DE2427205A1

DE2427205A1 - Verfahren zur aufbereitung von metall auf eisenbasis

Info

Publication number: DE2427205A1
Application number: DE19742427205
Authority: DE
Inventors: Crawford B Murton
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-06-08
Filing date: 1974-06-05
Publication date: 1975-01-02
Also published as: CA1000057A; NL172564B; NL7407654A; SE407075B; IE39456L; NO137280C; ATA473374A; FR2232598B1; SE7407563L; NO137280B; IN140052B; PL89755B1; FR2232598A1; JPS587691B2; LU70227A1; US3897244A; ES427095A1; AU6847574A; IE39456B1; GB1474089A

Description

DiPL-ING. KLAUS N EU BECKER

Patentanwalt 2£27?Q5

4 Düsseldorf 1 - Schadowplatz 9 £ *T 4, / <£. V »J

.Düsseldorf, 4. Juni 1974 7447

Crawford B. Murton
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Verfahren zur Aufbereitung von Metall
auf Eisenbasis

.Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Metall auf Eisenbasis, insbesondere auf ein Verfahren zur Umwandlung von geschmolzenem Eisen in Stahl.

Die derzeitige Praxis zur Aufbereitung von Stahl, entweder in einem Martinofen oder einem basischen Sauerstoffkonverter, besteht in der Zugabe von Calciumoxid, Graukalk und Calciumfluorid zur Bildung einer basischen Schlacke, die mit den Oxidationsprodukten von Silizium, Kohlenstoff, Mangan, Phosphor, Schwefel und zufälligen Verunreinigungen der aufgegebenen Materialien reagiert, die normalerweise aus Stahlschrott und heißem Metall vom Hochofen bestehen. Normalerweise wird der kalte Schrott in den Ofen oder Konverter eingegeben, sodann das heiße Metall zugesetzt, worauf der Aufbereitungsprozeß beginnt. Dem Bad werden Calciumoxid,.Graukalk und Calciumfluorid zugesetzt, so daß die gewünschte Schlackenzusammensetzung erhalten wird. Das Silizium in dem heißen Metall

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wird zuerst oxidiert, so daß sich geschmolzenes Siliziumdioxid bildet, das sich mit dem Gemisch aus Calciumoxid, Graukalk und Calciumfluorid mischt. Da das Calciumoxid und der Graukalk Schmelzpunkte haben, die über 2450 C liegen, werden die Partikel oder Klumpen dieser schlackenbildenden Zugaben (Calciumoxid/Graukalk) im wesentlichen in das geschmolzene Siliziumdioxid (Silica) eingetaucht, das eine Lage aus Dicalciumsilicat bildet, die das Äußere jedes basischen Partikels Calciumoxid und Graukalk vollständig umhüllt. Das erhaltene Material ist in hohem Maße hitzebeständig und hat eine noch niedrigere Löslichkeit als das ursprüngliche Calciumoxid, so daß die Lösung von Kalk behindert und die zur Kalklösung erforderliche Zeit verlängert wird. Darin ist vermutlich die schwierigste Hürde bei einer raschen Bildung einer gewünschten Schlackenzusammensetzung im gesamten Aufbereitungsprozeß zu sehen.

Wenn die schlackenbildenden Materialien und das Calciumfluorid der herkömmlichen Charge zugesetzt werden, ist das Verhältnis von Kalk zu Silizium(di)oxid annähernd 1:1. Während der ersten Oxidationsstufe (Einblasen von Silizium) oxidiert das Silizium zu Silizium (di) oxid, so daß das Verhältnis Kalk zu Silizium unter das 1:1-Verhältnis abgesenkt wird. Wenn die Menge an zur Oxidation verfügbarem Siliziumdioxid abnimmt und die Siliziumbildung abnimmt, ferner ein Minimalverhältnis von beispielsweise 0,4:1 erreicht wird, nimmt die Basizität der anschließend gebildeten Schlacke langsam zu, wenn die festen basischen Calciumoxid- und Graukalk-Partikel beginnen, in Lösung zu gehen. Calciumfluorid wurde verwendet, um die Kalklösungsgeschwindigkeit zu erhöhen, jedoch wird

