DE2255945A1 - Siemens-martin-ofen - Google Patents

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys.Gerhard üedi 8 München 22 Steinsdorrctr. 21-22 Tel.298462

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SYDlSlEY STEEL CORPORATION P.O.Box 145o, SYDNEY , Nova Scotia / Canada

Siemens-Martin-Ofen

Die Erfindung betrifft eine basischen Siemens-Martin-Ofen mit einem feuerfesten Futter sowie ein Verfahren zur Herstellung von Stahl unter Verwendung dieses Siemens-Martin-Ofens, wobei der Stahl hauptsächlich aus Rohelsen und Altelsen hergestellt wird.

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Basische Siemens-Martin-Öfen zur Herstellung von Stahl sind zwar noch In großem Ausmaß in Nordamerika in Benutzung, und zwar in erster Linie aufgrund ihrer wirtschaftlichen Arbeltswelse. Sie werden jedoch heute schnell durch die nach dem basischen Sauerstoff-Frischverfahren arbeitenden Konverter verdrängt. Gegenwärtig werden mehr als 80% des in Nordamerika erzeugten Stahles in basischen Sauerstoff-Frischöfen bzw. -Konvertern produziert, was zur Folge hat, daß die In Nordamerika vorhandenen basischen Siemens-Martln-Ofenanlagen weltgehend ungenutzt sind.

Obwohl der basische Siemens-Martin-Ofen hochqualltatlven Stahl erzeugt und eine gute Steuerung des Prozesses ermöglicht, liegt sein Hauptnachteil im Vergleich zu dem basischen Sauerstoff-Frischverfahren in der zur Herstellung einer Schmelze erforderlichen Zeit begründet. Die bei einem basischen Siemens-Martin-Ofen zur Herstellung einer Schmelze erforderliche durchschnittliche Zeit schneidet ungünstig ab bei einem Vergleich mit der zur Herstellung einer Schmelze bei einem basischen Sauerstoff-Frischkonverter erforderlichen Zelt, die In der Größenordnung von 1 Stunde oder weniger Hegt. Dieser Zeltfaktor trägt zur Vergrößerung der Kosten bei der Herstellung von Stahl Im basischen Siemens-Martin-Ofen wesentlich bei. Beim Betrieb des basischen Siemens-Martin-Ofens wird weiterhin der Charge Hitze zugeführt, und zwar aus Brennern, die Brennstoff, beispielsweise Öl, verbrennen und die über die Charge In der Ofenkammer strömende Luft erhitzen. Diese Erhitzung Ist beim basischen Sauerstoff-Frischkonverter nicht erforderlich. Außerdem Ist es beim basischen Sauerstoff-Frischverfahren möglich, auf wirtschaftliche Welse kohlenstoffarmen Stahl zu erzeugen, der beim üblichen basischen Siemens-Martin-Ofen nicht derart wirtschaftlich erzeugt werden kann.

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Zur Verbesserung des basischen Siemens-Martin-Ve rf ahrens sind bisher viele Versuche unternommen worden. So wurde insbesondere versucht, in das geschmolzene Metall in der Ofenkammer Sauerstoff, einzuführen, um eine wirksamere Oxidation des Kohlenstoffes und der hierin enthaltenen metalloiden, d. h. nicht-metallischen Beimengungen zu erzielen. Es wurde weiterhin vorgeschlagen (kanadische Patentschrift 620.562), Sauerstoff in das geschmolzene Metall durch die Wände oder den Boden des Hochofenbehälters bzw, der Hochofenbirne einzuführen. Versuche, die darin bestanden, bei einem basischen Siemens-Martin-Ofen den Sauerstoff in das geschmolzene Metall einzuführen, sind jedoch auf die Anwendung von Sauerstofflanzen beschränkt gewesen, die in den Ofen bis über das geschmolzene Metall ragen. Unter den Stahlherstellern herrscht bisher die Auffassung, daß das Einleiten von Sauerstoff in das geschmolzene Metall durch die Wand oder den Boden des Siemens-Martin-Ofens hindurch unter das Niveau des geschmolzenen Metalls aus Sicherheitsgründen unmöglich und auch nicht wünschenswert ist, unter anderem deswegen, weil angenommen wird, daß dies im geschmolzenen Metall in der Ofenkammer ein Kochen bewirkt, das beim konventionellen Stahlherstellungsprozeß so weit wie möglich gesteuert und kontrolliert wird, um die übermäßige Abnutzung der feuerfesten Verkleidung bzw. des Futters des Ofens zu verringern. Insbesondere bei siliziumreichem Eisen, d. h. bei der Herstellung von basischem Stahl mit phosphorarmem Eisen, wurde weiterhin angenommen, daß das Einführen von Sauerstoff in das geschmolzene Metall ein übermäßiges Schäumen der Schlacke hervorrufen würde, und zwar aufgrund der Bildung von Siliziumdioxid im geschmolzenen Metall, wodurch die Strömung von Gasen, beispielsweise Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, aus dem geschmolzenen Metall im Ofen eingeschränkt wird und die aufgeschäumte Schlacke durch die Türen und anderen Öffnungen aus dem Ofen

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austritt. Weiterhin war man der Ansicht, daß dieses Sauerstoffeinführen aufgrund der Größe des Bades an geschmolzenem Metall In der Ofenkammer dem Kohlenstoff keine gleichmäßige Oxidation erteilen würde, was zur Herstellung eines Inhomogenen Stahles führt. Weiterhin glaubte man, daß die Tiefe des Schmelzmetallbades nicht ausreichen würde, um verhindern zu können, daß das geschmolzene Metall durch den unter hohem Druck direkt In das Metallbad eintretenden Sauer stoff strom aus der Ofenkammer herausgeblasen wird. Weiterhin war man der Auffassung, daß sich Im Futter des Ofens In der Nähe der Einführungsstelle des Sauerstoffes In den Ofen eine sehr schnelle und übermäßige Abnutzung der feuerfesten Bestandteile ergeben würde, was zu einem Ausfall der Ofenwand sowie des zum Einleiten des Sauerstoffes In den Ofen verwendeten Kohres führt.

