DE2356924C3

DE2356924C3 - Method and device for melting steels in an electric furnace

Info

Publication number: DE2356924C3
Application number: DE19732356924
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Creusot-Loire, Paris
Priority date: 1972-11-28
Filing date: 1973-11-14
Publication date: 1977-03-24

Description

Beschickung mit reduzierenden Flammen zu füllen, um eine übermäßige Oxydation zu verhindern. Im Fall des Lichtbogenofens kann man diese Substanz auch in den der Uchtbogenwänne ausgesetzten Ofenraum einblasen. STo fill charge with reducing flames prevent excessive oxidation. In the case of the electric arc furnace, this substance can also be put into the Blow in the furnace chamber exposed to the Uchtbogenwänne. S.

Andererseits ist aus der DT-OS 2033 975 ein Verfahren zum Blasen von reinem Sauerstoff im Konverter durch eingetauchte verzehrbare Düsen bekannt Dieses Verfahren, bei dem der durch den Boden oder die Wand des Konverters eingeführte Sauerstoffstrahl 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 voa reinem Sauerstoff unterhalb der Schmelzoberfläche 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.On the other hand, from DT-OS 2033 975 a Method of blowing pure oxygen in the converter through submerged consumable nozzles This method is known in which the introduced through the bottom or the wall of the converter Oxygen jet on its perimeter from one to protect the refractories against theirs Hot-wear fabric is surrounded, the z. B. This can be fuel oil or another oil Bubbles of pure oxygen below the enamel surface in the converter and diminishes at the same time the consumption of refractories compared with the processes that use a blowing of air enriched Provide air or other oxidizing gas mixture through the bottom of the converter.

Daneben wurde aus der DT-OS 22 04 789 ein Verfahren zum Frischen von Roheisen im Konverter mittels Einblascns technisch reinen Sauerstoffs durch mindestens eine im Konverterfutter eingebettete Düse aus zwei konzentrischen Rohren unterhalb der Badoberfläche bekannt bei dem durch das Außenrohr der Düse ein Schutzgas, insbesondere Erdgas, eingeblasen wird und während der ersten Phase des Frischens ein vorzugsweise nicht oxydierendes, mit Kalk beladenes Gas, insbesondere Stickstoff oder Argon oder ebenfalls Erdgas eingeblasen wird.In addition, DT-OS 22 04 789 became a process for refining pig iron in the converter by injecting technically pure oxygen through at least one nozzle embedded in the converter lining known from two concentric tubes below the bath surface in the case of the one through the outer tube of the A protective gas, in particular natural gas, is injected into the nozzle and during the first phase of freshening preferably non-oxidizing gas laden with lime, in particular nitrogen or argon or likewise Natural gas is injected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so auszugestalten, daß man eine Beschleunigung der metallurgischen Reaktionen und auch eine kürzere Einschmelzzeit der Charge im Elektroofen bei verringertem Stromverbrauch erreicht und einen hierfür angepaßten Elektroofen anzugeben.The invention is based on the object of designing the method mentioned at the outset in such a way that one accelerates the metallurgical reactions and also a shorter meltdown time of the batch achieved in the electric furnace with reduced power consumption and an electric furnace adapted for this purpose to specify.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Einblasen der Gase durch verzehrbare, in die feuerfeste Auskleidung des Ofens eingebettete, unter dem Schmelzbadniveau mündende Doppelspeisungsdüsen erfolgt wobei man zunächst beim Einschmelzen von Schrott und Kohlenstoffträgern in einer Menge, die den Kohlenstoffgehalt des Bades auf 0,6% bringt Luft durch beide Düsenkanäle einbläst bis etwa 40% des Schrotts geschmolzen sind, man dann reinen Sauerstoff durch den zentralen Kanal und Heizöl durch den äußeren Kanal jeder Düse zum Schutz des feuerfesten Ofenmaterials gegen Heizverschleiß einbläst bis der gewünschte niedrige Kohlenstoffgehalt des Schmelzbades erreicht ist zu welchem Zeitpunkt dieses abgeschlackt und mit einer neuen, desoxydierenden Schlacke versehen wird, bis zu deren Schmelzen man einen geringen Sauerstoffdurchsalz beibehält und man schließlich während der entschwefelnden und desoxydierenden Phasen durch beide Düsenkanäle Stickstoff oder Argon einbläst und das Schmelzbad vor dem Gießen nochmals entschlacktAccording to the invention, this object is achieved by that the blowing of the gases through edible, embedded in the refractory lining of the furnace, under The double feed nozzles opening out to the molten bath level are carried out, whereby one starts with the melting down of Scrap and carbon carriers in an amount that brings the carbon content of the bath to 0.6% air through Both nozzle channels are blown in until about 40% of the scrap has melted, and pure oxygen is then passed through the central channel and fuel oil through the outer channel of each nozzle to protect the refractory Furnace material is blown in against heat wear until the desired low carbon content of the molten bath is reached, at which point it is slagged off and with a new, deoxidizing slag is provided, until their melting one maintains a low oxygen level and one finally nitrogen through both nozzle channels during the desulfurizing and deoxidizing phases or argon is blown in and the molten bath is purged again before casting

