DE2316768B2 - Verfahren zum frischen von metallen, insbesondere roheisen, und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Diese bekannten Verfahren sind mit dem Nachteil behaftet, daß der größte Teil des Wasserstoffes der gespalteten Kohlenwasserstoffe das Metallbad nahezu unverbrannt passiert wodurch sich ein geringes Wärmeeinbringen bezogen auf die zugesetzten Kohlenwasserstoffe ergibt; hinzu kommt aucn die endotherm ablaufende Kohlenwasserstoffzersetzung. Weiter nimmt der flüssige Stahl Wasserstoff in sich auf, der durch aufwendige Nachreinigung, z. B. durch Spülen mit geeigneten Gasen, wieder entfernt werden muß.

Wenn zur Abgasreinigung die Abgase teilweise oder nahezu unverbrannt abgezogen werden sollen, um die Anlagenkosten niedrig zu halten, ergibt sich für die genannten Verfahren ein weiterer großer Nachteil, der darin besteht, daß der Wasserstoffgehalt im Abgas die Explosionsgefahr im Abgassystem erhöht und deshalb bestimmte Grenzen nicht überschreiten darf. Aus diesem Grunde sind einer Vergrößerung des Kohlenwasserstoffmengenstromes, z. B. zum Zwecke größeren Schrottdurchsatzes, enge Grenzen gesetzt

Es ist ferner ein die eingangs erwähnten Merkmale aufweisendes Verfahren bekanntgeworden, das sich jedoch auf ein kontinuierliches Frischverfahren mit mehreren hintereinandergeschalteten Behältern bezieht (DT-OS 22 29 097). Bei diesem Verfahren ist vorgeschlagen worden, daß die hier ebenfalls als Schutzmedien verwendeten Kohlenwasserstoffe feste staubförmige Brennstoffe enthalten können. Nähere Einzelheiten über die Brennstoffe und deren Zugabe werden jedoch nicht angegeben.

Aus der deutschen Patentschrift 5 08 966 ist ein im Konverter durchgeführtes Stahlerzeugungsverfahren bekannt, bei dem in einem flüssigen Bad Erze unter gleichzeitiger Zuführung kohlenstoff- oder wasserstoffhaltiger Reduktionsstoffe mittels Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft als Blasemittel verblasen werden. Der Kohlenstoff wird jedoch hierbei nur in der Anfangsphase des Prozesses und nicht mehr in der Frischphase, und zwar mit dem Blasemittel zugegeben. Eine zusätzliche Ausgestaltung dieses Verfahrens ist in der DT-PS 5 37 781 wiedergegeben. Dabei soll dann das Stahlerzeugungsverfahren im elektrisch beheizten Ofen durchgeführt und — als Variante — dabei der Kohlenstaub oder sonstige Reduktionsmittel mittels eines neutralen oder selbst reduzierend wirkenden Gases eingeblasen werden. Auch für dieses gattungsfremde Verfahren trifft zu, daß in der Phase des Prozesses, in welcher mit Luft oder Sauerstoff gefrischt wird, kein Kohlenstaub zugeführt wird.

Der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt tps Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile des bekannten Standes der Technik, gegenüber den eingangs genannten bekannten Verfahren zi erreichen, daß im metallischen Einbringen das Verhältnis der festen Stoffe zu den flüssigen Stoffen in weiter gezogenen Grenzen variiert werden kann.

Es ist besonders vorteilhaft, Kohlenmonoxid als Trägergas zu verwenden und dieses aus dem Frischp.ozeß selbst zu gewinnen. Bei Einsatz eines abgedichteten Abgassystems kann das benötigte Kohlenmonoxid im Kreislauf geführt werden. Hierzu wird hinter der Entstaubungsanlage ein kleiner Teil des bis zu 98% CO enthaltenden Abgases abgezweigt Bei der Verwendung von Inertgas als Trägergas kommen — unter wirtschaftliehen Gesichtspunkten betrachtet — die meisten Inertgase in Frage.

Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß das Trägergas nicht zum Kühlen der Düsen bzw. des Gefäßbodens benötigt wird und deshalb nur j» soviel Trägergas eingesetzt zu werden braucht, wie zum Transport der feinkörnigen Kohlenstoffträger unbedingt notwendig ist Es ist vorteilhaft pro kg Feststoff 3 bis 201 Trägergas einzublasen, vorzugsweise 4-12 l/kg. Als Kohlenstoffträger kommen insbesondere diejenigen in Frage, die gegenüber Sauerstoff besonders reaktiv sind. Die Korngröße des Kohlenstoffträgers soll so gering wie möglich sein.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auch ein besserer Schutz der Düsen und des Konverterbodens vor chemischem und thermischem Verschleiß erreicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Sauerstoffstrahl von den staubförmigen Kohlenstoffträgern mantelförmig eingehüllt wird, und daß Kohlenstaub als Kohlenstoffträger eingeleitet wird.

Ein weiterer Schutz gegen örtliche Überhitzung und einen damit verbundenen Verschleiß der Düsen und der Zustellung des Frischgefäßes wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch bewirkt, daß dem Sauerstoff und/oder dem Trägergas Feinerz zugesetzt wird. Durch den Zusatz von Feinerz wird außerdem die Verdampfung von Metall, was bei Eisen zur unerwünschten Entwicklung von braunem Rauch und Eisenstaubverlustr-n führt, verringert Das Verhältnis des zugesetzten Feinerzes zum zugesetzten Kohlenstoffträger wird zweckmäßig so eingestellt, daß sich ein Wert kleiner als 5 ergibt Die genaue Einstellung des Verhältniswertes unterhalb der Grenze richtet sich nach der zugeführten Erzmenge und den Abmessungen der verwendeten Düse.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei den bekannten Sauerstoffblasverfahren angewendet werden, indem der zum Frischen notwendige Sauerstoff teilweise über die Sauerstoffblaslanze auf das Metallbad aufgeblasen wird. Dabei beträgt die Sauerstoffmenge, die unterhalb des Bades eingeblasen wird, etwa zwischen 0,7 bis 1,3Nm³, vorzugsweise etwa 1 Nm³ jeweils pro kg zugeführten Kohlenstoffs.

Das Verfahren nach der Erfindung eröffnet eine Reihe von Möglichkeiten einfacher Steuerung und Regelung des metallurgischen Prozeßablaufes. So ist es von besonderem Vorteil, daß man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren den Verlauf der Badtemperatur während des Frischens regeln kann, indem man die Mengenströme des Sauerstoffs, des Feinkalks, des Kohlenstoffträgers und des Feinerzes in ihren Verhältnissen zueinander während des Frischens entsprechend variiert In gleicher Weise wie die Regelung des Temperaturverlaufs kann auch eine Regelung des Verlaufs der Schlackenzusammenseizung durchgeführt werden.

Zu den mit der Regelung verbundenen Vorteilen zählt auch die Möglichkeit einer einfachen Korrektur der Badtemperatur bei Blasende. Im Falle einer zu niedrigen Badtemperatur wird mit hohem Kohlenstoffträgerstrom kurzzeitig nachgeblasen, wobei im Gegensatz zu den bekannten Verfahren die Temperatur schnell erhöht wird, ohne daß zusätzliche Eisenverluste durch Verschlackung in Kauf genommen werden müssen. Bei zu hoher Temperatur des Metallbades am Ende des Frischens hat die erfindungsgemäße Zuführung von Fekierz unterhalb des Metallbadspiegels gegenüber den bekannten Verfahren den Vorteil, daß sich dieses Kühlmittel stets vollkommen im Metall auflöst, wodurch eine bessere Temperaturtreffsicherheit erreicht wird

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens besteht vor allem darin, daß durch einfache Erhöhung des Mengenstromes des büligen Kohlenstoffträgers infolge des damit verbundenen Wärmegewinnes das Schrotteinbringen pro t Metall erheblich gesteigert werden kann. Das gleiche gilt selbstverständlich für andere Kühlmittel wie Eisenerz oder Eisenschwamm. Aus diesem Grunde ist das Verfahren bezüglich der Einsatzstoffe außerordentlich flexibel, und die Zusammensetzung des metallischen Einsatzes kann den jeweils günstigsten Verhältnissen der Rohstoffpreise angepaßt werden.