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dadurch eine hitzebeständige Einkapselung der Kalkpartikel nicht verhindert. Statt dessen reagiert es so, daß die Umhüllungen unterbrochen werden, und daher ist sein Einfluß auf die letzten Stufen des Prozesses beschränkt. Ferner erzeugt Calciumfluorid schädliche und korrosive Verbindungen, und außerdem setzt es giftiges Fluorgas frei. Daher sind Stahlhersteller aktiv auf der Suche nach einem besseren Material, das zwar die gleiche oder eine noch bessere Beschleunigung der Kalkbildungsgeschwindigkeit wie Calciumfluorid bewirkt, jedoch nicht dessen schädliche Nebenerscheinungen aufweist. Hinzu kommt, daß die Vorräte an Calciumfluorid beschränkt sind und sein Preis in den letzten zwanzig Jahren ständig gestiegen ist. Zur Zeit werden etwa 1,5 - 12 kg (3 - 25 pounds) Calciumfluorid pro erzeugte Tonne Stahl (per ton of steel produced) benötigt, je nach den örtlichen Stahlwerk-Rohmaterialbeiwerten.

Ein Verfahren zur Aufbereitung von Metall auf Eisenbasis, das kleinere Mengen Elemente einschließlich Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel und Kohlenstoff enthält, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall auf Eisenbasis in einem metallurgischen Behälter erhitzt und unter Verringerung der kleineren Menge Elemente oxidiert wird, ein Gemisch aus Schlackenkonditionierer und Schlackenbildnern zugesetzt wird, wobei der Schlakkenkonditionierer im wesentlichen aus Oxiden von Metallen wie Eisen, Calcium, Mangan, Magnesium und Silizium mit einem erheblich unter dem Schmelzpunkt der Schlackenbildner liegenden Schmelzpunkt und die Schlackenbildner im wesentlichen aus Calciumoxid (gebranntem Kalk) und/oder Graukalk bestehen, und das Erhitzen des ge-

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schmolzenen Metalls fortgesetzt wird, so daß die Bildung von Dicalciumsilicat verringert wird und vorgegebene Zusammensetzungen der Elemente in dem aufbereiteten Metall erhalten werden.

Zweckmäßigerweise bestehen Schlackenkonditionierer im wesentlichen aus - bezogen auf das Gewicht - 5 - 50 % Eisenoxid, 2 - 20 % Manganoxid, 2 - 15 % Magnesiumoxid, 20 - 50 % Calciumoxid und 8 - 25 % Siliziumoxid. Die Schmelzpunkte der Schlackenkonditionierer liegen zwischen 1090 und 1540° C. Die Funktion dieser Schlackenkonditionierer besteht darin, den Übergang der festen Kalkzuschläge in ihren gelösten Zustand zu beschleunigen. Das Verfahren nach der Erfindung vermeidet das Auftreten der hitzebeständigen Einkapselung nach dem Stand der Technik, wie sie sich ergibt, wenn die festen Kalkpartikel von geschmolzenem Siliziumdioxid umgeben werden, wie es bei den Oxidationsreaktionen gebildet wird. Die Schlackenkonditionierer schmelzen bei niedrigen Temperaturen von 1090 - 1540 C, um eine Flüssigkeit hoher Basizität zu bilden, in die die festen Schlackenbildner, die im wesentlichen aus Calciumoxid- und/oder Graukalkpartikeln bestehen, eingetaucht werden. Das schließt die Bildung des hitzebeständigen Mantels aus Dicalciumsilicat aus und gestattet die rasche Verflüssigung der Kalkpartikel entsprechend den Phasendiagrammbeziehungen. Somit sind in jeder Stufe des Verfahrens höhere Kalk-/ Siliziumdioxid-Verhältnisse gegeben, da mehr feste Kalkpartikel pro Zeiteinheit in Lösung übergehen.

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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter ins einzelne gehend erläutert, wobei die einzige Figur der Zeichnung ein Diagramm wiedergibt, das die Änderungen des Kalk-/ Siliziumdioxid-Verhältnisses sowie der Kohlenstoff-, Mangan-, Silizium-, Schwefel- und Phosphoranteile in Abhängigkeit von der Zeit erkennen läßt.

Das Verfahren nach der Erfindung kann in verschiedenen Aufbereitungsöfen wie einem Martinofen (open hearth furnace), basischen Sauerstoffkonverter, abgesenkten Sauerstoffkonverter (submerged oxygen converter) oder einem Elektroofen ausgeführt werden. Es können einige verfahrensmäßige Abweichungen auftreten, die jedoch ohne Auswirkungen auf die Gesamtergebnisse und insbesondere die Art der verwendeten Schlacke bleiben. Zur Erläuterung der Erfindung wird das basische Sauerstoffverfahren beschrieben, wobei Abweichungen für die anderen Verfahren erwähnt werden, soweit das von Bedeutung ist.

