DE2356924A1 - Verfahren und vorrichtung zum erschmelzen von metallen in einem elektroofen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum erschmelzen von metallen in einem elektroofenInfo
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Description
j>.·.·!'=·.·.'·- . «jr. 23 56 91A
■1 M α noil en i2, SU-insdorfstr· 1·
310-21.700P 14. 11. 1973
Verfahren und Vorrichtung zum Erschmelzen von Metallen in einem Elektroofen
Die Erfindung bezieht sich auf das Erschmelzen von Metallen in Elektroöfen.
In diesem metallurgischen Ofentyp werden feste Stoffe, wie z. B.
Schrott, Erz, Ferrolegierungen usw., zum Preis eines bestimmten Verbrauchs
an elektrischer Energie geschmolzen. -
Auf die Einschmelzphase folgt im Fall von Stählen allgemein, eine
Frischphase, in deren Lauf die Entkohlung und die Entphosphorung stattfinden,
und auf diese Phase folgt dann allgemein eine Desoxydationsphase,
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in deren Lauf auch die Entschwefelung in Gegenwart einer zweiten kalkhaltigen
Schlacke erfolgt, die durch Zusätze von Reduktionsmitteln, wie z.B. Silizium und Kohlenstoff, reduzierend gemacht ist.
Der für die Frischphase erforderliche Sauerstoff hat verschiedene
Ursprünge:
a) die Oxide, die sich an der Oberfläche der Schrottteile befinden,
b) der freie Sauerstoff der Ofenatmosphäre, der allgemein in
geringer Menge während der Entkohlung existiert,
c) das Ausglühen des Kalksteins, falls er im Ofen vorliegt,
d) die Oxide von zugesetzten Ferrolegierungen,
e) der Sauerstoff von eingebrachten Erzen oder Zunder,
f) der in das Bad mittels einer allgemein durch eine Ofentür eingeführten
Lanze oder Mittels einer Wasserdüse eingeblasene Sauerstoff, die in einer Ofenwand angeordnet ist und auf oder in das Schmelzbad
oder auch gerade an dessen Oberfläche bläst.
Im Fall einer nicht verzehrbaren, wassergekühlten Düse ist das
Blasen von reinem Sauerstoff öder an Sauerstoff reichen Gasen unterhalb
der Schmelzbadoberfläche, obwohl es schon empfohlen wurde, während
einer langen Zeit im Lauf des Frischens wegen der schnellen Zer-
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störung der Einblasdüse, die sich dabei ergibt, praktisch gar nicht
durchführbar.
Bei allen Verfahren zum Blasen von reinem Sauerstoff im Elektroofen,
die bisher angewendet wurden, hat man außerdem eine bedeutende Verstärkung des Verschleißes der gesamten Ofenausmauerung
beobachtet.
Andererseits kennt man jetzt ein Verfahren zum Blasen von reinem Sauerstoff im Konverter durch eingetauchte verzehrbare Düsen.
Dieses Verfahren, bei dem der durch den Boden oder die Wand des Konverters eingeführte Sauerstoffstrabi an seinem Umfang von einem
zum Schutz der feuerfesten Materialien gegen ihren Heißverschleiß dienenden Stoff umgeben ist, der z. B. Heizöl oder ein anderes Öl
sein kann, ermöglicht das Blasen von reinem Sauerstoff unterhalb der Schmelzbadoberfläche im Konverter und vermindert gleichzeitig
den Verbrauch an feuerfesten Stoffen im Vergleich mit den Verfahren,
die ein Blasen von Luft, angereicherter Luft oder anderen oxydierenden
Gasgemischen durch den Boden des Konverters vorsehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Erschmelzen von Metallen oder Legierungen, insbesondere Stählen, im Elektroofen anzugeben, das eine Beschleunigung der metallurgischen
Reaktionen und auch eine kürzere Einschmelzzeit der Charge im Elektroofen ermöglicht.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist
ein Verfahren zum Erschmelzen von Metallen oder Legierungen, ins-
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besondere Stählen, im Elektroofen, mit dem Kennzeichen, daß man mindestens während bestimmter Schmelzphasen, die oxydierende
Phasen sind, unter die Schmelzbadoberfläche wenigstens einen Strahl von reinem Sauerstoff oder eines an Sauerstoff reichen Gases einbläst,
der durch den Boden oder die Wand des Ofens eingeführt wird und an seinem Umfang von einem zum Schutz des feuerfesten Ofenmaterials
gegen seinen Heißverschleiß durch die Metall-, insbesondere Eisenoxide dienenden Stoff umgeben ist, der im Schmelzbad um
den Sauerstoff strahl herum mündet, und daß man während bestimmter anderer Schmelzphasen, die reduzierende, entschwefelnde und
desoxydierende Phasen sind, statt des Sauerstoffs oder an Sauerstoff reichen Gases ein neutrales oder reduzierendes Gas, z.B. Stickstoff
oder Argon einbläst.
