DE2445190A1 - Verfahren zum herstellen von stahl - Google Patents

Verfahren zum herstellen von stahl

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DE2445190A1 DE19742445190 DE2445190A DE2445190A1 DE 2445190 A1 DE2445190 A1 DE 2445190A1 DE 19742445190 DE19742445190 DE 19742445190 DE 2445190 A DE2445190 A DE 2445190A DE 2445190 A1 DE2445190 A1 DE 2445190A1
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Description

Verfahren zum Herstellen von Stahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Stahl, bei dem ein Gemisch aus Inertgas ( im allgemeinen Argon ) und Sauerstoff in das Schmelzbad geblasen wird. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Herstellung von Stahl in der oben genannten Weise, wo wenigstens ein Teil der in das Bad geblasenen Gase aus den Gasen besteht, die aus dem Bad austreten und in geeigneter Weise gereinigt wurden.
Bekanntlich oxydiert bei den Stahlherstellungsverfahren, die auf dem Sauerstoffblasen basieren, der Sauerstoff den im Metallbad vorhandamKohlenstoff sowie andere Elemente. Bei gewissen Stahlgruppen jedoch müssen gewisse Elemente, welche leicht durch die Reaktion mit Sauerstoff eliminiert werden, innerhalb vorbestimmter prozentualer Anteile gehalten werden. So ist es beispielsweise bekannt, daß bei der Herstellung von Stahl mit hohem Chromgenalt der in der Anfangscharge des Gefäßes enthaltene Chrom im Verlauf des Verfahrens der Dekarburierung durch in das Bad geblasenen Sauerstoff eine beachtliche Oxydation,* so daß ein Blasen
erfährt
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über gewisse Grenzen hinaus nicht durchgeführt werden kann, was einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt zurückläßt. Zurückzuihren ist dies auf die Tatsache, daß für jeden Chromgehalt ein entsprechender Kohlenstoffgehalt existiert, für den die Gleichgewichtskonstante der Reaktion C + 1/2 0« —*> CO derart ist, daß die Aktivität des im Bad gelösten Sauerstoffs ausreichend wird, um das Chrom zu oxydieren. Es ist bereits bekannt ( US-PATENTSCHRIi1T 3 252 790 ) den Partialdruck des im Bad vorhandenen CO abzusenden, um die Dekarburierungsreaktion nach rechts zu verschieben. Die Durchführung dieser Idee wurde möglich, indem man dem geblasenen Sauerstoff ein Gas zusetzt, welches nicht in Reaktion mit dem Bad tritt, so daß sichergestellt wird, daß im Bad eine Dispersion kleiner Gasblasen auftritt, wobei es sich bei dem Gas vorzugsweise um Argon handelt und wobei hierhinein das durch die Dekarburierungsreaktion erzeugte CO diffundiert. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Argon oder ein anderes Inertgas und/oder in den den Konverter verlassenden Abgasen enthaltener Sauerstoff rückgewonnen und im gleichen Stahlheratellungsverfahren wieder verwendet wird.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme konnten beispielsweise hoch chromhaltige Stähle ohne Prischen im Elektroofen erzeugt werdendes eine beachtlich höhere Produktivität mit hieraus resultierenden wirtschaftlichen Vorteilen aur Folge hatte.
Zur Zeit sind in der Welt zahlreiche der oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen von Stählen mit hohem Chromgehalt
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ORSGiNAL INSPECTED
in Gebrauch. Bei diesem Verfahren ist jedoch Argon, dessen Kosten ziemlich hoch liegen, erforderlich. Es trifft zwar zu, daß bei dem Verfahren die Möglichkeit vorgesehen wird, andere Inertgase oder Stickstoff zu verwenden; in Praxis kann jedoch nur Argon Verwendung finden, da die Kosten der anderen Inertgase höher als die des Argon liegen, und auch im Hinblick auf die Reaktivität des Stickstoffs bezüglich des Bades.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme nun soll der Einfluß der Kosten des Argons oder anderer Inertgase auf die Kosten der erfindungsgemäß hergestellten Stähle auf niedrige Niveaus vermindert werden, wodurch auch der oben genannte Nachteil eliminiert wird, der bei den bekannten Verfahren nicht zu umgehen war.