Nachdem der Konverter mit bestimmten Mengen Stahlschrott und geschmolzenem Eisen beschickt worden ist, wird er in eine aufrechte Lage verschwenkt und eine Sauerstofflanze durch die offene Seite zu einer vorgegebenen Stelle oberhalb der Badoberfläche eingeführt. Geschmolzenes Metall ist Roheisen, das in erste Linie aus dem Element Eisen besteht, in Verbindung mit zahlreichen weiteren chemischen Elementen wie Kohlenstoff, Mangan, Phosphor, Schwefel und Silizium, wobei diese Elemente zu 3,0 - 4,5 % Kohlenstoff, 0,15 - 2,5 % Mangan, bis zu 0,2 % Schwefel, 0,025 - 2,5 % Phosphor

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und 0,5 - 4 % Silizium sein können, je nach Zusammensetzung der Rohmaterialien und der Art und Weise, in der der Hochofen betrieben wird.

Diese Elemente müssen während der Aufbereitung oder der Umwandlung des geschmolzenen Metalls in Stahl nahezu vollständig entfernt oder in ihrem Anteil verringert werden. Zu diesem Zweck wird in den basischen Sauerstoffdfen im wesentlichen reines Sauerstoffgas von einer Lanze oder Strahldüse mit hoher Geschwindig-

2 keit und unter einem Druck von 10 - 12,5 kg/cm (140 - 180 psi) ausgesandt. Der dabei ablaufende Vorgang ist teilweise physikalischer und teilweise chemischer Natur. Wenn der Sauerstoff auf das flüssige Metallbad auftrifft, beginnt die Oxidation von Silizium zur Bildung von Silizium(di) oxid in Übereinstimmung mit dem heftigen Strömungspfad, wie er durch das dynamische Einblasen des SauerstoffStroms erzeugt wird.

Innerhalb von etwa 2 min, vorzugsweise 1 min, müssen der Schlakkenkonditionierer und die Schlackenbildner zugesetzt werden, um den Anteilen an gebildetem Siliziumdioxid sowie weiteren Oxiden wie Eisenoxid gerecht zu werden. Für weitere Stahlherstellungsverfahren etwa in Verbindung mit dem Martinofen oder einem elektrischen Ofen ist die Zeitdauer größer, d. h. bis zu einer Stunde oder mehr. Der Schlackenkonditionierer kann vor, während oder nach der Zugabe von Calciumoxid oder Calciumoxid und Graukalk zugesetzt werden.

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Die Eigenschaften eines günstigen Schlackenkonditionierers sind hohe Flüssigkeit, niedriger Schmelzpunkt, hohe Reaktionsfähigkeit in den Anfangsstufen des SchmelzVorgangs, hohe Basizität, geringer Verunreinigungsgrad und niedrige Kosten. Schlackenkonditionierer, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden sollen, bestehen im wesentlichen aus den in der nachstehenden Tabellen zusammengestellten Materialanteilen:

Tabelle

Prozentangaben	auf das Gewicht bezogen	bevorzugte Mengen	optimale Mengen
Verbindung	verwendbare Mengen	15 - 3O	25
Eisenoxid	5-50	5-15	10
Manganoxid	2-20	8-10	9
Magne s iumoxid	0-15	30 - 48	42
Calciumoxid	20 - 50	10-16	14
Siliziumoxid	8-25

Die Größe der Partikel der zugesetzten Materialien kann in einem weiten Bereich zwischen fein und grob schwanken, ohne ihre chemische Effektivität ernsthaft zu verringern, jedoch liegt die bevorzugte Größe zwischen 18 mm und 30 mm durchschnittlicher Durchmesser. In jedem Fall sollte die Partikelgröße nicht so klein sein, daß die Partikel aus dem Konverter geblasen werden könnten.

Die die erfindungsgemäß verwendeten Schlackenkonditionierer bildenden Materialien werden in erster Linie aus der Rückgewinnung von Schlacken aus früheren metallurgischen und aufbereitenden

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Prozessen etwa in Verbindung mit dem Martinofen (open hearth furnace), einem Elektroofen oder dem basischen Martinofen oder durch Synthese dieser Materialien erhalten. Diese Materialien werden zerkleinert, um Grobmetalle zu entfernen, auf die gewünschte Größe gesiebt und in der erforderlichen Weise mit Oxiden von Eisen, Mangan, Magnesium, Silizium und Calcium gemischt. Die Oxide der verschiedenen erwähnten Metalle können aus Quellen wie Flugstaub aufgrund von Stahlherstellungsprozessen, der im wesentlichen Eisenoxid enthält, Ferromanganstaub von Hochöfen, der reich an Eisen und Manganoxid sowie metallischem Mangan ist, Kalkstaub von Zementanlagen u. dgl., der Oxide von Calcium und Magnesium enthält, genommen werden. Diese Materialien werden auf die gewünschten Partikelgrößen gebracht und in den gewünschten Zusammensetzungen miteinander gemischt.

