DE2611458B1

DE2611458B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von gusseisen

Info

Publication number: DE2611458B1
Application number: DE19762611458
Authority: DE
Inventors: Hans-Guenter Dr-Ing Geck; Fritz Dr-Ing Kruse
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1976-03-18
Filing date: 1976-03-18
Publication date: 1977-05-18
Also published as: IT1076675B; DE2611458C2; GB1556526A; BE852634A; FR2344632A1; US4110108A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Gußeisen unter Einsatz von Schrott, Eisenschwamm od. dgl. und entsprechenden Eisenmetallen, wobei das Einsatzmaterial insbesondere mit oxydierender Flamme kontinuierlich aufgeschmolzen und anschließend aufgekohlt, gegebenenfalls auflegiert und überhitzt wird.

Zur Herstellung von Gußeisen werden in Gießereien Kupolofen eingesetzt, die entweder mit Gießereikoks oder mit Erdgas betrieben werden, wobei als Einsatzmaterial Schrott, Roheisen, Gießabfälle, Eisenschwamm od. dgl. verwendet wird. Bei einem koksbetriebenen Kupolofen werden relativ große Koksmengen gebraucht und es ist eine relativ große Anfahrzeit notwendig, wobei zudem sehr viel Übergangseisen, das qualitativ minderwertig ist, erzeugt wird. Außerdem erfolgt eine starke Aufschwefelung und keine gesteuerte Aufkohlung, so daß das flüssige Metall von der Schlacke getrennt und anschließend weiterbehandelt werden muß. Auch bei einem gasgefeuerten Kupolofen ist ein nachfolgendes Behandlungsgefäß in Form eines Induktions- bzw. Elektroofens notwendig, in dem aufgekohlt und überhitzt sowie auflegiert wird. Da hierbei elktrische Energie verwendet wird und ein aufwendiges Nachbehandlungsgefäß notwendig ist, ist auch dieses Verfahren teuer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglichen, Gußeisen einfach und energiesparend herzustellen, wobei eine gesteuerte Aufkohlung und Auflegierung möglich ist

INSPECTED

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das aufgeschmolzene Metall zusammen mit der Schlacke kontinuierlich durch eine glühende Rieselsäule aus festen Kohlenstoffträgern geführt wird, wobei ein Sumpf aus Metall und Schlacke am Boden der Rieselsäule aufrechterhalten wird.

Die Rieselsäule ermöglicht dabei ein gesteuertes kontinuierliches Aufkohlen und bildet ein reduzierendes System, wobei oxydationsempfindliche Zugaben ohne Verluste einbringbar sind. Die Verwendung von elektrischer Energie wird vermieden und außerdem der Verbrauch an Kohlenstoffträgern, die Rieselsäule besteht vorzugsweise aus Koks, niedrig gehalten. Aufgrund des am Boden der Rieselsäule aufrechterhaltenen Sumpfes aus Metall und Schlacke ist im Bereich der Rieselsäule eine Schlackenarbeit, etwa eine Entschwefelung möglich. Durch die Wahl der Reaktionsfähigkeit, der Stückgröße und der Schütthöhe des eingesetzten Materials der Rieselsäule sowie einer gesteuerten Temperaturführung wird die Höhe der Aufkohlung bestimmt.

Insbesondere kann im unteren Teil der Rieselsäule eine kontinuierliche Trennung von Metall und Schlacke erfolgen, wobei durch die Einstellung des Metall- und Schlackenspiegels das Ausmaß der metallurgischen Arbeit verändert und beeinflußt werden kann. Das Metall, das durch die Rieselsäule geführt wurde, kann kontinuierlich in eine Pfanne gefüllt werden, in der es gesammelt wird. In der Pfanne können notfalls noch Analysenkorrekturen erfolgen. Die Pfanne kann zu diesem Zweck insbesondere mit einem Spülstein versehen sein.

Die Rieselsäule kann durch Teilverbrennung der Kohlenstoffträger durch Zufuhr von Luft und/oder Sauerstoff und gegebenenfalls Brennstoff aus eine vorgegebene Temperatur erhitzt werden, während die Temperatur des ausfließenden Metalls kontinuierlich gemessen und dementsprechend die Temperatur der Rieselsäule gesteuert werden kann. Ferner ist es zweckmäßig, die Höhe der Rieselsäule zu messen und die verbrauchte Menge an Kohlenstoffträgern entsprechend nachzufüllen. Der Rieselsäule können Schlackenbildner wie auch Legierungselemente und gegebenenfalls kleinteiliger Schrott und/oder Eisenschwamm zugesetzt werden.

