DE2418109C2

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Info

Publication number: DE2418109C2
Application number: DE19742418109
Authority: DE
Filing date: 1974-04-13
Publication date: 1976-02-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Stahlerzeugung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie auf ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.The invention relates to a device for continuous steel production with the features specified in the preamble of claim 1 and to a method for operating the device.

Vorrichtungen und Verfahren zur kontinuierlichen Stahlerzeugung gehören zum Stand der Technik. So sind zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Siemens-Martin-Verfahrens in JOURNAL OF THE IRON AND STEEL INSTITUTE, April 1954, S. 430/32, zwei alternative Ausführungsformen diskutiert worden, bei denen die Heißgase dem einzuschmelzenden Schrott im Gegenstrom entgegengeleitet werden sollten. Gemäß der ersten Ausführungsform sollte der Schrott bei gegenströmendem Heißgas an einem Ende der Anlage senkrecht von oben zugeführt werden, auf einer schiefen Ebene abschmelzen und dann im Gleichstrom mit der Schlacke in horizontaler Richtung abfließen, wobei auf der schiefen Ebene zusätzlich flüssiges Metall zugeführt werden konnte. Bei der zweitenDevices and methods for continuous steelmaking belong to the state of the art. So are to improve the thermal efficiency of the Siemens-Martin process in JOURNAL OF THE IRON AND STEEL INSTITUTE, April 1954, pp. 430/32, discussed two alternative embodiments in which the hot gases are directed in countercurrent to the scrap to be melted down should. According to the first embodiment, the scrap should be in a countercurrent hot gas End of the system are fed vertically from above, melt on an inclined plane and then in Direct current with the slag flow off in a horizontal direction, with additional liquid on the inclined plane Metal could be fed. The second

ίο Ausführungsform sollte der Schrott mittels Stoßorganen über die schiefe Ebene zugegeben werden. Praktisch verwirklicht wurde der Gedanke der Schrottvorwärmung im Gegenstrom bei kontinuierlicher Chargierung auf einer drei Stufen aufweisenden schiefen Ebene, an deren Ende ein Siemens-Martin-Ofen angeordnet war (STEEL TIMES, 1964, S. 398/401, und IRON AND COAL, 1961, S. 1243/45). Eine kontinuierliche Stahlerzeugung ist mit einer derartigen Anlage nicht möglich. ίο embodiment, the scrap should be added by means of pushing devices on the inclined plane. The idea of scrap preheating in countercurrent with continuous charging on a three-step inclined plane at the end of which a Siemens-Martin furnace was arranged was put into practice (STEEL TIMES, 1964, p. 398/401, and IRON AND COAL, 1961, P. 1243/45). Continuous steel production is not possible with such a system.