Die Zusammenstellung der wiedergewonnenen Schlacke kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, etwa durch Mischen eines angefeuchteten Anteils an Staub, beispielsweise Flugstaub mit feingemahlenem Quarzit oder nutzbaren Glaspartikeln und Natriumsilicat oder weiteren hydraulischen Bindemitteln, worauf man das Gemisch dann unter Zuhilfenahme von Wärme oder trockener Luft aushärten läßt. Bei einem weiteren Gewinnungsverfahren werden diese Materialien mit Natriumsilicat verwendet, und ferner wird Kohlendioxidgas eingeleitet, so daß die zusammengefaßten Bestandteile sich zu größeren Körpern verfestigen, worauf sie für die Beschickung des Konverters zerkleinert werden.

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Aufgrund von Verfahren in Verbindung mit dem basischem Martinofen und dem basischen Sauerstoff gewonnene geschmolzene Schlakken können mit Borax, Natriumsilicat, Oxiden von alkalischen Metallen oder Siliziumdioxid behandelt werden, um den Schmelzpunkt herabzusetzen. Die Schlacke wird dann mit Oxiden von Eisen, Mangan, Magnesium und Calcium in der erforderlichen Weise gemischt, um die in der Tabelle zusammengestellten Zusammensetzungen zu erhalten.

Ein weiteres Verfahren zur Gewinnung dieser Schlackenkonditionierer besteht darin, daß geschmolzene Schlacke auf ein Gemisch aus Oxiden von Eisen, Mangan, Magnesium, Siliziumdioxid und Calcium gegossen wird, um eine heterogene Masse zu bilden, die dann gekühlt, zerkleinert und auf die für die Zugabe zu dem basischen Sauerstoffkonverter vorgesehene Größe gebracht wird.

Aus den verschiedenen Verfahren gewonnene geschmolzene Schlacken können mit oder ohne Oxide von Eisen, Mangan, Magnesium, Silizium und Calcium gemischt werden, um so Schlackenkonditionierer zu bilden, die den basischen Sauerstoffkonvertern zugesetzt werden können, öder es kann einige Schlacke aus einer früheren Charge in dem Konverter oder Ofen zurückgehalten werden, um mit der nächsten Charge verwendet zu werden.

Diese Schlacken können ebenfalls mit zusammengesetzten Oxiden der oben erwähnten Metalle behandelt werden, um Schlackenkonditionierer für die Verwendung im flüssigen Zustand in dem basischen Sauer-

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stoffkonverter zu erzeugen. Schließlich kann geschmolzene Schlakke hoher Basizität mit den Oxiden der vorerwähnten Metalle behandelt, mit dem heißen Metall gemischt und in den Konverter gegossen werden.

Die nützliche Menge Schlackenkonditionierer liegt zwischen 1,5 - 25 kg/t Stahl (3 to 50 pounds per ton of steel), und die nützlichen Mengen Schlackenbildner (Calciumoxid und/oder Graukalk) sind Zugaben zwischen 55 - 100 kg pro Barren-Tonne (110 to 200 pounds per ingot ton). Vorzugsweise wird Schlackenkonditionierer im Bereich zwischen etwa 6-11 kg/t Stahl (12 - 22 pounds per ton of steel) eingesetzt, und das Optimum zur Erzielung bester Ergebnisse liegt bei etwa 9 kg/t Stahl (7,5 pounds per ton of steel). Im allgemeinen erfolgt die Zugabe 1 min nach Beginn des Sauerstoffblasens.

Der Schmelzpunkt des Schlackenkondistionierers liegt vorzugsweise tiefer als der der heißen Metallcharge und im Bereich zwi-^ sehen 1090 und 1500° C, gegenüber Schmelzpunkten für das Calciumoxid und den Graukalk, die oberhalb etwa 2450° C liegen.

