DE2347638A1

DE2347638A1 - Verfahren und vorrichtung zum frischen von roheisen

Info

Publication number: DE2347638A1
Application number: DE19732347638
Authority: DE
Inventors: Richard P Taylor
Original assignee: Mead Corp
Current assignee: Mead Corp
Priority date: 1972-09-21
Filing date: 1973-09-21
Publication date: 1974-03-28
Also published as: GB1438020A; US3817502A; JPS4970812A

Description

THE MEAD CORPORATION, Talbott Tower, Dayton, Ohio / V.St.A.'

Unser Zeichen: M 1293

Verfahren und Vorrichtung zum Frischen von Roheisen

Die Erfindung betrifft das Frischen von geschmolzenem Roheisen. Insbesondere betrifft die Erfindung das sogenannte Sprühfrischverfahren oder Sprühstahlherstellungsverfahren, bei dem geschmolzenes Roheisen in kleine Tröpfchen überführt wird und danach in einer eingestellten Atmosphäre gefrischt wird, um Stahl herzustellen, welcher einen sehr gut eingestellten Kohlenstoffgehalt aufweist.

Roheisen, wie es in einem modernen Blasofen hergestellt wird, weist eine Anzahl von Verunreinigungen auf. Eine typische Roheisenzusammensetzung kann 4 % Kohlenstoff, 1 % Silizium, 0,3 % Phosphor, 1 % Mangan und 0,04 % Schwefel aufweisen. Eisen einer derartigen Zusammensetzung wird in einem Frischherd mit Sauerstoff und einer basischen Schlacke gefrischt. Der Sauerstoff entfernt den Kohlenstoff, das Silizium und das Mangan durch Oxidation und die Schlacke entfernt Phospor und Schwefel und steuert den Oxidationsgrad des Eisens.

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Ein bekanntes Verfahren zum Frischen von Roheisen ist das Herdfrischverfahren oder Siemens-Mart in-Verfahr en, in dem regenerativ erhitzte Luft über die Oberfläche eines Behälters geblasen wird, der geschmolzenes Eisen mit einer oberen Schlackenschicht enthält. Der Behälter gleicht einem Herd, der aus einem rechteckigen flachen Becken besteht, um eine Oberfläche zu bilden, die so groß als möglich ist, und zwar für die Reaktion der Luft mit dem Eisen. Die Reaktionsgeschwindigkeit wird durch die Diffusion der Luft durch die obere Schlackenschicht begrenzt. Moderne Siemens-Martin-Öfen haben eine Kapazität von 100 bis zu 200 Tonnen und die mittlere Dauer eines Herdfrischverfahrens beträgt zwischen 8 und 9 Stunden. Obwohl die Reaktionen in dem Siemens-Martin-Ofen exotherm verlaufen, sind sie doch langsam und es wird nicht genug Wärme erzeugt, um die Temperatur aufrecht zu erhalten. Deshalb wird Koks, Ofengas oder Brennöl verwendet, um die Wärme zu ergänzen, die aus den Abgasen gewonnen wird.

Ein anderes bekanntes Frischverfahren ist das Thomasverfahren, welches in den letzten Jahren das Herdfrischverfahren ersetzt hat. Der Ofen für das basische Thomasverfahren besteht aus einem zylindrischen Gefäß mit einem kegelstumpfförmigen oberen Ende und dieses Gefäß wird mit geschmolzenem Eisen und mit bis zu 30 % Schrott gefüllt. Ein wassergekühltes Sauerstoffeinlaßrohr, welches al» Lanze bezeichnet wird, wird in den Ofen hinein abgesenkt und die Säuerstoffströmung beginnt an der Oberflüche des flüssigen Bades. Schlackenbildende Zuschläge werden zugesetzt und die geschmolzene Beschickung reagiert kräftig mit dem Sauerstoffblasstrahl. Ein Umrühren erfolgt durch die Geschwindigkeit des Sauerstoffs, der auf die Oberfläche auftrifft und durch die kräftige Reaktion. Durch die Verwendung von reinem Sauerstoff und dem viel geringeren Verhältnis von Oberfläche zu Volumen bei diesem Ofen ist keine äußere Wärmequelle erforderlich, um die

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Reaktion aufrecht zu erhalten. Die Reaktion ist viel schneller als bei dem offenen Herd und findet bei einer höheren Temperatur statt und erfordert zur Vollendung etwa 20 Minuten.