Die bisher bekanntgewordenen Vorschläge und Erprobungen kontinuierlicher Stahlerzeugungsverfahren beziehen sich zum überwiegenden Teil auf die kontinuierliche Umwandlung von Roheisen in Stahl (Klepzig Fachberichte 79, 1971, S. 570/575). Eine zusammenfassende Darstellung über die Entwicklung kontinuierlicher Frischverfahren ist auch in einer Veröffentlichung in »Stahl und Eisen« 90, 1970, S. 1146/1153, gegeben. So wird in Klepzig Bild 10 auf S. 574 eine aus elektromagnetischer Gegenstromrinne und Konverter bestehende Vorrichtung vorgeschlagen, die allerdings nur den Einsatz von flüssigem Roheisen als Vormaterial ermöglicht. Dagegen erlaubt die in Bild 8 auf S. 573 vorgeschlagene kontinuierliche Stahlerzeugungsanlage als Ausgangsmaterial Roheisen, Schrott oder Eisenschwamm einzusetzen. Zu diesem Zweck ist vor einer Gegenstromrinne ein Lichtbogenofen angeordnet, dem das Ausgangsmaterial kontinuierlich zugeführt wird.The previously known proposals and trials of continuous steelmaking processes refer mainly to the continuous transformation of pig iron into steel (Klepzig Technical reports 79, 1971, pp. 570/575). A summary of the development of continuous Frischverfahren is also given in a publication in "Stahl und Eisen" 90, 1970, pp. 1146/1153. So In Klepzig, Fig. 10 on p. 574, there is an electromagnetic countercurrent trough and converter Device proposed, which, however, only allows the use of liquid pig iron as a starting material. In contrast, the continuous steelmaking plant proposed in Figure 8 on p. 573 allows as Use raw material pig iron, scrap or sponge iron. For this purpose is in front of a An arc furnace is arranged in a countercurrent trough, to which the starting material is continuously fed.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Stahlerzeugung zu entwickeln, bei welcher unterschiedliches Ausgangsmaterial, d. h. Roheisen, insbesondere Schrott und/oder Eisenschwamm, gegebenenfalls versetzt mit schmelzflüssigen Eisenlegierungen, einsetzbar sein sollen.On the basis of this prior art, the invention has set itself the task of providing a device to develop for continuous steelmaking, in which different starting material, d. H. Pig iron, in particular scrap and / or sponge iron, possibly mixed with molten iron alloys, should be usable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Eine derartige Vorrichtung bietet den Vorteil, daß bei optimaler Ausnutzung der beim Frischvorgang anfallenden Gase beliebige Gattierungen in einem Schmelzaggregat eingeschmolzen und gleichzeitig metallurgisch behandelt werden können.According to the invention, this object is achieved by a device with those specified in claim 1 Features solved. Such a device has the advantage that with optimal use of the Any types of gases arising from the refining process are melted in a melting unit and can be treated metallurgically at the same time.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schacht an seinem unteren Ende Beheizungsvorrichtungen auf. Bevorzugt werden mit elektrischer Energie betriebene Beheizungsvorrichtungen. Hierbei empfehlen sich insbesondere seitlich angeordnete Aggregate, wie sie z. B. beim Elektroniederschachtofen bekanntgeworden sind.In a preferred embodiment, the shaft has heating devices at its lower end on. Heating devices operated with electrical energy are preferred. Recommend here in particular laterally arranged units, as they are, for. B. became known in the electric low-shaft furnace are.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Schachtofen und/oder der Abgaskanal Einblasvorrichtungen auf. Besonders bevorzugt werden Einblasvorrichtungen im Bereich des Schmelzsumpfes. Dies können Düsen oder in den Schmelzsumpf reichende Lanzen sein. Durch diese Einblasvorrichtung werden feste, flüssige oder gasförmige Reaktionsmittel oder Legierungskomponenten dem Schmelzsumpf zugeführt. Die oberhalb des Schmelzsumpfes angeordneten Einblasvorrichtungen dienen bevorzugt zum EinblasenIn a further preferred embodiment, the shaft furnace and / or the exhaust gas duct has injection devices on. Injection devices in the area of the melt sump are particularly preferred. These can be nozzles or lances reaching into the melt sump. Be through this blowing device solid, liquid or gaseous reactants or alloy components fed to the melt sump. The injection devices arranged above the melt sump are preferably used for injection