Die in der Rieselsäule entstehenden CO- und H₂-haltigen Gase können als Brennstoff beim Einschmelzen des Einsatzmaterials bzw. zum Erhitzen der Rieselsäule verwendet werden, wodurch die Energieausnutzung weiter verbessert wird.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung von Gußeisen unter Einsatz von Schrott, Eisenschwamm od. dgl. und entsprechenden Eisenmetallen, wobei das Einsatzmaterial in einem Eisenschmelzgefäß aufschmelzbar ist, das mit einem nachfolgenden Gefäß zum Aufkohlen des aufgeschmolzenen Materials gekoppelt ist, zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem nachfolgenden Gefäß eine Rieselsäule aus festen Kohlenstoffträgern angeordnet ist, wobei im Bereich der Rieselsäule Zuführungen für Luft, Sauerstoff bzw. Brennstoff, oberhalb der Rieselsäule eine Aufgabeeinrichtung für ein Chargieren ohne Lufteinbruch und ein erhöhter Auslauf am Boden des Gefäßes vorgesehen sind.

Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Durchmesser des nachfolgenden Gefäßes wesentlich kleiner als der des Einschmelzgefäßes ist und das nachfolgende Gefäß mit einer feuerfesten beispielsweise basischen Auskleidung versehen ist. Das nachfolgende Gefäß kann im Bereich der Rieselsäule Zusatzbrenner besitzen, mit denen die Rieselsäule auf eine solche Temperatur gebracht wird, daß sie glühend ist Als Brennstoff für die Zusatzbrenner können dabei die CO- und H₂-haltigen Abgase, die in dem nachfolgenden Gefäß entstehen, verwendet werden, aber auch öl, Erdgas, usw. Die Rieselsäule kann aber auch lediglich durch Zufuhr von Luft und/oder Sauerstoff auf die geeignete Temperatur gebracht werden.

Vorzugsweise ist das nachfolgende Gefäß gasdicht und abkuppelbar mit dem Einschmelzgefäß gekoppelt. Beim Aufschmelzen des Einsatzmaterials im Einschmelzgefäß mittels Sauerstoff-Brennstoff-Brennern können dann die im nachfolgenden Gefäß entstehenden Abgase im Einschmelzgefäß zum Aufschmelzen des Einsatzmaterials nachverbrannt werden.

Das nachfolgende Gefäß kann in seinem unteren Teil mit einer Schlackenabscheideeinrichtung versehen sein.

Um ein reduzierendes abgeschlossenes System in dem nachfolgenden Gefäß aufrechtzuerhalten, ist dieses vorzugsweise gas- und luftdicht verschließbar ausgebildet.

Zur besseren Steuerung der Aufkohlung und Auflegierung kann das nachfolgende Gefäß mit einer Einrichtung zur automatischen Messung der Schütthöhe der Rieselsäule versehen sein, die mit einer Regeleinrichtung zum automatischen Steuern der Aufgabeeinrichtung gekoppelt ist, während am Auslauf des nachfolgenden Gefäßes eine Meßeinrichtung für die Temperatur des ausfließenden Metalls vorgesehen sein kann, die mit einer Regeleinrichtung zum Einstellen der Luft-, Sauerstoff- bzw. Brennstoffzufuhr über die entsprechenden Zuführungen im Bereich der Rieselsäule gekoppelt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich außerordentlich vorteilhaft und energiesparend anwenden, wenn das Einschmelzen im Gegenstrom durch Beaufschlagung der Einsatzmaterialsäule mit Sauerstoff-Brennstoff-Brennern von unten erfolgt, wie es beispielsweise in der DT-PS 18 OO 610 oder der DT-AS 25 04 946 beschrieben ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der beigefügten Abbildung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Das in der Abbildung dargestellte Einschmelzgefäß 1 besitzt einen im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt und ist in seinem unteren Bereich mit einer Anzahl von ringförmig angeordneten Brennern la ausgerüstet, über die Sauerstoff und Brennstoff, etwa in Form von Erdgas zugeführt wird. Das Einschmelzgefäß 1 wird mit Schrott, Eisenschwamm od. dgl. von oben chargiert, wobei die aus diesem Einsatzmaterial gebildete Einsatzmaterialsäule 19 an ihrem unteren Ende von den durch die Brenner la erzeugte Flamme ic beaufschlagt und abgeschmolzen wird. Hierbei bildet sich über der Flamme ic ein Gewölbe aus, das sich beispielsweise entsprechend der DT-AS 25 04 946 am Rand des Einschmelzgefäßes oberhalb der Brenner auf wallartigen Anwachsungen abstützt Das aufgeschmolzene Material läuft unter anderem an den Wänden des Einschmelzgefäßes 1 nach unten zum Boden hiervon und über diesen hinweg zu einem Auslauf Ic/und bildet dabei gleichzeitig einen Schutz für das feuerfeste Material in diesem Bereich gegen die Wärmebeaufschlagung durch die Flamme la Die beim Einschmelzen entstehenden Abgase können mit Sekundärluft nach-