Ein drittes Verfahren, welches eine gewisse Beziehung zu dem Thomasverfahren hat, ist das sogenannte Bessemer-Verfahren, bei dem Luft durch die Schmelze über eine Reihe von Einlaßöffnungen geblasen wird, die in den-Behälterund Gefäßboden führen. Eine ausgezeichnete Vermischung der Luft wird in der geschmolzenen Beschickung erzielt und die Reaktionszeiten sind sehr kurz und liegen in der Größenordnung von acht Minuten. Das Bessemer-Verfahren wurde durch das Siemens-Martin-Verfahren zu Beginn des 20. Jahrhunderts abgelöst und zwar, weil geeignete basiche hitzebeständige Auskleidungen für den Bereich um die Lufteinlaßröhren herum fehlten. Geeignete saure hitzebeständige Auskleidungen stehen zur Verfügung, jedoch können sie lediglich bei Ersen mit geringem Phosphorgehalt verwendet werden, da dieses Element nicht mit einer sauren Schlacke entfernt werden kann.

Jedes der oben beschriebenen Stahlherstellungsverfahren ist ein sogenanntes Chargenverfahren. Wegen der Veränderungen der Chargen und der Schwierigkeit der Einstellung der Bedingungen in einer großen Charge ist es schwierig, einen Stahl mit genau vorherbestimmbarer Zusammensetzung zu erzeugen. Demzufolge wurden die Stähle, die durch diese Verfahren hergestellt wurden, üblicherweise so lange gefrischt, bis der Kohlenstoffgehalt zumeist vollständig entfernt war. Wenn Stähle mit einem Kohlenstoffoder Mangangehalt erwünscht waren, so wurden diese Elemente in die Schmelze zurückgeführt, und zwar durch einen Zusatz von Eisenlegierungen.

Ein kontinuierliches Stahlherstellungsverfahren, bei dem die Frischbedingungen kontinuierlich eingestellt werden

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können, um die Zusammensetzung des Stahles, der hergestellt wird, zu überwachen oder zu steuern, wäre außerordentlich wünschenswert. Das Sprühstahlherstellungsverfahren oder das Sprühfrischverfahren wurde entwickelt, um diese Bedingung zu erfüllen und eine Anzahl von derartigen Verfahren steht gegenwärtig zur Verfügung. Typische Beispiele für Sprühstrahlherstellungsverfahren sind in den US-PS 2 915 380, 3 058 734, 3 251 680 und 3 542 351 beschrieben. In jedem Fall wird eine Charge von geschmolzenem Eisen in Eisentröpfchen unterteilt, die danach durch eine Sauerstoffatmosphäre gefrischt werden. Bei anderen Sprühstahlherstellungsverfahren, wie beispielsweise bei denen, die in den US-PS 3 528 799 und 3 554 521 beschrieben werden, werden die fallenden Tropfen aus geschmolzenem Eisen der Einwirkung eines schlackebildenden Materials sowie der Einwirkung eines oxidierenden Gases ausgesetzt. Da das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen von kleinen Tröpfchen beim Sprühstahlherstellungsverfahren wesentlich größer ist, als das, das bei einer Chargenreaktion auftritt, findet eine viel schnellere Frischreaktion statt.