Nach der Erfindung wird das Gemisch aus Gasen, die aus dem metallischen Bad während der Dekarburierung befreit werden, indem ein Argon-Sauerstoffgemisch eingeblasen wird, gesammelt, in geeigneter Veise von Staub und von Gasen getrennt, die sich leicht eliminieren lassen wie COp und dann entsprechend seiner Restzusammensetzung entweder an eine fraktionieranlage für die selektive Rückgewinnung des Argons und Sauerstoffs gegeben ( was den Vorteil hat, daß aus der Fraktionieranlage ein argonreiches Gas gewonnen wird ) oder direkt in das schmelzflüssige Metall nach der Zugabe weiteren Argons und/oder Sauerstoffs, falls notwendig, geblasen. Sollten diese Gase nicht für das Blasen im Bad unmittelbar verwendet werden und es sich nicht um solche handeln bei denen eine Destillation erforderlich ist, so können
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diese in geeigneten Behältern gespeichert und anschließend verwendet werden.
Erfindungsgemäß werden also Argon oder andere Inertgase oder Gase, die bezüglich des schmelzflüssigen Metalls nicht-reaktiv sind, rückgewonnen.
Auch wird es möglich, das gleiche Gemisch von aus dem Bad während der Dekarburierung austretenden Gasen, nach zweckmäßiger Reinigung und Korrektur hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, erneut in das Bad zu blasen.
Durch das Verfahren nach der Erfindung wird eine Kontrolle des Portschritte der Dekarburierungsreaktion des Bades und der Kreislaufrückführung der Gase selbst geschaffen, welche während der vorherigen Dekarburierungsphase abgegeben wurden und in geeigneter Weise von Staub und Gasen wie CO« befreit wurden, und zwar entweder direkt, gegebenenfalls nach Zusatz von Sauerstoff und/oder Argon als Funktion des Portschritts der Dekarburierungsreaktion oder indirekt nach fraktionierter Destillation.
Eine Verunreinigung der Luft durch die das Reaktionsgefäß verlassenden Gase wird verhindert, indem'ein Gasvorhang zwischen der Konverterhaube und der Oberseite des Gefäßes erzeugt wird, wobei dieser Vorhang durch eine Fraktion des ausströmenden Gases selbst gebildet wird, welches in geeigneter Weise gereinigt und mit Sauerstoff angereichert wird, wobei dieser Vorhang derart ist, daß eine kleine Fraktion in die Atmosphäre verloren geht, während wenigstens 80 # in die Haube eintreten, um das aus dem metallischen Bad austretende
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CO zu verbrennen. Es ist jedoch möglich gewünschtenfalls die Menge an angesaugter Luft zu steuern, indem die Strömung der oben erwähnten Gasfraktion gesteuert wird.
Wenn man in dieser Weise arbeitet, können gewisse Nachteile auftreten f wie zu starke Temperaturanstiege sowie Komplikationen, die mit der Trennung des Argon vom Stickstoff aufgrund der Tatsache zusammenhängen, daß das Argon im Kreislauf rückgeführt werden muß.
Diese Schwierigkeiten lassen sich in zufriedenstellender Weise dadurch überVinden, daß der Sauerstoff des Grasvorhangs mit Dämpfen und Grasen, allein oder in beliebiger Kombination verdünnt wird, derart, daß er nicht-reaktiv bezüglich der aus dem Gefäß (Reaktor oder Konverter ) strömenden Fluide ist, wobei diese Dämpfe und Gase ein hohes Wärmespeichsrvermögen aufweisen und leicht von Argon mittels chemischer oder physikalischer Verfahren trennbar sind und leicht im Hinblick auf ihre mögliche luhrung im Kreislauf rückgewinnbar sind. Beispielsweise können günstige Ergebnisse in dieser Richtung unter Verwendung von Kohlendioxyd, Wasserdampf oder geeigneten Gemischen hiervon als Verdünnungsmittel des den abschirmenden Vorhang bildenden Sauerstoffs erhalten werden.
Es hat sich auch herausgestellt und dieses Ergebnis bildet einen integrierenden Bestand der Erfindung , daß es möglich wird, die Verbrennungstemperatur des aus dem Konverter ausströmenden Kohlenmonoxydß zu regeln, indem man in geeigneter Weise die Zusammen-
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setzung des Schutzvorhang-G-asgemisches einstellt, welches aus Argon, Sauerstoff und einem Sauerstoffverdünnungsmittel mit den oben genannten Eigenschaften besteht; und daß die durch diese Verbrennung entwickelte ΐ/ärme vorteilhaft in einem Wärmeaustauscher Verwendung finden kann, der gegebenenfalls in der gleichen Haube vorgesehen oder eingebaut ist und der beispielsweise einen Abwärmekessel speist.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden, die ein lediglich beispielsweises Fließschema für ein Verfahren nach der Erfindung gibt.
