DE2405065A1 - Verfahren zur behandlung fluessiger metalle und metallverbindungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Behandlung flüssiger Metalle und Metaliverbindungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung flüssiger Metalle und Metallverbindungen, wobei von einem gas- bzw. dampfförmigen oder flüssigen Medium umgebene Gasstrahlen durch unterhalb der Badoberfläche angeordnete Düsen in die Schmelze eingeleitet werden.
• Es sind bereits mehrere Verfahren zur Behandlung flüssiger Metalle und Metallverbindungen bekannt, bei denen von einem Mantelmedium umgebene Gasstrahlen für unterschied~ liche Zwecke zur Anwendung kommen. So ist es beim Frischen von Roheisen im bodenblasenden Sauerstoffkonverter üblich, den Sauerstoff als zentralen Gas strahl mit einem inerten oder mit der Schmelte reagierenden Mantelmedium einzublasen.
• Darüber hinaus ist es bei der Herstellung legierter bzw.
• ohromhaltiger Stähle und bei der Spülgasbehandlung bekannt, von einem Mantelgas umgebene Gasstrahlen in eine Schmelze einzuleiten, um Raffinations- bzw. Entgasungseffekte zu erzielen. Während als Frischgas vorwiegend Sauerstoff zum Einsatz kommt, werden zum Spülen die verschiedensten technischen Gase eingesetzt. Als Mantelmedium wird eine Reihe technischer Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten verwendet, wie Z. B. Kohlendioxid, Wasserdampf, Argon, Stickstoff, Wasserstoff, Methan sowie andere Kohlenwasserstoffe. Hierbei wird das Mantelmedium in Abhängigkeit von der Jeweils zu lösenden metallurgischen Aufgabenstellung als Reaktions-, Kühl- oder Spülmedium eingesetzt. Zur Intensivierung des Behandlungsprozesses ist man auch schon dazu übergegangen, eine gerichtete 3adumlaufbewegung, d. h. eine definierte Strömung in der Schmelze zu erzeugen, indem die Düsen nur auf einem Teil des Boden bzw. der Seitenflächen des Behandlungsgefäßes angeordnet werden.
• Bei den vorstehend erwähnten Verfahren, bei denen unter Anwendung des Manteldüsenprinzips gleichzeitig zumeist zwei verschiedene Medien zur Behandlung flüssiger Metalle und Metallverbindungen eingesetzt werden, treten einige verfahrenstechnische und metallurgische Naohteile auf, die sich im wesentlichen aus den diesen Verfahren gemeinsamen Merkmalen der stetigen Gaszuführung bz. dem kontinuierlichen Einblasen der Gase und Mantelmedien und der Art der Badbewegung ergeben.
• So wird beispielsweise beim Frischen von Roheisen durch Einblasen von technisch reinem Sauerstoff und verhältnismäßig geringen Anteilen eines Mantelmediums nur eine geringe Badbewegung mit laminares Charakter erzeugt, da die zur Reaktion mit der Schmelze eingesetzten Gasmengen nur gering sind und der Sauerstoff im Bad unter Bildung verschiedener Reaktions-Produkte nahezu vollständig gelöst wird, so daß nur eine geringe kinetische Energie auf das Bad übertragen wird. Durch die oben beschriebene Badbewegung laufen bestimmte Stoff- und Wärmeaustauschvorgänge mit geringerer Geschwindigkeit ab.
• Auch die Mögliohkeit, die Badbewegung duroh höhere Ausströmgeschwindigkeitejn der Gase aus der Düse, d. h. durch höhere Blasdrücke zu verstärken ist begrenzt, da sonst das Metallbad von den Gasstrahlen durchschlagen wird. Hieraus ergeben sich Mindestbehandlungszeiten, wobei die beim Frischen von Roheisen erforderliche Blaszeit, z. B. durch die Aufschmelzzeit für den eingesetzten Schrott beeinflußt wird. Aus der beim bodenblasenden Sauerstoffkonverter sowohl aus technischen als auch aus technologischen Gründen für das Frischen gewählten Düsenanordnung, nämlich der Anordnung einer möglichst geringen Düsenanzahl auf einem Teil des Gefäßbodens, erwächst bei einer eventuell nachfolgenden Spülgasbehandlung der Schmelze zur Senkung der Gasgehalte ein weiterer Nachteil, der zu verlängerten SpUlzeiten bzw. zu verringerten Spüllleistungen führt. So entstehen bei der Spüllgasbehandlung infolge der größeren Düsenquerschnitte große Gasblasen mit relativ kleiner spezifischer Oberfläche, wodurch der Stoffaustausch bzw. der Konzentrationsausgleich in der Schmelze verlangsamt werden.
