DE2321853C3

DE2321853C3 - Verfahren zum Frischen von Roheisenschmelzen von Stahl

Info

Publication number: DE2321853C3
Application number: DE19732321853
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: CREUSOT-LOIRE PARIS
Current assignee: CREUSOT-LOIRE PARIS
Priority date: 1972-05-04
Filing date: 1973-04-30
Publication date: 1979-11-29
Also published as: FR2182688A1; FR2182688B1; LU67529A1; DE2321853B2; SU445207A3; BE799127A; DE2321853A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Es sind zahlreiche verschiedene Typen von Düsen bekannt, die n'cii zum Einblasen oder Injizieren eines oder mehrerer Fluide in eine Metallschmelzmasse eignen, um deren Zusammensetzung durch Oxydationsreaktionen, Reduktionsreaktionen oder Rühren zu ändern. Diese Düsen sind durch die Dicke der Wand oder des Bodens des metallurgischen Behälters hindurch angebracht, d.h., daß sie sowohl den metallischen Panzer des Behälters als auch 'seine feuerfeste Auskleidung durchsetzen. Solche Düsen können entweder vertikal oder schräg von unten nach oben (wenn sie z. B. im Boden des metallurgischen Behälters angeordnet sind) oder auch nach unten von seinen seitlichen Teilen aus oder horizontal oder von oben nach unten und hierbei meistens schräg blasen. Allgemein münden solche Düsen unterhalb der IMetallschmelzenoberfläche, jedoch können sie in gewissen Fällen auch oberhalb dieser Oberfläche münden.

Diese Düsen lassen sich noch in einfache, doppelte und vielfache Düsen einteilen.

Eine einfache Düse mit einer einzigen Leitung kann nur mit einer einzigen Phase, also entweder einem einzigen Fluid oder einer Mischung verschiedener Fluide gespeist werden.

Eine doppelte Düse mit zwei gesonderten Leitungen kann mit zwei verschiedenen Phasen gespeist werden.

Eine Vielfachdüse mit mehreren getrennten Leitungen kann mit mehreren verschiedenen Phasen gespeist werden.

So verwendet man z. B. für die Umwandlung von Gußeisenschmelze in Stahl manchmal Düsen, die aus zwei konzentrischen Rohren bestehen, wobei das zentrale Rohr mit Sauerstoff und das Umfangsrohr mit einem Schutzfluid für die Düse gegen den Verschleiß durch Heißkorrosion in oxydierendem Medium gespeist wird.

Auch ist für diesen Zweck eine Dreifachdüse bekannt (deutsche Auslegeschrift 20 40 824), durch die zur Verhinderung der Entwicklung von braunem Eisenoxid-

worin bedeuten:

P die Fluidvolumenmenge;

V die Geschwindigkeit des Fluids;

ρ der statische Druck;

S die Oberfläche des Strahls.

Der Impuls ist eine Kraft und wird in Newton ausgedrückt Sie ist die Reaktionskraft des an der Düse betrachteten Strahls und wird manchmal auch Schubbzw. Stoßkraft genannt

Sie ist auch die Durchdringungskraft des Fluidstrahis im Metallbad, am Ausgang der Düse betrachtet
Man kann den impuls, indem man die Gleichung (x) anwendet als Funktion des Strömungsbereichs und der verschiedenen üblicherweise gemessenen Größen, wie

z. B. Druck, Durchsatz, Durchlaßquerschnitt berechnen.

Man stellt leicht fest daß ein Fluidstrahl mit großem

Impuls, der in einem Metallsd;*nelzenbad mündet, einerseits Merkmale hydrodynamischer Art und andererseits metallurgischer Art aufweist, die von denen des Strahls minderen Impulses verschieden sind.

Es wird beim oxydierenden Frischen von flüssigem Roheisen zu Stahl der mittlere Durchsatz des Frischsauerstoffs häufig durch die optimale Dauer des Verfahrensganges bestimmt, die andererseits durch die für das vollständige Schmelzen dem Roheisenbad zugesetzten Schrotts erforderliche Zeit oder durch irgendeine andere örtliche Gegebenheit festgelegt wird.

so Nun ist für eine gegebene Höhe des Metallbades über der Mündung einer eingetauchten Düse der Anteil der durch die Düse eingeblasenen Sauerstoffmenge, der danach aus dem Bad austritt und noch im Innern des Konverters über dem Bad und der Schmelze Kohlenoxid zu Kohlendioxid verbrennt, wesentlich eine Funktion des Impulses des Strahls. Es wäre daher sehr interessant, den Anteil des zu Kohlendioxid verbrannten Kohlenmonoxids unabhängig von der Einstellung des Sauerstoffdurchsatzes regeln oder steuern zu können.

