DE2529391B2

DE2529391B2 - Verfahren zum Einschmelzen von eisenhaltigem Material

Info

Publication number: DE2529391B2
Application number: DE2529391A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr.-Ing. 4300 Essen 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: 1978-06-01
Also published as: US4052195A; ZA763916B; ES449190A1; GB1539209A; JPS527814A; SE7607086L; FR2316332B1; FR2316332A1; SE417615B; DE2529391A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen von eisenhaltigem Material, insbesondere Eisenschwamm, in einem Elektroofen, bei dem die Elektroden in die flüssige Schlacke eintauchen und die elektrische Energie durch den Widerstand der Schlacke in Wärme umgewandelt wird.

Der nach dem Direktreduktionsverfahren erzeugte Eisenschwamm wird zusammen mit Schrott vorwiegend im Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen und zu Stahl verarbeitet. Durch seine relativ gleichmäßige Körnigkeit läßt sich der Eisenschwamm gut dosieren, und er kann deshalb während seiner Einschmelzperiode kontinuierlich über eine oder mehrere Öffnungen des Ofendeckels in den Ofen eingebracht werden. Dabei wird die zugegebene Menge an Eisenschwamm mit der durch Elektroenergie eingespeisten Wärmemenge abgestimmt, so daß der gesamte Eisenschwann bei der Zugabe in den Ofen sofort aufgeschmolzen wird. Bei dieser Art des Materialeinsatzes erfolgt ein gleichzeitiger Ablauf der Einschmelz- und Raffinationsphase.

In der Praxis hat der Eisenschwamm einen beschränkten Anteil am Gesamteinsatz eines Lichtbogenofens; der Ofen wird zum Teil nach wie vor korbweise, also diskontinuierlich, mit Schrott beschickt. Elektrolichtbogenofen, in denen Eisenschwamm verarbeitet wird, sind dazu mit einem Dek-

kelhub- und Deckelschwenkwerk 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 verflüssigt ist, also am Übergang von der Einschmelz- zur Raffinationsphase, wird das Mauerwerk thermisch am stärksten beansprucht. Beim kontinuierlichen Chargieren von Eisenschwamm erfolgt eine Dauerbelastung des Mauerwerks infolge der Strahlungwärme, was eine v-jrminderte Haltbarkeit des Mauerwerks zu Folge hat. Gegen diese Lichtbogenstrahlung bietet auch die durch den Einsatz von Eisenschwamm bedingte erhöhte Schlackenschicht keinen Schutz, weil die Schlacke durch den an sich exzentrisch ausbildenden Plasmastrahl weggeschleudert wird. Das Ofengefäß wird nicht vollständig mit dem gesamten einzuschmelzenden Gut gefüllt. Während die Zugabe des Schrotts diskontinuierlich erfolgt, wird pro Zeiteinheit immer nur so viel Eisenschwamm zugegeben, daß die in den Ofen eingebrachte Energie zum unmittelbaren Aufschmelzen des Einsatzes ausreicht. Daher befinden sich im Ofen fast ausschließlich flüssige Schlacke und flüssiges Metall. Nachteilig bei diesem Verfahren ist 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.

Es sind Elektroöfen bekannt, bei denen die Elektroden in die Schmelze eintauchen. Diese Öfen dienen insbesondere der Reduktion von Möller zur Erzeugung von Ferrolegierungen. Der Möller kann z. B. aus Erz, Schlackenbildnern und Kohlenstoffträgern 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 zwingend notwendig ist, unterliegt wegen der Aufschmelzbedingungen des eingesetzten Möllers nicht der Gefahr der 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 des Verfahrens 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.

Aus der DE-OS 1 583 194 ist ein Verfahren zum Schmelzen metallischer Materialien in Form fester, frei fließender Teilchen in einem elektrischen Lichtbogenofen durch Schlackenwiderstandsheizung bekannt, bei dem die Metallteilchen kontinuierlich auf ein in dem Ofen aufrechterhaltenes Schlackenbad derart aufgebracht werden, daß die unmittelbare Umgebung der Elektroden im wesentlichen frei von Metallteilchen bleibt, bei dem die Zuführungsrate der Teilchen so geregelt wird, daß sich ständig eine etwa gleichbleibende Menge an ungeschmolzenen Metallteilchen au/ der Schlacke befindet, bei dem die Elek-

troden in der Nähe der Schlackenoberl'läche so angeordnet sind, daß keine nennenwerte Lichtbogenbildung eintritt, und bei dem das Bad durch Stromfluß durch die Elektroden erhitzt wird, so daß die Metallteilchen beim Schmelzen durch die Schlacke treten und ein Schmelzbad unter der Schlacke bilden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Einschmelzen von eisenhaltigem Material, insbesondere von Eisenschwamm, das bei kontinuierlicher Arbeitsweise eine Verminderung der Wärmebelastung des Mauerwerks ermöglicht und die Einstellung der Wärmeentwicklung in der Schlacke während des Schmelzprozesses erlaubt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die elektrische Leitfähigkeit der Schlacke durch Einstellung des FeO-Gehalts und/ oder des Basizitätsgrades so gesteuert wird, daß der Anteil des Stromflusses durch die flüssige Schlacke großer ist als der Anteil des Stromflusses durch das flüssige Metall. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die in die flüssige Schlacke eingetauchten Elektroden einen Mindestabstand zum Metallbad aufweisen. Nach der Erfindung wird der FeO-Gehalt der Schlacke durch Änderung des CO/ COj-Verhältnisses der Ofenatmosphäre, durch den Metallisierungsgrad des eisenhaltigen Materials und durch den Kohlenstoffgehalt des Metallbades eingestellt. Schließlich ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die elektrische Leitfähigkeit der Schlacke mit einer Sonde gemessen wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Prozeßwärme in der Schlacke erzeugt und von dieser an das einzuschmelzende Material und an das flüssige Metall weitergegeben. Durch diese Art der Wärmeübertragung wird das Mauerwerk des Schmelzofens weitgehend vor Wärmestrahlung geschützt und gleichzeitig ein Optimum an Schmelzleistung erreicht. Die Leitfähigkeit der Schlacke kann als Regelgröße für die Wärmezufuhr in der Weise dienen, daß beim Aufschmelzen des kontinuierlich zugesetzten eisenhaltigen Materials die Schlacke einerseits im flüssigen Zustand gehalten, aber andererseits nicht überhitzt wird. Dadurch wird ein erhöhter Verschleiß der Zustellung vermieden.