• Die Erfindung bezweckt, die Naohteile der bekannten Verfahren zu vermindern und ein Verfahren zur 3ehandlung von flüssigen Metallen und Metallverbindungen zu schaffen, das eine Verkürzung der Behandlungszeiten und eine intensivere Kühlung der Mante Idüsen gestattet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zur Behandlung flüssiger Metalle und Metallverbindungen, bei dem von einem gas- bzw. dampfförmigen oder flüssigen Medium umgebene Gasstrahlen durch unterhalb der Badoberfläche angeordnete Düsen in die Schmelze eingeleitet werden, die Strömungsverhältnisse so zu verändern, daß die Stoff- und Wärmeaustauschvorgänge erheblioh intensiviert werden.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Gasstrahl und/oder das ihn umgebende gas-. bzw. dampfförmige oder flüssige Mantelmedium pulsierend in die Schmelze eingeleitet werden.
• Vorzugsweise wird der Gasstrahl und/oder das ihn umgebende Mantelmedium mit einer Impulsfrequenz im Bereich von 1 bis 200 Hz eingeleitet.
• Eine weitere Ausbildung des Verfahrens sieht vor, daß die Impulsfrequenz des Mantelmediums konstant gehalten und die Impulsfrequenz des Gasstrahles periodisch verändert wird.
• Eine Modifikation des Verfahrens besteht darin, daß die Impulsfrequenz des Gasstrahles konstant gehalten und die Impulsfrequenz des Mantelmediums periodisch verändert wird.
• Eine weitere Variante des Verfahrens besteht darin, daß zu Beginn des Behandlungsprozesses der Gasstrahl und/oder das Mantelmedium zunächst stetig oder kontinuierlich und im weiteren Verlauf des Behandlungsprozesses pulsierend eingeblasen werden.
• Eine weitere Abwandlung des Verfahrens sieht vor, daß der Gasstrahl und/oder das Mantelmedium zu Beginn des Behandlungsprozesses pulsierend und im weiteren Verlauf stetig eingeblasen werden.
• Bei einer weiteren Modifikation des Verfahrens wird das Verhältnis der Impulsfrequenz des Gasstrahles und des Mantelmediums während des Behandlungsprozesses konstant gehalten.
• Noch eine weitere Variante des Verfahrens besteht darin, daß die Änderung der Impulsfrequenz des Gasstrahles und/oder des Mantelmediums in Abhängigkeit vom Reaktionsablauf in der behandelten Schmelze vorgenommen wird.
• Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß der Beginn und/ oder das Ende des pulsierenden Einleitens des Gasstrahles und/oder des Mantelmediums in Abhängigkeit vom Reaktionsablauf in der Schmelze bestimmt wird.
• Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für das Frischen von Roheisen im bodenblasenden Sauerstoffkonverter der Sauerstoff strahl und als Mantelmedium Wasserdampf pulsierend in die Schmelze eingeleitet.
• Nach einer Variante dieses Verfahrens wird beim Frischen von Roheisen im bodenblasenden Sauerstoffkonverter der Sauerstoffstrahl und als Mantelmedium gas- bzw. dampfförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe pulsierend in die Schmelze eingeleitet. Bei diesem Frischverfahren wird am Ende der Sntkohlungsphase die Impulsfrequenz des pulsierend eingeleiteten Sauerstoffstrahles und/oder der als Mantelmedium pulsierend eingeleiteten gas- bzw. dampfförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffe erhöht.
• Eine weitere Modifikation des Verfahrens sieht vor, daß zum Frischen von Roheisen dem Mantelmedium eine Impulsfrequenz von vorzugsweise 35 Hz während des gesamten Frischvorganges aufgeprägt wird, während der Sauerstoffstrahl nur in der Anfangsphase, vorzugsweise in den ersten zwei Blasminuten mit einer Sequenz von zum Beispiel 35 Hz und in der Schlußphase, vorzugsweise von der achten Blasminute bis zum Blasende mit einer Erequenz von zum Beispiel 50 Hz pulsiert.
• Das erfindungsgemäße Verfahren sieht auch vor, daß nach dem Frischen im bodenblasenden Sauerstoffkonverter das Stahlbad zur Senkung unerwünschter Gasgehalte durch Einleiten eines inerten oder reaktionsträgen pulsierenden Gasstrahles und Mantelmediums gespült wird. Vorzugsweise wird nach dem Frischprozeß im bodenblasenden Sauerstoffkonverter das Stahlbad zur Senkung unerwünschter Gasgehalte duroh pulsierendes Einleiten von Stickstoff, Argon, Kohlendioxid oder Rauchgas und den gleichen Mantelmedien gespült.