Die sehr große Reaktionsgeschwindigkeit des Sprühstahlherstellungsverfahrens weist zwei Vorteile auf. Zuerst ist die Größe des Reaktionsgefäßes für eine gegeben Durchsatztonnage verhältnismäßig gering. Zweitens ist die Wärmeerzeugungsgeschwindigkeit aus der Oxidation von Verunreinigungen sehr groß, so daß Wärmeverluste nicht in Betracht zu ziehen sind. Ferner finden die Frischreaktionen im Sprühstahlherstellungsverfahren bei verhältnismäßig hohen Temperaturen statt, was für die Entfernung von Kohlenstoff und Mangan bei einer verhältnismäßig geringen Eisenoxidationsgeschwindigkeit vorteilhaft ist. Verhältnismäßig große Mengen von Schrotteisen können ebenfalls bei dem Sprühstahlherstellungsverfahren verwendet werden.

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Ein Hauptnachteil bei den bekannten Sprühstahlherstellungsverfahren ist eine ungleichförmige Reaktion, die durch die Veränderungen der Größen der geschmolzenen Eisentröpfchen auftritt. Übliche Sprühstahlerzeugungssysteme sind so gebaut, daß Tropfen erzeugt werden, die fast eine ideale Nominalgröße haben. In der Praxis sind die Tröpfchengrößen jedoch über einen sehr weiten Bereich verteilt. Daraus folgt, daß die größeren Tröpfchen mit ainem verhältnismäßig geringeren Verhältnis von Oberfläche zu Volumen un-;· genügend gefrischt werden, während die kleineren Tröpfchen mit ihrem großen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen so weit gefrischt werden, daß das Eisen vollständig oxidiert wird. Wenn die Bedingungen so eingestellt sind, daß eine ausreichende Frischung der großen Tröpfchen erfolgt, wird deshalb eine große Menge Eisenoxid erzeugt,.welches sich mit der Schlacke vermischt und verlorengeht.

Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Sprühstahlherstellungsverfahren oder Sprühfrischverfahren dadurch ausgeschaltet, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, mit denen geschmolzene Roheisentröpfchen von genau gleichförmiger Größe in eine Reaktionskammer eingebracht werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß das Eisen durch ein Feld von Öffnungen hindurchgeführt wird und daß diese Öffnungen vibriert werden, um die gewünschte Tropfenerzeugung anzuregen. Eür jeden Strahl eines fluiden Mediums gibt es eine Frequenz, bei der auf natürliche Weise Tropfen gebildet werden. Wenn eine regelmäßige zeitlich gesteuerte Schwingung mit etwa dieser Frequenz auf den Strom übertragen wirdy so wird hierdurch bei dieser Frequenz die Ausbildung von Tröpfchen mit gleichförmiger Größe und mit einem regelmäßigen Abstand voneinander angeregt, obwohl andere Schwingungen mit beliebig verteilter Frequenz vorhanden sein können.

Die Anregung der Tropfenbildung, die im vorstehenden beschrieben wurde, ist seit vielen Jahren bekannt und wurde

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bereits von Lord Rayleigh 1877 diskutiert. Soweit bekannt, wurde jedoch diese Erscheinung niemals bei der Stahlherstellung verwendet. Sie wurde auf Gebieten, wie beispielsweise der Aufzeichnung verwendet, wie es die US-PS 3 373 4-37 zeigt und bei der Herstellung von Tabletten oder Pillen, wie es die US-PS 2 510 574 beschreibt. In jedem Fall ist die Frequenz der Schwingungen, denen der Strahl vorzugsweise ausgesetzt wird, eine solche, deren Wellenlänge im Strahl etwa das 4>5-fache des Durchmessers des Strahls ausmacht. Die Frequenz zur Erzeugung dieser kritischen Störung wurde von Lord Rayleigh wir folgt dargestellt:

V?¹*" (D

wobei ν = Geschwindigkeit des Strahls

D = Durchmesser des Stromes oder der Öffnung

L = Abstand zwischen den Störungen

H = Druckhöhe oder Druck

C = Geschwindigkeitskoeffizient

Die Schwingungen können in einfacher Weise auf verschiedene Art erzeugt werden. Ein einfaches. Verfahren ist es, einen elektromechanischen Vibrator oder einen magnetostriktiven Wandler in Kontakt mit dem Ende eines hitzebeständigen Stabes zu bringen, der seinerseits sich in Kontakt mit dem Schmelztiegel befindet. Ein derartiger Wandler kann so gestaltet sein, daß dieser über einen Bereich von Frequenzen arbeitet, die für die Größe der Öffnungen und für die Strömungsgeschwindigkeiten des geschmolzenen Eisens geeignet sind.