Es Ist bekannt (amerikanische Patentschrift 3 201 104), In das Schmelzmetallbad eines basischen Siemens-Martin-Ofens Sauerstoff durch die Grenzfläche zwischen Schlacke und Metall hindurch einzuführen. In der Praxis Ist dieses Sauerstoff-Elnblasen jedoch nicht besonders wirksam, da lediglich ein äußerst geringer Anteil an Sauerstoff tatsächlich In das Bad gelangt und dieser In das Bad gelangende Sauerstoff nur auf die Oberflächenschicht des Schmelzmetallbades beschränkt Ist. Bisher wurde daher zur Verbesserung der Oxidation des Kohlenstoffes und der Nichtmetalle Im Schmelzmetallbad des basischen Siemens-Martin-Verfahrens bei der überwiegenden Mehrheit der Stahlwerke derart vorgegangen, daß mittels wasser-gekühlter, das Dach des Ofens durchsetzender Sauerstofflanzen Sauerstoff In die Ofenkammer In den Raum über dem geschmolzenen Metall eingeleitet wurde. Dies verbessert zwar die

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Oxidationsgeschwindigkeit beim Verfahren, bewirkt jedoch eine beträchtliche Verunreinigung in der Atmosphäre, was einerseits auf. der Bildung von feinverteiltem Eisen-ni-oxid beruht, das von der durch den Zwischenraum im Ofen oberhalb des Schmelzmetallbades strömenden Heißluft weggetragen wird. Andererseits wird durch die Hitze, die im Zwischenraum über dem geschmolzenen Metall im Ofen erzeugt wird, das basische Ofenfutter über der Charge schnell erodiert, d.h. zerfressen, was.einen häufigen Austausch erfordert und eine Totzelt des Ofens bedingt.

Durch die Erfindung wird der Stahlausstoß des Ofens ganz bedeutend gesteigert und insbesondere beim Verfahren eine außerordentlich wirksame Sauerstoffausnutzung gewährleistet; die Erfindung ermöglicht einen wesentlich höheren Stahlausstoß von einer bestimmten Charge, verringert weitgehend die Verunreinigung, ermöglicht die Herstellung eines hochqualitativen, kohlenstoffarmen Stahls, verringert bedeutend den Verbrauch an feuerfester Ofenausmauerung pro Tonne Stahl beim Verfahren und bewirkt einen höheren Stahlausstoß. Hierdurch kann mittels des basischen Siemens-Maria-Verfahrens Stahl zu Preisen erzeugt werden, die denen des beim basischen Sauerstoff-Frischverfahrens erzeugten Stahls vergleichbar sind. Gleichzeitig können die dem basischen Siemens-Martin-Verfahren eigenen Vorteile, wie Steuerungsmöglichkeit und Flexibilität des Verfahrens sowie die Möglichkeit der Benutzung schrottreicher Chargen, voll ausgenutzt werden.

Gemäß der Erfindung hat sich nun gezeigt, daß die vorerwähnten Vorteile dadurch erzielt werden können, daß ein Sauer stoff strom durch wenigstens ein Blasrohr, vorzugsweise jedoch durch mehrere in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Blasrohre,

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die das Ofenfutter bis zu einer Stelle unterhalb des Niveaus des geschmolzenen Metalls In der Ofenkammer und vorzugsweise bis nahe des Bodens der Ofenkammer durchsetzen, eingeführt wird. Hierbei sind das Blasrohr und die Ofenwand vor Erosion dadurch geschützt, daß gleichzeitig ein Strom von Kohlenwasserstoff-Brennstoff, beispielsweise Propan, durch das Blasrohr hindurch eingeleitet wird, der den Sauerstoffstrom umgibt.

Zur Lösung der obengenannten Aufgabe Ist daher erfindungsgemäß der eingangs erwähnte basische Siemens-Martin-Ofen, dessen Ofenkammer zur Herstellung von Stahl ein basisches feuerfestes Futter aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens ein Blasrohr, welches das Ofenfutter durchsetzt und zur Einführung von Sauerstoff In das In der Kammer enthaltene geschmolzene Elsenmetall unter dem Spiegel der Schmelze In die Kammer einmündet, sowie versehen Ist mit einem Innenrohr, mit einem dieses Im Abstand umgebenden Außenrohr, mit einer Einrichtung zum Einführen eines Sauerstoffstromes durch das Innenrohr In den Ofen und mit einer Einrichtung zum Einführen eines Stromes von Kohlenwasserstoff-Brennstoff durch den Raum zwischen Innenrohr und Außenrohr in den Ofen, wobei der Brennstoff bei der Strömung in die Ofenkammer den Sauerstoff strom umgibt und das Ende des Blasrohres sowie die benachbarten Teile des Ofenfutters vor Erosion bzw. Abnutzung schützt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.

