DE2726545A1 - Verfahren und vorrichtung zur stahlerzeugung in einem elektrischen lichtbogenofen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur stahlerzeugung in einem elektrischen lichtbogenofen

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DE2726545A1
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David Engledow
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British Steel Corp
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Description

Patentanwälte Oipl.-Ing. C u rt Wallach
Dipl.-Ing. Günther Koch
η Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach
Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d
Datum:
Unser Zeichen:
13. Juni 1977
15 9^0 - K/Ap
Ausstellungspriorität
Unionspriorität
Datum:
Land:
Aktenzeichen:
14. Juni I976 Großbritannien 24557/76
Bezeichnung:
Verfahren und Vorrichtung zur Stahlerzeugung in einem elektrischen Lichtbogenofen
Zusatz zu:
p 25 31 632.9
Anmelder:
British Steel Corporation, London, S.W.l, England
Erfinder:
David Engledow, Moorgate, Rotherham, Yorkshire, England
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Beschickung eisenhaltigen Materials nach einem elektrischen Lichtbogenofen zur Stahlherstellung und sie stellt eine weitere Ausgestaltung des im Hauptpatent (Patentanmeldung P 25 31 632.9) beschriebenen Verfahrens dar.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zur Stahlherstellung in einem elektrischen Lichtbogenofen in der Weise durchgeführt, daß eine Mischung von eisenhaltigem Material mit hohem Kohlenstoffgehalt einerseits und niedrigem Kohlenstoffgehalt andererseits zusammen mit gebrochenem Stahlschrott kontinuierlich in einen Ofen mit einer Rate eingebracht wird, die von den elektrischen und chemischen Energiereaktionen darin abhängt.
Das eisenhaltige Material mit hohem Kohlenstoffgehalt kann Hochofeneisen entweder in granulierter oder in aufgekohlter Form sein, oder es können gebrochene Eisenplatten einer Größe Verwendung finden, die geeignet ist zur kontinuierlichen Beschickung. Stattdessen kann sogar eine Zusammensetzung aus Eisenpulver benutzt werden, welches mit kohlenstoffhaltigem Material verbunden ist. Der Kohlenstoffgehalt des Eisens kann im typischen Fall in der Größenordnung von k% liegen, obgleich auch niedrigere Kohlenstoffgehalte mit von dem Ausdruck "hoher Kohlenstoffgehalt" mit umfaßt werden soll.
Das Teilchenmaterial mit niedrigem Kohlenstoffgehalt kann direkt reduziertes Eisen (Schwammeisen) in pelletierter Form sein, z.B. Midrex-Pellets. Die letzteren besitzen üblicherweise einen Kohlenstoffgehalt von etwa 1,5#, was im normalen Sprachgebrauch nicht als "niedriger Kohlenstoffgehalt" bezeichnet wird. Dieser Ausdruck soll Jedoch hier als niedriger "Gesamtkohlenstoffeffekt" verstanden werden und der Kohlenstoff wird
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durch den Sauerstoffgehalt beeinflußt, wie dies noch erläutert wird. Dieser niedrige Kohlenstoffwert soll in diesem Zusammenhang als unter \% liegend betrachtet werden. Es kann auch Walzzunder mit einem typischen Kohlenstoffgehalt von 0,\% als Teil der Charge mit eingeführt werden.
Der gebrochene Schrott kann im typischen Falle einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,1Ji und 0,2# besitzen und dieser Ausdruck soll auch Drehspäne mit umfassen, die von einer spanabhebenden Bearbeitung herrühren.
Außerdem kann granulierter Kalk zusätzlich kontinuierlich mit zugeführt werden, um Schwefel und Phosphor in der gewöhnlichen Weise zu entfernen und es wird eine Sauerstoffeinspritzung während der kontinuierlichen Beschickung bewirkt.
Die ternäre Mischung kann zweckmäßigerweise nur über einen Teil des Stahlherstellungszyklus eingeführt werden. Insbesondere kann die Beschickungsfolge, wie nachstehend angegeben, erfolgen: (1.) Schrottcharge, (2.) Beginn der Schmelze und kontinuierliche Beschickung granulierten Eisens, (3.) kontinuierliche Beschickung ternärer Mischung, wobei die Bestandteile der Mischung in solchen Anteilen zugegeben werden, daß die gewünschte Schmelzanalyse erhalten wird, und zwar in Übereinstimmung mit einer angenäherten Optimierung der erwähnten Reaktionspegel für den betreffenden Ofen. Im Hinblick darauf kann die Stufe (3.) derart abgewandelt werden, daß die ternäre Mischung nicht immer durchgehend benutzt wird und eine unitäre oder binäre Zusammensetzung kann zugeführt werden, um erforderlichenfalls die Schmelze zu verändern.
