DE2529391A1

DE2529391A1 - Verfahren zum einschmelzen von stueckigem, eisenhaltigen material

Info

Publication number: DE2529391A1
Application number: DE19752529391
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Ing Meyer; Dietrich Dr Ing Radke; Guenter Dr Ing Reimann
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1977-01-27
Also published as: US4052195A; DE2529391B2; ZA763916B; ES449190A1; GB1539209A; JPS527814A; SE7607086L; FR2316332B1; FR2316332A1; SE417615B

Description

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FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

in Essen

Verfahren zum Einschmelzen von stückigem, eisenhaltigen

Material

Der nach dem Direktreduktionsverfahren erzeugte Eisenschwamm wird als teilweiser Ersatz zum Schrott vorwiegend im Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen und zu Stahl verarbeitet. Durch seine relativ gleichmäßige Körnigkeit läßt er sich gut dosieren, und er wird deshalb während einer Einschmelzperiode kontinuierlich über eine oder mehrere Öffnungen im Deckel in den Ofen chargiert. Dabei wird die aufgegebene Eisenschwamm-Menge mit der durch Elektroenergie eingespeisten Wärmemenge abgestimmt, so daß der gesamte Eisenschwamm beim Einsatz sofort aufgeschmolzen wird» Bei dieser Art des Materialeinsatzes erfolgt ein gleichzeitiger Ablauf der Einschmelz— und Raffinationsphase.

In der Praxis bildet der Eisenschwamm einen beschränkten Anteil am Gesamteinsatz eines Lichtbogenofens J der Ofen wird zum Teil nach wie vor korbweise, also diskontinuierlich, mit Schrott beschickt· Elektrolichtbogenofen, in denen Eisenschwamm verarbeitet wird, sind dazu mit einem Deckelhub- und -Schwenkwerk ausgestattet. Die Wärmeübertragung durch Strahlung, die beim Elektrolichtbogenofen vorwiegend verwirklicht wird, ist zweckmäßig, wenn korbweise eingesetzter sperriger Schrott die Ofenwand vor der Strahlung schützt. Sobald der gesamte Schrott

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verflüssigt ist, also am übergang von der Einschmelz- zur Raffinationsphase, wird das Mauerwerk thermisch am stärksten beaufschlagt. Beim kontinuierlichen Chargieren von Eisenschwamm erfolgt eine Dauerbelastung des Mauerwerkes in Folge der Strahlungswärme, so daß geringere Mauerwerkhaltbarkeiten die Folge sind. Gegen diese Lichtbogenstrahlung bietet auch die durch den Bisenschwamm-Einsatz bedingte erhöhte Schlackenschicht keinen Schutz, weil die Schlacke durch den sich exzentrisch ausbildenden Plasmastrahl weggeschleudert wird. Das Ofengefäß wird nicht vollständig mit dem gesamten zu schmelzenden Gut gefüllt. Während der Schrott diskontinuierlich zugegeben wird, wird als Eisenschwamm kontinuierlich pro Zeiteinheit immer nur soviel Material chargiert, wie gleichzeitig an Wärme in Form von elektrischer Energie eingespeist wird» Dementsprechend befinden sich im Ofen fast ausschließlich flüssige Schlacke und flüssiges Metall. Nachteilig bei diesem Verfahren ist also die diskontinuierlich erfolgende Zugabe von Schrott, die aber u.a. zum Schutz des Mauerwerks vor übermäßiger Wärmebelastung notwendig ist. Beim kontinuierlichen Einschmelzen von Eisenschwamm entfällt dieser Schutz, so daß durch die Strahlungswärme das Mauerwerk in hohem Maße verschleißt·

Zwar sind schon Elektroöfen bekanntgeworden, bei denen die Elektroden in die Schmelze eintauchen. Diese Öfen dienen jedoch nicht dem Einschmelzen von körnigem eisenhaltigen Material, insbesondere Eisenschwamm, sondern dienen der Reduktion von Möller zur Erzeugung, von Ferrolegierungen. Dieses Ziel wird nach einer völlig anderen Verfahrensweise erreicht« Der Möller

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kann z.B. aus Erz, Schlackenbildnern und Kohlenstoffträger bestehen. Der Ofen wird vollständig bis zum Rand mit Möller gefüllt» so daß ständig über der Schmelze eine Möllersäule steht. Eine solche vollständige Füllung ist im Interesse einer maximalen Reduktionsleistung notwendig. Die Ofenwand wird bei diesem Verfahren vor übermäßiger Wärmebelastung durch die Möllersäule geschützt. Die Möllersäule, die bei diesem Verfahren also zwingend notwendig ist, unterliegt wegen der Aufschmelzbedingungen des eingesetzten Möllers nicht der Gefahr einer Brückenbildung. Die physikalische Beschaffenheit des Bades und die chemische Qualität der Schlacke ergeben sich bei diesem Verfahren zwangsläufig aus der zusammensetzung des eingesetzten Möllers. Die Elektroden ragen zu Beginn tief in den Reduktionsofen hinein und werden vollständig bis zum oberen Rand mit Möller umgeben. Ziel bei diesem Verfahren ist also eine hohe Reduktionsleistung. Daher ist die Möllersäule über der Schmelze notwendig, wobei sich ein Durchgreifen der Elektroden nicht vermeiden läßt_o