Beim Betrieb eines basischen Siemens-Martin-Ofens zur Herstellung von Stahl Ist nach dem Verfahren gemäß der Erfindung vorgesehen,

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daß ein Sauerstoff strom in das geschmolzene Metall in der Kammer des Ofens an einer Stelle unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Metalls durch wenigstens ein das Ofenfutter durchsetzendes Blasrohr eingegeben, zur Herstellung des Stahls das Kochen des geschmolzenen Metalls in der Ofenkammer hervorgerufen und die Oxidation des Kohlenstoffs sowie der nicht-metallischen Beimengungen durchgeführt wird und daß gleichzeitig ein Strom, von Kohlenwasserstoff-Brennstoff durch die Blasrohre in das geschmolzene Metall eingegeben wird, wobei dieser Strom den Sauerstoff strom umgibt und das Blasrohr sowie das diesem benachbarte Ofenfutter vor Erosion schützt.

Die Einführung des Sauerstoff stromes unterhalb des Niveaus der Oberfläche des geschmolzenen Metalls und vorzugsweise nahe dem Boden des basischen Siemens-Martin-Ofens ermöglicht es, daß der Sauerstoff durch das geschmolzene Metall nach oben strömt, wodurch beim Oxidieren des Kohlenstoffs und der nicht-metallischen Beimengungen zum geschmolzenen Metall, wie beispielsweise Kohlenstoff, Silizium, Phosphor und Mangan, eine wirksame Anwendung des Sauerstoffs erfolgt, da eine innige Berührung zwischen dem Sauerstoff und dem geschmolzenen Metall vorliegt. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von einer bestimmten Ofencharge eine verbesserte Stahlausbeute erzielt, und wenn sich in der geschmolzenen Charge die Oxidation von Eisen zu Eisen-IH-oxid ergibt, wird die Erzeugung von aus der Charge stammendem feinverteiltem E isen-IIH>xid in die über der Charge strömende Luft weitgehend reduziert, was wiederum die Stahlausbeute erhöht und die Verunreinigung der Atmosphäre verringert. Aufgrund der Güte der Oxidation kann ein größerer Anteil von Kohlenstoff im

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Stahl auf wirtschaftliche Welse zu Kohlenmonoxid und Kohlendloxid oxidiert werden, weswegen mit dem Verfahren gemäß der Erfindung auch hochqualltatlver kohlenstoff armer Stahl wirtschaftlich erzeugt werden kann.

Da die Oxidation von Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phosphor und Elsen exotherme Reaktionen darstellen und die während der Oxldation erzeugte Hitze zur Aufrechterhaltung des Stahlherstellungsprozesses verwendet wird und da weiterhin weniger oder gar keine Hitze außerhalb des Oxidationsprozesses erforderlich ist, wird die Brennstoffmenge, die für die Brenner zur Erhitzung der über das geschmolzene Metall Im Ofen strömenden Luft erforderlich Ist, weitgehend verringert und kann sogar in der Ofenkammer weggelassen, d. h. zu Null gemacht werden, wenn der Sauerstoff strom in das geschmolzene Metall ausreichend schnell Ist, um sämtliche zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperatur benötigte Wärme zu erzeugen. Der ansonsten übliche Brennstoffverbrauch des basischen Siemens-Martin-Ofens wird daher durch das erfindungsgemäße Verfahren bedeutend reduziert und kann sogar völlig wegfallen. Da darüber hinaus die von den exothermen Reaktionen stammende Hitze direkt im geschmolzenen Metall, jedoch nicht in dem Raum über dem geschmolzenen Metall erzeugt wird, bleibt dieser Raum relativ kühl und es Ist die Erosion bzw. Abnutzung der feuerfesten Wandauskleidung Im Raum oberhalb des geschmolzenen Metallbades bedeutend verringert.

Bisher diente die über das geschmolzene Metall strömende Luft unter anderem als Primäroxidationsmittel für die metallischen und nicht-metallischen Beimengungen im geschmolzenen Metall. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren der Sauerstoff direkt dem Stahl

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zugeführt wird, ist bedeutend weniger oder sogar überhaupt keine Luft zur Oxidation dieser Beimengungen im Stahl erforderlich, wenn der Sauerstoff strom zur Durchführung der Oxidation ausreicht. Gleichwohl kann jedoch eine Luftzufuhr noch angezeigt sein, um das durch die Oxidation des Kohlenstoffs im Schmelzmetallbad erzeugte Kohlenmonoxid in Kohlendioxid umzuwandeln, da dieses das Bad zusammen mit der erzeugten Hitze verläßt, die In den Gittern des üblichen basischen Siemens-Martin-Ofens zurückgewonnen und aufgefangen sowie als zusätzliches Hilfsmittel zum Aufrechterhalten der Temperatur des Sehmelzmetallbades verwendet werden kann. Es kann daher bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Sauerstoffs in das Schmelzmetallbad sowohl die Luftströmung durch die Ofenkammer über dem Bad als auch der Brennstoffstrom zu den Brennern des basischen Siemens-Martin-Ofens weggelassen bzw. beseitigt werden oder die Luft kann lediglich dazu verwendet werden, um die Im Verfahren erzeugten Gase aus der Ofenkammer auszutreiben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß der Luftstrom, wenn er sich durch den Ofen über das Sehmelzmetallbad bewegt, eine gewisse Oxidation des Kohlenstoffs bewirkt, und es hat sich gezeigt, daß die Wirksamkeit des Sauerstoffs bei der Oxidation im Hinblick auf diesen Luftstrom sehr hoch ist und sogar 132 - 140 % erreichen kann.