• Duroh das pulsierende Einleiten der von einem Mantelmedium umgebenen Gasstrahlen, das gemäß der vorliegenden Erfindung bei den verschiedensten Varianten zur Behandlung flüssiger Metalle und Metallverbindungen angewandt werden kann, wird im Vergleich zu der Bedbewegung im laminaren Bereich eine grundsätzliche Veränderung der Strömungsverhältnisse in der Schmelze erzielt, die durch eine intensive pulsierende Baddurchwirblung oharakterisiert istO Durch den ständigen Wechsel der Reaktionsflächen zwischen der Schmelze und den pulsierend eingeleiteten Gasen sowie der Beschleunigung des Stofi- und Wärmeaustausches durch Uberlagerung konvektiver Transportvorgänge werden die komplexen Stoff. und Wärmeaustauschprozese intensiviert. Hieraus ergeben sich für die Behandlung flüssiger Metalles beispielsweise beim Frischen von Roheisen im bodenblasenden Sauerstoffkonverter, bei der spülgasbehandlung von Stahlschmelzen und bei der Herstellung legierter und korrosionsfeater Stähle technologische Vorteile, wodurch diese Verfahren wesentlich rationeller und ökonomischer gestaltet werden können. So können die Behandlungateiten, d. h. die Frisch-, Spül- und damit die Chargenzeiten wesentlich verkürzt werden. Durch Änderung der Impulsfrequenz des Gasstrahles und/oder des Mantelmediums sowie duroh Verschiebung des Beginns und Endes dieser Pulsation können außerdem bei den metallurgischen Reaktionen die Stoff- und Wärmeübergänge wirtschaftlicher gestaltet und den Jeweiligen metallurgischen Prozessen angepaßt werden0 Zusätzlich wird durch die pulsierende Strömung in der lüse die Kühlleistung der Gase, Dämpfe und/oder Flüssigkeiten durch die bessere Wärmeübertragung in der Düse erhöht. Dadurch steigt die Standfestigkeit der Düsenspitzen und des umgebenden Feuerfestmaterials, was sich in einer erhöhten Haltbarkeit der metallurgischen Gefäße äußert.
• Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zum Frisohen von Thomes-Roheisen im bodenblasenden Sauerstoffkonverter wird durch unterhalb der Badoberfläche angeordnete Düsen von einem gas- bzw.
• dampfförmigen oder flüssigen Medium umgebener Sauerstoff eingeblasen. Infolge der relativ kleinen durchgesetzten Gasmengen tritt bei einer derartigen Behandlung der Schmelze nur eine geringe Badbewegung auf' Zur Intensivierung des Stoff- und Wärmeüberganges wird deshalb der Sauerstoff strahl mit einer frequenz von 20 Hz pulsierend eingeleitet. Die während der Behandlungszeit ablaufenden Reaktionen sind mit unterschiedlichen Gasentwicklungen und Wärmetönungen verbunden. Die Gasentwicklung ist nach der Entkohlungsreaktion praktisch beendet, während gleichzeitig die Entphosphorungsreaktion verstärkt abläuft. Durch letztere werden große Wärmemengen freigesetzt, die zu einer starken thermisohen Beanspruchung der Düsen und des Bodens führen. Deshalb wird zu diesem Zeitpunkt die lmpulsfrequenz des Sauerstoffstrahles aue 40 Hz erhöht und gleichzeitig dem Mantelmedium eine Frequenz von 25 Hz erteilt.
• Für das Frischen von Stahlroheisen im bodenblasenden Sauerstoffkonverter werden ebenfalls durch unterhalb der Badoberfläche angeordnete Düsen von einem gas- bzw. dampfförmigen oder flüssigen Medium umgebene Sauerstoffstrahlen eingeleitet.
• Dabei wird sowohl dem Sauerstoff strahl als auch dem Mantelmedium eine lmpulsfrequenz von 35 Hz aufgeprägt, um den Beginn des Prisohvorganges zu intensivieren. Nach zwei Minuten Blaszeit wird der Sauerstoff strahl zur Vermeidung von Auswurf nicht mehr pulsierend, sondern stetig zugeführt, während die Pulsation des Mantelmediums beibehalten wird. Nach einer Frischzeit von aoht Minuten wird dem Sauerstoff strahl bis zum Blasende eine Impulsfrequenz von 50 Hz erteilt, um das Aufschmelzen des Sohrottes und den weiteren Reaktionsablauf zu beschleunigen.