Der Hauptfaktor, der bei der Bestimmung der Bestandteile der Gesamtcharge zu beachten ist, stellt das Kohlenstoff/Eisen-Einheitsverhältnis dar, welches einen Wert haben muß, den der
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Ofen in einer Operation verarbeiten kann. Um beispielsweise ein Extrem zu nennen, wäre bei einer granulierten Eisenbeschickung allein - ^%C; 89# Eisen (Gesamteisen einschließlich metallischem Eisen und Eisengehalt von Eisenoxid) die Sauerstoff Strömungsrate, die normalerweise bei einem Lichtbogenofen auftritt, ungenügend, um eine vollständige Entkohlung zu erhalten. Ein anderes Extrem wäre die Benutzung von Midrex-Pellets - 1,5JiC; 92# Eisen - dabei würde die Sauerstoffinjektion, die erforderlich wäre um die Schlacke zu erzeugen und am Kochen zu halten, um die Seitenwände von Strahlungswirkungen zu beschützen, zu einer Uberoxydation im Bad führen. Die Lage ist sogar noch schlechter mit gebrochenem Schrott (O,1#C 9656 Eisen).
Die Flexibilität der ternären Mischung gemäß der Erfindung ermöglicht jedoch eine vollständige Steuerung des Kohlenstoff/Eiseneinheitsverhältnlsses, so daß eine kontinuierliche Beschickung innerhalb eines weiten Bereichs von Kohlenstoffstählen angewandt werden kann.
Durch die im Hauptpatent gekennzeichneten Verfahrensschritte ergibgt sich ein beträchtliches Ansteigen in der Produktivität über die herkömmliche Schrottbeschickung. Gemäß der vorliegenden Erfindung liefert die ternäre Mischung eine weitere Erhöhung der Produktivität und eine vollständige Flexibilität, wodurch fast ein optimales Verfahren durchgeführt wird.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die überschüssige chemische Energie, die aus den Sauerstoffreaktionen herrührt, welche der granulierten Eisenzuführung zugeordnet sind, durch das vorreduzierte Eisen und den fragmentierten Schrott verdünnt und dadurch wird die Energieverteilung von der elektrischen Spannungsquelle und die chemische Energie aus der Oxydation von Kohlenstoff und Silicium aus
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granuliertem Eisen optimiert, und zwar in Übereinstimmung mit den sich schließlich ergebenden Badkohlenstoff- und Temperaturbedingungen. Im Idealfall besteht kein Bedarf für ein getrenntes Firschverfahren am Ende des kontinuierlichen Beschickungszyklus und die Benutzung dieser komplexen Mischung ermöglicht außerdem in hohem Maße eine Steuerung der Restbestandteile.
Die Steuerung der Restbeimengungen, insbesondere von Kupfer und Zinn ist für die Stahlherstellung in einem elektrischen Lichtbogenofen von Wichtigkeit. Die Mischung von granuliertem Eisen (Kupfergehalt im typischen Falle 0,05#) und reduziertem Material (Kupfer im typischen Fall O,O2j6) hat z.B. nur einen ganz geringen Anteil an Restbestandteilen im Vergleich mit einer Mischung, die fragmentierten Schrott aufweist, der im typischen Fall einen Kupfergehalt von 0,26% besitzt. Durch Anpassung der Benutzung fragmentierten Schrottes in der ternären Mischung ergibt sich daher auf Kosten entweder granulierten Eisens oder reduzierten Materials eine beträchtliche Flexibilität in der Steuerung der Restbestandteile sowie bei der Erfüllung der Erfordernisse der erwähnten Kohlenstoffsteuerung.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur kontinuierlichen Beschickung;
Fig. 2 ein Diagramm einer typischen Einzykluspraxis gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Fig. 1 weist die Anlage 2 Förderriemen 1 und 2 auf, auf denen zerkleinerter Schrott von einem Aufgäbetrichter 3, Kalk von einem Aufgabetrichter 4, granuliertes Eisen von
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9 . 272654b
einem Aufgabetrichter 5 und vorreduzierte Eisenpellets von einem Aufgabetrichter 6 zugeführt werden. Fragmentierter Schrott und Kalk werden wegen ihrer unregelmäßigen Form auf dem Förderband 1 über Förderer 7» 8 für konstantes Gewicht zugeführt, während granuliertes Eisen und vorreduzierte Pellets, die regelmäßiger in ihrer Form sind, auf dem Förderband 2 über Fördervorrichtungen 9* 10 mit konstanter Beschickungsrate zugeführt werden. Diese Gewichts/Mengenzufuhrvorrichtungen besitzen eine Genauigkeit von weniger als 1% und die Zuführung erfolgt mit Raten bis zu 100 Tonnen pro Stunde.