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oxydierender Gase, die ein Nachverbrennen des Abgases bewirken sollen. Es kann zweckmäßig sein, zusätzlich noch Brennstoffe in den Schachtofen oberhalb des Schmelzsumpfes einzublasen. Die im Abgaskanal vorgesehenen Lanzen oder Düsen dienen zur Förderung der metallurgischen Reaktionen im zweiten Raumabschnitt. Im Rahmen der Erfindung ist auch an eine Anordnung der Einblasvorrichtungen im Bereich der Schlacke-Metall-Grenzschicht gedacht, wie sie aus der DT-PS 21 07 263 bekannt ist. Hierbei kann es zweckmäßig sein, dem zweiten Raumabschnitt eine trogähnliche Ausbildung zu geben. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der dritte Raumabschnitt eine solche Bodentiefe auf, daß der aufgeblasene Sauerstoffstrahl gerade nicht den Boden des Schmelz- ,₅ gefäßes trifft. Dies wird, je nach Ausbildung der Sauerstofflanze und des Sauerstoffstrahls bei einer Bodentiefe von 50 cm bis 90 cm, insbesondere um 70 cm, erreicht. Der dritte Raumabschnitt ist somit nicht ein üblicher Konverter, sondern stellt innerhalb der vorgeschlagenen Vorrichtung eine Vertiefung des trogähnlichen zweiten Raumabschnittes dar.oxidizing gases, which are intended to cause the exhaust gas to burn afterwards. It can be useful to additionally blow fuel into the shaft furnace above the melt sump. The lances or nozzles provided in the exhaust gas duct serve to promote the metallurgical reactions in the second space section. In the context of the invention, an arrangement of the injection devices in the area of the slag-metal boundary layer, as is known from DT-PS 21 07 263, is also contemplated. It can be useful here to give the second space section a trough-like design. In a further preferred embodiment, the third space portion such soil depth to that of the blown oxygen jet just not the bottom of the melting, ₅ meets vessel. Depending on the design of the oxygen lance and the oxygen jet, this is achieved at a bottom depth of 50 cm to 90 cm, in particular around 70 cm. The third space section is therefore not a conventional converter, but rather represents a depression of the trough-like second space section within the proposed device.

Zweckmäßigerweise weist der Schachtofen einen Zulauf für schmelzflüssige Eisenlegierungen auf. Zweckmäßigerweise befindet sich dieser Zulauf im Bereich des Schmelzsumpfes.The shaft furnace expediently has an inlet for molten iron alloys. This inlet is expediently located in the area of the melt sump.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Schachtofen neben der ersten Hälfte des zweiten Raumabschnittes angeordnet und dieser Teil des Raumabschnittes über Verbindungen an den Schachtofen angeschlossen, um einen Teilkreislauf der schmelzflüssigen Phasen vornehmen zu können. Es ist vorteilhaft, als Verbindung eine elektromagnetische Rinne zu wählen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen Schachtofen und zweitem Raumabschnitt etwa in Höhe der Hälfte des zweiten Raumabschnittes angeordnet.In a particularly preferred embodiment, the shaft furnace is next to the first half of the second Arranged space section and this part of the space section via connections to the shaft furnace connected to make a partial cycle of the molten phases can. It is advantageous to choose an electromagnetic channel as a connection. In a particularly preferred embodiment is the connection between the shaft furnace and the second room section at about half the height of the second space section arranged.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden in die im Schachtofen befindliche Schmelze schmelzpunkterniedrigende, reduzierende, vorzugsweise exotherm reagierende Stoffe, wie Silizium und Phosphor, insbesondere Kohlenstoff, eingeblasen. Ebensogut können deren Legierungen eingeblasen werden. Ein Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß der intensive Einschmelzvorgang bei insgesamt niedrigeren Temperaturen abläuft, wodurch sich unter anderem eine bessere Haltbarkeit dieses Schachtteiles ergibt. Bei Kupolöfen gehört das Einblasen von Kohlenstoff zum Zwecke der Schmelzpunkterniedrigung durch die FR-PS 12 29 852 zum Stand der Technik. "According to a preferred method, melting point-lowering, reducing, preferably exothermic reacting substances, such as silicon and phosphorus, in particular Carbon blown in. Their alloys can be blown in just as well. One advantage of this Measure consists in that the intensive melting process at a total of lower temperatures expires, which among other things results in a better durability of this shaft part. With cupolas includes the injection of carbon for the purpose of lowering the melting point by FR-PS 12 29 852 to the state of the art. "