Wenn der Schlackenkonditionierer gemeinsam mit Calciumoxid und Graukalk zugegeben wird, so ist kein Calciumfluorid notwendig. Der Konditionierer schmilzt rasch, um ein basisches Schmelzbad zu bilden, das die Calciumoxid- und Graukalk-Partikel umgibt und dadurch die Bildung des Dicalciumsilicatmantels um die einzelnen basischen Partikel verhindert, wie sie im herkömmlichen Verfahren

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stattfindet. Die Geschwindigkeit der Lösung von Calciumoxid und Graukalk wird stark erhöht. Ferner beschleunigt der hohe Eisenoxidgehalt des Kondi^tionierers die Phosphoroxidation, und zugleich trägt er dazu bei, diesen bei der Schlackenbildung in Lösung zu halten. Es ist wesentlich, daß in den anfänglichen Stufen der Erhitzung optimale Bedingungen für die Entfernung des Phosphors vorgesehen werden und in der nachfolgenden Stufe (Kohlenstoffblasen) eine höhere Basizität bei niedrigeren Eisenoxidwerten erhalten wird, als das in herkömmlichen Verfahren möglich war, wo Calciumfluorid zugesetzt wurde.

Mit der Kurve A der Zeichnung sind die Basizitäts-Verhältnisse wiedergegeben, wie sie durch Zugabe der Schlackenkonditionierer zusammen mit den Kalkzusätzen erhalten werden.

Durch Zugabe der Schlackenkonditionierer nach der Erfindung zu Beginn des Verfahrens, etwa 1 oder 2 min nach dem Beginn des BIasens, hat das Kalk-/Siliziumdioxid-Verhältnis eine Größenordnung von 1,8 - 2. Das Verhältnis nimmt zwar mit weiterem Fortschreiten der Oxidation des Siliziums im Metall während des Siliziumblasens ab, jedoch nicht auf ein Minimum von unter 0,5, wie das bei der derzeitigen Praxis der Fall ist. Somit wird das Kalk-ZSiliziumdioxid-Verhältnis auf einem Niveau von über 1:1 gehalten, und insbesondere werden die verbleibenden Kalk-Feststoffpartikel rascher in Lösung überführt. Nachdem somit der größte Anteil des Siliziums oxidiert worden ist, beginnt die zweite Stufe der Erwärmung (Kohlenstoffblasen), und die gebildete Schlacke hat ein höheres Kalk-/ Siliziumdioxid-Verhältnis, als dies für die derzeit angewandten

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Verfahren zutrifft.

Ein Vergleich der Kurven A und B (wobei die Kurve B der herkömmlichen Praxis entspricht) zeigt, daß während der Anfangsstufe der Erhitzung (d. h. während des "Siliziumblasens") der Konditionierer für den niedrigen Schmelzpunkt ein in hohem Maße basisches Schmelzbad erzeugt, daß das Kohlenstoffniveau hoch und infolgedessen das Oxidationsniveau niedrig ist und daß die Schmelzbadtemperatur niedrig ist. Der erhebliche Eisenoxidgehalt des Schlackenkonditionierers schafft die optimale Umgebung für die Phosphorentfernung in dieser ersten Stufe des "Siliziumblasens". Diese optimale Umgebung für die Phosphorentfernung zeichnet sich bekanntlich durch eine niedrige Temperatur, hohe Basizität und in genügender Menge verfügbares Eisenoxid aus. Die zweite Stufe der Erwärmung wird als "Kohlenstoffblasen" bezeichnet. Bei der Oxidation des Kohlenstoffs und dessen Entfernung vom Metallbad nimmt dieMenge an gebildetem Eisenoxid entsprechend der Abnahme des Kohlenstoffgehalts des Metalls zu. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eine höhere Basizität (Kalk-/Siliziumdioxid-Verhältnis) für ein bestimmtes Kohlenstoff- und Oxidationsniveau als entsprechende Verfahren nach dem Stand der Technik ergibt.

Somit findet zu Beginn des Kohlenstoffblasens, wenn die Eisenoxidbildung verhältnismäßig niedrig ist, eine rasche Zunahme des Kalk-/ Siliziumdioxid-Verhältnisses statt, da der Kalk (Calciumdioxid bzw. Graukalk) sehr rasch QLnXöauna Λ-sht, nachdem die Dicalcium-

silicat-Ummantelung der kalkhaltigen Partikel vermieden worden ist. In der Tat bleibt die hohe Basizität in bezug auf einen bestimmten Kohlenstoffgehalt und daher auf ein bestimmtes Oxidationsniveau während der gesamten Kohlenstoffblasstufe und bis in die Abschlußstufe der Erhitzung bestehen.

Mit den beschriebenen Konditionierern nach der Erfindung wurde somit eine optimale Umgebung für die Schwefelentfernung in der Kohlenstoffblasstufe sowie in der Endstufe geschaffen. Diese Umgebung ist bei jedem Oxidationsniveau wegen der raschen Kalklösung weit basischer. Die Schwefelentfernung erfolgt während der gesamten Kohlenstoffblasstufe, ehe die hohen Oxidationswerte, wie sie für die Abschlußstufe charakteristisch sind, erreicht werden. Die optimalen Bedingungen für eine Schwefelentfernung sind eine hohe Basizität, niedrige Oxidation, hohe Fließfähigkeit und hohe Temperatur, und diesen Bedingungen wird durch die Verwendung dieser Konditionierer genügt.

