DE2406480A1

DE2406480A1 - Verfahren zum raffinieren von stahl

Info

Publication number: DE2406480A1
Application number: DE19742406480
Authority: DE
Inventors: Bengt Fredriksson; Jan Uggla
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-02-23
Filing date: 1974-02-11
Publication date: 1974-08-29
Also published as: CA1013151A; FR2219232A1; BR7401239D0; BE810026A; JPS5548085B2; SE439326B; US3948643A; GB1453523A; IT1011525B; SU795517A3; JPS49117314A; FR2219232B1

Description

Patentanwälte

Dipl.-lng. Helmut Missling 63 Giessen 5.2.1974

Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

^₁ , , Telefon: (0641) 71019

Dr.-Ing. Joachim Boecker

Boe/K 11.909

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Verfahren zum Raffinieren von Stahl

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Raffinieren von Stahl.

Rinnenöfen wurden bisher gewöhnlich nur in der Gußeisen- und Nicht-Eisen-Industrie verwendet, in einzelnen Fällen jedoch auch in Stahlwerken, beispielsweise bei Duplex-Verfahren mit LD-Konvertern. Im letztgenannten Fall wurden die Rinnenöfen zur Speisung einer Stranggußanlage ohne Umfüllung in Pfannen

benutzt. Diese Rinnenöfen wurden hierbei für die Einlegierung, Desoxydation, Vakuumbehandlung und Temperaturjustierung verwendet.

Die Gründe für die bisher begrenzte Verwendung in der Stahlindustrie sind u.a.:

Das Raffinieren von Rohstahl, wie Stahl-Schlackenreaktionen, konnte in diesen Öfen nicht durchgeführt werden.

Man mußte im Ofen immer einen Schmelzsumpf stehenlassen.

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In der Regel waren Transportpfannen für den Schmelzentransport zu und von dem Ofen erforderlich.

Ausfütterungsprobleme treten in der Rinne und auch im Herd aufgrund der hohen Badtemperaturen mit entsprechenden hohen Temperaturen in der Ausfütterungsmasse auf.

Die Stahlherstellung, besonders im Zusammenhang mit der Stahlraffinierung erfolgt heute nach verschiedenen Verfahren, die teils von der Art des Ausgangsrohstoffes bestimmt sind und teils von den Forderungen, die an den fertigen Stahl gestellt werden. Bei der Stahlherstellung dient als Ausgangsmaterial oft Erz oder Koks, woraus Schmelzeisen (Roheisen) hergestellt wird, welches dann in basischen Sauerstoffkonvertern gefrischt wird.

Man geht auch von Schrott aus, der in einem Martinofen oder einem elektrischen Ofen, wie Lichtbogenofen oder Induktionsofen, geschmolzen wird. Bin gemeinsames Merkmal dieser Verfahren besteht darin, daß der Stahl in diesen öfen in raffinierter Form fertiggestellt wird.

In den letzten Jahren hat man damit begonnen, die metallurgische Arbeit aufzuteilen, wobei sogenannte Duplexverfahren, beispielsweise mit Lichtbogenofen und Pfannenöfen, benutzt werden. Siehe z.B. das schwedische Patent 323 156 (britische Patentschrift

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Nr. 1 112 876). Man hat auch Lichtbogenofen mit einer Pfannenanlage mit Inertgaseinblasung im Pfannenboden unter Vakuum bzw. Atmosphärendruck kombiniert.

Bekannt sich auch diverse Arten von Vakuumbehandlungen, wie Pfannenentgasung, Strahlentgasung, Pipettenentgasung usw. Ein gemeinsames Merkmal der bekannten Raffinierungsverfahren für Stahl sind die relativ hohen Behandlungskosten und die relativ hohen Investitionskosten. In Kombination mit den konventionellen Gußverfahren, an welche dieselben angeschlossen werden, erhält man oft eine gewisse Verschlechterung des im Raffinierungsgefäß gewonnenen Produktes. Ferner werden Kosten für Umweltschutzeinrichtungen verursacht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile der bekannten Verfahren zur Raffinierung von Stahl zu beseitigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß Rohstahl und raffinierende Zusätze in einen ersten Rjmenofen gefüllt werden, wonach der Ofen vorzugsweise gasdicht verschlossen und der Stahl im Ofen in Schutzgasatmosphäre raffiniert und/oder unter Vakuum bei gleichzeitiger elektro-magnetischer Umrührung durch die Induktoreinheit des Ofens entgast wird, worauf der raffinierte Stahl direkt und in gasdichtem Anschluß über den Abfüllkanal des

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ersten Rinnenofens in den Einfüllkanal eines zweiten auf tieferem Niveau liegenden Rinnenofen übergeführt wird, wobei der zweite Rinnenofen ein Warmhalte ofen ist, von dem die Schmelze "bei Bedarf durch Druckablaß oder auf eine andere Weise abgelassen werden kann. Durch dieses Verfahren werden nicht nur die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden, sondern man gewinnt auch die Möglichkeit zur Raffinierung, unter Einschluß von Stahl- und Schlackenreaktionen, wie Schwefelreinigung und Desoxydation.