Ebenso können auch die Bedingungen der Schlackenbildung Funktion des Impulses der Strahlen des eingeblasenen Sauerstoffs sein.

Ein entsprechendes Problem hat sich andererseits in einem völlig anderen Bereich ergeben, nämlich dem Bereich industrieller Brenner und hierbei bezüglich der Regelung des Impulses des injizierten Brennstoffs. Die Wirkungen von »Brenner mit doppeltem Impuls« genannten Brennern sind für Brenner spezifisch. Sie

betreffen ζ, B, die Begehung, die zwischen dem Impuls und der Länge der Flamme existiert, die sich im umgekehrten Sinn ändern.

Im Bereich physikalisch-chemischer Reaktionen der Metallurgie handelt es sich um die Regulierung des s Impulses eines Fluids zur Raffination bzw. zum Frischen des Metallbades auf chemischem Wege und nicht um einen Brennstoff mit nur thermischem Effekt; die zwischen der Füistellung des Impulses des Raffinationsfluids und den erhaltenen metallurgischen Ergebnissen ι ο bestehenden Beziehungen sind daher ganz andere als die Beziehungen, die in den Industrieöfen zwischen der Regulierung des Impulses des Brennstoffes der Brenner und den Eigenschaften der Flamme, die dabei erzeugt wird, bestehen.

Bisher sind im Zusammenhang mit dem Frischen von Eisenschmelzen mittels Sauerstoffs - nur allgemeine Überlegungen fiber die Wirkung des Impulses eines Gasstrahls auf eine Flüssigkeitsoberfläche bekanntgeworden (»Technische Mitteilungen Krupp-Forschungsberichte«, Bd 20 [1962], Nr.!, Seiten 1 bis 9), ohne daß auf die besonderen Probleme beim Einbiegen durch unter der Schmelzoberfläche fest angebrachte Düsen und auf eine vom Mengendurchsatz unabhängige Impulseinstellung eingegangen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so auszubilden, daß man den Impuls und den Mengendurchsatz des Sauerstoffs unabhängig voneinander regeln kann, um die Auswirkungen hydrodynamischer Art auf die Metallschmelze jo (Rühren, Badbewegungen) und die Ergebnisse metallurgischer Art nach Belieben beeinflussen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst

Die unabhängige Einstellung der beiden Einspei- J5 sungsdrücke des Hauptfluids in den beiden Leitungsquerschnitten ermöglicht ein und denselben gewünschten Gesamtmengendurchsatz des Hauptfluids für unterschiedliche Einspeisungsdruckpaare, während der Gesamtimpuls bei dieser Anwendung unterschiedlicher Einspeisungsdruckpaare in weiten Grenzen variierbare Werte annimmt

Auf diese Weise erreicht man unter Verwendung von ortsfesten Düsen eine ähnliche Wirkung, wie man sie mittels Lanzen bereits erreichen kann, die von oberhalb des Metatibades blasen, wenn man die Höhenlage der Lanze variiert oder auch wenn man eine Änderung der aerodynamischen Eigenschaften des Hauptsauerstoffstrahls von seinem Austritt aus der Lanze oder genau an der Austrittsstelle vornimmt, indem man eine veränderliehe Einschnürung erzeugt Es ist bekannt, daß es mittels der einen oder der anderen dieser beiden Maßnahmen (veränderliche Höhe der Lanze oder Einschnürungslanze) möglich ist, die Geschwindigkeit der Entphosphorung des Metallbades gegenüber seiner Entkohlungsgeschwindigkeit oder umgekehrt zu steigern.