Die nachstehenden speziellen Ausführungsbeispiele veranschaulichen nochmals die praktische Verwirklichung der Erfindung:

Beispiel I

Es wurde eine Charge in einem basischen, von oben her beblasenen Sauerstoffkonverter mit einer Kapazität von 23Ot aufbereitet. 1 min nach dem Beginn des Sauerstoffblasens wurden 9 kg (17,5 pounds) Schlackenkonditionierer, 65 kg (130 lbs.) Calciumoxid und 32 kg (64 lbs.) Graukalk pro Tonne (per ton) zugesetzt. Eine

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Analyse des heißen Metalls ergab 3,00 % C, 1 % Si, 0,87 % Mn, 0,11 % P, 0,026 % S. Ergebnisse: Erste Turndown-Metallanalyse war 0,52 % C; 0,008 % P; 0,018 % S. Erste Turndown-Schlackenanalyse war 12,03 % SiO₃, 39,6 % CaO, 8,04 % MgO; U-Verhältnis 3,29; 26,4 % Fe; 4,5 % Mn; 0,05 % S; 0,54 % P; 1,1 % Al₃O₃.

Beispiel II

Es wurde eine weitere Charge in der gleichen Weise gefahren, mit dem Unterschied, daß die Menge an Schlackenkonditionierer auf 45 kg/t Stahl (90 lbs. per ton of steel) erhöht wurde. Der Schlackenkonditionierer arbeitete zwar entsprechend der vorliegenden Erfindung, führte jedoch zu einer sehr flüssigen Schlacke zu Beginn der Erwärmung, was einen übermäßigen "Auswurf" (slopping) verursachte, der nicht mehr in Kauf genommen werden konnte. Dieser hohe Zusatz zeigt jedoch, daß die Fähigkeit der Konditionierer, den Kalk in Lösung zu überführen, den entsprechenden Bedarf beim Verfahren mit dem von oben beblasenen Sauerstoffkonverter bei weitem übersteigt.

Der Vorzug des niedrigen Schmelzpunkts der Schlacke oder des Konditionierers sowie seines hohen basischen (Kalk-ZSiliziumdioxid-) Verhältnisses, das oberhalb 3 liegt, aber zwischen 1 und 4 schwanken kann, ehe der Wert 3 erreicht wird, besteht in der Schaffung einer Umgebung, die zu den obigen Wirkungen führt. Außerdem gestattet der niedrige Schmelzpunkt des Konditionierers die Ausdehnung der Reaktionszone um den Sauerstoffstrom. Im herkömmlichen Verfahren wird das in hohem Maße siliziumhaltige Material, das im

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wesentlichen ein Siliziumdioxid-Schmelzbad ist, erst in der Anfangsstufe des Blasens erzeugt, was der Bildung von Dicalciumsilicat förderlich ist. Im Gegensatz dazu sorgt das Flußmittel oder der Konditionierer nach der Erfindung für ein in hohem Maße basisches flüssiges Schmelzbad, das in innigem Kontakt mit den festen Kalkpartikeln steht. Diese Wirkung vergrößert die räumliche Reaktionszone um den Sauerstoffstrom und erhöht in physikalischer sowie thermischer Hinsicht die Lösungsgeschwindigkeit eines festen basischen Partikels.

Ein weiterer hervorragender Vorteil der Schlacke oder des Konditionierer s nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dadurch die Geschwindigkeit der Erosion der hitzebeständigen Wandungen des basischen Sauerstoffkonverters verringert wird, die. sich auf einem Maximum befindet, wenn das Kalk-ZSiliziumdioxid-Verhältnis der Schlacke etwa 0,7 beträgt. Wie zuvor beschrieben, ermöglicht die Schlacke oder der Konditionierer nach der Erfindung infolge der richtigen Abstimmung zwischen Calciumoxid und Graukalk die Beibehaltung eines Kalk-/Siliziumdioxid-Verhältnisses oberhalb 1 in den Anfangsstufen der Erwärmung.

Der Schlackenkonditionierer nach der Erfindung schafft aber nicht nur die überlegenen Bedingungen für die Entfernung von Phosphor und Schwefel, sondern er sorgt außerdem auch dafür, daß Calcium-' fluorid für das Verfahren entbehrlich wird.