verbrannt werden, um das Einsatzmaterial vorzuwärmen. Die Sekundärluft kann über Zuführungen \b oberhalb des Einschmelzbereiches zugeführt werden.

Obwohl ein derartiges Einschmelzen erfindungsgemäß besonders bevorzugt und ferner kostengünstig ist, können auch andere Einschmelzverfahren verwendet werden.

In dem dargestellten Einschmelzgefäß 1 wird das Einsatzmaterial unter oxydierenden Bedingungen geschmolzen und verläßt zusammen mit der gebildeten Eisenoxydschlacke das Einschmelzgefäß, wobei sich das flüssige Metall nur geringfügig oberhalb der Liquidustemperatur befindet.

Der Auslauf id des Einschmelzgefäßes 1 mündet im oberen Teil eines nachfolgenden Gefäßes 2, das mit dem Einschmelzgefäß 1 normalerweise gasdicht und abkuppelbar gekoppelt ist. Das Gefäß 2 besitzt eine Aufgabeeinrichtung 7, die aus einem Aufgaberohr mit Gasschleuse besteht und im Deckel des Gefäßes 2 angeordnet ist. Hiermit ist ein Chargieren ohne Lufteinbruch möglich. Mittels dieser Aufgabeeinrichtung 7 werden feste Kohlenstoffträger, insbesondere Koks zur Erzeugung einer Rieselsäule 20 im Gefäß 2 chargiert, ebenso wie Schlackenbildner, Legierungselemente, oxydationsempfindlicher Eisenschwamm.

Am Boden des Gefäßes 2 ist ein erhöhter Metallauslauf 4 und ferner ein Schlackenauslauf 5 angeordnet, die syphonartig wirken und zu einer Trennung von Metall und Schlacke führen. Zum vollständigen Entleeren des Gefäßes 2 ist ein Zusatzstichloch 6 am Boden dieses Gefäßes angeordnet.

Im Bereich der Rieselsäule 20 sind Zuführungen 3 für Luft, mit Sauerstoff angereicherter Luft oder Sauerstoff angeordnet, wobei der hierdurch eingeführte Sauerstoff dazu dient, um die Rieselsäule aus Koks zum Glühen zu bringen. Die Zuführungen 3 können auch als Brenner ausgebildet sein, um die Rieselsäule 20 zu erhitzen.

Die Mischung aus eingeschmolzenem Metall und Schlacke fließt vom Auslauf id des Einschmelzgefäßes 1 in das nachfolgende Gefäß 2 durch die Rieselsäule 20, wobei sich am Boden des Gefäßes 2 ein Metallsumpf 21 mit einer darüber befindlichen Schlackenschicht 22 bildet. Das Metall tritt kontinuierlich aus dem Metallauslauf 4 aus, während die Schlacke kontinuierlich über den Schlackenauslauf 5 abgeführt werden kann.