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Einsöhmelzen von eisenhaltigem Material, insbesondere von Eisenschwamm, das von den beschriebenen Nachteilen frei ist, das insbesondere bei einer voll kontinuierlichen Arbeitsweise eine wesentliche Verminderung der Wärmebelastung des Mauerwerkes ermöglicht und eine Einstellung der Wärmeentwicklung in der Schlacke während des Prozesses erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Einschmelzen von

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eisenhaltigem Material, insbesondere Eisenschwamm, in
einem mit Elektroden arbeitenden Elektroofen gelöst· Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in die flüssige Schlacke eintauchen und die elektrische
Energie durch den Widerstand der Schlacke in Wärme umgewandelt wird und durch Veränderung der Anzahl der Ladungsträger in der Schlacke die elektrische Leitfähigkeit der Schlacke gesteuert und dadurch das Verhältnis des Stromflusses durch die flüssige Schlacke zum Stromfluß durch
das flüssige Metall eingestellt wird. Ein wesentliches
Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die elektrische Energie durch den Widerstand der Schlacke in Wärme umgewandelt wird. Die Prozeßwärme wird also in der Schlacke erzeugt und von dieser an den einzuschmelzenden Eisenschwamm und an das flüssige Metall weitergegeben. Durch diese Art der Wärmeübertragung wird das Mauerwerk weitgehend vor
Wärmestrahlung geschützt und gleichzeitig ein Optimum an Schmelzleistung erreicht.

Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren berücksichtigt die besondere Eigenart des Eisenschwamms und seine Chargierweise gegenüber Schrott. Bei gleichbleibender, kontinuierlicher Zufuhr des einzuschmelzenden Materials tauchen die Elektroden in die Schlacke ein. Ziel dieses Verfahrens ist dabei die Verflüssigung von bereits in reduzierter Form vorliegendem Eisenschwamm bzw. anderer stückiger eisenhaltiger Materialien. Die Reduktionsarbeit tritt also zu Gunsten der Einschmelz- und Raffinationsarbeit in den Hintergrund.

Ein weiteres wesentliches Merkmal des der Erfindung zugrunde

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liegenden Verfahrens besteht darin, daß durch Veränderung der Anzahl der Ladungsträger (Ionen) in der Schlacke die elektrische Leitfähigkeit der Schlacke gesteuert wird. Auf diese Weise gelingt es, während des Prozesses das Verhältnis des Stromflusses durch die flüssige Schlacke zum Stromfluß durch das flüssige Metall einzustellen. Die Leitfähigkeit der Schlacke im Ofen wird durch eine Meßsonde kontrolliert. Damit kann die Wärmezufuhr über die Schlacke in dem Maße beeinflußt werden, daß beim Aufschmelzen des kontinuierlich zugesetzten eisenhaltigen Materials einerseits die Schlacke die physikalische flüssige Beschaffenheit hat und diese auch bei der Zuführung der kühlenden Stoffe behält, bei der eine Behinderung des Aufschmelzens weiteren Einsatzgutes vermieden wird, andererseits aber der Uberhitzungsgrad der Schlacke, welche mit der keramischen Ofenzustellung in Kontakt steht, nicht zu überhöhtem Verschleiß der Zustellung führt.

Die elektrische Leitfähigkeit metallurgischer Schlacken ist in hohem Maße abhängig von der Konzentration und der Beweglichkeit der in der Schlacke vorhandenen Ladungsträger, d.h. die Zusammensetzung der Schlacke ist von wesentlicher Bedeutung für ihre Leitfähigkeit. Die elektrische Leitfähigkeit metallurgischer Schlacken, die neben anderen Komponenten CaO, SiO , Al₂O, TiO₂, PO^ etc» enthalten können, ist in besonderem Maße vom FeO -Gehalt abhängig. So fällt z.B. der elektrische Widerstand einer Schlacke in den Systemen FeO-SiO - CaO und PeO - Al₀O₀ - CaO bei Erhöhung des FeO-Gehaltes bei einer Schmelztemperatur ab„

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Wesentlich ist das Verhältnis des Stromflusses durch die flüssige Schlacke zum Stromfluß durch das flüssige Metall. Um zu verhindern, daß der größte Teil des Stromes durch das Metallbad fließt, ist es zweckmäßig, daß die in die flüssige Schlacke eingetauchten Elektroden einen Mindestabstand zum Metallbad aufweisen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anzahl der Ladungsträger in der Schlacke durch Einstellung des FeO-Gehaltes verändert. Zweckmäßig wird der FeO-.Geh.alt der Schlacke durch Einstellung des CO/CO — Verhältnisses der Gas-« atmosphäre eingestellt. Das entsprechend dem Metallisierungsgrad vorhandene restliche Eisenoxid im Eisenschwamm reagiert mit dem enthaltenen bzw. zugesetzten Kohlenstoff, wobei die Boudua rdreakt ion

♦ C » 2CO

gemäß der hohen Schmelztemperatur von über 1500 C ganz auf der Seite des CO liegt,, Bei geschlossenem Ofen müßte die Gasatmosphäre aus 100 % CO bestehen und entsprechend dem hohen Reduktionspotential

P²co / Pco

das FeO in der Schlacke fast vollkommen reduziert werden,,

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Durch einen gesteuerten Luftzutritt läßt sich das Reduktionspot ent ial in der Ofenatmosphäre verändern und damit der FeO-Gehalt der Schlacke bei gegebenem Kohlenstoffgehalt im Metall einstellen.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform wird der FeO-«Gehalt der Schlacke durch den Metallisierungsgrad des eingesetzten eisenhaltigen Materials eingestellt. Auch ist es möglich, Eisenschwammsorten mit verschiedenen Metallisierungsgraden derart gemischt einzusetzen, daß sich der für die gewünschte elektrische Leitfähigkeit der Schlacke notwendige FeO-Gehalt unter Konstanthaltung der Ofenatmosphäre einstellt.

Weiterhin kann der FeO-Gehalt der Schlacke vorteilhaft durch den Kohlenstoffgehalt des Metallbades eingestellt werden, der durch den Kohlenstoffgehalt des zugeführten Eisenschwammes oder den direkten Zusatz weiterer Kohlenstoffträger beeinflußt wird_o Schließlich kann nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform durch Einstellung des ßasizitätsgrades die Anzahl der Ladungsträger in der Schlacke verändert werden. Der Basizitätsgrad ergibt sich aus den anteiligen Verhältnissen der Schlackenkomponenten SiO , Xl 0, und CaO. Auch ist eine Kombination der vorteilhaften Ausführungsformen zur Veränderung der Anzahl der Ladungsträger in der Schlacke möglich. Eine Kontrolle der elektrischen Leitfähigkeit der Schlacke erfolgt zweckmäßig mit einer Sonde, nach deren Ergebnissen der Prozeß gesteuert wird.

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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Beispiels erläutert. Beim Einschmelzen von 100 % Eisenschwamm wird eine Schlacke verwendet, die die vier Komponenten FeO «- SiO - CaO - Al O enthält. Der FeO-Gehalt in der Schmelze wird dadurch erhöht, daß die Gasatmosphäre oberhalb der Schmelze, die wegen des vollkommen abgedichteten Ofens und wegen des Bouduardglexchgewichtes aus nahezu 100 % CO besteht, durch partiellen Luftzutritt im CO-Gehalt gesenkt wird. Dies bedeutet eine Erhöhung des Sauerstoffdruckes des Co /CO·«Gasgemisches und dadurch eine Erniedrigung des Reduktionsverraögens des Gasgemisches. Bei der Erhöhung des FeO-Gehaltes von 6 bis 10 % auf ca. 30 bis kO % wird die Leitfähigkeit der Sahlacke bei l600°C von 50 bis 150mS/cm auf 500 bis 1500 m S/cm, erhöht. Die Schlacke enthält dabei neben dem FeO folgende Komponenten:

₂ ca. k7 % bis 13 %

Al₂O₃'' 39 % " 32 %

CaO " 7 % " 3 %

Rest TiO₂, MgO

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einschmelzen von eisenhaltigem Material, insbesondere Eisenschwamm, in einem mit Elektroden arbeitenden Elektroofen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in die flüssige Schlacke eintauchen und die elektrische Energie durch den Widerstand der Schlacke in Wärme umgewandelt wird-und durch Veränderung der Anzahl der Ladungsträger in der Schlacke die elektrische Leitfähigkeit der Schlacke gesteuert und dadurch das Verhältnis des Stromflusses durch die flüssige Schlacke zum Stromfluß dtirch das flüssige Metall eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die flüssige Schlacke eingetauchten Elektroden einen Mindestabstand zum Metallbad aufweisen.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstellung des FeO-Gehaltes die Anzahl der Ladungsträger in der Schlacke verändert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der FcO-Gehalt der Schlacke durch Einstellung des CO/CO„-Verhältnisses der Gasatmosphäre eingestellt wird.

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5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet_t daß der FeO-Gehalt der Schlacke durch den Metallisierungsgrad des eisenhaltigen Materials eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5% dadurch gekennzeichnet, daß der FeO-Gehalt der Schlacke durch den Kohlenstoffgehalt des Metallbades eingestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstellung des Basizitätsgrades die Anzahl der Ladungsträger in der Schlacke verändert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit der Schlacke mit einer Sonde gemessen wird.

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