Die Anwendung des oben genannten bei Konvertern bekannten Sauerstoffblasverfahrens unter ganz spezieller Anpassung auf Elektroöfen ermöglicht so ein neuartiges Verfahren zum Erschmelzen 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 eingeführteThe application of the above-mentioned oxygen blowing process known from converters, with a very special adaptation to electric furnaces, enables such a process novel process for melting steel based on the combination of a melting down of solid Substances in an electric furnace with the injection of an oxidizing gas or gas mixture, whereby also Pure oxygen is meant to be based on that introduced through the bottom or wall of the furnace Strahl des oxydierenden Gases an seinem Umfang von die feuerfesten Stoffe schützendem und im Schmelzbad um de« Sauerstoffstrahl einmündenden Heizöl umgeben istJet of oxidizing gas at its perimeter from the refractory materials protective and in the weld pool is surrounded by the fuel oil flowing into the stream of oxygen

Bei diesem Verfahren beschleunigt die massierte Zuführung von Sauerstoff durch das Schmelzbad in wesentlichem Ausmaß die metallurgischen Reaktionen im Lauf der Frischphase und ermöglicht auch ein schnelleres Einschmelzen der Charge.This process accelerates the massed supply of oxygen through the molten bath in substantial extent the metallurgical reactions in the course of the fresh phase and also enables a faster melting of the batch.

Das Einblasen von Sauerstoffstrahlen, die von Strahlen aus durch thermische Zersetzung Kohlenstoff abgebendem Heizöl umgeben sind, erhöht andererseits die Verschleißbeständigkeit des ganzen Ofenbodenmaterials, so daß man hisrfür trotz des Blasens von reinem Sauerstoff billigere feuerfeste Stoffe verwenden kann.The injection of oxygen rays, that of rays from carbon through thermal decomposition emitting fuel oil are surrounded, on the other hand, increases the wear resistance of the entire furnace bottom material, so that you can still use it despite the blowing of pure Oxygen can use cheaper refractories.

Nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung kann man während der reduzierenden Phasen im neutralen oder reduzierenden Gas Kalkpulver oder pulverförmige Reduktionsmittel, wie z. B. Kohlenstoff, Silizium u»w„ in bekannter Weise in Suspension einbringen.According to a particular embodiment of the invention, during the reducing phases in neutral or reducing gas lime powder or powdered reducing agents, such as. B. carbon, Silicon u »w„ in a known manner in suspension bring in.

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 stammenden Abscheidungen zu verhindern.In general, blowing is used in the phases of the smelting process where the blowing of pure oxygen is undesirable or indispensable neutral gas or air to avoid clogging of the nozzles from the molten bath or the solid phase prevent originating deposits.

In Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, die elektrische Heizung während einiger Phasen des Blasens des reinen Sauerstoffs oder oxydierenden Gases, vorzugsweise während des Imschmelzens der letzten etwa 20% des Schrotts, zu unterbrechen und somit Energie einzusparen.In a further development of the invention, it is possible that electric heating during some phases of pure oxygen blowing or oxidizing Gas, preferably during the melting of the last 20% or so of the scrap, and thus saving energy.

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 Verfahi cn zum Erschmelzen von nicht oxydierenden Stählen aus einem mit Chrom chargierten Schmelzbett anwenden, das z. B. Zuschläge von Chromstählen und Ferrolegierungen erhältThe inventive method is particularly for the production of alloy steels from scrap and Ferro alloys are suitable whose carbon content can be far higher than that which is otherwise generally used in Electric furnace without blowing oxygen is allowed. In particular, the method according to the invention can cn use for melting non-oxidizing steels from a molten bed charged with chromium, the Z. B. surcharges for chrome steels and ferro alloys

Hierbei kann es zweckmäßig sein, den Sauerstoff im Laufe des Frisch Vorganges durch Wasserdampf oder jedes andere Verdünnungsgas, z. B. ein neutrales Gas, oder auch durch in den Sauerstoffstrom injiziertes zerstäubtes Wasser mehr oder weniger zu verdünnen.In this case it can be useful to use steam or the oxygen in the course of the freshening process any other diluent gas, e.g. B. a neutral gas, or by injected into the oxygen stream to dilute atomized water more or less.

Diese Arbeitsweise ermöglicht eine Verminderung der Chromverluste für einen gegebenen Kohlenstoffendwert und eine gegebene Endtemperatur.This mode of operation enables a reduction in chromium losses for a given final carbon value and a given final temperature.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Elektroofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem Kennzeichen, 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, wobei die Mündungen zweckmäßig außerhalb der Vertikalen von solchen öffnungen, wie z. B. Arbeitstüren, Entschlackungstür, Gießloch usw. liegen.The invention also relates to an electric furnace for carrying out the method according to the invention, with the characteristic that it has one or more has consumable nozzles with double or multiple separate feed, which the bottom or the Pass through the wall of the furnace, embedded in the refractory lining of the furnace and under the Melt bath level open out, the mouths expediently outside the vertical of such openings, such as B. work doors, purification door, Pouring hole, etc. lie.

Diese bei Stahlwerkskonvertern bereits bekannten Düsen können z.B. aus zwei konzentrischen Rohren bestehen, wobei das zentrale Rohr mit Sauerstoff und das Umfangsrohr völlig getrennt vom Sauerstoffstrom mit einem die Nase der Düse gegen die heißen Oxide schützenden Heizöl gespeist wird.These nozzles, which are already known from steelworks converters, can, for example, consist of two concentric pipes exist, the central tube with oxygen and the peripheral tube completely separated from the oxygen flow is fed with a fuel oil that protects the nose of the nozzle against the hot oxides.

Um die Erfindung näher zu erläutern, sollen ein Ausführungsbeispiel eines Elektroofens gemäß der Erfindung und ein Schmef?- und Frischvorgang gemäß der Erfindung in diesem Lichtbogenofen beschrieben werden.In order to explain the invention in more detail, an embodiment of an electric furnace according to FIG Invention and a Schmef? - and fresh process according to of the invention will be described in this arc furnace.

Es geht hierbei um das Erschmelzen eines besonders weichen Stahls aus SchrottIt is about melting a particularly soft steel from scrap

Man schmilzt in einem Lichtbogenofen für 501, 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 030% 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 gewöhnlich 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 60% des Schrotts zu schmelzen.Scrap is melted in an electric arc furnace for 501, which is equipped with two double feed nozzles, the inner diameter of which is 20 mm, which are directed obliquely from bottom to top to the interior of the furnace at an angle of 30 ° to the vertical and open near the bottom circumference -Parts with 030% carbon and 400 kg anthracite to bring the carbon content of the weld pool to 0.60%. After the arc has been ignited, air is usually blown through the two channels of each nozzle with a sufficient flow rate to homogenize the temperature of the mass to be melted and to promote melting. The melting process is considerably accelerated compared to working in an electric furnace without a blowing process, and after 30 minutes only 60% of the scrap remains to be melted.