Das Förderband 2, welches eine maximale Fördermenge von 140 Tonnen pro Stunde liefern kann, speist einen Vibrationsförderer 12, der seinerseits einen Aufgabetrichter einer Schwerkraftbeschickungseinrichtung 13 beliefert, durch welche die Charge der Fördervorrichtung in den Ofen 14 durch das Dach 15 desselben zugeführt wird.
Es soll nunmehr eine typische Beschickungsfolge für Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in Verbindung mit Fig. 2 betrachtet werden. Anfänglich werden etwa 100 Tonnen Stahlschrott in den Ofen eingebracht, der eine Kapazität für metallische Bestandteile von I90 Tonnen besitzt. Das Dach wird wieder an Ort und Stelle gebracht und dann werden die Lichtbogen gezogen, um den Schmelzvorgang einzuleiten. Ungefähr 12 bis 15 Minuten nach Anschalten wird granuliertes Eisen vom Aufgabetrichter dem Ofen mit einer konstanten Rate von z.B. 36 Tonnen pro Stunde zugeführt, und zwar zusammen mit Kalk und die Sauerstoffinjektion setzt ein paar Minuten später ein. Der Sauerstoff wird zunächst langsam mit z.B. 14,2 nr/min eingeführt und diese Rate wird auf einen sehr viel höheren Wert von z.B. 42,5 m erhöht wenn der Schmelzvorgang fortschreitet.
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Ungefähr 80 Minuten später ist das Niederschmelzen vollendet und es wird eine Badprobe entnommen. Nun wird zerkleinerter Schrott zusammen mit Midrex-Pellets zusätzlich zu dem granulierten Eisen zugeführt, woraus sich die ternäre Mischung ergibt und dies setzt sich fort mit Zuführungsraten, die in Abhängigkeit von der Schmelzzusammensetzung eingestellt werden. Während dieser Periode kann ebenfalls Kalk zugesetzt werden, um beispielsweise eine Entschwefelung zu bewirken. Im einzelnen wird die Zuführungsrate derart eingestellt, daß die chemische und elektrische Energie maximal ausgenutzt werden, wobei der Kohlenstoffeingang des Ofens gerade auf die Rate eingestellt, auf die die Sauerstoffzufuhr und Raucheinrichtung eingestellt ist, wobei jedoch eine volle und kontinuierliche Arbeitsweise des Transformators bei einem durchschnittlichen Pegel dicht an seinem Maximalwert liegt. Ungefähr 30 Tonnen dieser Mischung werden während einer Zeitdauer von 40 Minuten zugesetzt und die Schmelze wird ungefähr 140 Minuten nach Beginn der Behandlung abgestochen. Die Umschaltvorgänge beim Abstechen und Wiederbeschicken nehmen weitere 25 Minuten in Anspruch, so daß ein kompletter Zyklus von einem Abstich nach dem nächsten I65 Minuten beträgt bei einer Gewichtsmenge von ungefähr I70 Tonnen flüssigen Stahls.
Bei diesem Beispiel wurden 48 Tonnen granulierten Eisens in der Schmelze benutzt, gefolgt von 30 Tonnen einer Mischung aus granuliertem Eisen, Midrex-Pellets und zerkleinertem Schrott in einem Verhältnis von z.B. 1:1,5:1,5. Ungefähr ein Drittel der Gesamtcharge besteht daher aus Eisen und die Produktivität beträgt 62 Tonnen pro Stunde.
Eine typische Analyse der Hauptbestandteile eines jeden Teils der Mischung ist nachstehend in Prozentsätzen angegeben.