Weiterhin ist es vorteilhaft, das entstehende heiße Abgas oberhalb der Schmelze unter Zufuhr sauerstoffhaltigen Gases zu verbrennen.It is also advantageous to feed the hot exhaust gas above the melt with oxygen Burn gas.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Verfahren wird das Ausgangsmaterial im Schachtofen oxydierend niedergeschmolzen und die entstehende eisenoxydhaltige Schlacke über die Verbindung dem zweiten Raumabschnitt zugeführt und dort der dem Schmelzsumpf entnommenen reduktionsmittelhaltigen Schmelze entgegengeleitet. Dieser Teilkreislauf führt zu einer besseren Ausnutzung der im Schachtofen eingeschmolzenen Ausgangsstoffe. Das zuletzt beschriebene Verfahren ist für den Aufbau eines Sauerstoffpotentialgefälles auf der Gegenstromrinne besonders günstig. Der Begriff des Sauerstoffpotentialgefälles gehört durch die DT-OS 19 56 297 zum Stand der Technik.According to a further preferred method, the starting material is oxidizing in the shaft furnace melted down and the resulting iron oxide-containing slag over the connection to the second space section and fed there towards the reducing agent-containing melt removed from the melt sump. This partial cycle leads to a better utilization of the melted down in the shaft furnace Raw materials. The last procedure described is for building up an oxygen potential gradient the countercurrent channel is particularly favorable. The concept of the oxygen potential gradient belongs through the DT-OS 19 56 297 on the state of the art.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen technischen Maßnahmen bieten folgende Vorteile:The technical measures proposed according to the invention offer the following advantages:

1. In einem einfachen Einschmelzaggregat können unterschiedliche Ausgangsmaterialien, insbesondere Schrott bei geringem Energieverbrauch eingeschmolzen werden. Durch die Abgasverwertung wird der Energieverbrauch weiter herabgesetzt. Die vorgeschlagenen Maßnahmen führen zu einer guten wärmetechnischen Nutzung des vorgeschlagenen Prozesses zur kontinuierlichen Stahlerzeugung. 1. In a simple melting unit, different starting materials, in particular scrap, can be melted down with little energy consumption. The energy consumption is further reduced by the exhaust gas recycling. The proposed measures lead to a good thermal utilization of the proposed process for continuous steelmaking.

2. Die Zugabe der schmelzpunkterniedrigenden, reduzierenden Stoffe verbessert den Wärmehaushalt des Systems erheblich. Je nach Ausgangsmaterial kann auf einen Zusatz von Koks oder das Einblasen von anderen festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in den Schaftofen verzichtet werden, wenn in die Schmelze schmelzpunkterniedrigende Stoffe eingeblasen werden. Vorzugsweise wird diese Maßnahme dadurch ergänzt, daß man aus diesen Stoffen stark exotherm reagierende Stoffe auswählt und gleichzeitig Sauerstoff einbläst. Als Beispiel für diese Stoffe sei Kohlenstoff, Silizium, Ferro-Silizium und Ferro-Phosphor genannt. 2. The addition of the melting point lowering, reducing substances improves the heat balance of the system considerably. Depending on the starting material, there is no need to add coke or to blow other solid, liquid or gaseous fuels into the shaft furnace if substances that lower the melting point are blown into the melt. This measure is preferably supplemented by selecting strongly exothermic substances from these substances and at the same time blowing in oxygen. Examples of these substances are carbon, silicon, ferro-silicon and ferro-phosphorus.

3. Da der ganze Prozeß im Gegenstrom arbeitet, ist eine intensive Stoff- und Energieausnutzung möglich. 3. Since the whole process works in countercurrent, an intensive use of materials and energy is possible.

4. Bei der oxidierenden Fahrweise wird die Reaktion auf der Gegenstromrinne durch das aufgebaute Potentialgefälle besonders gefördert.4. In the oxidizing mode of operation, the reaction on the countercurrent channel is built up by the Potential gap particularly promoted.

