DE2248583A1

DE2248583A1 - Verfahren zur herstellung von stahl nach dem sauerstoffaufblas-prozess

Info

Publication number: DE2248583A1
Application number: DE19722248583
Authority: DE
Inventors: Donald Glassman
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1971-10-04
Filing date: 1972-10-04
Publication date: 1973-04-12
Also published as: US3769000A; JPS4844114A; GB1402746A

Description

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USD AliGINElälß AND COKStTLTAKTS, IKC. 600 Gm nt Street

US A

Verfahren ?ur. Hersi.ellnri^ von Stahl noch dem Sauer s toff auf blcvS-Prozesi-.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herste.!]urig von Stahl nach dem Sauerstoffaufblas-Prozess (nachfolgend abgekürzt mit BOP) j bei dem die gebildeten Abgase zurückgewonnen v/erden.

In dem Abgas, das bei dein Sauerstoffaufblas-Piosess zur Herstellung von Stahl erhalten wird, sind große Mengen Kohlenmonoxid enthalten. Wegen der hohen Konzentrationen und des hohen Volumens an Kohlenmonoxyd wird dieses Gas zweckmäßig in einem Zustand hoher Reinheit gewonnen für die Verwendung zur Herste!·

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ORiQiNAL

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lung von wertvollen Chemikalien. Die Abgase enthalten im allgemeinen 70 bis 80 % Kohlenmonoxyd, bezogen auf eine Trockenbasis.

Es sind bereit;·; Verfahren zum Sammeln des BOP-Gases bekannt, bei. denen die Gase in einer wassergekühlten Abzugshaube gesammelt werden, die über der Mündung des BOP-Konve.rtors angeordnet ist. Der untere Abschnitt dar Abzi.igshaubc besteht aus einem beweglichen Rand, der angehoben und gesenkt; werden kann, um den freien Kaum zwischen der /Ybzugshaubo und der Konvertermündung einziuitul■■· len. .Während der Gr₁SSammlung des Sauerstoffblassyklus wird die; Abzugshaube auf einen minimalen praktikableu Abstand obcrluilb der Konvertermündung eingestellt. Dieser Abstand wird so gering wie möglich gehalten, um das Eintreten von Gasen von außen minimal zu halten, er muß jedoch groß genug sein, um das Anschmolz cm der Abzugshaube an der Konvertermündung durch verspritzendes Metalls zu verhindern. Gewöhnlich wird dieser Spalt innerhalb des Bereiches von 30 bis 60 cm (L¹. bis 2 feet), häufig bei etwa 45 cm (1 1/2 feet), gehalten.

Das Einströmten von Gasen von außen in die Abzugshaube wird dadurch kontrolliert, daß man das Druckdifferential entlang des Spaltes zwischen der Kante der Konvertermündung und der Abzugshaube einstellt. Dieses Druckdifferential ist so groß, daß einige Gase von - außen in die Abzugshaube hineinfließen und sich mit; den aus dem Konverterkessel kommenden Abgasen vermischen. In einigen Fällen hat man dafür gesorgt, daß die umgebende Luft an dem Spalt entlang und in die Abzugshaube hineinfließt. In anderen Fällen wurden Stickstoff oder Wasserdampf um den Ring des untersten Abschnitts des AbzugshaubemschiLleKherum eingeführt, um eine Gasabdichtung gegen den atmosphärischen Sauerstoff zu erzielen. Diese Arten von Prozessen sind in der US-Patentschrift

3 215 523 beschrieben, andere Prozesse und Vorrichtungen, die mit.

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dem Sammeln der BOP-Abgase in Verbindung stehenj sind in den
US-Patentschriften 3 143 142, 3 177 065, 3 271 129 und 3 377 057 beschrieben.