Die Anwendung des oben genannten bei Konvertern bekannten Sauerstoffblasverfahrens auf Elektroofen ermöglicht so ein neuartiges
Verfahren zum Erschmelzen beispielsweise von Stahl, das auf der Kombination eines Einschmelzens von festen Stoffen in einem Elektroofen
mit dem Einblasen eines oxydierenden Gases oder Gasgemisches, wobei auch reiner Sauerstoff gemeint ist, derart beruht, daß der
durch den Boden oder die Wand des Ofens eingeführte Strahl des oxydierenden Gases an seinem Umfang von einem die feuerfesten Stoffe
schützenden und im Schmelzbad um den Sauerstoffstrahl einmündenden Stoff umgeben ist. Dieser Schutzstoff kann beispielsweise Heizöl
oder auch ein anderer Kohlenstoff enthaltender Stoff sein.
Bei diesem Verfahren beschleunigt die massierte Zuführung von Sauerstoff durch das Schmelzbad in wesentlichem Ausmaß die me-
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tallurgischen Reaktionen im Lauf der Frischphase und ermöglicht auch
ein schnelleres Einschmelzen der Charge. ■ ,
Das Einblasen von Sauer stoff strahlen, die von Strahlen aus durch
thermische Zersetzung Kohlenstoff abgebenden Fluiden, falls man z. B. Heizöl verwendet, umgeben sind, erhöht andererseits die Verschleißbeständigkeit
des ganzen Ofenbodenmaterials, so daß man hierfür
trotz des Blasens von reinem Sauerstoff billigere feuerfeste Stoffe
verwenden kann.
Nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung für den Fall eines Erschmelzens mit zwei Schlacken bläst man durch den zentralen
Kanal der Düsen oder durch zwei Kanäle gleichzeitig im Lauf der Desoxydationsphase
ein neutrales oder reduzierendes Gas, wie z. B. Stickstoff oder Argon.
Nach einer anderen besonderen Ausführungsart der Erfindung kann man in diesen neutralen oder reduzierenden Gasen Reduktionsoder Entschwefelungsmittel, wie z. B. Silizium, Kohlenstoff oder
Kalk in Suspension einbringen. Allgemein bläst man in den Phasen
des Erschmelzungsverfahrens, wo das Einblasen von reinem Sauerstoff
nicht wünschenswert oder unerläßlich ist, ein neutrales Gas oder Luft ein, um die Verstopfung der Düsen durch aus dem Schmelzbad
oder der festen Phase stammende Abscheidungen zu verhindern.
In Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, im Zuge des Erschmelzens
Phasen ohne Zuführung elektrischer Energie vorzusehen, während deren lediglich Sauerstoff oder andere oxydierende Gase
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durch das Metallbad geblasen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Erzeugung
von Legierungsstählen aus Schrott und Ferrolegierungen geeignet, deren Kohlenstoffgehalt weit höher als der sein kann,, der sonst allgemein
im Elektroofen ohne Blasen von Sauerstoff zulässig ist. Insbesondere
läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Erschmelzen von nicht oxydierenden Stählen einem mit Chrom chargierten
Schmelzbett anwenden, das z.B. Zuschläge von Chromstählen und
Ferrolegierungen erhält. ,
Hierbei kann es zweckmäßig sein, den Sauerstoff im Laufe des
Frischvorganges durch Wasserdampf oder jedes andere Verdünnungsgas, z. B. ein neutrales Gas, oder auch durch in den Sauerstoffstrom
injiziertes zerstäubtes Wasser mehr oder weniger zu ver-r
dünnen.