Die Anlage kann für unterschiedliche Standorte verwendet werden, da sie als Ausgangsmaterial sowohl mit 100% Roheisen als auch mit 100% Schrott, aber auch unter Einsatz von Eisenschwamm, d. h. im Prinzip mit Ausgangsstoffen beliebiger Anteile betrieben werden kann.The plant can be used for different locations as it can be used as a starting material with both 100% pig iron as well as 100% scrap, but also using sponge iron, i.e. H. in principle with Starting materials of any proportions can be operated.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt,The invention is explained in more detail below with reference to the figures. It shows
F i g. 1 a longitudinal section,

F i g. 2 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform undF i g. 2 shows a schematic plan view of a further embodiment and

F i g. 3 einen Schnitt gemäß 3-3 der F i g. 2. F i g. 3 shows a section according to 3-3 of FIG . 2.

Wie F i g. 1 zeigt, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung zur kontinuierlichen Stahlerzeugung aus einem ersten als Schachtofen 1 ausgebildeten Raumabschnitt, einem zweiten Raumabschnitt 2 mit Abgaskanal 2a und elektromagnetischer Gegenstromrinne 14 und einem dritten Raumabschnitt 3 für die Beendigung des Raffiniervorgangs. Die beim Raffiniervorgang anfallende Schlacke 18 wird der im Schachtofen 1 eingeschmolzenen und dem Schmelzsumpf 4 entnommenen Schmelze 19 entgegengeleitet. In den Schmelzsumpf 4 münden Blaslanzen 5 ein, von denen in der F i g. 1 nur eine gezeigt ist. Alternativ können im Bereich des Sumpfes Düsen angeordnet sein. Weitere Einblasvorrichtungen 6 befinden sich oberhalb des Schmelzsumpfes 4. Like F i g. 1 shows, the device according to the invention for continuous steelmaking consists of a first space section designed as a shaft furnace 1 , a second space section 2 with exhaust gas duct 2a and electromagnetic countercurrent channel 14 and a third space section 3 for ending the refining process. The slag 18 that arises during the refining process is directed towards the melt 19 that has been melted down in the shaft furnace 1 and removed from the melt sump 4. Blowing lances 5 open into the melt sump 4 , of which FIG. 1 only one is shown. Alternatively, nozzles can be arranged in the area of the sump. Further injection devices 6 are located above the melt sump 4.

Außerdem sind Einblasvorrichtungen 7 und 8 im Bereich des zweiten und dritten Raumabschnittes 2 und 3 vorgesehen. Die Zugabe von Schlackenbildnern und anderen Zuschlagstoffen erfolgt durch öffnungen, die in der Figur nicht gezeigt sind. Schmelzflüssige Eisenlegierungen, insbesondere Roheisen, können über den Einlauf 9 zugegeben werden. Die anfallende Schlacke wird über den Schlackenablauf 10 abgezogen. Weiterhin sind eine Schrottschleuse 11 und ein Abzug 12 für das Abgas vorgesehen. Der fertige Stahl verläßt die Vorrichtung über einen siphonartigen Auslauf 13. In addition, injection devices 7 and 8 are provided in the area of the second and third space sections 2 and 3 . Slag formers and other additives are added through openings that are not shown in the figure. Molten iron alloys, in particular pig iron, can be added via the inlet 9 . The resulting slag is drawn off via the slag drain 10 . Furthermore, a scrap lock 11 and a vent 12 are provided for the exhaust gas. The finished steel leaves the device via a siphon-like outlet 13.

Besondere Vorteile bietet die in F i g. 2 und 3 gezeigte Alternative, bei welcher der Schachtofen 1 nebenThe in Fig. 1 offers particular advantages. 2 and 3 shown alternative, in which the shaft furnace 1 next to

dem zweiten Raumabschnitt 2 angeordnet ist. Etwa in der Mitte des zweiten Raumabschnittes 2 ist der Schachtofen 1 an den zweiten Raumabschnitt 2 angeschlossen. Außerdem ist der Schachtofen 1 über einen Kanal 16 mit dem Anfang des zweiten Raumabschnittes 2 verbunden. Dadurch ist ein Teilkreislauf zwischen Schachtofen 1 und einem Teil des zweiten Raumabschnittes 2 möglich.the second space section 2 is arranged. Approximately in the middle of the second space section 2 is the Shaft furnace 1 connected to the second room section 2. In addition, the shaft furnace 1 is about a Channel 16 connected to the beginning of the second space section 2. This creates a partial cycle between Shaft furnace 1 and part of the second room section 2 possible.