Ebenso kann man mit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Dreifachdüse, die jedoch nicht wie eine Lanze beweglich ist, unter Berücksichtigung der Höhe des Metallbades über der Mündung der Düse, wenn diese eingetaucht ist, oder ihres Abstandes von der Badoberfläche, wenn sie nicht eingetaucht ist, für einen bestimmten Sauerstoffdurchsatz hydrodynamische, chemische und metallurgische Wirkungen erzielen, die verschieden sind, je nachdem wie schwach oder stark der Impulr des Sauerstoffstrahls ist. Diese Unterschiede können insbesondere !'ohne daß diese Aufzählung erschöpfend sein soll) betreffen:

a) die relativen Geschwindigkeiten der Entphosphorung und der Entkohlung,

b) das Schmelzen der Schlacke,

c) die Verbrennung von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid über dem Badniveau,

d) den Grad des Umrührens des Metallbades durch den Strahl und durch die sich aus den chemischen Reaktionen ergebenden Stoffe, wie z.B. Kohlenmonoxid.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll im folgenden ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Düse beschrieben werden, die bei einem Konverter zum Frischen von Gußeisen zu Stahl mittels Blasens von reinem Sauerstoff verwendet wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel einer Düse bleiben die Abmessungen der jede Düse bildenden Rohre die gleichen, und es werden danach auch zwei Stahlwerkskonverter beschrieben, bei denen cfer Ort der Düsen nicht der gleiche ist In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt der zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Düse,

F i g. 2 das Schema ihrer Speisung mit Sauerstoff,

Fig.3 einen Vertikalschnitt eines mit mehreren in seinem Boden angeordneten Düsen dieser Art ausgerüsteten Konverters,

Fig.4 und 5 einen Vertikalschnitt und einen Horizontalschnitt eines anderen, mit vier in seiner Seitenwand angeordneten Düsen dieser Art ausgerüsteten Konverters.

Die Düse gemäß diesem Beispiel wird mit reinem Sauerstoff gespeist, dessen Druck bis zu 20 bar betragen kann. Sie weist drei konzentrische Rohre auf, die in F i g. 1 erkennbar sind. Das zentrale Rohr 1 mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einem Außendurchmesser von 25 mm hat einen Durchlaßquerschnitt für den reinen Sauerstoff von 314 mm². Es kann durchsetzen::

46 NmVmin bei dem stromauf der Düse gemessenen Maximaldruck von 20 bar,
5 NmVmin bei dem Minimaldruck von 2 bar, unterhalb dessen das Rohr während des Blasens durch Metallschmelze verstopft werden könnte.

Das Rohr 2 umgibt das zentrale Rohr 1. Dieses Zwischenrohr 2 hat einen Innendurchmesser von 50 mm und einen Außendurchmesser von 59 mm. Zwischen den beiden Rohren 1 und 2 ergibt sich so ein Durchlaßquerschnitt von 1470 mm². So stellt in diesem Beispiel der Durchlaßquerschnitt des Rohres 1 21,4% des ringförmigen Durchlaßquerschnitts zwischen den Rohren 1 und 2 dar, Dieser ringförmige Durchlaßquerschnitt für den reinen Sauerstoff kann durchsetzen:

215 NmVmin bei einem stromauf der Düse gemessenen Maximaldruck von 20 bar,
24 NmVmin bei einem Minimaldruck von 2 bar, unterhalb dessen der Ringraum verstopft werden könnte.

Das am Umfang vorgesehene Rohr 3 hat seine Innenwand sehr nahe bei der Außenwand des Rohres 2. Zwischen diesen b jiden Rohren 2 und 3 strömt Fluid zumi Schutz der Mündung der Düse gegen den Verschleiß, z. B. Heizöl.

Nach F i g. 2 weist das Schema zur Speisung der Düse

mit Sauerstoff eine Hauptzuführungsleitung 4 auf, die sich in eine erste Abzweigung 5 zur Speisung des zentralen Rohres 1 und eine zweite Abzweigung 6 zur Speisung des Zwischenrohres 2 verzweigt.

Praktisch muß das zentrale Rohr 1 im gesamten Bereich von Drückein von 2 bis 20 bar gespeist werden können, während diis Zwischenrohr 2 in der Praxis nur zwischen 2 und 8 bar eingesetzt wird. Für Strahlen mit schwachem Impuls wird nämlich der Speisungsdruck des Zwischenrohres nahe oder gleich dem Speisungs- ι ο druck des zentralen Rohres, der dann einen geringen Wert annimmt. Dafür weist jede der beiden Abzweigungen 5 und 6 einen Durchsatzmesser mit Regulator und ein automatisches Ventil, und zwar die Abzweigung 5 einen Durchsatzmesser 7 und ein Ventil 8 und die Abzweigung 6 einen Durchsatzmesser 9 und ein Ventil 10 auf. Die beiden einzelnen Durchsatzmeßregulatoren 7 und 9 sind untereinander durch einen Universalregulator ii verbunden. Es ist so möglich, entweder unabhängig auf jeden einzelnen Durchsatz der Abzweigungen 5 und 6 einzuwirken, indem man die Regulierung der Durchsatzmesser 7 und 9 betätigt, oder auf das Verhältnis beider Durchsätze einzuwirken, indem man den Universalregulai.or 11 entsprechend einstellt, um so den Gesamtimpuls des Gesamtstrahls der Düse durch einen einzigen Handgriff zu justieren.