Beispielsweise erzeugt eine hydrostatische Druckhöhe des geschmolzenen Eisens von etwa 45 cm eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 270 cm pro Sekunde durch eine Öffnung mit einem Durchmesser von etwa 0,076 cm. Die optimale Schwingungsfrequenz für die Tropfenerzeugung beträgt dann

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etwa 400 Hz. Andere Öffnungsgrößen können im Bereich von etwa 0,0025 bis 2,5 cm verwendet werden. Die optimale Schwingungsfrequenz verändert sich dann dementsprechend. In jedem Fall kann jedoch die Tropfenerzeugung bei anderen Frequenzen durchgeführt werden, vorausgesetzt, daß eine ausreichende Anregungsenergie zur Verfügung gestellt wird.

Gemäß der Erfindung wird somit ein Sprühfrischverfahren dadurch genau gesteuert, daß die Größe der geschmolzenen Eisentröpfchen reguliert oder eingestellt wird. Die Mittel, durch die die Tröpfchengröße eingestellt wird, sind zudem in der Lage, in gesteuerter Weise die Tröpfchengröße zu vergrößern oder zu vermindern. Der Betrieb des erfindungsgemäßen Sprühfrischverfahrens kann ferner dadurch überwacht werden, daß kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit eine Beobachtung erfolgt, wobei die Tröpfchengröße entsprechend dieser Beobachtung automatisch geändert werden kann. Die beobachteten Betriebsparameter können entweder die Eisenzuflußströmungsgeschwindigkeit oder die Zusammensetzung des austretenden Stahls sein und die Steuerung oder Einstellung kann durch eine Veränderung der Frequenz der Tropfenanregung erfolgen.

Erfindungsgemäß ist ein Sprühfrischverfahren vorgesehen, bei dem Ströme oder Strahlen von geschmolzenem Roheisen einer Schwingung mit konstanter Frequenz ausgesetzt werden« Diese Schwingungen bewirken, daß die Ströme in Tropfen mit gleichförmiger Größe und regelmäßigem Abstand voneinander unterteilt werden, wobei diese Tropfen dann in der Anwesenheit von Sauerstoff und einem Kalkteilchenregen gefrischt werden. Eine schnelle und doch genau eingestellte Frischreaktion wird erzeugt, und zwar durch die kleinen jedoch gleichförmigen Tröpfchen, die durch Reaktorkammer hindurchfallen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur automatischen Einstellung der Anregungsfrequenz und zur elektrischen Aufladung der so gebildeten Tröpfchen.

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Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 eine Ansicht der Reaktorkammer, die erfindungsgemäß ausgebildet ist,

Figur 2 eine vergrößerte Schnittansicht der Tröpfchenerzeugungs- und Aufladungsvorrichtung, und

Figur 3 ist ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Frischverfahrens.

In Fig. 1 ist ein Tiegel 11 dargestellt, der auf der Oberseite eines Reaktors 10 aufliegt, wobei ein Dichtungsring zwischen diesen vorgesehen ist. Ein Vorrat an geschmolzenem Roheisen 29 wird in den Tiegel 11 aus der Pfanne 13 eingefüllt.Das Roheisen tritt aus dem Tiegel 11 über eine Reihe von Öffnungen in einer perforierten Platte 12 aus. Ein magnetostriktiver Vibrator 24 überträgt Schwingungen mit einer gleichmäßigen Frequenz auf den Tiegel 11 mittels eines Stabes 25. Dadurch wird das austretende Roheisen in Reihen von Tröpfchen unterteilt, die eine gleichförmige Größe und einen gleichmäßigen Abstand haben. Die Tröpfchen des geschmolzenen Eisens fallen durch eine Reaktorkammer 18, in der Sauerstoff und Kalk auf diese einwirkt. Der Sauerstoff wird für diesen Zweck über einen Sauerstoffspeisering 16 zugeführt. Der Kalk tritt in die Kammer 18 aus dem Speisering 15 in Form eines ringförmigen Pulvervorhangs oder Pulverregens ein. Das Kalkpulver wird dem Speisering durch kompimierten Sauerstoff zugeführt.