Eine durch die Erfindung erzielte bedeutende Verbesserung gegenüber dem bekannten basischen Siemens-Martin-Verfahren liegt in der Arbeitsgesamtgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens begründet, bei dem die Oxidationszelt zur Erzeugung einer Schmelze sehr leicht auf die Größenordnung von. 1 Stunde oder weniger verkleinert werden kann. Diese Zelt schneidet bei einem Vergleich mit der Betriebszelt des basischen Sauerstoff-Frischverfahrens

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außerordentlich günstig ab. Weiterhin weist das basische Siemens-Martin-Verfahren den Vorteil auf, daß es eine bedeutend bessere Steuerung des Prozesses gestattet und deswegen eine größere

Insofern

Flexibilität/aufweist, als bei dem basischen Siemens-Martin-Verfahren die Ofenrohcharge fester, d.h. ungeschmolzener Elsenabfall, festes Rohelsen, geschmolzenes Rohelsen oder eine Mischung hiervon sein kann, wogegen beim basischen Sauerstoff-Frischverfahren geschmolzenes Rohelsen Immer vorhanden sein muß und Schrott lediglich In begrenzten Mengen verwendet werden kann. Beim erfindungsgemäßen basischen Siemens-Martin-Verfahren kann der Schrott In der Ofencharge In Mengen vorliegen, die mehr als 30 Gew. -% betragen. Er kann sogar In Mengen vorliegen, die wenigstens 60 Gew. -% betragen, wobei das Verfahren auch mit einem solch hohen Schrottgehalt In der Ofencharge leicht durchgeführt werden kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung weist gegenüber dem basischen Sauerstoff-Frischverfahren eine bedeutende Flexibilität auf.

So Ist es Im einzelnen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, zu jeder beliebigen bestimmten Zelt den Kohlenstoffgehalt und die Temperatur des geschmolzenen Metalls In der Ofenkammer zu bestimmen. Es Ist außerdem möglich, die Temperatur des geschmolzenen Metalls Im Ofen wahlweise zu regeln. Beispielsweise kann die Temperatur des geschmolzenen Metalls mittels der üblichen Brenner, die beim basischen Siemens-Martin-Ofen zum Erhitzen der über das geschmolzene Metall strömenden Luft vorgesehen sind, und/oder mittels der von den Gittern des Ofens erzeugten Hitze vergrößert werden. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls Im Ofen kann demgegenüber durch die Zugabe von Altelsenerz oder Walzenschlacke zur Ofenkammer verringert werden. Es ist außerdem möglich, den

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Prozeß dadurch zu verlangsamen, daß der Strom von Kohlenwasserstoffbrennstoff durch das Blasrohr vergrößert wird, und zwar zusammen mit einer entsprechenden Regelung der Temperatur des Metallbades mittels der Brenner oder der von den Gittern des Ofens gewonnenen Hitze. Dies stellt hinsichtlich der Entwicklung eines kontinuierlichen Vergleßens einen großen Vorteil dar, da es möglich Ist, genau nach Bedarf Stahlschmelzen der erwünschten präzisen Zusammensetzung zu schaffen, selbst wenn noch im allerletzten Augenblick Änderungen erforderlich sind. Aufgrund der gesteuerten Temperatur, der Sauerstoffzugabe und daher auch aufgrund der Geschwindigkeit des Verfahrensablaufes Ist es weiterhin einfach, die Abstichzeit des Ofens zu bestimmen und diese Abstichzelt einen bedeutenden Zeltraum vorher zu wissen, bevor der Abstich erfolgt. Gleichzeitig ist die genaue Güte des abzustechenden Stahls schon bekannt, weswegen sich beim erfindungsgemäßen Verfahren eine gleichmäßige Güte des Stahls leicht erzielen läßt. -

Beim Verfahren gemäß der Erfindung Ist es außerdem möglich, dem geschmolzenen Metall jegliches gewünschte Material zuzugeben, was dadurch erfolgt, Indem man das Material in einem Gasstrom im Blasrohr mitströmen läßt. Diese Mitnahme läßt sich leicht durch bekannte Einrichtungen zum Eingeben von Feststoffteilchen in Gasströme eratelen. So kann beispielsweise zur Erzeugung eines schwefelarmen Stahls Kalk zugegeben werden, es kann zur Regelung der Länge der Zeltdauer des Stahlherstellungsprozesses Kohlenstoff zugegeben werden, und es kann zum Kühlen des Metalls im Ofen und zur Elsen- und Sauerstoffanreicherung im geschmolzenen Metall Elsenerz oder Walzenschlacke zugegeben werden.

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Für eine wirkungsvolle Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich tm Hinblick auf eine besondere Strömungsgeschwindigkeit des In das geschmolzene Metall strömenden Sauerstoffs gezeigt, daß zwischen der Reduktionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffgehaltes des geschmolzenen Metalls und der Steigerungsgeschwindigkeit der Temperatur des geschmolzenen Metalls eine besondere lineare Beziehung vorliegt. Wenn daher der Kohlenstoffgehalt und die Temperatur des geschmolzenen Metalls zu einem besonderen Zeltpunkt bestimmt werden und die Temperatur gemäß dieser linearen Beziehung eingeregelt wird, so kann die präzise Abstichzelt, d. h. der Zeltpunkt, zu dem der erwünschte Kohlenstoffgehalt der vom Ofen abzustechenden Stahlschmelze erreicht wird, leicht bestimmt werden. Unter der Voraussetzung, daß der Abstich zu diesem Zeitpunkt erfolgt, Ist gewährleistet, daß der Stahl die erwünschte Qualität aufweist. Wenn nach Wunsch das Verfahren bzw. die Behandlungsdauer verlängert werden sollen, kann zusammen mit einer entsprechenden Regelung der Temperatur des geschmolzenen Metalls eine Regelung der Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit oder der Kohlenstoffzugabe erfolgen und leicht eine neue Abstichzeit für die gleiche Stahlqualität bestimmt werden.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die Blasrohre und das feuerfeste basische Futter, das die Blasrohre umgibt, vor Abnutzung bzw. Erosion geschützt werden. Um dies zu erreichen, Ist der Sauerstoffstrom von einem Strom aus Kohlenwasserstoffbrennstoff, beispielsweise Propan, umgeben. Dies wird dadurch erzielt, daß das Blasrohr In Form eines Innenrohres sowie eines dieses Im Abstand umgebenden, vorzugsweise koaxialen Außenrohres gestaltet Ist, wobei der Sauerstoff durch das Innenrohr strömt,