Insgesamt stellt der Schlackenkonditionierer nach der Erfindung somit eine in hohem Maße basische flüssige Schlacke zur Verfügung,

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in der Calciumoxid-Partikel keinen hohen Konzentrationen von Siliziumdioxid ausgesetzt werden, wodurch bisher den Kalk umgebende Dicalciumsilicat-Ummantelungen gebildet wurden, so daß es zu einer Verzögerung der Kalklösung kam. Der Schlackenkonditionierer enthält Verflüssigungsmittel wie Oxide von Eisen, Magnesium und Mangan, die das Calciumoxid (gebrannten Kalk) in Übereinstimmung mit eingeführten Phasendiagrammbeziehungen rasch in Lösung überführen. Darüber hinaus ist die Fähigkeit des Schlackenkonditionierers, Kalk zu verflüssigen, so groß, daß überschüssige Mengen dieses Materials zu Schlacken führen, die zu flüssig sind und einen "Auswurf" im Konverter verursachen. Dieser Faktor zeigt, daß der Schlackenkonditionierer nach der Erfindung in der Lage ist, die Kalklösungsgeschwindigkeiten weit über die Forderungen hinaus zu erhöhen, wie sie in Verbindung mit Verfahren gestellt werden, die mit dem basischen Sauerstoffkonverter, versenkt oder von oben her eingeblasen, gestellt werden.

Die Kalklösungsgeschwindigkeiten, die sich mit den Schlackenkonditionierern erzielen lassen, sind groß genug, um die Oxidationsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs in dem das geschmolzene Metall enthaltenden Eisen zu übersteigen. Somit werden für die Phosphor- und Schwefelentfernung optimale Bedingungen geschaffen, ehe die Oxidation des Kohlenstoffs abgeschlossen worden ist.

Schließlich besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß durch Beibehaltung einer stark basischen Schlacke eine geringere Erosion der hitzebeständigen Abkleidung der Wandungen des metallurgischen Behälters hervorgerufen wird.

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Claims

Patentansprüche ;

1. Verfahren zur Aufbereitung von Metall auf Eisenbasis, das kleinere Mengen Elemente Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel und Kohlenstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall auf Eisenbasis in einem metallurgischen

• Behälter erhitzt und unter Verringerung der kleineren Mengen Elemente oxidiert wird, ein Gemisch aus Schlackenkonditionierer und Schlackenbildnern zugesetzt wird, wobei der Schlackenkonditionierer im wesentlichen aus Oxiden der Metalle Eisen, Calcium, Mangan, Magnesium und Silizium mit einem erheblich unter dem Schmelzpunkt der Schlackenbildner liegenden Schmelzpunkt und die Schlackenbildner im wesentlichen aus Calciumoxid (gebranntem Kalk) und/oder Graukalk bestehen, und das Erhitzen des geschmolzenen Metalls fortgesetzt wird, so daß die Bildung von Dicalciumsilicat verringert wird und vorgegebene Zusammensetzungen der Elemente in dem aufbereiteten Metall erhalten werden.

2. Verfahren·nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erhitzen und Oxidieren des geschmolzenen Metalls auf Eisenbasis ein Strom unter Druck stehenden sauerstoffhaltigen Gases auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls geleitet wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenkonditionierer im wesentlichen aus 5-50 Gew% Eisenoxid, 2-20 Gew% Manganoxid, bis zu etwa 15 Gew% Magnesiumoxid, zwischen 20 und 50 Gew% Calciumoxid und 8-25 Gew% Siliziumoxid besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenkonditionierer im wesentlichen aus 15-30 Gew% Eisenoxid, 5-15 Gew% Manganoxid, 8-10 Gew% Magnesiumoxid, 30 - 48 Gew% Calciumoxid und 10-16 Gew% Siliziumoxid besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenkonditionierer im wesentlichen aus etwa 25 Gew% Eisenoxid, etwa 10 Gew% Manganoxid, etwa 9 Gew% Magnesiumoxid, etwa 42 Gew% Calciumoxid und etwa 14 Gew% Siliziumoxid besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenkonditionierer im wesentlichen pro Tonne Stahl (ton of steel) aus einem Gemisch von 1,5 - 25 kg (3-50 pounds) Schlacke eines früheren basischen Sauerstoffprozesses, Martinofenprozesses oder Elektroofenprozesses und 55 - 100 kg (110 - 200 pounds) Schlackenbildnern besteht.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenkonditionierer im wesentlichen für jede Tonne Stahl (ton of steel) aus einem Gemisch von 6- 11 kg (12-22 pounds) Schlacke eines früheren basischen Sauerstoffprozesses, Martinofenprozesses oder Elektroofenprozesses und etwa 97 kg (194 pounds) Schlackenbildner besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenkonditionierer im wesentlichen für jede Tonne Stahl (ton of steel) aus einem Gemisch zwischen 9 kg (17,5 pounds) Schlacke eines früheren basischen Sauerstoffprozesses, Martinofenprozesses oder Elektroofenprozesses und 90 kg (180 pounds) Schlackenbildner besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei das Metall auf Eisenbasis geschmolzenes Roheisen in einem metallurgischen Behälter ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlakkenkonditionierer und die Schlackenbildner dem geschmolzenen Roheisen zugesetzt, das geschmolzene Roheisen, der Schlackenkonditionierer und die Schlackenbildner erhitzt, die Schlakkenbildner-Partikel zum Eintauchen in den geschmolzenen Schlackenkonditionierer gebracht und das Gemisch aus geschmolzenem Schlackenkonditionierer und Schlackenbildnern weiter erhitzt wird, so daß sich die Schlackenbildner ohne die Bildung von Dicalciumsilicat-ümmantelungen der Schlakkenbildner-Partikel lösen.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenkonditionierer in der Form fester Partikel zugesetzt wird und anschließend die Schlackenkonditionierer-Partikel auf einen geschmolzenen Zustand erhitzt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in geschmolzenes Metall auf Eisenbasis als Flüssigkeit mit einem Kalk-/Silizium(di)oxid-Verhältnis zwischen 1,8-2 eingeleitet wird.