In den das metallische Bad 2 enthaltenden Konverter wird ein Gemisch aus Sauerstoff und Inertgas, vorzugsweise Argon, einer geeigneten Zusammensetzung über Windformen oder Düsen 3 geblasen. Aus Gründen der Vereinfachung wird in cfer folgenden Beschreibung statt Inertgas nur das Wort "Argon" verwendet werden. Die Gase, die aufgrund der verschiedenen Reaktionen sich entwickeln, die im metallischen Bad stattfinden, werden durch die Abzugshaube 4 gesammelt und dann an Einrichtungen 5 bzw. 6 zur Entfernung von Staub und COp und etwa verbleibendem GO geführt. Am Auslaß aus der Staubentfernungsanlage 5 wird eine Probennahme des Gemisches aus austretenden bzw. entwickelten Gasen durchgeführt und die Proben in der Vorrichtung 7 analysiert. Entsprechend der Zusammensetzung dieses Gemisches steuert die Vorrichtung 7 ein Ventil 8, welches das Gemisch gegen ein zweites Ventil 10 oder gegen ein drittes Ventil 12 gibt. Nach der Zusammensetzung dieses Gemisches öffnet das Ventil 10 gegen den
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Abzug oder Schornstein 11 oder gegen die Fraktioniereinheit 9, während das Ventil 12 sie zu einem Behälter 16 oder einem Mischer 17 leitet, in welchen auch Argon und Sauerstoff aus den Behältern 14 und 15 eintreten, die durch die Fraktionier-Destilliereinheit 9 zugeführt wurden oder es gelangen hierhin die im Behälter 16 gesammelten Gase. In diesem Mischer werden die Grase in geeigneter Weise als Funktion eines Signals aus der Analysiervorrichtung 7 gemischt, so daß sie die richtige Zusammensetzung für das Einblasen in das Bad 2 erreichen. Die Lufteinführung in die Abzugshaube 4, welche den Konverteraustrag mit Stickstoff verunreinigen würde, wird als Punktion der Anforderungen an die Arbeitsweise der Vorrichtung oder an die Anforderungen der Haubenkühlung verhindert oder kontrolliert, indem auf dem Rand 20 der Haube eben dieses Abgas geblasen wird, welches vor dem Ventil 8 abgenommen wurde, welchem eine gewisse Menge Sauerstoff aus dem Behälter' 14 zugesetzt und im Mischer 13 zugemischt wurde. Das Blasen am oder auf dem Rand 20 der Abzugshaube wind durch einen Kompressor 19 gewährleistet und so gesteuert, daß der Eintritt von Luft in die Haube verhindert wird und gleichzeitig ein großer Teil des Blasgases, insbesondere wenigstens 80 $> hiervon, welches reich an Sauerstoff ist, in die Haube selbst gegeben wird, um die Verbrennung des in den den Konverter 1 verlassenden Rauchgasen vorhandenen CO sicherzustellen.
Wenn natürlich im Falle des Mischens der Rauchgase mit Luft das Abgas nach der notwendigen Reinigung in die Fraktionier-Destilliereinheit 9 ( zusammen mit Luft, um die unvermeidlichen Verluste an Gas zu kompensieren ) gegeben wird, so erhält man in diesem Falle auch den großen Vorteil, daß an die Fraktion!er-
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- 8 anlage ein argonreiches Gas gegeben wird.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht also aus der Kombination der folgenden Schritte:
- Analysieren der den Konverter verlassenden Gase, nach der Staubentfernung
- Reinigen dieser Gase von CO2 und anderen leicht entfernbaren Gasen oder Dämpfen
- Unterteilen der Gase in einen ersten Strom und einen zweiten Strom
- Mischen des ersten Stromes mit wenigstens einem der Gase aus der Gruppe Sauerstoff und Argon
- Schicken dieses ersten so gemischten Stromes an die Windformen oder Düsen zum Einblasen in das Bad
- Mischen des zweiten Stromes mit Sauerstoff und
- Schicken dieses zweiten Stromes an die Blasaggregate zum Blasen auf den Rand der Haube.
Die Vorgänge des Sammelns der Gase nach der OOp-Entfernung,das Aufteilen der Gase in einen ersten und einen zweiten Strom und das Mischen dieser Ströme mit Sauerstoff und Argon werden kontrolliert und gesteuert als Funktion der Analysen der den Konverter verlassenden Gasmischung, wobei für Analysen Iroben nach der Entfernung des Staubes genommen werden. Diese Analyse des Gasgemisches regelt auch den Weg den diese Gase zur Praktionieranlage nehmen, wenn ihre Zusammensetzung, insbesondere hinsichtlich hoher Stickstoffgehalte sie nicht geeignet erscheinen läßt, um direkt in das Bad geblasen zu werden.