Das Gießen, einschließlich Druckgießen, kann direkt vom Rinnenofen ohne Abfüllung in Gießpfannen erfolgen. Durch dieses Verfahren kann man auf einfache Weise Überhitzungen in der Rinne vermeiden und somit höhere Badtemperaturen zulassen. Durch Anwendung des Druckgießens kann das Problem des zurückbleibenden Sumpfes usw. einfach gelöst werden. Betriebs- und Behandlungskosten sind niedriger als bei den entsprechenden bekannten Anlagen: Schließlich ist das Verfahren nach der Erfindung umweltfreundlicher, da störende Abgase, Lärm usw. vermieden werden.

Ein Rinnenofenverfahren ähnlicher Art ist bereits bekannt, wird jedoch hauptsächlich zum Schmelzen von nicht-eisenhaltigen Spänen verwendet. Seine Verwendbarkeit zum Schmelzen von Eisenspänen wurde jedoch angedeutet. Auch dieses Verfahren ist sehr umweltfreundlich. Siehe die schwedische Patentanmeldung 4050/72 (deutsche Patentanmeldung P 23 13 399.5) Dieses bekannte Verfahren

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wurde jedoch bisher nicht zum Raffinieren von Stahl benutzt, und die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung dieses bekannten Verfahrens gerade für diesen bestimmten Zweck.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 die zwei miteinander verbundenen Rinnenofen, den Raffinierungsofen und den Warmhalteofen, mit jeweils nur gefüllten Sümpfen,

Fig. 2 die gleiche Anordnung wie Fig. 1 während des Chargier ens des Raffinierungsofens,

Fig. 3 die Druckablassung und eventuelle Entschlackung der Rinnenofenkombination,

Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 3 von oben gesehen.

In Figur 1 wird ein kleinerer Rinnenofen 11 gezeigt, der mit mindestens einer schräggestellten Induktoreinheit 12 der Einfachoder Zwillingsrinnenart versehen ist. Die Einheit ist vorzugsweise so geneigt, daß die Schmelzentiefe am größten auf der dem Warmhalteofen benachbarten Seite ist. Der Ofen ist mit einer gasdicht, vorzugsweise vakuumdicht schließenden Haube ausgerüstet, welche mit einer oder mehreren verschließbaren Chargierungsöffnungen versehen ist. In dem gezeigten Fall ist der Ofenherd 16 leer, und

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in den unteren Teil des Ofens ist nur ein sogen. Schmelzsumpf enthalten, der die Rinne 15 der Induktoreinheit und einen Teil des Herdes 14 füllt. Der Ofen ist zweckmäßigerweise mit einem Abfüllkanal 22 versehen, der an einen Einfüllkanal für den angeschlossenen Warmhalteofen 23, der ebenfalls ein/JjA Rinnenofen ist, gasdicht anschließbar ist.

Schlacke und andere auf der Schmelze schwimmende Bestandteile werden durch einen zweckmäßig ausgerüsteten Schlackenschirm 28 daran gehindert, in den Waremhalteofen zu fließen. Der Warmhalteofen liegt tiefer als der Raffinierofen 11. Er ist mit einer oder mehreren bekannten Induktoreinheiten 26 versehen, die eine Einfach- oder Zwillingsrinne haben. Der Warmhalteofen ist mit einer druckdicht schließenden Haube 13 versehen, durch die eine oder mehrere Druckmittelleitungen 24 gehen, die an eine nicht gezeigte Druckmittelquelle angeschlossen sind. An den Ofen können auch in der Figur nicht dargestellte Evakuierungseinheiten angeschlossen sein.

An den Kanal zwischen den beiden Öfen ist zweckmäßigerweise eine sogenannte Abgußschnauze 25 angeschlossen, die vorzugsweise verschließbar ist; diese Schnauze kann auch an andere Teile des Warmhalteofens angeschlossen werden. Im Raffinierungsofen ist eine Entschlackungsöffnung 18 vorhanden, die vorzugsweise verschließbar ist. In Figur 2 wird an der mit einem Pfeil B angedeuteten Stelle die Einfüllung von Raffinierungsmitteln gezeigt,

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z.B. Entschwefelungsmittel wie Kalk, Mischmetall oder ähnliches. Zuvor wurde in den Ofen 11 Rohstahl gefüllt, der hier raffiniert und anschließend in den Warmhalteofen 23 überführt werden soll.