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während der Kohlenwasserstoffbrennstoffstrom durch den zwischen dem Innenrohr und Außenrohr gegebenen Zwischenraum erfolgt. Das Blasrohr Ist In feuerfeste Steine eingepaßt, so daß das Außenrohr In diesen Steinen einen festen und dichten Sitz aufweist. Diese das Blasrohr aufnehmenden feuerfesten Steine werden sodann zusammen mit hochwertigem feuerfestem Material derart In Ihre Lage gemauert, daß die feuerfesten Steine einen Teil des Ofenfutters bilden. Die Lage und Anordnung der feuerfesten Steine Ist deswegen wesentlich, als sie nach Bedarf derart gelegt werden sollen, daß der Boden des Ofens tiefer Hegt als die Einlaßstelle des Blasrohres, wodurch nach dem Abstich des Ofens eine übermäßige Erosion des Blasrohres und der Ofenlnnenverkleldung vermieden wird. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das Außenrohr des Blasrohres in einer Hülse verschleblich, die fest In die feuerfesten Steine eingepaßt ist. Hierdurch kann das Blasrohr, wenn dessen Ende abgenutzt ist, wahlweise welter in die Ofenkammer verschoben werden, wodurch die Erosion des feuerfesten Futters in der Nähe des Blasrohrendes auf ein Minimum reduziert wird.

Es Ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß der Kohlenwasserstoffbrennstoff, beispielsweise Propan, mit einer ausreichend großen Geschwindigkeit durch das Blasrohr strömt, um bei der Dissoziation des Brennstoffs beim Eintritt In das geschmolzene Metall eine ausreichende Kühlung zu erzielen, welche das Blasrohr und das umgebende feuerfeste Futter der Ofenkammer vor Erosion schützt. Es hat sich ganz allgemein gezeigt, daß der Brennstoff, beispielsweise Propan, weniger als 6 Vol.-%, jedoch wenigstens 3,5 Vol.-% des Sauerstoffstromes betragen sollte; die In das geschmolzene Metall eingegebene Brennsfoffmenge liegt vortellhafterwelse in der

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Größenordnung von 3,5-5 Vol.-% des Sauerstoffstromes, jedoch Ist diese Größenangabe nicht unverrückbar, sondern wird letztlich von der Größe des/installierenden Blasrohres bestimmt. Wenn das Blasrohr dazu verwendet wird, um ganz zu Anfang der Inbetriebnahme des Ofens den Eisenschrott zu schmelzen, so kann der Brennstoffstrom durch das Blasrohr sogar noch mehr gesteigert werden, um eine Brennflamme zu schaffen, d. h. Hitze zum Schmelzen des Elsenschrotts zu erzeugen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs durch das Blasrohr sollte so hoch wie möglich sein, so daß die Oxidations reaktion und die derart erzeugte exotherme Wärme einen größtmöglichen Abstand vom Blasrohrende und damit auch vom feuerfesten Futter des Ofens aufweisen. Der Windkesseldruck bzw. der Leitungsdruck des Sauerstoffs am Blas-

2 rohr sollte nicht weniger als 7, 03 kp/cm sein und vorzugsweise

14,1 kp/cm betragen. Der entsprechende Druck für das Propan

liegt vortellhafterwelse In der Größenordnung von 6,33 - 8,44kp/cm Der Strömungsdruck am Blasrohr muß daher ausreichend groß sein, damit er die ferrostatlsche Säule des geschmolzenen Metalls Im Ofen überwinden und einen Druck schaffen kann, der eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des In das geschmolzene Metall eingegebenen Sauerstoffs zur Folge hat. Je schneller der Sauerstoff In das geschmolzene Metall eingeleitet wird, umso schneller erfolgt die Reaktion. So liegt beispielsweise bei einem basischen 220 t-Slemens-Martln-Ofen mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 28oom /h die für die Oxidations reaktion gemessene Zelt bei etwa

80 min. Bei Strömungsgeschwindigkeiten bis zu 34ooom /h werden Oxldatlonszelten von weniger als 20 min erreicht. Die Strömungsgeschwindigkeit des In das geschmolzene Metall strömenden Sauerstoffs liegt bei einem Wert, welcher der Größe der Im Ofen ent-

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.- 15 -

haltenen Charge und der Querschnittsfläche des Blasrohres proportional Ist. So schwankt die Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs beispielsweise für eine typische Blasrohrform mit einem Rohr von 16 mm Innendurchmesser und für eine Charge von 220ooo t Stahl Im Ofen

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von 850 m /h für ein einziges Blasrohr bis zu 34ooom /h für mehrere Blasrohre. Bei solch kurzen Oxidationszeiten kann auch auf den Luftstrom über das Schmelzmetallbad Im basischen Siemens-Martin-Ofen sowie auf den Brennstoff, der den Brennern zur Erhitzung der über die Oberfläche des Metallbades strömenden Luft eingegeben wird, weltgehend verzichtet werden.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Stahl dadurch hergestellt, daß der Ofen mit kaltem Schrott und heißem Roheisen beschickt wird. Während der Zugabe des Elsenschrottes werden die Sauerstoff- und Kohlenwasserstoff-Brennstoffströme von den Blasrohren aus In den Schrott eingegeben, um die Schrott-Temperatur zu heben, und mit der Zugabe des Elsenmetalls wird die Frischung bzw. Raffinierung' durchgeführt, um die gewünschte Qualität des Stahles zu erreichen. Wenn der Stahlabstich bereit Ist, wird das Abstichloch geöffnet und anstelle von Sauerstoff In das geschmolzene Metall ein Inertes Gas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, eingegeben, um die Reaktion zu unterbrechen und dazu beizutragen, daß der Stahl mit der gewünschten Zusammensetzung erzielt wird. Es Ist Immer erforderlich, den Gasstrom durch das Blasrohr hindurch während des Abstichs des Ofens welter forzusetzen, um das Blasrohr für das darauffolgende Beschicken und den Welterbetrieb des Ofens offenzuhalten.