Durch Teilverbrennung der Kohlenstoffträger in der Rieselsäule 20 wird diese auf eine Temperatur aufgeheizt, die für die erforderliche Überhitzung des eingeschmolzenen Materials und die ablaufenden Reaktionen notwendig ist. Beim Durchfließen der Rieselsäule findet eine Reduktion der beim Einschmelzen gebildeten Eisenoxyde, eine Aufkohlung des eingeschmolzenen Materials und eine entsprechende Überhitzung statt. Durch die Wahl der Reaktionsfähigkeit und Stückgröße der chargierten Kohlenstoffträger sowie durch die Höhe der Rieselsäule kann die Reaktionszeit und die Reaktionsfläche so eingestellt werden, daß jeder Kohlenstoffgehalt bis zur Kohlenstoffsättigung möglich ist. Die Temperatur der Rieselsäule 20 und damit die Temperatur des ausfließenden Metalls ist über die Teilverbrennungsrate der Kohlenstoffträger der Rieselsäule 20 bzw. die Einstellung der als Brenner ausgebildeten Zuführungen 3 regelbar. Die Temperatur des ausfließenden Metalls kann beispielsweise thermoelektrisch oder optisch gemessen werden und über eine Regeleinrichtung die Zufuhr von Luft oder Sauerstoff bzw. die Zusatzbeheizung der Rieselsäule 20 steuern.

Die Schütthöhe der Rieselsäule kann durch eine Einrichtung 8 zur Schütthöhenmessung beispielsweise eine automatische Sonde oder eine Durchstrahlungseinrichtung gemessen werden, wobei die Meßwerte des Nachchargieren des verbrauchten Materials regeln, so daß beispielsweise automatisch eine vorgegebene Füllstandhöhe eingestellt werden kann.

Während das Gefäß 2 am oberen Ende durch die Aufgabeeinrichtung 7 gasdicht verschlossen ist, ist das untere Ende des Gefäßes 2 durch die syphonartige Ausbildung der Metall- bzw. Schlackenausläufe 4, 5 ebenfalls gasdicht verschlossen, so daß die im nachgeschalteten Gefäß 2 entstehenden Reaktions- und Verbrennungsgase das Gefäß über den Stutzen id verlassen müssen. Ist nun das nachgeschaltete Gefäß 2 gasdicht an das Einschmelzgefäß 1 gekoppelt, so ist auch den Flammengasen des Einschmelzgefäßes 1 der Austritt über den Auslauf Ic/verwehrt Hierdurch wird erreicht, daß alle gasförmigen Reaktions- und Verbrennungsprodukte mit ihrer physikalisch und chemisch gebundenen Wärme zur Vorwärmung der Einsatzsäule im Einschmelzgefäß genutzt werden können, so daß eine optimale Energieausnutzung stattfindet.

Durch Zugabe von Schlackenbildnern wie Kalk, Flußmittel oder auch feste Schlacke, Dolomit, Quarz od. dgl. und von Legierungselementen in die reduzierende Rieselsäule 20 über die Aufgabeeinrichtung 7 ist eine Schlackenarbeit, etwa eine Entschwefelung, ebenso wie ein Auflegieren des durchfließenden Metalls möglich. Auch können oxydationsempfindliche Einsatzmaterialien wie nicht konditionierter Eisenschwamm der Rieselsäule zugegeben und aufgeschmolzen werden. Sowohl das Einschmelzgefäß 1 als auch das nachfolgende Gefäß 2 können problemlos unabhängig voneinander stillgelegt und wieder angefahren werden. Bei längerem Stillstand sollte das Gesamtsystem so weit wie möglich luft- und gasdicht verschlossen werden. Um das Eindringen von Sauerstoff noch weiter zu erschweren kann ein Einleiten geringer Mengen von inertem Gas diese Maßnahmen unterstützen. Nach dem Zünden liegt schon nach wenigen Minuten vergießfähiges Material vor, das beispielsweise in einer Pfanne oder einem Vorherd gesammelt werden kann.

Insbesondere kann ohne Rücksicht auf die Oxydation des Einsatzmaterials eingeschmolzen werden, da die gebildete FeO-Schlacke in der Rieselsäule reduziert wird. Dadurch, daß Metall und Schlacke möglichst feinverteilt durch die Rieselsäule 20 und die Schlackenschicht 22 geführt werden, ist eine wirksame und intensive Reduktionsarbeit, Überhitzung, Aufkohlung und Schlackenarbeit möglich. Die Überhitzung erfolgt mittels fossiler Brennstoffe ohne den Einsatz von elektrischer Energie. Die im Gefäß 2 entstehenden Abgase können dadurch, daß sie im Gegenstrom zu dem aus dem Einschmelzgefäß 1 kommenden flüssigen Metall und Schlacke strömen, neben der Abgabe von fühlbarer Wärme noch zusätzlich reduzierend auf diesen Schmelzfluß einwirken.