12. Verfahren zur Aufbereitung von geschmolzenem Roheisen in einem metallurgischen Behälter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Roheisen erhitzt und oxidiert wird, so daß das Silizium zu geschmolzenem Silizium(di)oxid oxidiert, wobei der Schlackenkonditionierer und die festen Partikel der Schlackenbildner dem geschmolzenen Roheisen und Silizium(di)oxid zugesetzt werden, so daß die Schlackenbildner-Partikel durch Zugabe des Schlackenkonditionierers infolge Herabsetzung des Schmelzpunktes des Gemisches aus geschmolzenem Silizium(di)oxid, geschmolzenem Schlackenkonditionierer sowie Schlackenbildner-Partikeln in Lösung gebracht werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß geschmolzene Schlacken aus basischen Martinofen- und basischen Sauerstoffprozessen mit Borax, Natriumsilicat, Oxiden von alkalischen Metallen oder Silizium so

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behandelt werden, daß der Schmelzpunkt herabgesetzt wird, und daß anschließend die Schlacke mit vorgegebenen Mengen an Oxiden von Eisen, Mangan, Magnesium und Calcium im wesentlichen entsprechend den in der Tabelle angegebenen Zusammensetzungen gemischt wird.

14. Verfahren zur Aufbereitung nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß anfänglich in dem den Schlackenkonditionierer enthaltenden metallurgischen Behälter eine Erhitzung vorgenommen, dem Behälter geschmolzenes Roheisen zugeführt, der Inhalt des Behälters unter Oxidation von Silizium zu Silizium(di)oxid erhitzt, Festpartikel der Schlakkenbildner dem Inhalt des metallurgischen Behälters zugeführt und die Schlackenbildner-Partikel durch die Zugabe der Schlackenbildner infolge einer Erniedrigung des Schmelzpunktes des Gemisches aus geschmolzenem Silizium(di)oxid, geschmolzenem Schlackenkonditionierer und Schlackenbildner-Partikeln gelöst werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenkonditionierer im wesentlichen aus einer Schlacke besteht, die im wesentlichen aus Oxiden von Eisen, Calcium, Mangan, Magnesium und Silizium zusammengesetzt ist und einen Schmelzpunkt zwischen 1090 und 1540° C hat.

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16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenkonditionierer 5-50 Gew% Eisenoxid, 2-20 Gew% Manganoxid, bis zu 15 Gew% Magnesiumoxid, 20 - 50 Gew% Calciumoxid und 8-25 Gew% Siliziumoxid enthält.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenkonditionierer 15-30 Gew% Eisenoxid, 2-20 Gew% Manganoxid, 8-10 Gew% Magnesiumoxid, 30-48 Gew% Calciumoxid und zwischen 10 und 16 Gew% Siliziumoxid enthält.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenkonditionierer etwa 25 Gew% Eisenoxid, etwa 10 Gew% Manganoxid, etwa 9 Gew% Magnesiumoxid, etwa 42 Gew% Calciumoxid und etwa 14 Gew% Siliziumoxid enthält.

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