Die Erfindung wird Im folgenden Im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt In:

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Flg. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf den basischen

Siemens-Martin-Ofen gemäß der Erfindung;

Flg. 2 einen Schnitt gemäß Linie Π-ΙΙ In Flg. 1;

Flg. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Ofens;

Flg. 4 ein Detail der Anordnung der Blasrohre Im Ofen;

Flg. 5 perspektivisch die Anordnung der Blasrohre In der

feuerfesten Wandauskleldung des Ofens;

Flg. 6 einen besonderen, bei der Ausführungsform gemäß

Flg. 5 verwendeten feuerfesten Stein in Vorderansicht und

Flg. 7 In Draufsicht.

Der In der Zeichnung dargestellte basische Siemens-Martin-Ofen weist eine Ofenkammer 1 auf, die gebildet Ist durch ein Dach, d. h. durch einen Gewölbeabschluß 2, eine Stirnwand 3, eine Rückwand 4 und durch einen Boden 5, wobei all diese Teile aus Magnesitstein bestehen. Der Ofen wird durch In der Stirnwand 3 vorgesehene Öffnungen 6 beschickt, die durch nicht dargestellte Türen verschließbar sind. Über die In der Ofenkammer 1 befindliche Charge wird normalerweise durch Einlasse und Auslässe 7 mittels nicht dargestellter Gebläse Luft geblasen, wobei die Luft wenigstens anfänglich durch Ölbrenner 8 erhitzt wird. Die überschüssige Wärme wird In Gittern 9 aufgefangen und der Luftstrom periodisch umgekehrt, um die In den Gittern 9 gewonnene Wärme zum Vorwärmen der an-

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kommenden Luft zu verwenden. Wenn die Schmelze fertiggestellt Ist, wird der Ofen durch einen Ausguß 10 in den EUckwänden 4 der Ofenkammer 1 abgelassen, die nach Bedarf bei einem stationären oder kippbaren basischen Siemens-Martin-Ofen vorgesehen sein kann. Soweit der Siemens-Martin-Ofen bisher beschrieben wurde, entspricht er den bekannten Öfen, weswegen auf eine ins einzelne gehende Erläuterung verzichtet wird.

Gemäß der Erfindung weist die Ofenkammer 1 Reihen 11 von Blasrohren 12 auf; die sich beidseits des Abstichloches 10 durch die Rückwand 4 der Ofenkammer 1 hindurch erstrecken. Jedes Blasrohr 12 weist ein Innenrohr 13 sowie ein hierzu koaxiales Außenrohr 14 auf. Von einer Sammelleitung 13c wird über eine Leitung 13a, die ein Steuerventil 13b enthält, ein Sauerstoffstrom durch das Innenrohr 13 jedes Blasrohres 12 geleitet. Weiterhin wird von einer Sammelleitung 14c über eine Leitung 14a, die ein Steuerventil 14b enthält, ein Strom von Kohlenwasserstoffbrennstoff, beispielsweise Propan, durch den Zwischenraum zwischen dem Innenrohr 13 und dem Außenrohr 14 geleitet. Das Außenrohr 14 ist in mit Teer imprägnierte, schwere Magnesitsteine 15 einzementiert, wobei jeder Magnesitstein mittels Ausnehmungen 16 und Vorsprüngen 17 derart ausgebildet ist, daß er mit einem weiteren gleich ausgebildeten Magnesitstein 15 verbunden werden kann. Wie insbesondere aus Flg. 2 und 4 ersichtlich, ragen die Blas rohr reihen 11 in der Nähe des Ofenbodens 5, jedoch im Abstand hierzu, in die Ofenkammer 1. Hierdurch wird beim Abstich des Ofens vermieden, daß eine Restlache an geschmolzenem Metall das Blasrohr 12 bedeckt, was sich ergeben würde, wenn jedes Blasrohr 12 den Boden 5 des Ofens durchsetzen würde; in letzterem Falle würde die verbleibende Schmelzmetall-Lache in Verbindung mit dem Sauer stoff strom das Ende der Blasrohre 12 sowie das diesen

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benachbarte feuerfeste Futter schnell zerfressen.