Es ist insbesondere erwünscht, daß die Abgase aus dem Konverter nicht mit Stickstoff verunreinigt werden. Es wird angenommen,
daß die Stickstoffverunreinigung in den BOP-Gasen den Stickstoff" gehalt der nach dem BOP-Prozess erzeugten Stähle erhöht und au"-unerwünschten Alterungseigerischaften dieser Stähle führt. Außerdem ist es sehr schwierig, auf wirtschaftliche Weise Stickstoff aus Kohlenmonoxyd zu entfernen«. Durch die vorliegende Erfindung wird nicht nur diese unerwünschte Verunreinigung durch Stickstoff vermieden, sondern sie liefert auch ein wirksameres Gewinnungsverfahren für das hochreine Kohlenmonoxyd.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Stahl nach dem Sauerstoffaufblas-Prozess anzugeben. Dabei wird eine KohlendioxydatmoSphäre aufrechterhalten, um das Einfließen von Sauerstoff oder anderen schädlichen Gasen in die Stahlherstellungsgasreinigungsbehandlungsabschnitte zu verhindern Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, bei einem solchen Stahlherstellungs-Prozess einen hochreinen Kohlenmonoxydstrom zu gewinnen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, das
Kohlcnmonoxyd und das Kohlendioxyd in den Abgasen des BOl'-Pro·· zesscs nach einfachen Reinigvmgsmcthoden zu gewinnen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht schließlich&ariii, eine Kohlend:ioxydr.trnosphärc in dem Abschnitt zwischen dem SauerstoffauC-bla.^konverter und der Gassnnan] Imgsvorrichtung-" zu erzeugen.

Diese und weitere ZJ.ele, Merkmale und Vorteile der Er-£.i ixl un·, iroht-r

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aus der folgenden Beschreibung hervor.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem in erster Linie Kohlendioxyd dazu verwendet wird, den Eintritt von Luft oder Stickstoff oder von anderen schädlichen Gasen während der Stahlherstellung nach dem BOP-Prozess und während der Verarbeitung der in dem Stahlherstellungsprozess gebildeten Abgase zu verhindern. Dies wird in dem beiliegenden schematischen Fließdiagramm anhand einer Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.

Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zur Herste llung von Stahl nach dem Sauerstoffaufblas-Prozess, bei dom die gebildeten Abgase zurückgewonnen werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Kohlendioxydgasstrom verwendet wird, um den Eintritt von Stickstoff aus der Umgebung in den Abgasstrom zu verhindern. Bei dein erfindungsgemäßen Verfahren wird Kohlendioxyd eingeblasen zur Bildung einer Abschirmung gegen das Einfließen von atmosphärischem Sauerstoff und Stickstoff, so daß aus den Abgasen des Sauerstoffaufblas-Prozesses hochreines Kohlenmonoxyd gewonnen werden kann.

Bei dem BOP-Prozess zur Herstellung von Stahl wird in das geschmolzene Bad von Stahl, Eisen und Zusjchlag (Flußmittel) Sauerstoff eingeblasen, der mit dem darin enthaltenen Kohlenstoff reagiert. Dadurch entstehen Abgase, die Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Sauerstoff und Wasser enthalten. Diese Abgase treten aus dem BOP-Konverter aus und v/erden dann gesammelt, so daß das Kohlenmonoxyd daraus gewonnen werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird an der

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Verbindungsstelle zwischen der Mündung des BOP~Konverters und der Gassamrnlungseinrichtung eine Kohlendioxydgasabdichtung erzeugt. Durch Verwendung von Kohlendioxyd an dieser Verbindungsstelle kann Luft oder Stickstoff von dem Abgasstrom ferngehalten werden. Es kann auch, jedoch in anderen Abschnitten des Prozesses^eine Kohlendioxydschutzgasatmosphäre verwendet werden, um den Eintritt von Stickstoff zu verhindern, beispielsweise kann dann, wenn in den Gassammlungsleitungen ein Leck auftritt, eine bewegliche Ausbesserungseinheit verwendet werden, die über einer solchen Leckstelle eine KohlendioxydatmoSphäre erzeugt. Das Kohlendioxyd ist billig, leicht zugänglich, reagiert nicht mit Kohlenmonoxyd oder der Atmosphäre, es ist nicht toxisch und von Kohlenmonoxyd leicht entfernbar. Natürlich ist es besonders erwünscht, daß reines Kohlendioxyd dazu verwendet wird, Stickstoff oder andere schädliche Gase von dem Abgasstrom fernzuhalten. Die Anwesenheit von Kohlenmonoxyd, Sauerstoff oder Wasser in geringen Mengen beeinflußt jedoch die Durchführung der Erfindung nicht'wesentlich.

Wenn einmal die Abgase gesammelt sind, werden sie dann durch Reinigung und Kompression weiter-verarbeitet, danach wird der Gasstrom in sein hochreines Kohlenmonoxydprodnkt und in seine Nebenprodukte Kohlendioxyd, Wasser und so weiter aufgetrennt. Zur Abtrennung des Kohlendioxyds von dem Kohlenmonoxyd können übliche Einrichtungen verwendet werden, jedoch hat sich die Absorption mit bestimmten Mitteln, wie z.B. einer Kaliumcarbonatlösung, als praktisch erwiesen. Das für die Durchführung der Erfindung erforderliche Kohlendioxyd kann in Form eines Rezyklisiervmgsstromes aus den verarbeiteten Abgasen erhalten werden, es kann aber auch aus einer unabhängigen Quelle stammen.