Der Wärmegewinn ergibt sich aus der Differenz der Reaktionswärme, die bei der Verbrennung von C zu CO entsteht und dem Abtransport von Wärme im Abgas, wie folgende Überschlagsrechnung zeigt:

Reaktionswärme

bei der Verbrennung von C zu CO 2469 kcal/ gC

Wärme in 1,865 Nm³ CO bei 1600⁰C,

die bei der Verbrennung von 1 kg C

entstehen, zusätzlich etwa

151 pro kg C Transportgas 1060 kcal/kg C

Wärmegewinn im Bad 1409 kcal/kg C

Daraus ergibt sich, daß bei einem Wärmeinhalt von 330 kcal/kg Schrott bei einer Temperatur von 1600⁰C durch Zusatz von 1 kg C etwa 4,3 kg Schrott zusätzlich eingeschmolzen werden können. Das reale Wärmeeinbringen pro kg C ist sogar noch etwas höher anzusetzen, da in Wirklichkeit die Badtemperatur im Frischverlauf von etwa 1200⁰C auf über 1600⁰C steigt. Die abgeführte Wärme liegt also zunächst nur im Bereich um 720 kcal/kg C und steigt erst im Verlauf des Frischens auf die in die Rechnung eingesetzten 1060 kcal/kg C an. In diesem Beispiel wurde der Berechnung reiner Kohlenstoff zugrunde gelegt, der in der Praxis kaum verwendet wird. Für den Einzelfall muß der Wärmegewinn entsprechend dem C-Gehalt und den wärmeverbrauchenden Gangartanteilen reduziert werden. Die Rechnung zeigt ferner, daß es wärmetechnisch günstig is? über einen möglichst großen Teil des Blasevorganges im niedrigen Temperaturbereich zu arbeiten, was durch die erfindungsgemäßen Möglichkeiten zur Temperaturführung erleichtert wird

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Möglichkeit, an Stelle von Eisenerz andere Erze einzublasen, die Legierungsmittel enthalten, und so teure Ferrolegierungen einzusparen.

Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung

können die bekannten Frischgefäße verwendet werden, wobei das Einblasen des Sauerstoffs und des feinkörnigen Kohlenstoffträgers zweckmäßig vorzugsweise vom tiefsten Punkt (Boden) des Frischgefäßes aus erfolgt.

Die Anzahl der Düsen richtet sich nach der Größe des Frischgefäßes. Dabei ist es vorteilhaft, durch wenige Düsen einen hohen Sauerstoff strom einzublasen, wobei der gleichzeitig zugeführte Strom von feinkörnigem Kohlenstoffträger nach den gewünschten Bedingungen eingestellt wird.

Das Verfahren ist außer für die Herstellung von Stahl aus Roheisen auch für andere oxidierende Raffinationsprozesse, insbesondere solche für die Erzeugung von Kupfer, Nickel und Ferronickel geeignet, bei denen eine oxidische Schlacke bei der Zufuhr von Sauerstoff entsteht; denn auch hier wirkt der den Sauerstoffstrahl umhüllende Kohlenstoffträgerstrom als Schutz gegen chemischen und thermischen Angriff auf die Zustellung.

Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens zeigt, näher erläutert

Ein kippbares Frischgefäß 1 ist über eine an seiner Mündung dichtend anliegende Absaughaube 2 mit einer Entstaubungsanlage 3 verbunden. Das Frischgefäß 1 weist an seiner Unterseite eine Mehrmanteldüse 4 auf, der durch die Leitung 5 hochkonzentriertes Co-Gas zusammen mit Kohlenstaub und gegebenenfalls Feinerz und durch die an einem Druckbehälter 9 angeschlossene Leitung 6 Sauerstoff als Frischgas gegebenenfalls zusammen mit staubförmigem Kalk zugeführt werden. An die Leitung 5 sind Austragsvorrichtungen T und 8' eines Kohlenstaubbehälters 7 und eines Feinerz-Behälters 8 angeschlossen. In gleicher Weise münden in die mit einem Sauerstoff-Druckbehälter 9 verbundene Leitung 6 die Austragsvorrichtungen 10' und It' eines Kalk-Behälters 10 und eines weiteren Feinerz-Behälters 11.

Zum Chargieren des flüssigen Roheisens wird das Frischgefäß 1 durch leichtes Kippen in die Chargierstellung gebracht Nach dem Chargieren werden beim Aufrichten des Frischgefäßes 1 in den Leitungen 5 und 6 angeordnete Schnellschlußventile 12 und 13 und gleichzeitig die Austragsvorrichtung T geöffnet. Es strömen nun definierte Mengen an Sauerstoff- sowie Kohlenstaub im CO-Gasstrom in das im Frischgefäß befindliche Roheisen ein. Durch das öffnen der Austragsvorrichtungen 10', 8' oder 11' werden bei Bedarf zusätzlich jeweils die gewünschten Mengen an Kalk und Erz in die Roheisenschmelze eingeleitet

Die Behälter 7 und 8 können über eine Leitung 17 mit Trägergas und die Behälter 10 und II über eine Leitung 18 mit Frischgas jeweils ergänzend aufgefüllt werden.

Das beim Frischen im Frischgefäß 1 entstehende Abgas wird mittels eines Saugzuggebläses 14 in die Kühl- und Entstaubungsanlage 3 gesaugt und dort gekühlt und gereinigt. Mit dem ersten Abgas zu Beginn des Frischens wird zunächst die Abgasleitung 15 gespült, bis sie frei von Luft ist. Danach durchströmt die Abgasleitung 15 ein hochkonzentriertes CO-Gas. Ein kleiner Teil dieses bis zu 98% CO enthaltenden Abgases

ίο wird je nach Bedarf zum Nachfüllen eines Druckspeichers 16 in die Leitung 5 abgezweigt, so daß stets genügend CO-Gas als Fördergas für den Kohlenstaub im Behälter 7 und das Feinerz im Behälter 8 zur Verfügung steht

Nach erfolgtem Frischen und ausreichender Entfernung der Frischschlacke wird der gewünschte Kohlenstoffgehalt der Schmelze eingestellt, indem Kohlenstaub im CO-Strom bei verminderter Sauerstoffzufuhr durch das Bad geblasen wird. Zur Kontrolle einer genauen Einstellung können Messungen des Sauerstoffpotentials herangezogen werden.

Zum Schütze der Düsen und der Verbindungen zu den Leitungen 5 und 6 dient eine mit Alarminstrumenten 19 und 20 verbundene Steuer- und Verriegeleinrichtung 21.

Die Einrichtung 21 gibt Befehle an die Schnellschlußventile 12 und 13 sowie an weitere Schnellschlußventile 22 und 23, die in in die Leitungen 5 und 6 einmündende Inertgasleitungen 24 und 25 eingebaut sind. Die Leitungen 24 und 25 sind an einem Inertgas-Druckbehäher 26 angeschlossen.

Den Alarminstrumenten ist jeweils eine obere und eine untere zusätzliche Grenze eines Druck-Meßwertes vorgegeben. Wird einer der Grenzwerte der Düser oder der angeschlossenen Zuleitungen über- odei unterschritten, so wird durch das betreffende Alarmin strument 19 oder 20 die Einrichtung 21 angesprochen wodurch sich automatisch die Schnellschiußventile Ii und 13 öffnen und sofort danach die Schnellschlußventi Ie schließen. Auf diese Weise wird erreicht daß be Verstopfungen oder Leckstellen in der Düse oder der Zuleitungen diese sofort von Inertgas, das untei höherem Druck steht als der Sauerstoff, durchström werden und damit sowohl Explosionen als aucl Zerstörungen der Düsen vermieden werden. Be Verwendung mehrerer mit mehreren öffnungen verse henen Düsen ist es mit Hilfe der Sicherheitseinrichtunj möglich, die Schmelze trotz der Störung zu Ende zi frischen.