Das nachfolgende Gefäß 2 besitzt im Verhältnis zum Einschmelzgefäß 1 einen relativ kleinen Durchmesser, erfordert konstruktionsmäßig keinen großen Aufwand und ist günstig herzustellen. Der Anteil an qualitativ minderwertigem Übergangseisen beim Anfahren und Stillsetzen der Vorrichtung ist sehr gering. Die Zugaben in Form von Legierungselementen, Eisenschwamm od. dgl. sind ohne Verluste einbringbar, da die Rieselsäule einen reduzierenden Bereich darstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen unter Einsatz von Schrott, Eisenschwamm od. dgl. und entsprechenden Eisenmetallen, wobei das Einsatzmaterial insbesondere mit oxydierender Flamme kontinuierlich aufgeschmolzen und anschließend aufgekohlt, gegebenenfalls auflegiert und überhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgeschmolzene Metall zusammen mit der Schlakke kontinuierlich durch eine glühende Rieselsäule aus festen Kohlenstoffträgern geführt wird, wobei ein Sumpf aus Metall und Schlacke am Boden der Rieselsäule aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unteren Teil der Rieselsäule eine kontinuierliche Trennung von Metall und Schlacke erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Teilverbrennung der Kohlenstoffträger durch Zufuhr von Luft und/oder Sauerstoff und gegebenenfalls Brennstoff die Rieselsäule auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des ausfließenden Metalls kontinuierlich gemessen und die Temperatur der Rieselsäule entsprechend gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Rieselsäule gemessen und die verbrauchte Menge an Kohlenstoffträgern nachgefüllt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rieselsäule Schlakkenbildner zugesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rieselsäule Legierungselemente zugegeben werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rieselsäule kleinteiliger Schrott und/oder Eisenschwamm zugesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Rieselsäule entstehenden CO- und H2-haltigen Gase als Brennstoff beim Einschmelzen des Einsatzmaterials bzw. zum Erhitzen der Rieselsäule verwendet werden.

10. Vorrichtung zur Herstellung von Gußeisen unter Einsatz von Schrott, Eisenschwamm od. dgl. und entsprechenden Eisenmetallen, wobei das Einsatzmaterial in einem Einschmelzgefäß aufschmelzbar ist, das mit einem nachfolgenden Gefäß zum Aufkohlen des aufgeschmolzenen Materials gekoppelt ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem nachfolgenden Gefäß (2) eine Rieselsäule (20) aus festen Kohlenstoffträgern angeordnet ist, wobei im Bereich der Rieselsäule (20) Zuführungen (3) für Luft, Sauerstoff bzw. Brennstoff, oberhalb der Rieselsäule (20) eine Aufgabeeinrichtung (7) für ein Chargieren ohne Lufteinbruch und ein erhöhter Auslauf (4) am Boden des Gefäßes (2) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des nachfolgenden Gefäßes (2) wesentlich kleiner als der des Einschmelzgefäßes (1) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das nachfolgende Gefäß (2) mit einer feuerfesten, meist basischen Auskleidung versehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß das nachfolgende Gefäß (2) Zusatzbrenner (2) im Bereich der Rieselsäule (20) besitzt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß das nachfolgende Gefäß (2) gasdicht und abkuppelbar mit dem Einschmelzgefäß (1) gekoppelt ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß das nachfolgende Gefäß (2) in seinem unteren Teil mit einer Schlackenabscheideeinrichtung versehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

15, dadurch gekennzeichnet, daß das nachfolgende Gefäß (2) gas- und luftdicht verschließbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

16, dadurch gekennzeichnet, daß das nachfolgende Gefäß (2) mit einer Einrichtung zur automatischen Messung der Schütthöhe der Rieselsäule (20) versehen ist, die mit einer Regeleinrichtung zum automatischen Steuern der Aufgabeeinrichtung (7) gekoppelt ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß am Metallauslauf (4) des nachfolgenden Gefäßes (2) eine Meßeinrichtung für die Temperatur des ausfließenden Metalls vorgesehen ist, die mit einer Regeleinrichtung zum Einstellen der Luft-, Sauerstoff- bzw. Brennstoffzufuhr über die Zuführungen (3) gekoppelt ist.