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In der beiliegenden Figur enthält ein BOP-Konverter 111 eine Charge von Stahl und Zuschlag 112 und er v/eist eine Abzugshaube 114 auf. Sauerstoff läßt man durch die Lamze 113 in den Kessel einströmen. Während des Stahlherstellungszyklus werden die Abgase aus dem Konverter abgelassen und fließen in die Abzugshaube. Der Druck im Innern der Abzugshaube wird so eingestellt, daß er etwas weniger als Atmosphärendruck beträgt. Durch den Gasverteiler in dem Abzugsschirm 115 wird Kohlendioxyd eingeführt. Der Kohlendioxyd strom wird so eingestellt, daß eine Schutzatmosphäre aus dem Gas jeden physikalischen Spalt füllt, der zwischen der Abzugshaube und dein Konverter vorliegt. Durch diesen Kohlendioxydstrom wird Stickstoff oder Luft von dem Abgasstrom ferngehalten. Die jeweilige Strömungsgeschwindigkeit des Gases hängt natürlich von dem innerhalb der Abzugshaube aufrechterhaltenen Druckdifferential sowie von dem physikalischen Zwischenraum ab, der durch die Einwirkung des Kohlendioxydstromes gefüllt werden soll.

Es können etwa 3,4 Normalliter (0,12 standard cubic foot) Kohlendioxyd pro 28,3 Normalliter (1 standard cubic foot) Kohlenmonoxyd in die Abzugshaube eingesaugt werden. Der Abzugshaube muß eine etwas größere Menge zugeführt werden, um den Verlusten Rechnung zu tragen und um ein Verdünnungsgas zum Reinigen des Systems zu liefern. Gewöhnlich reichen 2,8 bis 8,5 Normalliter (0,10 bis 0,30 standard cubic foot) Kohlendioxyd pro 28,3 Normalliter (1 standard cubic foot) Kohlenmonoxyd aus, um Stickstoff von den Abgasströmen fernzuhalten. Ein besonders bevorzugter Bereich liegt bei 5,1 bis 6,25 Normalliter (0,18 bis 0,22 standard cubic foot) pro. 28,3 Normalliter (I standard cubic foot) Kohlenmonoxyd. Gewöhnlich ist der Gesamtbedarf an Kohlendioxyd ßeririßer air. die Kohlendioxydmenge, die während der nachfolgenden Reinigung erzeugt wird, deshalb entsteht bei dem Prozess als ein Nebenprodukt Koh-

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lendioxydgas.' ' ""- ' Die Abgase werden gekühlt, wenn sie durch die Leitung 116 in übliche Gasreinigungsabschnitte strömen'. Hier kann das partikelförmige Material entfernt werden und die Gase können auf einen Druck komprimiert werden, der sich für die nachfolgende Verarbeitung und die Endverwendung des gereinigten Produktes eignet. Dieser liegt innerhalb des Bereiches von 1,7

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bis 22,1 kg/cm (10 bis 300 psig). Nach der Kompression fließt das Gas durch die Leitung 118 in eine katalytisch^ Oxydati casein« heit 119, in der die geringe Menge Sauerstoff in dem Abgasstrom durch Verbrennung mit dem Kohlenmonoxyd in Kohlendioxyd überführt wird. Das Gas verläßt die katalytisch^ Oxydationseinheit und gelangt durch die Leitung 120 in den Absorber 121, in dem die Kohlendioxydkonzentration des Gasstromes durch ein Absorptionssystem verringert wird. Obwohl jedes übliche Absorptionssystem verwendet werden kann, sind heiße Kaliumcarbonatsysteme besonders praktisch. Dadurch werden die Kohlenmonoxydkonzentrationen auf 0_f05 bis 0,2 Vol.-% herabgesetzt. Di'e an absorbiertem Kohlendioxyd reiche Lösung fließt durch die Leitung 122 von dem Boden des Absorbers in den Abstreifer 123, in dem die Lösung regeneriert und das Kohlendioxyd überkopf abgestreift wird. Ein Teil des Kohlendioxyds kann durch die Leitung 124 in den Gasverteilungsring und den Konverter mit der Abzugshaube im Kreislauf zurückgeführt werden. Der Rest des Kohlendioxyds kann entweder verworfen oder als chemisches Ausgangsmaterial verwendet werden.