Wenn die geschmolzenen Eisentröpfchen durch die Reaktorkammer 18 hindurchfallen, werden sie unter der Einwirkung von Kalk und Sauerstoff gefrischt und hierdurch wird Stahl, Schlacke und Abgas erzeugt, wie es an sich bekannt ist. Die Reaktionstemperatur beträgt etwa 2000°C. Die Ab-

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gase verlasen den Reaktor 10 über Auslaßöffnungen 26 und einen Gasauslaßverteiler 17. Die Schlacke 20 schwimmt auf dem Stahl 21 und tritt aus der Reaktorkammer 18 über öffnungen 27 aus und wird am unteren Ende einer äußeren Kammer 19 gesammelt. Danach tritt die Schlacke über eine öffnung 42 aus und wird in einem Behälter 23 gesammelt. Der Stahl 21 tritt in die äußere Kammer 19 über eine Öffnung 28 ein, tritt dann aus dem Reaktor über eine Öffnung 43 aus und wird in einem Behälter 22 gesammelt. Eine Trennwandung 44 trennt die Schlacke vom Stahl am unteren Ende der äußeren Kammer 19.

Die perforierte Platte 12 kann aus mit Kalziumoxyd stabilisiertem Zirkoniumoxyd, Aluminiumoxyd oder einem anderen geeigneten hitzebeständigen Material bestehen. Alternativ kann die Platte 12 hauptsächlich aus einem derartigen Material bestehen, jedoch mit einer Reihe von Öffnungsplatteneinsätzen 30 ausgerüstet sein, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die Platten 30 können aus ein- oder polykristallinem Berylliumoxid bestehen, wie es in der US-PS 3 584 678 beschrieben wird. Jede Platte 30 hat eine Öffnung 31t die dadurch hergestellt wird, daß zuerst eine Einsenkung in der Platte ausgebildet wird und daß danach die Öffnung gebohrt und poliert wird. Wie die Fig. 2 ferner zeigt, geht geschmolzenes Eisen 29 zuerst durch die öffnungen 31 in den Einsatzplatten 30 hindurch und dann durch die größeren Öffnungen 32 in der perforierten Platte 12. Das Eisen tritt aus der Platte 30 als eine Reihe von kontinuierlichen Fäden aus. Diese Fäden 33 werden durch die Schwingungen des Schwingungsgenerators 24 angeregt und zerfallen zu Tröpfchen 34, die eine gleichförmige Größe und einen regelmäßigen Abstand haben. Die Tröpfchen 34 gehen dann durch Öffnungen 45 in einer Aufladungsplatte 46 hindurch, und zwar zu einem Zweck, der noch erläutert werden soll.

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Eine Frischvorrichtung gemäß der Erfindung kann so gestaltet werden, daß sie an einen großen Bereich von Produktionsgeschwindigkeiten angepaßt werden kann. Beispielsweise kann ein Reaktor, der Stahl mit einem Durchsatz von 10 Tonnen pro Stunde erzeugt, etwa 150 Öffnungen 31 aufweisen, wobei jede einen Durchmesser von etwa 0,076 cm hat. Für einen derartigen Reaktor sollte die Gesamtfläche

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der Platte 12 etwa 3,484 cm betragen und das Eisen sollte im Tiegel 11 mit einer Druckhöhe von etwa 45 cm gehalten werden. Die optimale Anregungsfrequenz für eine derartige Anordnung beträgt etwa 400 Hz. Unter solchen Bedingungen werden Tröpfchen erzeugt, die einen Durchmesser von etwa 0,38 cm haben und diese Tröpfchen bewegen sich durch die Kammer 18 hindurch mit einer Geschwindigkeit von etwa 270 cm pro Sekunde. Ein zufriedenstellendes Frischen kann erreicht werden, indem man in der Kammer 18 eine Strecke für einen Tropfenfall von etwa 4,5 ι zur Verfügung stellt.