Diese Arbeitsweise ermöglicht eine Verminderung der Chrom- ,
Verluste für einen gegebenen Kohlenstoffendwert und eine gegebene
Endtemperatur. ■ ■:- .·--.-■ .
Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere zum Erschmelzen von Stahl, die eine Anzahl von verzehrbaren Düsen mit
doppelter oder mehrfacher getrennter Speisung aufweist, die den Boden oder die Wand eines Elektroofens durchsetzen, wobei.sie in. der
feuerfesten Ofenauskleidung eingebettet sind und unter dem Schmelzbadniveau außerhalb der Vertikalen von solchen öffnungen, wie z.B., ;.
409823/07 58 '
Arbeitstüren, Entschlackungstür, Gießloch usw. münden.
Diese bei Stahlwerkskonvertern bereits bekannten Düsen können
z.B. aus zwei konzentrischen Rohren bestehen, wobei das zentrale Rohr mit Sauerstoff und das Umfang sr ohr völlig getrennt vom Sauerstoffstrom
mit einem die Nase der Düse gegen die heißen Oxide schützenden Stoff, wie z. B. Heizöl, gespeist wird.
Um die Erfindung noch näher zu erläutern, sollen, ohne sie zu
beschränken, ein Ausführungsbeispiel eines Elektroofens gemäß der
Erfindung und ein Schmelz- und Frischvorgang gemäß der Erfindung in diesem Lichtbogenofen beschrieben werden.
Es geht hierbei um das Erschmelzen eines besonders weichen
Stahls aus Schrott.
Man schmilzt in einem Lichtbogenofen für 50 t, der mit zwei
Doppelspeisungsdüsen ausgerüstet ist, deren Innendurchmesser 20 mm beträgt, die schräg von unten nach oben zum Inneren des Ofens mit
einem Winkel von 30 zur Vertikalen gerichtet sind und in der Nähe
des Bodenumfangs münden, Schrott-Teile mit 0,30 % Kohlenstoff und 400 kg Anthrazit, um den Kohlenstoffgehalt des Schmelzbades auf
0,60 % zu bringen. Nach Zündung des Lichtbogens bläst man durch
die beiden Kanäle jeder Düse gewöhnliche Luft mit einem ausreichenden Durchsatz zum Homogenisieren der Temperatur der zu schmelzenden
Masse und zur Förderung des Schmelzens. Das Schmelzen ist
hierbei gegenüber einem Arbeiten in einem Elektroofen ohne Blasprozeß erheblich beschleunigt, und nach 30 Minuten verbleiben nur noch
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60 % des Schrotts zu schmelzen.
Man bläst dann anstelle von Luft reinen Sauerstoff mit einem
Durchsatz von 10 m /min durch den zentralen Kanal der beiden Düsen
ein, wobei der äußere Kanal mit Heizöl bei einem Durchsatz von 1,2 1 je Minute gespeist wird. Die Temperatur des Bades erhöht
sich rasch, und nach 20 Minuten des Blasens mit Sauerstoff in Gegenwart des Lichtbogens bleiben nur noch 20 % des Schrotts
zu schmelzen übrig. Man stellt dann den Lichtbogen ab und bläst
reinen Sauerstoff mit einem Durchsatz von 25 m /min je Düse, wobei
der Durchsatz des Heizöls unverändert bleibt. Nach 20 Minuten dieses Sauerstoffblasens mit starkem Durchsatz ist das Schmelzen
vollendet, und der Kohlenstoffgehalt ist im Bad nur mehr 0,2 %.