Aus dem oberen Abschnitt des Absorbers werden die Gase durch die Leitung 126 in einen kaustischen Wäscher 3 27 überführt, um die letzten Spuren Kohlendioxyd zu entfernen. Schließlich wird dieses Gas zur Entfernung von Wasser durch die Leitung 128 in einen

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Trockner 129 überführt. Für die Wasserentfernung sind Silikagel oder Molekularsie'babsorbentien besonders geeignet. Die Stufen der kaustischen Waschung und der Trocknung können weggelassen v/erden, wenn das Kohlenmonoxydprodukt etwa 0,05 bis 0,2 X Kohlendioxyd enthalten und mit Wasser gesättigt sein kann, dies hängt jedoch von dem jeweiligen Verwendungszweck ab, dem das Kohlenmonoxydprodukt als Ausgangsmaterial zugeführt wird. Natürlich kann auch die Sauerstoffentfernungsstufe weggelassen werden, wenn der Kohlendioxydverbraucher etwa 2 bis etwa 3 % Sauerstoff tolerieren kann. Das spezielle Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Aufeinanderfolge von Behandlungsstufen, bei denen das hochreine Kohlenmonoxyd erhalten wird. Durch Verwendung von Kohlendioxydgas als Abdichtung gegenüber Stickstoff ist es nach diesem Verfahren möglich, die Abgase nach relativ billigen Methoden zu behandeln, indem man zuerst den Sauerstoff und dann das Kohlendioxyd und das Wasser aus dem Kohlenmonoxydproduktstrom entfernt.

Die Erfindung v;ird durch das folgende Beispiel näher erläuteit, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Bei-spiel

In einen BOP-Konverter wurde eine Charge aus Eisen und Zuschlag (Flußmittel) eingeführt und es wurde dar in der beiliegenden Figur erläuterte Prozess durchgeführt. Durch eine Lanze wurde Sauerstoff in den Konverter eingeleitet und auf die Oberfläche der Charge gerichtet. Der Abgasstrom aus dem Konverter enthielt etwa 22 000 Normalliter (778 standard cubic feet) Kohlenmonoxyd, 5500 Normal!itor (195 standard cubic feet) Kohlendioxyd und 765 Kormalliter (27 standard cubic feet) Sauerstoff. In der kata-

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lytischen Oxydationseinheit wurde der Sauerstoff in Kohlendioxyd überführt, so daß etwa 20 800 Normalliter (724 standard· cubic feet) Kohlenmonoxyd und 7100 Normalliter (249 standard cubic feet) Kohlendioxyd in den Absorber eingeführt wurden. In dem

Absorber wurde das Kohlenmonoxyd von dem Kohlendioxyd abgetrennt, Bei dem BOP-Prozess erhielt man mehr Kohlendioxyd als zur Erzielung einer Gasabdichtung zwischen der Abzugshaube und dem Konverter erforderlich. Deshalb entsteht Kohlendioxyd als Nebenprodukt. Durch Eliminaerung des Stickstoffs aus der BOP-KonverteratmoSphäre erhält man Stähle mit überlegenen Alterungseigenschaften.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend anhand einer spezifischen Ausführungsform und eines erläuternden Beispiels beschrieben, . sie ist darauf jedoch nicht beschränkt und sie kann in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden, wie es für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Stahl nach dem Sauerstoffaufblas-Prozess, bei dem die gebildeten Abgase zurückgewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kohlendioxydgasstrom verwendet wird, um den Eintritt von Stickstoff aus der Umgebung in den Abgasstrom zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlendioxydgas in Form eines Stromes in dem Bereich zwischen der Mündung des BOP-Konverters und der AbgasSammlungshaube in Nachbarschaft zu dem Konverter verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesammelten Gase zuerst gereinigt werden und daß das Kohlenmono;.yd von dem Kohlendioxyd abgetrennt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesammelten Gase zur Reaktion gebracht werden, um den Sauerstoff in Kohlendioxyd zu überführen.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesammelten Gase zuerst gereinigt, dann zur Reaktion gebracht werden, um den Sauerstoff in Kohlendioxyd zu überführen, und daß das Kohlendioxyd von dem Kohlerunonoxyd abgetrennt wird.

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