Die gleichförmigen Tröpfchen aus geschmolzenem Eisen, die erfindungsgemäß erzeugt werden, haben alle das gleiche Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Da alle Tröpfchen nacheinander der gleichen Oxidationsumgebung ausgesetzt werden, ist der Frischgrad für Jeden Tropfen genau der gleiche. Dies ermöglicht eine ganz genaue Einstellung des endgültigen Kohlenstoff-, Mangan- und Siliziumgehaltes des fertigen Stahles, und zwar dadurch, daß sehr geringe Änderungen in der Geschwindigkeit der Oxidationsströmung durchgeführ werden. Das bedeutet auch, daß die Sauerstoffströme so eingestellt werden können, daß die Entfernung von Verunreinigung bei minimaler Eisenoxidation genau optimal ist. Dies führt zu einer wesentlichen Verbesserung in der Stahlausbeute gegenüber den bekannten Sprühfrischverfahren, bei denen ungleichförmige Tröpfchen verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Stahlherstellungsverfahren ermöglicht eine einfache automatische Steuerung. Wenn die Reaktions-

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geschwindigkeit in der Kammer 18 erhöht werden soll, so kann die Tröpfchengröße (innerhalb von Grenzen) vermindert werden. Alternativ kann die Reaktionsgeschwindigkeit dadurch verlangsamt werden, daß die Tröpfchengröße erhöht wird. In jedem Fall kann die Größenänderung durch eine Erhöhung oder Verringerung der Frequenz eines elektrischen Treibersignales durchgeführt werden, welches dem Schwingungsgenerator 24 zugeführt wird. Änderungen in der Anregungsfrequenz können auch durchgeführt werden, um Verfahrensstörungen zu korrigieren, die durch Veränderungen der Eisenströmungsgeschwindigkeit in den Tiegel 11 hervorgerufen werden. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit aus der Pfanne 13 zuzunehmen beginnt, steigt der Pegel des Eisens im Tiegel 11 an, und dadurch werden der Druck und die Strömungsgeschwindigkeit des Eisens durch die Öffnungen 31 erhöht. Diese erhöhte Strömungsgeschwindigkeit führt dazu, daß die Größe der Tröpfchen 34 vergrößert wird und somit die Reaktionsgeschwindigkeit vermindert wird. Eine Korrektur kann in der Weise vorgenommen werden, daß die Anregungsfrequenz erhöht wird.

Fig» 3 zeigt ein Blockdiagramm eines automatischen Steuersystems zur Stahlherstellung, das gemäß der obigen Beschreibung arbeitet. Eine Lastaufnahmezelle 38 ist an der Randhalterung des Tiegels 11 montiert und überwacht das Tiegelgewicht, das ein Maß für den Druck an den Öffnungen 31 ist. Das Ausgangssignal der Lastaufnahmezelle 38 wird mit einer Bezugsspannung verglichen, um ein Fehlersignal für eine Strömungsgeschwindigkeitskompensation zu erzeugen. Dieses Fehlersignal wird einem Oszillator 40 zugeführt, um dessen Frequenz einzustellen. Der Oszillator 40 ist eine Treiberschaltung für den Schwingungsgenerator 24; er kann ein Oszillator mit veränderbarer Frequenz sein.. Beispielsweise kann der Oszillator einen Abstinmaungskondensator aufweisen, der von einem Momentempfänger angetrieben wird. Das oben erwähnte Fehlersignal wird dann dem Momentempfänger

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zugeführt, um die Frequenz des Signales einzustellen, welches vom Oszillator 40 zum Verstärker 41 übertragen wird.