Der Induktor 21, der - wie bereits erwähnt - ein Einfach- oder Zwillingsrinneninduktor sein kann und ein- oder mehrphasig gespeist werden kann, liegt mit einer Rinnenmündung auf höherem Niveau als die andere, hier die am weitesten vom Abfüllkanal 22 zu dem anderen Rinnenofen entfernte. Dies hat den Zweck, einen größeren und höheren Meniskus 12 über der oberen Mündung zu erhalten. Diesen Meniskus erhält man durch den Pinch-Effekt in der Rinnenmündung; siäie die Pfeile bei A in Fig. 2.

Die Entschwefelung erfolgt am besten, nachdem die Chargierung mit Rohstahl und Entschwefelungsmitteln vorgenommen und die Öffnung 20 geschlossen wurde. Unter Einwirkung der Induktorspule werden Rohstahl und Raffinierungsmittel schnell gemischt; die Atmosphäre im Ofenherd 16 soll möglichst inert sein, was beispielsweise durch die Zufuhr von Schutzgas, wie Argon oder Stickstoff erreicht wird. Im Zusammenhang hiermit kann auch ein Desoxydationsmittel, wie z.B. Aluminium, zugesetzt werden.

Im Ofen 11 kann auch die Entgasung durchgeführt werden sowie die Entfernung von schädlichen Einschlüssen in der Schmelze, wie Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff usw. Die Evakuierung wird

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durch den Pfeil 19 in Fig. 2 angedeutet. Durch entsprechende Zufuhr eines Druckmittels, z.B. Argon, zum Warmhalteofen über den Einlaß 24 wird die Schmelzenoberfläche im Raffinierungsofen 11 auf ein gewünschtes Niveau gebracht. Der Druck des zugeführten Druckmittels kann an der Stelle 24 beispielsweise durch eine niveauabtastende Anordnung im Ofen 11 gesteuert werden. Durch die Rührwirkung der Induktoreinheit 21 wird schnell eine Homogenisierung der Schmelze sowohl hinsichtlich der Ingredienzien wie auch hinsichtlich der Temperatur erzielt, sowie eine wirksame Raffinierung.

Im Raffinierungsofen 11 kann also der gewünschte metallurgische Prozeß durchgeführt werden, während die größere Wanne im Ofen als Warmhalte- und Druckgießofen dient. Der kleinere Ofen, also der Raffinierungsofen 11, hat eine Rinne, die - wie erwähnt so angeordnet ist, daß sie eine kräftige Rührwirkung'in der Schmelze auslöst, u.a. aufgrund des über der höhergelegenen Rinnenmündung entstandenen kräftigen Meniskus. Neu zugesetztes festes Material wird infolge der starken Umrührung schnell in die Schmelze hineingezogen, so daß weitere Umrühreinheiten überflüssig sind. Diese Umstände bringen es mit sich, daß pulverförmige Schlackenbilder und Desoxydationsmittel, wie gebrannter Kalk, Aluminiumgranulat usw., zu einer schnellen Vermischung und damit zu einem intensiven Kontakt mit dem Stahlbad gebracht werden können. Dies ergibt eine außerordentlich effektive

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Schwefelreinigung, und überhaupt können zugesetzte Legierungsmittel durch diese Konstruktion schnell in der Schmelze verteilt werden. Durch die Placierung der Rinne erhält man somit eine schnelle Zirkulation des flüssigen Stahles durch die Rinne, und dies eliminiert die Gefahr einer Überhitzung in der Rinne.

Fig. 3 und 4 zeigt die Anordnung, nachdem raffinierte Stahlschmelze durch Herabsetzung des Druckes in den Warmhalteofen 23 übergeführt worden ist. Der Druck kann so bemessen \\rerden, daß die Schlacke, die sich auf der Schmelzenoberfläche im Ofen 11 angesammelt hat, bis auf das Niveau der Schlackenöffnung 18 steigt. Diese wird dann geöffnet und die Schlacke von der Schmeleze entfernt. Anschließend wird die Schlackenöffnung zweckmäßigerweise wieder geschlossen. Die Entschlackung ist auch aus Fig. 4 bei der Rinne 18 ersichtlich. Die Entleerung des ¥armhalteofens 23 erfolgt bei geschlossener Öffnung 20 und vorzugsweise durch Erhöhung des Druckes im Herd 27» bei geöffneter Schnauze 25.