Die elektrische Leitfähigkeit einer metallurgischen Schlacke ist abhängig von der Konzentration und der Beweglichkeit der in ihr vorhandenen Ladungsträger. Damit wird die elektrische Leitfähigkeit der Schlacke, die neben anderen Komponenten CaO, SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, P₂O₅ usw. enthält, von der Zusammensetzung und insbesondere vom FeO-Gehalt bestimmt. Beispielsweise sinkt der elektrische Widerstand einer Schlacke, die aus FeO, SiO₂ und CaO oder aus FeO, Al₂O₃ und CaO besteht, bei Erhöhung des FcO-Gehaltes. Der FeO-Gehalt der Schlacke kann deshalb durch die Änderung des CO/CO,-Verhältnisses eingestellt werden, weil das Reduktionspotential der 5 Ofenatmosphäre, die bei der im Ofen herrschenden Schmelztemperatur entsprechend dem Bouduardgleichgewicht CO₂ + C= 2CO fast quantitativ aus CO besteht, durch Zugabe von Luft verändert wird. Durch einen gesteuerten Luftzutritt zur Ofenatmo-Sphäre läßt sich also der FeO- Gehalt der Schlacke bei gegebenem Kohlenstoffgehalt im Metall einstellen.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend

an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Beim Einschmelzen von 100% Eisenschwamm wird

π eine Schlacke verwendet, welche die Komponenten FeO, SiO₂, CaO und Al₂O₃ enthält. Der FeO-Gehalt in der Schlacke wird dadurch erhöht, daß der CO-Gehalt der Ofenatmosphäre, die fast vollständig aus CO besteht, durch Zugabe von Luft gesenkt wird, wodurch eine Erniedrigung des Reduktionspotentials der Ofenatmosphäre eintritt. Bei der Erhöhung des FeO-Gehaltss von 6 bis 10% auf ca. 30 bis 40% wird die Leitfähigkeit der Schlacke bei 1600° C von 50 bis 150 mS/cm auf 500 bis 1500 mS/cm erhöht. Die

r, Schlacke enthält dabei neben dem FeO folgende Komponenten:
SiO₁ ca. 47 bis 13%
Al₂O₃ ca. 39 bis 32%
CaO ca. 7 bis 3%

in Rest: TiO₂, MgO

Bei 110 V wurde eine Ofenleistung von 2,9 MW über eine Elektrodenregelung bekannter Art eingestellt. Dabei zeigte sich, daß bei einem FeO-Gehalt von 6 bis 10% der Abstand der Elektroden vom Me-

D tallbad so klein war, daß laufend Kurzschlüsse zwischen den Elektroden und dem Metallbad auftraten und die Stromaufnahme des Ofens sehr stark schwankte. Bei einer Erhöhung des FeO-Gehaltes auf 30 bis 40% erhöhte sich bei gleicher Spannung und Ofenleistung der Abstand so, daß in vorteilhafter Weise eine gleichbleibende, schwankungsfreie Stromaufnahme des Ofens erreicht wurde.

Es ist möglich, Eisenschwammsorten mit verschiedenen Metallisierungsgraden derart gemischt einzu-

4-, setzen, daß sich der für die gewünschte elektrische Leitfähigkeit der Schlacke notwendige FeO-Gehalt unter Konstanthaltung der Zusammensetzung der Ofenatmosphäre einstellt. Der Kohlenstoffgehalt des Metallbades wird durch den Kohlenstoffgehalt des

-,o eisenhaltigen Materials oder durch den direkten Zusatz von Kohlenstoffträgern beeinflußt. Der Basizitätsgrad der Schlacke wird insbesondere durch den Gehalt an SiO₂, Al₂O₃ und CaO festgelegt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einschmelzen von eisenhaltigem Material, insbesondere Eisenschwamm, in einem Elektroofen, bei dem die Elektroden in die flüssige Schlacke eintauchen und die elektrische Energie durch den Widerstand der Schlacke in Wärme umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit der Schlacke durch Einstellung des FeO-Gehaltes und/oder des Basizitätsgrades so gesteuert wird, daß der Anteil des Stromflusses durch die flüssige Schlacke größer ist als der Anteil des Stromflusses durch das flüssige Metall.

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

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

2, dadurch gekennzeichnet, daß der FeO-Gehalt der Schlacke durch Änderung des CO/CO₂-Verhältnisses der Ofenatmosphäre eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der FeO-Gehalt der Schlacke durch den Metallisierungsgrad des eisenhaltigen Materials eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der FeO-Gehalt der Schlacke durch den Kohlenstoffgehalt des Metallbades eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit der Schlacke mit einer Sonde gemessen wird.