Die Frequenz des Oszillators 40 kann auch manuell oder automatisch gesteuert werden, und zwar in Übereinstimmung mit Messungen, die von einem Zusammensetzungsanalysator 39 gemacht werden. Der Zusammensetzungsanalysator 39 kann ein Spektroskop zur Analysierung des Kohlenstoff- und Phosphorgehaltes des nach dem Verfahren hergestellten Stahls enthalten. Änderungen im Phosphorgehalt können dadurch korrigiert werden, daß ein Fehlersignal einer Schiebersteuerung 37 zugeführt wird, die die Zufuhrmenge des Kalkes aus dem Speisegefäß 36 in den Reaktor 18 steuert. Die Korrektur des Kohlenstoffgehaltes wird dadurch erreicht, daß die Trlöpfchenanregungsfrequenz, wie oben beschrieben, geändert wird. Der Kohlenstoffgehalt kann auch durch Steuerung der Sauerstoffzufuhrmenge in den Reaktor 18 gesteuert werden.

Durch die Erfindung werden Ströme von Eisentröpfchen mit gleichförmiger Größe und regelmäßigem Abstand für ein genau eingestelltes Frischen erzeugt. Durch aerodynamische Unregelmäßigkeiten bei gewissen Vorrichtungsausbildungen können einige Tröpfchen sich jedoch relativ zu anderen verlangsamen. Wenn die Reaktorkammer 18 ausreichend lang ist, können die langsameren Tröpfchen von den nachfolgenden Tröpfchen aufgefangen werden, die mit einer etwas höheren Geschwindigkeitffallen. Dieser Verunreinigungs-Vorgang kann sich mehrfach wiederholen, da Jeder Auffangvorgang einen größeren Tropfen mit größerem aerodynamischen Wiederstand erzeugt. Das Ergebnis ist ein Strom von ungleichförmigen Tröpfchen und ein nicht gleichförmiges Frischverfahren.

Dieses Problem kann dadurch ausgeschaltet werden, daß die Tröpfchen in Anwesenheit eines elektrischen Feldes erzeugt werden. In diesem Fall trägt ^edes Tröpfchen eine geringe

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elektrostatische Ladung. Wenn sich dann die Tröpfchen einander nähern, verhindern elektrostatische Abstoßungskräfte eine Vereinigung dieser Tröpfchen. Die elektrostatische Aufladung kann so groß sein, daß ein Rückstoßen bei einer dichten Annäherung verhindert wird, aber daß eine merkliche Kraft zwischen den in einem Strom in gleichem Abstand voneinander befindlichen Tröpfchen nicht ausgeübt wird. Die Ströme von Tröpfchen mit gleichförmiger Größe und regelmäßigem Abstand werden aufrecht erhalten, wobei jeder Tropfen in der Wirbelschleppe des vorausfallenden Tropfens bleibt.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung zur Aufladung der Tröpfchen. Wie dargestellt, gehen Strömungsfäden 33 durch die Öffnungen 45 in der Aufladeplatte 46 hindurch ehe sie sich in Tröpfchen. 34 aufteilen. Die Aufladeplatte 46 ist in der Nähe der Stelle angebracht, an der die Tröpfchen entstehen. Mit Hilfe einer Sonde 47 und einer elektrischen Spannungsquelle 48 wird ein elektrisches Feld zwischen den Wandungen der Öffnungen 45 und der Oberfläche der Strömungsfäden 33 erzeugt. Die Sonde 47 ist mit einer Klemme der Spannungsquelle 48 verbunden und die Aufladeplatte 46 ist mit der anderen Klemme verbunden.

Es sei bemerkt, daß geschmolzenes Eisen eine verhältnismäßig gut leitende Flüssigkeit ist. Die Sonde 47 und die Aufladeplatte 46 bestehen ebenfalls aus einem leitenden Material, und zwar vorzugsweise aus einem Material, welches hohen Temperaturen widerstehen kann, wie beispielsweise Wolfram. Somit werden die Spitzen der Strömungsfäden 33 auf ein elektrisches Potential und die Wandungen der Öffnungen 45 auf ein anderes elektrisches Potential gebracht. Demzufolge wird eine elektrische Aufladungsschicht bei den Spitzen der Strömungsfäden 33 induziert, und diese Ladung wird von den Tröpfchen abgeführt.