Wenn der Druck erhöht wird, wird die Schmelze bei Pfeil C in Fig. 3 und 4 abgelassen, über eine Schnauze, ausgeformt in dem keramisch gefütterten Rohr 26, und man kann so eine direkte Speisung beispielsweise einer kontinuierlichen Gießanlage erreichen, ohne Verwendung einer Zwischenpfanne.

Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet eine attraktive Alternative zu dem Injizierungsverfahren mit pulverförmiger! Material,

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das man teilweise bei ähnlichen Raffinationsprozessen anzuwenden beginnt. Die Nachteile dieses Injizierungsverfahrens sind die Komplikationen, die die Einblasungsformen mit sich bringen. Die Möglichkeit, inertes Gas einzublasen, eventuell auch Zusätze von pulverförmigem Material, kann natürlich auch bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ausgenutzt werden.

Dadurch, daß der Stahl in realtiv kleinen Sätzen behandelt wird und durch die große Kontaktfläche zwischen Stahl- und Schlackenpartikeln, ist die Behandlungszeit im Verhältnis zu der bei konventionellen Verfahren relativ kurz. Auch Schrott mit relativ feiner Stückgröße kann kontinuierlich eingespeist und im Ofen 11 geschmolzen werden. Da der Ofen 11 druckdicht gemacht werden kann kann, sowohl die Vakuumbehandlung des Stahles als auch das Druckgießen des fertigbehandelten Stahls ausgeführt werden. Würden solche Verfahren in einem großen Rinnenofen durchgeführt, so würde der Verschleiß an Ausfütterung große Kosten verursachen. Gemäß der Erfindung wird die Raffinierung selbst in einer kleinen Einheit durchgeführt, wodurch auch das Verschleißproblem an Bedeutung verliert.

Da die gesamte Ofenanordnung in den Fig. 1 bis 4 geschlossen werden kann, kann der gesamte Arbeitszyklus einschließlich des Druckgießens in inerter Atmosphäre erfolgen. Die Wärmeverluste können klein gehalten werden und die Staubentwicklung der Anordnung kann fast völlig beseitigt werden. Außerdem ist die Geräuschentwicklung bei dem Verfahren bedeutend kleiner als bei Durch-

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führung mit den bekannten Anlagen.

Die Chargierung kann auch in flüssiger Form erfolgen.

Die Ofeneinheit ist leicht austauschbar und kann zwecks Reparatur oder Umstampfung mittels eines Viagens abtransportiert werden, nachdem die Verbindung am Kanal 22 gelöst worden ist.

Das beschriebene Verfahren kann im Rahmen des offenbarten Erfindungs gedankens in vielfacher Weise variiert v/erden.

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Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Raffinieren von Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß Rohstahl und raffinierende Zusätze in einen ersten Rinnenofen gefüllt werden, wonach der Ofen vorzugsweise gasdicht verschlossen und der Stahl im Ofen in Schutzgasatmosphäre raffiniert und/oder unter Vakuum bei gleichzeitiger elektro-magnetischer Umrührung durch die Induktoreinheit des Ofens entgast wird, worauf der raffinierte Stahl direkt und in gasdichtem Anschluß über den Abfüllkanal des ersten Rinnenofens in den Einfüllkanal eines zweiten,auf tieferem Niveau liegenden Rinnenofen übergeführt wird, wobei der zweite Rinnenofen ein Warmhalteofen ist, von dem die Schmelze bei Bedarf durch Druckablaß oder auf eine andere Weise abgelassen werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablassen von dem ersten Rinnenofen, dem Raffinierungsofen, zu dem zweiten, wesentlich größeren Warmhalteofen über- einen geschlossenen Überführungskanal geschieht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Raffinierungsofen die Entschwefelung mittels Zufuhr von Kalk und/oder einem anderen Entschwefelungsmittel vorgenommen wird, wonach die Entschwefelung unter Umrührung ausgeführt wird, vorzugsweise durch eine zur Schmelzenoberfläche schräggestellten Induktoreinheit und in gasdichter Atmosphäre, vorzugsweise in Schutzgas, wie auch unter eventuellem Zusatz weiterer Legierungszusätzen.

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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder nach einer anderen raffinierenden Behandlung Schmelze in dem ersten Rinnenofen unter Vakuum und Umrührung durch die Induktoreinheit entgast wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzentransport zwischen den Ofen durch Variation des Druckes im Herd des Warmhalteofens geschieht,
"beispielsweise durch Steuerung des Druckes von der Druckmittelquelle .

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem gemeinsamen Verbindungskanal zwischen den beiden Öfen eine verschließbare Schnauze angeschlossen ist, über die die Entleerung des Warmhalteofens mittels Drucksteigerung über dessen Schmelzenoberfläche geschieht.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raffinierungsofen in flüssiger Form
chargiert wird.

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