Patentansprüche - 9 -
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Claims (14)

■> LlL S Λ Üfj Case: O 21 - H H O I 3 U PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen von Stahl, bei dem die Oxydation der Elemente außer Kohlenstoff kontrolliert oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den den Konverter verlassenden Rauchgasen enthaltenes Argon oder anderes Inertgas und/oder Sauerstoff rückgewonnen und im gleichen Verfahren zur Stahlherstellung wieder verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an Argon reichen den Konverter verlassenden Rauchgase an eine Fraktionier-Destilliereinheit gegeben werden und daß Argon oder sonstiges Inertgas und Sauerstoff, die rückgewonnen sind, erneut zum Einblasen in den Reaktor verwendet werden.
3. Verfahren zur Stahlherstellung, bei dem die Oxydation von Elementen außer Kohlenstoff kontrolliert und geregelt wird, indem Argon zur Verdünnung des Sauerstoffs verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das in das Bad während des Frischens eingeblasene Gas wenigstens zum Teil aus vorher aus dem Konverter ausgetragenen Gasen besteht, welche in geeigneter Weise von Staub und COp und von anderen Gasen oder Dämpfen, die sich leicht eliminieren lassen, befreit wurden und denen Mengen an Argon oder Op· die zur Befriedigung der Reaktionsbedingungen des Bades notwaadig sind, zugesetzt wurden.
4. Verfahren zxvsx Herstellen vvi 3t«hl., b.ii dem die
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2 H 4 51 B ü
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Oxydation von Elementen außer Kohlenstoff kontrolliert und gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination die folgenden Maßnahmen durchgeführt werden:
- Analysieren nach der Entfernung von Staub der den Konverter verlassenden Gase;
- Reinigen dieser G-ase von GOp oder anderen entfernbaren Grasen oder Dämpf en;
- Unterteilen dieser Gase in einen ersten und zweiten Strom;
- Mischen des ersten Stromes mit wenigstens einem der Gase aus der Gruppe Sauerstoff und Argon; und
- Führen dieses ersten so gemischten Stroms an die Düsen oder Windformen zum Einblasen in das Bad.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gasstrom auf den Rand der Abzugshaube geblasen wird, derart, daß die in die Haube eintretende Luftmenge einstellbar wird.
6. Verfahren zum Herstellen von Stahl nach einem der Ansprüche 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Gasgemisch-Vorhang enthaltene Sauerstoff, der die aus dem Konverter strömenden Gase abschirmt, mit Fluiden verdünnt ist, welche allein oder in Kombination hiermit aus einer Gruppe von Gasen oder Dämpfen gewählt sind, welche nicht-reaktiv bezüglich der aus dem Gefäß austretenden Fluide sind, wobei diese Fluide des Abschirmgemisches ein hohes Wärmespeichervermögen aufweisen und leicht von dem Argon nach chemischen oder physikalischen Verfahren trennbar aind und im Hinblick auf ilu-e mögliche Rückführung im Kreislauf rückgewinnbar sind.
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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid, welches den im Gasgemischvorhang enthaltenen Sauerstoff verdpnnt, Kohlendioxyd ist, wobei der Vorhang die aus dem Konverter ausströmenden Gase abschirmt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid, welches den im Gasgemischvorhang enthaltenen Sauerstoff verdünnt, Wasserdampf ist, wobei der Vorhang die aus dem Konverter austretenden Gase abschirmt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturanstieg aufgrund der Reaktion des aus dem Konverter ausströmenden Kohlenmonoxyds mit dem Sauerstoff des abschirmenden Gasgemisches kontrolliert wird, indem die Zusammensetzung des Abschirmgasgemisches selbst eingestellt· wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme, die zurückzuführen ist auf die Reaktion des aus dem Konverter strömenden Kohlenmonoxyds mit dem Sauerstoff des abschirmenden Gasgemisches in einem Wärmeaustauscher ausgenutzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieser erste an Argon reiche Gasstrom, der auch Stickstoff aus der in die Haube eintretenden Luft enthält, zu der Fraktionieranlage geführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden An-
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Ί Η 4
Sprüche, dadurch ^kennzeichnet, daß das Blasen des zweiten Gasstroms auf den Rand der Haube so durchgeführt wird, daß vollständig ein Eindringen von Luft in die Haube verhindert wird.
13· Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zweite auf den Rand der Haube geblasene Gasstrom in die Haube in einer Menge gleich wenigstens 80 % des gesamten geblasenen Gases eintritt.
14. Verfahren zum Herstellen von Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 13 wie beschrieben und in der Zeichnung dargestellt.
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