Claims (15)

Batentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung flüssiger Metalle und Metallverbindungen, wobei von einem gas- bzw. dampfförmigen oder flüssigen Medium umgebene Gas strahlen durch unterhalb der Badoberfläche angeordnete Düsen in die Schmelze eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas strahl und/oder das ihn umgebende Mantelmedium pulsierend in die Schmelze eingeleitet werden0

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrahl und/oder das Mantelmedium mit einer Impulsfrequenz vorzugsweise im Bereich von 1 bis 200 Hz eingeleitet werden0

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfrequenz des Mantelmediums konstant gehalten wird, während die Impulsfrequenz des Gasstrahles periodisch verändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lmpulsfrequenz des Gasstrahles konstant gehalten wird, während die Impulsfrequenz des Mantelmediums periodisch verändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Behandlungsprozesses der Gas strahl und/ oder das Mantelmedium zunächst stetig oder kontinuierlich und im weiteren Verlauf pulsierend eingeleitet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß zu Beginn des Behandlnngsprozesses der Gas strahl und/oder das Mantelmedium zunächst pulsierend und im weiteren Verlauf stetig oder kontinuierlich eingeleitet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Impulsfrequenzen des Gasstrahles und des Mantelmediums während des Behandlungsprozesses konstant gehalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der Impulsfrequenz des Gasstrahles und/oder des Mantelmediums in Abhängigkeit vom Reaktionsablauf in der zu behandelnden Schmelze vorgenommen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn und/oder das Ende des pulsierenden Einleitens des Gasstrahles und/oder des Mantelmediums in Abhängigkeit vom Reaktionsablauf in der zu behandelnden Schmelze bestimmt wird.

100 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Frischen von Roheisen im bodenblasenden Sauerstofikonverter der Sauerstoff strahl und als Mantelmedium Wasserdampf pulsierend in die Schmelze eingeleitet werden.

110 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Frischen von Roheisen im bodenblasenden Sauerstoffkonverter der Sauerstoff strahl und als Mantelmedium gas- bzw. dampfförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe pulsierend in die Schmleze eingeleitet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Entkohlungsphase die Impulsfrequenz des pulsierend eingeleiteten Sauerstoffstrahles und/oder der als Mantelmedium pulsierend eingeleiteten gas- bzw. dampfförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffe erhöht wird.

130 Verfahren nach Anspruch 1 und 10 oder II, dadurch gekennzeichnet, daß zum Frischen von Roheisen dem Mantelmedium eine Impulsfrequenz von vorzugsweise 35 Hz während des gesamten Frischvorganges aufgeprägt wird, während der Sauerstoff strahl nur in der Aufangsphase, vorzugsweise in den ersten zwei Blasminuten mit einer Frequenz von zum Beispiel 35 Hz und in der Schlußphase, vorzugsweise von der achten Blasminute bis zum Blasende mit einer Frequenz von zum Beispiel 50 Hz pulsiert.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Frischen im bodenblasenden Sauerstoffkonverter das Stahlbad zur Senkung unerwünsohter Gasgehalte duroh Einleiten eines inerten oder reaktionsträgen pulsierenden Gasstrahles und Mantelmediums gespült wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß naoh dem Frischen im bodenblasenden Sauerstoffkonverter das Stahlbad zur Senkung unerwünschter Gasgehalte durch pulsierendes Einleiten von Stickstoff, Argon, Kohlendioxid oder Rauchgas und den gleiohen Mantelmedien gespült wird.