalk in Form von Kalkstein ist billiger als gebranntPr Kalk.

— Die Zufuhr von Schwefel ist bei dem Kalkstein geringer als bei Kalk.

— Es erfolgt eine geringe Zufuhr von Sauerstoff durch den Kalkstein kostenlos.

Andererseits, wenn das Einblasen von Kalk oder Kalkstein über die erfindungsgemäßen Düsen in dsm Eisen der Charge am Ende der Entkohlung einen Phosphorgehalt in dem Bad beläßt, der noch zu hoch für f.", die verfolgten Zwecke ist, oder wenn es sich um ein hämatitisches Roheisen handelt, das zu entkohlen ist, bei dem die endgültige Schlacke sich sehr spät einwandfrei ausbildet, kann man mit Nutzen eine Mischung von Kalt

und Kalkstein in Pulverform und einem gepulverten Flußspat einblasen.

Man erkennt, wie vielfältig die möglichen metallurgischen Anwendungen der erfindungsgemäßen Düsen bzw. der geschilderten Düsenanordnung sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einblasen eines Pulvers, insbesondere eines Kalk- oder Kalksteinpulvers, mittels eines Trägergases in einen mit flüssigem Metall, insbesondere Roheisen, gefüllten Konverter nach der Kohlenwasserstoffmantelschutzfluid-Durchblastechnik, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblasen in Höhe oder unterhalb des Badspiegels erfolgt, wobei die Blasrichtung entweder schräg nach unten oder horizontal oder in Richtung der Badoberfläche bei einem Winkel von weniger als 30° mit der Horizontalen erfolgt und daß als kohlenwasserstoffhaltiges Mantelschutzfluid in an sich bekannter Weise flüssige Kohlenwasserstoffe verwendet werden.

2. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit zumindest einer Düse mit doppelter getrennter Speisung, die zwei konzentrische Rohre oder Leitungen aufweist, welche durch die feuerfeste Auskleidung des Konverters hindurchgehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse oder Düsen die seitliche Auskleidung des Konverters durchsetzen und entweder schräg nach unten oder horizontal oder schräg nach oben gerichtet sind, wobei ein kleiner Winkel von weniger als 30° mit der horizontalen Ebene besteht und diese Düsen in das Metallbad während der Blasstellung des Konverters münden, aber stets in derjenigen Auskleidungszone angeordnet sind, die aus dem Bad heraustaucht, wenn der Konverter gekippt wird und sich das gesamte Metallbad in dem Bauch des Konverters befindet

3. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit zumindest einer Düse mit doppelter getrennter Speisung, die zwei konzentrische Rohre oder Leitungen aufweist, welche durch die feuerfeste Auskleidung des Konverters hindurchgehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse oder Düsen die seitliche Auskleidung des Konverters durchsetzen und entweder schräg nach unten oder horizontal gerichtet sind und in die Oberfläche des Metallbades in der Blasstellung des Konverters einmünden, aber stets in derjenigen Auskleidungszone angeordnet sind, die aus dem Bad heraustaucht, wenn der Konverter gekippt wird und sich das gesamte Metallbad vollständig in dem Bauch des Konverters befindet

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Düse in der Blasstellung des Konverters die feuerfeste Auskleidung des Konverters waagerecht durchsetzt und in der Spiegelhöhe des Metallbades, aber nicht oberhalb dvr Schlackenschicht mündet

5. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch die Kombination der Vorrichtung mit einer Blasvorrichtung für ein oxydierendes Gas durch Düsen, die die Bodenauskleidung des Konverters durchsetzen und nach oben' vertikal oder schräg gerichtet sind und einen kleinen Winkel mit der Vertikalen einschließen.