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Das beschriebene Verfahren und die beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung sind bevorzugte Ausführungsbeispiele; Abänderungen können im Rahmen der Erfindung druchgeführt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Frischen von geschmolzenem Roheisen, gekennzeichnet durch

a) einen Tiegel zur Aufnahme und zur Abgabe des Roheisens, wobei dieser Tiegel an der Basis mit einer Anzahl von Öffnungen ausgerüstet ist, um das Roheisen in einer Reihe von kontinuierlichen Strömen abzugeben,

b) Einrichtungen, die die Öffnungen in Schwingungen versetzen und die Ströme in Folgen von Tröpfchen unterbrechen, die eine gleichförmige Größe und einen regelmäßigen Abstand haben,

c) eine Reaktorkammer, die diese Tröpfchenfolgen umgibt,

d) Einrichtungen, mit denen ein Oxidationsgas in die Kammer eingeführt wird, wodurch das Roheisen, welches die Tröpfchen in diesen Folgen bildet, einer gleichmäßigen Frischreaktion ausgesetzt wird, und

e) Einrichtungen, mit denen diese Tröpfchen aufgefangen werden und das so gefrischte Eisen gesammelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mit denen der Druck gemessen wird, mit welchem das geschmolzene Roheisen den Öffnungen zugeführt wird, und Einrichtungen, die in Abhängigkeit davon die Betriebsfrequenz der Schwingungserzeugenden Einrichtung einstellen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine äußere Kammer, die diese Reaktorkammer umgibt, wobei die äußere Kammer mit der Reaktorkammer in drei verschiedenen Höhen in Verbindung steht, um Stahl, Schlacke und Abgase , zu trennen, die sich in der Reaktorkammer sammeln.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum elektrischen Aufladen der gebildeten Tröpfchen.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennheichnet durch Einrichtungen, mit denen ein Kalkteilchenregen in die Reaktorkammer eingeführt wird.

6. Vorrichtung zur Herstellung von Stahl, gekennzeichnet durch

a) eine Reaktorkammer,

b) Einrichtungen, mit denen geschmolzenes Roheisen in Form einer Reihe von Strömungsfäden in diese Kammer eingeführt wird,

c) Einrichtungen, mit denen diese Strömungsfäden mit einer Frequenz in Schwingung versetzt werden, die in der Nähe ihrer Eigenfrequenz liegt, wodurch die Strömungsfäden in mehrere^Folgen aus Tröpfchen von gleichmäßiger Größe und regelmäßigem Abstand unterbrochen werden,

d) Einrichtungen, mit denen ein Oxidationsgas in die Reaktorkammer eingeführt wird, und

e) Einrichtungen, welche die Tröpfchen nach dem Frischen auffangen und den Stahl von den in ihm enthaltenen Abfallprodukten trennen.

7. Verfahren zur Herstellung von Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ströraungsfaden aus geschmolzenem Roheisen gebildet wird, daß dieser Strömungsfaden mit einer Schwingung von einer Frequenz in der Nähe seiner Eigenfrequenz erregt wird, wodurch er in eine Reihe von Tröpfchen aus geschmolzenem Eisen unterbrochen wird, die eine gleichförmige Größe und einen regelmäßigen Abstand voneinander aufweisen, daß die Tröpfchen dem Einfluß eines Oxidationsgases ausgesetzt werden, wodurch das Eisen gefrischt wird, daß die Tröpfchen aufgefangen werden, und eine Sammelschmelze aus einer unteren Schicht aus gefrischtem Eisen und einer oberen Schlackenschicht gebildet wird, und daß der Stahl von der Schlacke getrennt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchen dem Einfluß eines Kalkteilchenregens ausgesetzt werden. 409813/0470

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