Das folgende AusfUhrungsbeispIel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung:

Ausführungsbelspiel

Es wurde ein 200 t-Ofen der in der Zeichnung dargestellten Ausbildung verwendet. Die Ofenkammer 1 wurde etwa 10-12 h lang mittels den Brennern 8 und mit einem Luftstrom durch die Einlasse 7 durch die Ofenkammer 1 hindurch erhitzt, um den Ofen auf eine Arbeitstemperatur von etwa 1316 C zu bringen. Die Feststoffmaterialien, Insbesondere Kalk, Kalkstein, Elsenerz und Schrott, die In dieser Reihenfolge die Ofencharge ausmachen, wurden der Ofenkammer zugegeben, wobei während der Beschickung des Ofens mit diesen Materialien durch die Brenner 8 eine maximale Brennstoffmenge verbrannt wurde. Zusätzlich hierzu wurde durch die Blasrohre 12 Sauerstoff und Propan geleitet, um den Schrott In der Ofencharge zu erhitzen und zum Schmelzen zu bringen. Während des Erhltzens der Ofenkammer und des Schmelzens des Eisenschrottes in der Ofencharge wurde den Brennern 8 Heizöl mit einer Geschwindigkeit von 2650 l/h zugeführt, wobei die Ölbrenner 8 abgestellt wurden, wenn der Ofencharge das geschmolzene Rohelsen zugegeben wurde. Nach Abschluß der Zugabe des Elsenabfalls zur Ofencharge wurde dieser heißes Rohelsen In einer solchen Menge zugegeben, daß das erforderliche Abstichgewicht erreicht wurde. Die durch die Blasrohre 12 eingeleitete Menge an Sauerstoff und Propan wurde so lange gesteigert, bis der gewünschte Sauerstoff strom erreicht war und das Propan wenigstens 3,5 VoI-% von Sauerstoff betrug. Der Sauer stoff st rom In den Ofen wurde beibehalten, bis der Stahl den erforderlichen Kohlenstoffgehalt und die

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erforderliche Temperatur erreichte, worauf er dann durch ein Abstichstrahlrohr sowie durch den Ausguß 10 zum Abstich gebracht wurde. Während der Blasperiode, d.h. während des Zeitraumes, in dem der Sauerstoff in das geschmolzene Eisen-III-Metall in der Ofenkammer 1 geblasen wurde, wurden von der Ofenkammer 1 periodisch Proben genommen und die erforderlichen Temperaturregelungen des während der Blasperiode verbliebenen Bades durchgeführt, indem entweder zum Kühlen der Ofenkammerwand Eisenerz oder Schrott zugegeben oder indem zur Erhitzung der Ofenkammer 1 Heizöl zu den Brennern 8 geleitet wurde, wenn die Temperatur im Ofen zu niedrig war. Als die Zusammensetzung und die Temperatur des Stahles in der Oferikammer 1 den erforderlichen Betrag erreichte, wurde die Oferikammer 1 abgestochen und weiterhin eine verringerte Menge Sauerstoff kontinuierlich durch die Blasrohre 12 geleitet, bis in der Ofenkammer 1 kein Stahl mehr enthalten war. Als die Ofenkammer 1 leer war, wurde der durch die Blasrohre 12 strömende Sauerstoff durch Stichstoff ersetzt, worauf der Ofen, sodann inspiziert und gegebenenfalls repariert werden kann. Aus der folgenden Tabelle ergeben sich die für eine besondere Reihe von Schmelzen geltenden Arbeitsbedingungen sowie die hiermit erzielten Ergebnisse:

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Tabelle

Ausbeute (Metall- zu Guteingabe) Durchschnittsmenge (von Abstich zu Abstich) Durchschnittsmenge (Charge zu Abstich) O -Blasmenge (max) Verwendeter Sauerstoff Sauerstoffwirksamkeit Geschwindigkeit der Kohlenstoffabnahme Verwendeter Stickstoff Verwendetes Propan durchschnittlich verwendetes Öl durchschnittliche Schrottcharge durchschnittliche Heimetallcharge Verwendetes Eisenerz Verwendeter Kalkstein Verwendeter Kalk Kaltroheisencharge Blas ze it

durchschnittliche O -Blasmenge

it

90% 50 t/h 83 t/h

382o m³/n

23,2 m³/t

1, 415kg C/m³ O.

4,oo Telle/mln

8,5 m³/t Stahl 7, 57 l/t Stahl 17,4 l/t Stahl 33» 0 % 66, 7 % 24 kg/t Stahl 3,63 kg/t Stahl 17, 7 kg/t Stahl 0, 3 %

Heißmetall-Fertlgbearbeltung bis Abstich 76 min

2940 m³/h

Ee hat sich beim vorerwähnten Verfahren gezeigt, daß das Aufkochen des geschmolzenen Ofenmetalls in der Ofenkammer 1 keine Ine Gewicht fallende Erosion der feuerfesten Wandverkleidung der Ofenkammer 1 bewirkt und daß weiterhin aufgrund der längeren Lebensdauer der feuerfesten Wandverkleidungen am Deckengewölbe 2 der Ofenkammer 1 die Totzeiten, innerhalb der die Ofenkammer 1 neu verkleidet werden müssen, verringert sind. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß selbst bei der Verwendung von sUizlum-reichem Elsen In der Ofenkammer 1 dae

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Schäumen der Schlacke in der Ofenkammer 1 minimal ist, und es wird angenommen, daß dies auf der sehr großen Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der Ofenkammer 1 beruht,' welcher die Agglomeration von Silizlumdioxid, das durch"Oxidation dee Siliziums gebildet ist, verringert. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß sich eine entsprechende Wirkung des Eisenmetalls in der Ofenkammer 1 ergibt, um eine weitgehend homogene Stahlschmelze zu erzeugen. Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß ein Spritzen des geschmolzenen Eisenmetalls durch die Ofentüren hindurch in wesentlichem Ausmaß nicht erfolgt, wenn die Gasströme in das in der Ofenkammer 1 verhandene geschmolzene Metall gesteuert werden, beispielsweise durch Steuerung der Größe der Rohre und des Druckes des Sauerstoffs an den Sammelleitungen.