Im Falle, daß neben oder anstelle der Druckwerte voi den Alarminstrumenten die Strömungswerte überwach werden, kommen dafür Durchflußmenge, -geschwindig keit sowie -richtung in Frage.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Frischen von Metallen, insbesondere Roheisen, bei dem durch mindestens eine unterhalb der Badoberfläche des Frischgefäßes angeordnete Düse Sauerstoff und Feinkalk und durch eine oder mehrere jeder Düse zugeordnete weitere Düsen ein Gas und staubförmiger Brennstoff zugeführt werden, dadurch gekenn- zeichnet, daß feste Kohlenstoffträger mit einer Feinheit kleiner als 200 um vermittels Inertgas oder Kohlenmonoxid als Trägergas durch die weiteren Düsen eingebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, tJaß der Sauerstoffsfahl von den staubförmigen Kohlenstoffträgern mantelförmig eingehüllt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenstaub als Kohlenstoffträger eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß 3 bis 201 Trägergas/kg Kohlenstaub eingeblasen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß 4 bis 121 Trägergas/kg Kohlenstaub eingeblasen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sauerstoff und/oder dem Trägergas bei Bedarf Feinerz zugesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des zugesetzten Feinerzes zum zugesetzten Kohlenstoffträger so eingestellt wird, daß sich ein Wert kleiner als 5 ergibt

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Kohlenmonoxid verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Abgas des Frischprozesses gewonnenes Kohlenmonoxid eingesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Badtemperatur die Mengenströme des Kohlenstoffträgers und des Sauerstoffs in gegenseitiger Abhängigkeit geändert werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Frischprozesses der Mengenstrom des Kohlenstoffträgers entsprechend dem gewünschten Koh- lenstoffgehalt des Metallbades geändert wird.

12. Vorrichtung zur Durchführang des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine hinter der Entstaubungsanlage (3) abgezweigte mit einem Druckspeicher (16) versehene Trägergas-Leitung (5) und eine an einem Druckbehälter (9) angeschlossene Frischgas-Leitung (6) zusammen in mindestens eine mit mehreren Offnungen versehene Düse (4) einmünden, wobei jeweils mit der Trägergas-Leitung (5) ein Kohlenstoffträger-Behälter (7) und gegebenenfalls ein Feinerz-Behälter (8) und mit der Frischgas-Leitung (6) ein Feinkaik-Behälter (10) und gegebenenfalls ein weiterer Feinerz-Behälter (11) über je eine Austragsvorrichtung (7', 8', 10', 111') verbunden sind. 6$ Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Frischen von Metaflen, insbesondere Roheisen, bei dem durch mindestens eine unterhalb der Badoberfläche des Frischgefäßes angeordnete Düse Sauerstoff und Feinkalk und durch eine oder mehrere jeder Düse zugeordnete weitere Düsen ein Gas und staubformiger Brennstoff zugeführt werden, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bereits bekannt, bei einem derartigen Verfahren zum Frischen von Roheisen Kohlenwasserstoffe, insbesondere Propan, als Kühlgas zum Schutz der Düsen und des Bodens zu verwendea In einem anderen bekannten Verfahren werden flüssige Kohlenwasserstoffe durch Manteldüsen zugesetzt, die den Sauerstoffdüsen zugeordnet sind.

Bei diesen Verfahren wirken die neben Sauerstoff eingeblasenen Kohlenwasserstoffe infolge ihrer thermischen Zersetzung kühlend und dienen zum Schutz der Düsen und des Konverterbodens.