Man setzt dann das Blasen von Sauerstoff mit starkem Durchsatz fort, bis der Kohlenstoffgehalt nur noch 0,07 % beträgt. Man
nimmt dann das Entschlacken vor und bildet eine desoxydierende
3 Schlacke. Man behält einen geringen Sauerstoffdurchsatz (lOm /min)
bis zum Ende des Schmelzens der Schlacke, d. h. während etwa 10 Minuten bei.
Man nimmt dann die Schlackendesoxydation unter bekannten Zusätzen von reduzierenden Stoffen vor, während man durch beide Ka-
3 näle beider Düsen Stickstoff mit einem Durchsatz von 10 m /min
Minuten lang einbläst. Nach Erreichen der gewünschten Zusammensetzung und nach dem Entschlacken gießt man einen besonders weichen
Stahl, der gut entschwefelt und desoxydiert ist und einen sehr geringen Phosphorgehalt aufweist.
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Selbstverständlich lassen sich, ohne den Bereich der Erfindung
zu verlassen,' verschiedene Varianten und Verbesserungen von Einzelheiten
oder auchdie Verwendung äquivalenter Mittel vorstellen,
und insbesondere ist die Erfindung nicht nur auf den Lichtbogenofen,
sondern auch auf andere bekannte Typen von Elektroöfen, z.B. Induktionsöfen,
anwendbar.
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Claims (7)
1. Verfahren zum Erschmelzen von Metallen oder Legierungen,
insbesondere Stählen, im Elektroofen, dadurch gekennzeichnet,
daß man mindestens während bestimmter Schmelzphasen, die oxydierende Phasen sind, unter die Schmelzbadoberfläche wenigstens
einen Strahl von reinem Sauerstoff oder eines an Sauerstoff reichen Gases einbläst, der durch den Boden oder die Wand des Ofens eingeführt
wird und an seinem Umfang von einem zum Schutz des feuerfesten Ofenmaterials gegen seinen Heißverschleiß durch die Metall-,
insbesondere Bisenoxide dienenden Stoff umgeben ist, der im Schmelzbad
um den Sauer stoff strahl herum mündet, und daß man während bestimmter anderer Schmelzphasen, die reduzierende, entschwefelnde
und desoxydierende Phasen sind, statt des Sauerstoffs oder an Sauerstoff reichen Gases ein neutrales oder reduzierendes Gas, z.B. Stickstoff oder Argon, einbläst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man während der reduzierenden Phasen im neutralen oder reduzierenden Gas Kalkpulver oder pulverförmige Reduktionsmittel, wie z. B.
Kohlenstoff, Silizium usw., in Suspension einbringt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die elektrische Heizung während einiger Phasen des Blasens des reinen Sauerstoffs oder oxydierenden Gases unterbrochen werden kann.
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4. Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der den Sauerstoffstrahl umgebende Düsenschutzstoff Heizöl ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sauerstoff in Mischung mit einem endotherm zersetzbaren Fluid
oder einem Verdünnungsmittel, wiez. B. Wasserdampf oder in Suspension
in dem Sauer stoff strom zerstäubtem Wasser eingeblasen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ■
es zum Erschmelzen von nicht oxydierenden Stählen aus einem Chrom
enthaltenden Schmelzbett angewendet wird«
7. Elektroofen zum Erschmelzen von Metallen oder Legierungen nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet,
daß er eine oder mehrere verzehrbare Düsen mit doppelter
oder mehrfacher getrennter Speisung aufweist, die den Boden oder die Wand des Ofens durchsetzen, in die feuerfeste Auskleidung
des Ofens eingebettet sind und unter dem Schmelzbadniveau münden.
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| FR7242208 | 1972-11-28 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE2356924B2 DE2356924B2 (de) | 1976-08-05 |
| DE2356924C3 DE2356924C3 (de) | 1977-03-24 |
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Also Published As
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| DE2356924B2 (de) | 1976-08-05 |
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| FR2207998A1 (de) | 1974-06-21 |
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| GB1421669A (en) | 1976-01-21 |
| ES419860A1 (es) | 1976-03-16 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |