DE2549967A1

DE2549967A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von duplex-stahl im herdofen - vorwiegend elektroofen - und blaskonverter

Info

Publication number: DE2549967A1
Application number: DE19752549967
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Thermo Industrie GmbH and Co KG
Current assignee: Thermo Industrie GmbH and Co KG
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1975-11-07
Publication date: 1977-05-12

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Duplex-Stahl
im Herdofen - vorwiegend Elektroofen - und Blaskonverter In zahlreichen Betrieben der eisenschaffenden Industrie wird Duplex-Stahl hergestellt, indem Roheisen im Konverter gefrischt, in eine Pfanne gegossen, aus dieser in einen Elektroofen eingeleert und dort bis zum Erreichen der gewünschten Stahlanalyse fertiggemacht wird. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen in der gesteigerten Leistung des Elektroofens und der höheren Qualität seiner Erzeugnisse. Außerdem benötigt er keine umständliche Korbbeschickung, da er mit flüssigem Einsatz versorgt wird. Die Nachteile des Duplex-Verfahrens liegen im umständlichen Transport und dem damit verbundenen Aufwand an schweren Pfannen, Kränen, Hallen und anderen Einrichtungen und den dadurch bedingten Anlagekosten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Duplex-Verfahren und die dazu nötigen Einrichtungen zu entwickeln, welches die o.g. Vorteile ohne Inkaufnahme der Nachteile ermöglicht. Eine weitere Aufgabe besteht darin, beim Blasen im Konverter den Schrott- und Erzanteil zu steigern.
Schließlich soll die Einrichtung so ausgestaltet werden, daß sie sich auch zur kontinuierlichen Stahlerzeugung eignet.
Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Erzeugung von Duplex-Stahl in einem Blaskonverter und einem Herdofen - vornehmlich Elektroofen - das flüssige Metall durch feuerfeste Leitungen aus dem Konverter in den mit ihm starr verbundenen Herdofen und / oder umgekehrt geführt.
Zu diesem Zweck wird die Gefäßgruppe nach dem Einfüllen des Roheisens in den Konverter um eine horizontale Achse so gedreht, daß der Konverter in eine höhere und der Elektroofen in eine tiefere Ebene verlagert werden. Infolgedessen fließt das Metall ganz oder teilweise vom Konverter in den Elektroofen.
Durch Drehung im umgekehrten Sinn fließt es wieder in den Konverter zurück. Unter Zusatz von Schrott, Erz und anderen Zuschlägen wird es mehrfach hin und her geleitet, im Konverter gefrischt, im Elektroofen fertiggemacht und aus diesem abgestochen.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das flüssige Metall mittels mehrerer Verbindungsleitungen durch mechanische, elektromagnetische, hydraulische und pneumatische Mittel im Kreislauf durch den Elektropfen und den Konverter geführt wird.
Als solche Mittel eignen sich die in der Eisenindustrie bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Erzeugung einer Bewegung in einem Stahlbad, z.B. elektrische Induktionsspulen am Boden, an den Wänden oder an den Verbindungsleitungen, die auf das Bad einen Bewegungsimpuls ausüben oder Einrichtungen, um die einzelnen Gefäße abwechselnd unter verschiedenen Druck zu setzen u. a.
Als Bewegungsmittel zur Erzeugung des Kreislaufes eignet sich besonders Liftgas, das unten im Konverter eingeblasen wird.
Als Frischgas wird Sauerstoff von oben, wie üblich durch Lanzen, zugeführt. Das Verfahren vereinfacht sich, wenn auch das Frischgas durch den Boden eingeblasen wird und dann gleichzeitig als Liftgas dient. Eventuell zur Kühlung der Sauerstoffdüsen benutztes Gas wirkt dann auch als Liftgas, welches den Stahlspiegel im Konverter über den des Herdofens anhebt. Das Liftgas kann auch durch Zuführung gasentwickelnder Stoffe z.B.
Kohlenstoff oder Kalkstein, im unteren Teil des Konverters gebildet werden.
Wenn der Spiegel im Konverter so hoch angehoben wird, daß eine zweite oberhalb der ersten angeordnete Verbindungsleitung erreicht wird, fließen Metall und Schlacke durch die obere Leitung in den Herdofen. Das Metall strömt durch die untere Leitung zurück. Sollen Metall und Schlacke voneinander getrennt werden, ist es zweckmäßig, oberhalb dieser zweiten Verbindungsleitung eine dritte Leitung anzuordnen, durch die dann die Schlacke aus dem Konverter herausgeleitet wird. Wenn der Eisengehalt sehr hoch ist, soll sie zwecks Reduktion in den Elektroofen geführt, andernfalls nach außen abgeleitet werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Rohstoffe - flüssiges Roheisen, Schrott, reduziertes und unreduziertes Erz, Kalk und anderes - vorwiegend im Konverter zugesetzt.
Am Elektroofen ist für Zuschläge, die unmittelbar im Elektroofen wirken sollen, eine Öffnung zum Chargieren vorgesehen.
Die Hauptmenge des Materials fließt durch die Verbindungsleitungen vom Konverter in den Elektroofen. Kleinere Stücke von Erz und Schrott, die noch nicht geschmolzen sind, werden dabei von dem strömenden Metall mitgerissen. Die Feststoffe können bekanntermaßen im Konverter auch als Staub dem Bad zugeführt werden.
Da das Verfahren sowohl durch Verbrennung der Eisenbegleiter im Konverter als auch durch Zulieferung von Wärme aus dem Elektroofen mit Wärme versorgt wird, läßt sich der Schrottsatz erheblich steigern. Auch grobstückiger Schrott läßt sich schmelzen. Die normalerweise beim Einschmelzen von Schrott im Elektroofen auftretenden Stromspitzen fallen weg. Das erniedrigt die Investitionskosten, weil das Verteilungsnetz und die Transformatoren nur für Normallast ausgelegt werden müssen. Außerdem steigt die Benutzungsstundenzahl, so daß der Strompreis niedriger wird.
Das Verfahren eignet sich besonders für die Gewinnung von Stahl nach dem Roheisen-Erzverfahren. In den Konverter wird dann Roheisen und Roherz eingesetzt. Natürlich steigt dabei der Stromverbrauch des Elektroofens weit über das bei der Elektrostahlherstellung übliche Maß von rd. 500 bis 600 kWh/t, da der größte Teil der Reduktionswärme vom Elektroofen geliefert werden muß.
Der Stromverbrauch läßt sich durch Zusatz von Ferro-Silizium und Ferro-Nangan vermindern. Es hängt vom Strompreis und den Kosten der Ferro-Legierungen ab, wie weit der Wärmebedarf durch Verbrennung oder durch elektrischen Strom gedeckt wird. Bei sehr niedrigen Strompreisen kann es sinnvoll sein, einen Teil der im Konverter benötigten Wärme zum Schmelzen durch Oxydation von Eisen zu gewinnen, die dabei entstehende eisenoxydreiche Schlacke in den Elektroofen zurückzuführen und dort zu reduzieren. Auf diese Weise kann der Anteil des Roheisens, das durch Verbrennung seiner Begleitelemente einen großen Teil der beim Roheisen-Erz-Prozess benötigten Wärme liefert, weitgehend vermindert werden. Wie beim "Witkowitzer Verfahren üblich, kann auch ein Teil des Stahls beim Abgießen der Charge zurückgehalten und als Ausgangsmaterial für die nächste benutzt werden, so daß ausschließlich feste Stoffe gesetzt werden. Wenn dabei der Stahl nicht den an ihn gestellten Forderungen entspricht, wird er beim Verlassen des Elektroofens durch einen Syphon geleitet, in welchem er weitgehend desoxydiert und entschwefelt wird.
Das Verfahren und die Vorrichtungen eignen sich ganz besonders zur kontinuierlichen Stahlerzeugung. Wird z. B. als Ausgangsmaterial Roheisen benutzt, so wird dieses kontinuierlich in den Konverter eingeleert, zwischen Konverter und Elektroofen im Kreislauf geführt und aus dem Elektroofen abgeleitet. Der Gefäßinhalt beträgt dabei bekanntermaßen ein Vielfaches der Durchlaufmenge.
Da in dem beschriebenen Prozess dem Eletroofen beliebig viel Wärme entnommen werden kann, läßt sich dieser kontinuierliche Stahlerzeugungsprozess auch aus ausschließlich festen Stoffen durchführen, wenn eine zu Beginn des Prozesses notwendige Flüssigkeitsmenge im Elektroofen erschmolzen wird.
Verschiedene Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Abbildungen 1 bis 3 beispielsweise erläutert und zwar zeigen: Abbildung 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Duplex-Stahl im Schnitt in der Achse A, B, Abbildung 2 den Grundriß einer Vorrichtung gemäß Abbildung 1, Abbildung 3 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei der der Elektroofen und der Konverter aneinandergebaut sind.
Gemäß Abb. 1 und 2 ist auf der Grundplatte (1) mit den Ecken (2, 3, 4 und 5) ein Blaskonverter (6) und ein Elektroofen (7) angeordnet, die durch die Leitungen (8 und 9) miteinander in Verbindung stehen. Die Platte (1) ist um die Achsen A, B und C, D schwenkbar. Der Konverter (6) ist am oberen Ende mit einer Ausgußschnauze (10) und an der gegenüber liegenden Seite mit einem Schlackenstichloch (11) versehen. Von oben wird Sauerstoff durch die Lanze (12) auf das Bad geblasen.
Zwecks Erzeugung einer Strömung sind die Leitungen (8 und 9) mit den Induktionsspulen (13 und 14) umgeben. Das Gefäß (9) ist ausgebildet wie ein Herdofen und trägt oben einen abnehmbaren Deckel (15) mit den Elektroden (16, 17, 18). In der Rückwand befindet sich die Schlackenabflußöffnung (19), im Deckel (15) eine Öffnung (20) zum Zuführen von Schlackenbildnern, Ferro-Legierungen u.a.. Diese ist durch den Deckel (21) verschließbar. In der Vorderwand befindet sich die Stahlabstichrinne (22).
Abbildung 3 zeigt eine ähnliche Vorrichtung, jedoch ist der Konverter (6) und der Elektroofen (7) unmittelbar aneinander gebaut. Die Verbindungen zwischen den beiden Gefäßen werden durch die Öffnungen (23 und 24) in der Trennwand hergestellt.
An dem Konverter ist rechts ein Syphon (25) mit dem Kanal (26) zur Zuführung des Roheisens angebracht. Auf der anderen Seite befindet sich zur Abführung des fertigen Stahls ein Syphon (27) mit dem Kanal (28). Die linke Wand trägt das Stahlabstichloch (29) mit der Rinne (30). In einer Aussparung (31) der Bodenplatte (1) befinden sich die Ringdüsen (32), durch welche Sauerstoff und kohlenwasserstoffhaltiges Gas in den Konverter (7) eingeblasen werden. Die Rinne (33) dient der Zuführung des Roheisens. Die übrigen Ziffern haben die gleiche Bedeutung wie in den Abbildungen 1 und 2.
Konverter (6) und Elektroofen (7) lassen sich auch in einem einzigen Gefäß mit Trennwand unterbringen. Jedoch wurde auf eine zeichnerische Darstellung dieser Möglichkeit verzichtet.
Im folgenden soll an einzelnen Beispielen gezeigt werden, wie diese Einrichtungen und das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren zur Lösung manigfaltiger Aufgaben der Stahl erzeugung dienen können.
Aufgabe 1 In einem gemischten Hüttenwerk soll aus Roheisen und Schrott chargenweise Stahl erzeugt werden. Der Schrottsatz soll dabei über das bei Blasprozessen übliche Maß gesteigert werden.
Lösung a) Zu diesem Zweck wird das Roheisen in den Konverter (6) (Abb. 1 und 2) eingefüllt. Ein Teil des Roheisens fließt dabei durch die Leitung (8) in den Elektroofen (7). Die Elektroden (16, 17, 18) werden hinuntergefahren und der Lichtbogen angestellt, so daß das Roheisen überhitzt wird. Zur gleichen Zeit wird im Konverter (6) durch die Lanze (12) unter Zugabe von Schlackenbildnern Sauerstoff auf das Bad geblasen. Auch dieser Teil des Bades wird also erhitzt. Jetzt wird von oben Schrott zugegeben, der im Konverter schmilzt und das Bad abkühlt. Durch Drehen der Grundplatte (1) um die Achse G, D nach links (Ecken 3, 4 nach oben) wird durch die Leitung (8) der vorgefrischte Stahl in das überhitzte Roheisen geleitet. Es findet ein Temperaturausgleich statt. Nach dem Zurückschwenken der Platte (1) um die Achse C, D (Ecken 2, 5 nach oben) fließt ein Teil des flüssigen Metalls wieder in den Konverter (6) zurück. Es wird dann weiter gefrischt. Dieser Vorgang wird mehrfach wiederholt. Außer der Wärme, die bei der Verbrennung des im Roheisen enthaltenen Siliziums, Mangans und Phosphors entsteht, liefert der Elektroofen zusätzlich Wärme, so daß der Schrottzusatz über die bei Blasprozessen übliche Grenze von maximal 35 ffi gesteigert werden kann. Wenn der Stahl nach mehrfachem Hin- und Herleiten die gewünschte Zusammensetzung erreicht hat, wird durch Drehung der Platte (1) um die Achse A, B nach hinten (Ecken 4, 5 nach oben) zunächst die Schlacke durch die Öffnungen (11 und 19) und dann durch Drehung der Platte (1) nach links vorn (Ecke 5 nach unten) der Stahl durch Stichloch (22) abgeleitet. Bei starker Schrägstellung der Platte (1) wird der Deckel (15) abgehoben.
Lösung b) Anstatt, wie oben beschrieben, zwecks Wärmeübertragung aus dem Elektroofen auf das Bad im Konverter den Stahl durch e i n e Leitung (8) hin- und herzuleiten, kann er auch unter Verwendung mehrerer Leitungen (8 und 9) im stetigen Kreislauf geführt werden. Die Leitung (9) kann waagerecht oder schräg verlaufen. Eine oder beide Leitungen (8, 9) sind nach Art einer Wanderfeldpumpe mit Induktionsspulen versehen, mit deren Hilfe ein Bewegungsimpuls auf den Metallinhalt der Leitungen ausgeübt wird z.B. in Leitung (8) von rechts nach links, in Leitung (9) von links nach rechts. Durch diesen Kreislauf wird dem Stahl im Konverter stetig Wärme zugeführt, so daß große Mengen Schrott und reduziertes Erz im Konverter zugesetzt werden können. Auch unreduziertes Erz läßt sich einsetzen; natürlich wird dabei der Wärme- und Stromverbrauch wesentlich höher.
Schlacke und Stahl werden am Ende der Charge abgeleitet, wie unter Lösung a) beschrieben.
Aufgabe 2 Es soll kontinuierlich Stahl aus Roheisen unter Zusatz von Schrott, Erz u.a. hergestellt werden.
Auch hierzu eignet sich eine Vorrichtung gemäß Abb. 1 und 2.
Es muß dann in den Konverter (6) kontinuierlich Roheisen eingeführt und die Grundplatte (1) so gestellt werden, daß gleichzeitig aus den Stichlöchern (11 und 19) die Schlacke und aus dem Stichloch (22) der Stahl abläuft.
In Abbildung 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, die diese Aufgabe einfacher löst. Der etallumlauf zwischen Elektroofen (7) und Konverter (6) soll dadurch erzeugt werden, daß im Boden des Konverters Liftgas eingeblasen wird. Bei dem Beispiel der Abbildung 3 wird davon ausgegangen, daß dieses Liftgas gleichzeitig als Frischgas dient, d.h., in den Boden des Konverters wird durch die Ringdüsen (32) Sauerstoff eingeblasen, der z. B. von kohlenwasserstoffhaltigem Gas ummantelt ist. Dadurch hebt sich der Roheisenspiegel im Konverter (6) gegenüber dem Spiegel im Elektroofen (7), so daß stetig durch die Öffnung (24) ein Teil des Inhaltes des Konverters (6) in den Elektroofen (7) fließt. Durch die Öffnung (23) strömt das Metall aus dem Elektroofen (7) in den Konverter (6) zurück. Das Roheisen wird kontinuierlich durch Rinne (33) dem Syphon (27) zugeführt und fließt von dort durch den Kanal (26) zum Konverter (6). Notwendigenfalls wird in diesem Syphon (27) eine Vorentschwefelung durch Zugabe von Calzium-Silizium oder anderen Entschwefelungsmitteln durchgeführt, die in üblicher Weise eingebracht werden. Der Stahl fließt durch Kanal (28) zum Syphon (27) und von dort durch Öffnung (29) und Rinne (30) ab. Die Schlacken werden durch die Öffnungen (11 und 19) abgeführt. Im Syphon (27) soll der Stahl durch Zugabe von Desoxydations- und Entschwefelungsmitteln nachbehandelt werden.
Gemäß der Darstellung in Abbildung 3 wird davon ausgegangen, daß die beiden Schlacken aus dem Konverter (6) und dem Elektroofen (7) getrennt abgeführt werden sollen. Werden die Spiegel in den beiden Gefäßen (6 und 7) so eingestellt, daß während des Blasens der Stahlspiegel die Unterkante der Öffnung (24) nur wenig übersteigt, so strömt die oxydreiche Konverterschlacke in den Elektroofen, wird dort reduziert und fließt zusammen mit der Elektroofenschlacke ab. Das steigert die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wegen des niedrigen Eisengehaltes der Endschlacke.
Diese Beispiele zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren viele Gestaltungsmöglichkeiten bietet und gegenüber dem heutigen Stande der Metallurgie einen wesentlichen Fortschritt bringt.
L e e r s e i t e