Man bläst dann anstelle von Luft reinen Sauerstoff mit einem Durchsatz von 10 nWmin durch den zentralen Kanal der beiden Düsen ein, wobei der äußere Kanal mit Heizöl bei einem Durchsatz von 1.21 jede 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% desInstead of air, pure oxygen is then blown through the central one at a rate of 10 nWmin Channel the two nozzles one, the outer channel with fuel oil at a throughput of 1.21 every minute is fed. The temperature of the bath increases rapidly, and after 20 minutes of blowing with oxygen in The presence of the arc only leaves 20% of the

Schrotts zu schmelzen übrig. Man stellt dann den Lichtbogen ab und bläst reinen Sauerstoff mit einem Durchsatz von 25 m³/min je Düse, wobei der Durchsatz des Heizöls unverändert bleibt Nach 20 Minuten dieses Sauerstoffblasens mit ftarkem Durchsatz ist das Schmelzen vollendet und der Kohlenstoffgehalt ist im Band nur mehr 0,2%.Scrap left to melt. The arc is then switched off and pure oxygen is blown with a throughput of 25 m ³ / min per nozzle, the throughput of the heating oil remaining unchanged.After 20 minutes of this oxygen blowing with a high throughput, the melting is complete and the carbon content in the strip is only 0 , 2%.

Man setzt dann das Blasen von Sauerstoff mitYou then add the blowing of oxygen

ίο starkem Durchsatz fort, bis der Kohlenstoffgehalt nur noch 0,07% beträgt Man nimmt dann das Entschlacken vor und bildet eine desoxydierende Schlacke. Man behält einen geringen Sauerstoffdurchsatz (10 mVmin) bis zum Ende des Schmelzens der Schlacke, d.h.ίο high throughput continued until the carbon content only still 0.07%. Purification is then carried out and a deoxidizing slag is formed. Man maintains a low oxygen flow rate (10 mVmin) until the slag has finished melting, i.e.

während etwa 10 Minuten bei.for about 10 minutes.

Man nimmt dann die Schlackendesoxydation unter bekannten Zusätzen von reduzierenden Stoffen vor, während man durch beide Kanäle beider Düsen Stickstoffe, mit einem Durchsatz von 10 mVmin 15 Minuten lang einbläst. Nach Erreichen der gewünschten Zusammensetzung und nach dem Entschlacken gießt man einen besonders weichen Stahl, der gut entsctiwefelt und desoxydiert ist und einen sehr geringen Phosphorgehalt aufweist.The slag deoxidation is then carried out with known additions of reducing substances, while nitrogen flows through both channels of both nozzles, with a throughput of 10 mVmin 15 Blows in for minutes. After reaching the desired composition and after purification, pour a particularly soft steel, which desulfurizes well and is deoxidized and has a very low phosphorus content.

Die Erfindung ist im übrigen nicht nur auf den Lichtbogenofen, sondern auch auf andere bekannte Typen von Elektroofen, z. B. Induktionsöfen, anwendbar. The invention is known not only to the electric arc furnace, but also to others Types of electric furnace, e.g. B. Induction furnaces, applicable.