Das im Ausführungsbeispiel geschilderte Verfahren kann Innerhalb eines in einem großen Bereich schwankenden Verhältnisses von heißem Koheisen zu Festmetallschrott betrieben und zur Herstellung von Stahl jeglicher Gütestufe verwendet werden. Der Brennstoffverbrauch der Ofenbrenner 8 kann bis auf Null reduziert werden, wenn der heiße Roheisenanteil in der Ofencharge wenigstens 70% erreicht

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und etwa 48,1 m O /t Stahl in einem Zeitraum von nicht weniger als 30 min verfügbar sind. Während dieses Zeitraumes wird die

auf
Ofenverbrennungsluft/einem Maximum gehalten, damit das von dem geschmolzenen Eisenmetallbad abgegebene Kohlenmonoxid verbrannt wird.

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Claims (3)

1. Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84

   Sydney Steel Corporation

   P 22 55 945.1 B 5838
2. 2. April 1973

   Patentansprüche

   1. Basischer Siemens-Martin-Ofen, dessen Qfenkammer zur Herstellung von Stahl ein basisches feuerfestes Futter aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens ein Blasrohr (12), welches zur Einführung von Sauerstoff in das in der Qfenkammer (1) enthaltene geschmolzene Eisenmetall das Ofenfutter der Qfenkammer (1) unter dem Spiegel der in der Kammer enthaltenen Schmelze durchsetzt. „•

   2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blasrohr (12) versehen ist mit einem Innenrohr (13), mit einem dieses im Abstand umgebenden Außenrohr (14), mit einer Einrichtung (13a, b, c) zum Einführen eines Sauerstoffstromes durch das Innenrohr in die Qfenkammer und mit einer Einrichtung (14a, b, c) zum Einführen eines Stromes von Kohlenwasserstoff brennstoff durch den Raum zwischen Innenrohr und Außenrohr in die Ofenkammer, wobei der Brennstoff bei der Strömung in die Qfenkammer den Sauerstoff strom umgibt und das Ende des Blasrohres sowie die benachbarten Teile des Qfenfutters vor Abnutzung schützt, y
3. 3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blasrohr (12) dem Boden (5) der Qfenkammer (1) benachbart ist. ^

   4. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Blasröhre (12) im Abstand voneinander längs der Ofenkammer (1) vorgesehen sind. "

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   ORIGINAL INSPECTED

   5. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blasrohr (12) in geringem Abstand über dem Boden (5) der Qfenkammer (1) angeordnet ist. ^

   6. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (13) und das Außenrohr (14) koaxial zueinander angeordnet sind, s

   7. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (14) in feuerfeste Blasrohrsteine (15) eingepaßt ist, die einen Teil des Qfenfutters bilden.s

   8. Ofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Blasrohre (12) umgebenden Steine (15) aus feuerfestem Schwermaterial bestehen. _y

   9. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (14)* verschieblich in einer Hülse angeordnet ist, die in die feuerfesten Blasrohrsteine (15) eingepaßt

   10. Verfahren zur Herstellung von Stahl unter Verwendung des Siemens-Martin-Ofens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch wenigstens ein das Ofenfutter durchsetzendes Blasrohr ein Sauerstoffsystem in das geschmolzene Metall der Qfenkammer an einer Stelle unterhalb der Metalloberfläche eingegeben, zur Herstellung von Stähl das Kochen des geschmolzenen Metalls der Qfenkammer hervorgerufen und die Oxidation des Kohlenstoffs sowie der nicht-metallischen Beimengungen durchgeführt wird, und daß gleichzeitig durch die Blasrohre

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   in das geschmolzene Metall ein Strom von Kohlenwasserstoff-Brennstoff eingegeben wird, der den Sauerstoffstrom umgibt und das Blasrohr sowie das diesem benachbarte Ofenfutter vor Erosion schützt.._,

   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Luft und Brennstoff über die Charge in der Qfenkammer geleitet und das Mischungsverhältnis von Brennstoff zu Luft in diesem Strom durch den durch die Blasrohre geleiteten Gasstrom verkleinert wird, j

   12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffanteil in der über die Charge geleiteten Mischung zu Null gemacht wird, s

   13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Luftanteil in der über die Charge geleiteten Mischung zu Null gemacht wird.«/

   14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff und der Kohlenwasserstoff-Brennstoff durch die Blasrohre an mehreren in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Stellen in die Ofenkammer eingeleitet werden. -^

   15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom an Kohlenwasserstoffbrennstoff 1-5 Vol. % des Sauerstoffs beträgt. «•

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   16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoff-Brennstoff Propan verwendet wird, s

   17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsdruck des Propans

   6, 33 - 8, 44 kp/cm² beträgt. ^

   18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsdruck des Sauerstoffs und

   Kohlenwasserstoff-Brennstoffs an den Blasrohren wenigstens 2

   7, 03 kp/cm beträgt. •

   19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsdruck des Sauerstoffs und Kohlenwasserstoff-Brennstoffs an den Blasrohren wenigstens

   14,1 kp/cm² beträgt. J

   20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß η ach der Beendigung der Oxidation des Kohlenstoffs und der nicht-metallischen Beimengungen im geschmolzenen Metall anstelle von Sauerstoff durch die Blasrohre ein nichtoxidierendes Gas geleitet wird. ^

   21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ofen eingegebene Charge eine Mischung aus Schrott und geschmolzenem Eisen aufweist. _y

   22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrott wenigstens 50 % der Metallcharge beträgt. ^

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   23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallcharge wenigstens 70 % geschmolzenes Eisen aufweist, y

   24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entschwefelung des Eisenmetalls während der Stahlherstellung dem Sauerstoff strom Kalkteilchen beigegeben werden. J

   25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zur Senkung der Temperatur in der Ofenkammer dem Ofen Eisenoxide durch Mitnahme im Blasrohr-Gas strom beigegeben werden. •

   26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß als Eisen silizium-reiches Eisen verwendet wird, j

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