An der Hauptzuführungsleitung 4 sind ein Durchsatzmeßregulator 12 und ein den Gesamtdurchsatz steuerndes Ventil 13 vorgesehen. Es genügt daher, die Regulierung des Durchsatzmessers 12 auf einen bestimmten Wert festzulegen, um den gewünschten Gesamtdurchsatz zu erhalten, und den Universalregulator 11 entsprechend einzustellen, um den gewünschten Impuls innerhalb zweier Extremwerte nach Belieben zu erhalten. a

So kann man z. B. für die obenerwähnten Durchlaßquerschnitte, wenn man für den metallurgischen Vorgang einen Gesamtdurchsatz der genannten Düse von 70 NmVmin Sauerstoff wünscht, diesen Durchsatz unterschiedlich, d. h. mit verschiedenen Impulsen verwirklichen, die alle zwischen den folgenden Extremwerfpn Heuen:

a) Maximalimpuls: 1600 Newton

46 NmVmin im Rohr 1 bei 20 bar, 24 NmVmin im Rohr 2 bei 2 bar;

b) Minimalimpuls: 900 Newton

12 NmVmin im Rohr 1 bei 5 bar,

58 NmVmin im Rohr 2 bei ebenfalls 5 bar.

Selbstverständlich kann man außerdem mit dieser Düse auch Impulse über 1600 Newton erreichen, indem man den Gesamtdurchsatz des Sauerstoffs erhöht, oder niedrigere Impulse als 900 Newton bewirken, indem man den Gesamtdurchsatz an Sauerstoff verringert

Fig.3 zeigt den Vertikalschnitt eines Konverters zum Frischen von Roh- oder Gußeisen zu Stahl, bei dem mehrere solche Düsen verwendet werden, wie sie vorstehend beschrieben wurden, die im Boden dieses Konverters angeordnet sind. In F i g. 3 ist eine einzige von diesen Düsen in der Zeichenebene dargestellt Der Panzer 14 des Konverters ist innen mit einer feuerfesten Auskleidung 15 bedeckt An seiner Basis trägt eine Bodenplatte 16 einen feuerfesten Boden 17, der mit der Auskleidung 15 durch eine feuerfeste Dichtung 18 verbunden ist Der Boden 17 enthält mehrere Düsen,

z. B. 19, gemäß der Erfindung. Die Oberfläche de; Metallbades im statischen Zustand wäre etwa auf det Höhe der Linie 20 und die Oberfläche der Schlacke nach ihrer Bildung auf der Höhe der Linie 21. Man kann die Bildung der Schlacke im Verhältnis zur Entkohlung des Bades beschleunigen und auch den Anteil des oberhalb des Schlackenniveaus 21 zu Kohlendioxid verbrennenden Kohienmonoxids steigern, indem man den Impuls der Strahlen von den Düsen 19 entsprechend dei Erfindung nach Wunsch beeinflußt.

Für die zweite Ausfuhrungsart zeigen die F i g. 4 und 5 einen Vertikalschnitt und einen Horizontalschnitt eines Konverters zum Frischen von Roh- oder Gußeisen zu Stahl, der mit vier den vorstehend beschriebenen Düsen identischen Düsen ausgerüstet ist, die schräg in der feuerfesten Auskleidung unter dem Niveau des Metallbades angeordnet sind.

Der Panzer 22 des Konverters ist innen mit einer feuerfesten Auskleidung 23 über seine ganze Oberfläche bedeckt. Der Konverter ist also ohne einen entfernbaren Boden. Die gesamte feuerfeste Auskleidung isi somit monolithisch. Im seitlichen Teil der Auskleidung sind unter dem Badniveau vier Düsen 24, 25, 26 und 27 eingebaut, deren Blasrichtungen folgende Merkmale aufweisen:

a) in senkrechter Stellung des Konverters blasen die Düsen 24 und 26 nach unten, wobei sie einer ziemlich geringen Winkel mit der Horizontaler bilden, während die Düsen 25 und 27 nach ober blasen und ebenfalls einen ziemlich geringer Winkel mit der Horizontalen bilden, wie man ir F i g. 4 für die Düsen 24 und 27 erkennen kann.

b) Diese vier Düsen sind am Umfang des Konverter« unter Abständen von 60° an der Rückseite, d. h. dei Seite verteilt, die aus dem Bad herausgetaucht ist wenn der Konverter gekippt wird und sich das vor der Schlacke 30 überschichtete Metallbad 29 irr Konverterbauch befindet.

c) Die Vertikalebene jeder Düse in Blasstellung enthält nicht die Vertikalachse des Konverters sondern spreizt sich von dieser um etwa ¹A Radius

gleichsinnig ab, um das Metallbad in diesei Abspreizrichtung in Drehung zu versetzen.

Die nach unten gerichteten Düsen 24 und 26 wirker auf das Bad in der Tiefe ein. Die beiden Düsen 25 und 27 die nach oben gerichtet sind, wirken mehr zui Oberfläche des Bades hin. Bei der Einstellung dei Änderungen des Impulses jedes Strahls gemäß dei Erfindung kann man in vollkommener Were die Wirkungen hydraulischer Art (Umrühren, Badbewegun gen) und die Wirkungen physikalisch-chemischer Ar meistern: Relativgeschwindigkeiten der Entkohlung unc der Entphosphorung, Verbrennung von CO zu CO2 übei dem Bad usw.

Die Speisungsleitungen der Düsen sowohl mi Sauerstoff als auch mit Schutzfluid treten durch der Hohlzapfen 28 des Konverters. Sie sind in F i g. 4 nich dargestellt Es gibt zwei Leitungen für den Sauerstoff die beide in einer nicht dargestellten Sammelleitung münden, die eine zur Speisung des zentralen Rohre: jeder Düse, die andere zur Speisung deren Zwischen rohres. Was das äußere Rohr jeder Düse zur Zuführuni des Schutzfluids betrifft, so wird dieses individuell durcl eine besondere Leitung für jede Düse gespeist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Frischen von Roheisenschmelzen zu Stahl durch Einblasen reinen Sauerstoffs als Hauptfluid und eines Umfangsschutzfluids unter Verwendung wenigstens einer direkt in der Wand oder dem Boden eines Konverters fest angeordneten Dreifachdüse, bei der der Durchsatz des zentralen Leitungsquerschnitts und eines von demselben Fluid durchströmten weiteren Leitungsquerschnitts durch je ein Ventil regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß man das Hauptfluid durch den zentralen Leitungsquerschnitt (1) und den diesen umgebenden Leitungsquerschnitt (2Ji sowie Heizöl durch den Umfangsleitungsquerschnitt (3) einführt und daß man den Gesamtimpuls der von den ersten beiden Leitungsquerschnitten (1, 2) abgegebenen Hauptfluidstrahlen für einen vorgewählten Ciesamtmengendurchsatz des Hauptfluids durch unabhängige Einstellung der Einspeisungsdrücke des zentralen Leitungsquerschnitts (1) und ues diesen umgebenden Leitungsquerschnitts (2) steuert

rauch beim Frischen durch das innere Düsenrohr ein dissoziierendes, endotherm reagierendes Kühlgas, durch den das innere Düsenrohr umgebenden Ringquerschnitt reiner Sauerstoff und durch den äußeren Düsenquerschnitt ein dissoziierendes, endotherm reagierendes Schutzgas in regelbarer Menge eingeblasen wird.

Andererseits ist zum Aufblasen auf eine Schmelze mittels einer Frischlaaze eine Aufblasdüse -mit zwei

ίο gesonderten, nebeneinander oder konzentrisch angeordneten Leitungsquerschnitten bekannt (deutsche Auslegeschrift 12 86 059), wobei durch den einen Leitungsquerschnitt das Frischgas stetig geblasen wird, während durch den anderen Leitungsquerschnitt ein Hilfs- oder Rührgas pulsierend geblasen wird, um dem Roheisenbad schwingende Bewegungen aufzuzwingen. Es ist bekannt, daß sich der Impuls G eines aus einer Leitung austretenden Fluidstrahis im allgemeinsten Fall folgendermaßen ausdrucken läßt:

G = Is(pV² + P)dS ,