Claims

"'-. Claims:

I Process for melting steels in an electric furnace, in which at least one jet of pure oxygen or a gas rich in oxygen is blown into the molten bath ^ during certain phases, which are oxidizing phases, and during certain other melting phases, reducing, desulphurizing and Deoxidizing phases are, instead of oxygen or a gas rich in oxygen, a non-oxidizing, e.g. neutral gas, blown in ^ 8 ad ure h, characterized in that the gases are blown in through consumable double feed nozzles embedded in the refractory lining of the furnace and opening below the level of the molten bath, First of all, when melting down scrap and carbon carriers, air is blown in through both nozzle channels in an amount that brings the carbon content of the bath to 0.6%, until about 40% of the scrap is melted, then pure oxygen through the central channel and heating oil through the outer channel of each nozzle to protect the refractory furnace Aterials is blown in against hot wear until the desired low carbon content of the molten bath is reached, at which point it is slagged off and provided with a new, deoxidizing slag, until it melts, a low oxygen flow rate is maintained and, finally, during the desulphurizing and deoxidizing phases through both nozzle channels nitrogen or argon and injects the molten vo ^r casting purifies again.

2. The method according to claim 1, characterized in that one during the reducing Phases in the neutral or reducing gas lime powder or powdery reducing agents, such as B. carbon, silicon, etc., introduces in suspension.

3. The method according to claim 1, characterized in that the electric heater during some phases of pure oxygen or oxidizing gas blowing, preferably during the. Melting down the last 20% or so of the scrap, is interrupted.

4. The method according to claim 1, characterized in that the oxygen is mixed with one endothermic decomposable fluid or a diluent, such as. B. steam or in suspension water atomized in the oxygen stream is blown.

5. Application of the method according to claim 4 for melting non-oxidizing steels from a chromium-containing melt bed

6. Electric furnace for melting steels according to the method according to one of claims 1 - 5, characterized in that it has one or more consumable nozzles with double or multiple has separate feed that penetrate the bottom or the wall of the furnace, in the refractory Lining of the furnace are embedded and open below the weld pool level.

The invention relates to a method for melting steels in an electric furnace, in which one in the molten bath during certain phases, which are oxidizing phases, at least one jet of pure oxygen or a gas rich in oxygen and during certain others Melting phases, which are reducing, desulphurizing and deoxidizing phases, instead of oxygen or rich in oxygen gas a non-oxidizing, z. B. ίο injecting neutral gas and placing it on an electric furnace to carry out this procedure

In electric furnaces z. B. scrap ore, ferro alloys etc. melted at the price of a certain consumption of electrical energy.

In the case of steels, the melting phase is generally followed by a fresh phase, during which the decarburization is carried out and dephosphorization take place, and in this way a deoxidation phase generally follows, in the course of which is also desulphurisation in the presence of a second calcareous slag which is carried out by additives of reducing agents, such as. B. silicon and carbon, is made reducing

The oxygen required for the fresh phase has different origins:
a) the oxides that are on the surface of the scrap pieces,

b) the free oxygen in the furnace atmosphere. the generally exists in a small amount during decarburization

c) the calcination of the limestone, if it is in the furnace

d) the oxides of added ferro-alloys,

e) the oxygen from introduced ores or scale.

f) into the bath by means of a lance generally introduced through an oven door or by means of a Water nozzle injected oxygen, which is arranged in a furnace wall and on or into the Molten bath or just blowing on its surface.

In the case of a non-consumable, water-cooled nozzle, the blowing is pure oxygen or on Oxygen rich gases below the enamel surface, although it has been recommended while a long time in the course of freshening because of the rapid destruction of the injection nozzle results, practically not feasible.

In all methods for blowing pure oxygen in the electric furnace that have been used so far there is also a significant increase in the wear and tear of the entire furnace lining observed.

Usually, therefore, the method mentioned at the outset is currently used, for example, according to US Pat. No. 3,507,642 in carried out the way that you first oxygen through lances of during the melting and refining process above the melt level and then through a lance immersed in the melt afterwards a reducing agent is added to the slag and a non-oxidizing, z. B. injects neutral gas through the lance immersed in the melt

Even with the electric furnace process according to FR-PS 15 36 531, the fresh oxygen is through at least a lance blown in; in addition, a substance is applied from the start with the use Hydrocarbon base, which serves to form a reducing gas, and the furnace space above the