Claims

Fatentansprüche Anspruch n Verfahren zur Herstellung von Duplex-Stahl in einem Blaskonverter (6) und einem Herdofen (7) - vornehmlich Elektroofen -dadurch gekennzeichnet, dal3 das flüssige Metall durch feuerfeste Leitungen (8, 9) aus dem Konverter in den mit ihm starr verbundenen Herdofen und / oder umgekehrt geführt wird.

Anspruch 2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall durch eine Leitung (8) von einem Gefäß (6) in das andere (7) durch Drehung der Gefäßgruppe um eine gemeinsame Achse überführt wird.

Anspruch 3 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall mittels mehrerer Verbindungsleitungen (8, 9) durch mechanische, elektromagnetische, hydraulische oder pneumatische Mittel im Kreislauf durch den Konverter (6) und den Herdofen (7) geführt wird.

Anspruch 4 Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall- und Schlackenspiegel im Konverter (6) über den des Elektroofens (7) angehoben werden, so daß durch eine Verbindungsleitung (9) das Metall und / oder die Schlacke in den Elektroofen (7) fließen und das Metall durch eine zweite unterhalb der ersten befindliche Leitung (8) in den Konverter zurückströmt.

Anspruch 5 Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anhebung des Flüssigkeitsspiegels und zur Erzeugung des Kreislaufes Gas im unteren Teil des Konverters (6) - vornehmlich durch den Boden - eingeblasen wird.

Anspruch 6 Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß oxydierendes Gas, z. B. Sauerstoff oder Luft, eingeblasen wird.

Anspruch 7 Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff und Kohlenwasserstoffgas durch Ringdüsen (32) eingeblasen werden.

Anspruch 8 Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Anhebung des Metall- und Schlackenspiegels gasentwickelnde Stoffe, z. B. Kohlenstoff oder Kalkstein, im unteren Teil des Konverters (6) zugegeben werden.

Anspruch 9 Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß während des etallkreislaufes eine dritte oberhalb der beiden ersten angeordnete Leitung (11) die Schlacke - vom Metall getrennt -aus dem Konverter (6) heraus nach außen führt.

Anspruch 10 Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohstoffe - flüssiges Roheisen, Schrott, reduziertes und unreduziertes Erz, Kalk u.a. - im Konverter (6) zugesetzt und dem Elektroofen (7) durch die Verbindungsleitungen (8 und 9) zugeführt werden.

Anspruch 11 Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß feste Stoffe wie Kalk, Erz usw. als Staub dem Konverter (6) zugeführt werden.

Anspruch 12 Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abgeben ein Teil des fertigen flüssigen Metalls im Elektroofen (7) und Konverter (6) verbleibt und für die nächste Charge nur feste Stoffe eingesetzt werden.

Anspruch 13 Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das fertige Metall beim Verlassen des Elektroofens (7) durch einen Syphon (27) fließt, in welchem es durch Zugabe von Zuschlägen u. a. nachbehandelt wird.

Anspruch 14 Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzstoffe kontinuierlich zugegeben und der Stahl und die Schlacke kontinuierlich abgezogen werden.

Anspruch 15 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus einem Konverter (6) und einem Elektroofen (7), die starr miteinander verbunden sind und durch eine in der Nähe des Bodens angeordnete Leitung (8) miteinander in kommunizierender Verbindung stehen.

Anspruch 16 Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch mehrere Verbindungsleitungen (8, 9) zwischen Konverter (6) und Elektroofen (7).

Anspruch 17 Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil - vornehmlich am Boden - des Konverters (6) Mittel zur Zuführung von Gas und Staub vorgesehen sind.

Anspruch 18 Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil des Konverters (6) und des Elektroofens (7) äe eine Rinne (11, 19) zum Abführen der Schlacke vorgesehen ist.

Anspruch 19 Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäße auf einer Grundplatte (1) angeordnet sind, die um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen gekippt werden kann.

Anspruch 20 Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter (6) unmittelbar an den Elektroofen (7) angebaut ist und die Verbindungsleitungen durch Öffnungen (23, 24) in der Trennwand gebildet werden.

Anspruch 21 Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsräume des Konverters (6) und des Elektroofens (7) in einem Gefäß angeordnet sind, das durch eine mit Durchlaßöffnungen versehene Trennwand in zwei Räume zerlegt wird.