Es kann von Vorteil sein, in den Teilkreislauf im Bereich des Kanals 16 eine Zugabevorrichtung für Reduktion- und schmelzpunkterniedrigende Mittel anzuordnen.It can be advantageous to arrange an addition device for reducing agents and agents that lower the melting point in the partial circuit in the region of the channel 16.

Mit 9a ist der Zulauf für flüssige Legierungen, z. B. Roheisen, und mit IOa der Schlackenabzug bezeichnet. Die in F i g. 4 gezeigte Ausführungsform weist als Verbindung 15 eine elektromagnetische Rinne 17 auf.With 9a the inlet for liquid alloys, z. B. pig iron, and with IOa denotes the slag discharge. The in F i g. The embodiment shown in FIG. 4 has an electromagnetic channel 17 as connection 15.

Es leuchtet ein, daß die vorgeschlagene Konstruktion den Einsatz unterschiedlichster Gattierungen ermöglicht. In den Schachtofen können Schrott und/oderIt is clear that the proposed construction enables the use of a wide variety of genera. In the shaft furnace can scrap and / or Eisenschwamm gegebenenfalls versetzt mit festem Roheisen oder Koks eingesetzt werden. Ebensogut können schmelzflüssige Eisenlegierungen, insbesondere Roheisen, in den Schmelzsumpf mit eingespeist werden. Die vorgeschlagene Anordnung und die gegebenenfallsSponge iron may be used mixed with solid pig iron or coke. Molten iron alloys, in particular Pig iron to be fed into the melt sump. The proposed arrangement and, if applicable zusätzlich vorgenommenen Verfahrensmaßnahmen, insbesondere im Bereich des Schmelzsumpfes, sind vorteilhaft für die Schrottauflösung.Additional procedural measures carried out, in particular in the area of the melt sump, are advantageous for the scrap breaking up.

Diese Vielseitigkeit in Kombination mit der optimalen Ausnutzung des Abgases führt zu einer hohen Wirt-This versatility in combination with the optimal utilization of the exhaust gas leads to a high level of economic efficiency. schaftlichkeit des anmeldungsgemäßen Prinzips.economic efficiency of the principle according to the application.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for continuous steel production, in which different starting materials such as pig iron, in particular scrap and / or sponge iron, optionally mixed with molten iron alloys, can be used, with a first space section for melting, a second space section for the refining process in countercurrent and a third space section for the finished refining and slag formation, characterized in that the first space section is a shaft furnace (1) with a melting sump (4) , the second space section (2) , designed as an electromagnetic countercurrent channel, opening into the melting sump (4) , and that in the In the lower part of the shaft furnace (1) an exhaust gas duct (2a) extending from the third (3) over the second space section (2) opens.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the shaft furnace (1) has at its lower end, in particular, heating devices that can be operated with electrical energy.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the shaft furnace (1) and / or the second space section (2) have injection devices (5 to 7) .

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the shaft furnace (1) has an inlet (9) for molten iron alloys.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the shaft furnace (1) is arranged next to the first half of the second space section (2) and has connections (15, 16) for a partial cycle of the molten phases.

6. A method of operating the device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that in the melt in the melt sump (4) , reducing, preferably exothermic reacting substances such as silicon and phosphorus, in particular carbon, are blown and optionally that hot exhaust gas is burned above the melt with the supply of oxygen-containing gas.

7. A method of operating the device according to claim 5, characterized in that the starting material in the shaft furnace (1) is melted down oxidatively and the resulting slag containing iron oxide is passed through the connection (15) of the reducing agent-containing melt removed from the melting sump (4).