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Granuliertes Eisen Zerkleinerter Schrott Midrex-Pellets
C 4.20 C 0.1 ungefähr C 1.48
S 0.025 S 0.040 S 0.012
P 0.15 P 0.011 P 0.024
Mn 1.20 Cu O.26 Femet 89.3
Si 1.00 Femet 96 FeO 3.5
Cu 0.05 Fe2O3 Null
Femet 89 SiO2 1.8
CaO 0.6
MgO <0.2
Al2O3 1.0
TiO2 0.2
Cu 0.02
Die Midrex-Pellets besitzen einen Kohlenstoffgehalt von 1,48*, aber dies ist nicht der Wert ihres "Gesamtkohlenstoffeffektes", der beeinflußt wird durch die Reaktion mit dem Sauerstoff im Metall.
Demgemäß beträgt der Sauerstoffgehalt von FeO = 16/16 + 56 » 0.22*. Daraus folgt daß für 3,5* FeO 0,77Ji Sauerstoff vorhanden ist. C + 0 CO
12 Teile Kohlenstoff reagieren mit 16 Teilen Sauerstoff. Daraus ergibt sich, daß 0,77* 0 erfordern 0,77 χ 12/16* C = 0.577* C.
Daraus folgt daß der Gesamtkohlenstoffgehalt = 1.48 - 0.577 - 0.905* c.
Wenn Hematit (Fe2O3) in den Pellets vorhanden ist, wie dies gelegentlich der Fall ist, dann ist die Gesamtkohlenstoffwirkung sogar noch kleiner.
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Der Sauerstoffgehalt von Pe3O3 = 48/112 + 48 - 0.?% wobei z.B. J>% Hematit = 0.9Ji.
0.9£ 0 erfordern 0.9 χ 12/16* C = 0.675* C.
Daraus folgt daß der Gesaratkohlenstoffgehalt = 1.48 (0.577 + Ο.675) - 0.23* C.
Ein gemäß der Erfindung über einen vollen Bereich von Kohlenstoff stähl en, Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt >0.6*, mittlerem Kohlenstoffgehalt und niedrigem Kohlenstoffgehalt < 0.2* durchgeführte Verfahren hat zu einer Produktionserhöhung in der oben angegebenen Weise geführt, d.h. 62 Tonnen pro Stunde, was eine Verbesserung der im Hauptpatent beschriebenen Technik bedeutet und eine noch weitere Verbesserung gegenüber der herkömmlichen Gesamtschrott-Kübelbeschickungspraxis. Außerdem wird der Elektrodenverbrauch um mehr als 20* gegenüber herkömmlichen Verfahren vermindert. Der Sauerstoffverbrauch erhöht sich, aber dies ist eine Folge der erhöhten Eisenzufuhr in der Charge, z.B. ungefähr 35* in Verbindung mit dieser Praxis im Vergleich mit 16* nach der herkömmlichen Praxis. Eine Erhöhung des Eisenverbrauchs unter der konventionellen Praxis führt zu einer beträchtlichen Verminderung des Ausgangs. Es ergibt sich außerdem eine geringe Verminderung des elektrischen Energieverbrauchs wenn die Erfindung benutzt wird.
Wie bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent kann die "hot-heel" Technik angewandt werden, wodurch die Produktivität gegenüber den obigen Angaben noch weiter erhöht wird.
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Claims (13)

2726bAb Patentansprüche
1. Verfahren zur Stahlherstellung in einem elektrischen Lichtbogenofen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von teilchenförmigen! eisenhaltigem Material mit hohem Kohlenstoffgehalt einerseits und niedrigem Kohlenstoffgehalt andererseits zusammen mit zerkleinertem Stahlschrott kontinuierlich in einen Ofen mit einer Rate geliefert wird, die von den elektrischen und chemischen Energiereaktionen darin abhängig ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine kontinuierliche Beschickung bewirkt wird, nachdem eine anfängliche mittels Kübelbeschickung eingegebene Schrottcharge niedergeschmolzen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß nach Niederschmelzen der Kübelcharge granuliertes Eisen kontinuierlich während einer Zeitdauer zugeführt wird, wonach die Mischung kontinuierlich zugegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3*
dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich Kalk zusätzlich zu dem granulierten Eisen und/oder zu der Mischung zugesetzt wird.
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5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zyklus beim Abstechen des Ofens bei Vollendung einer kontinuierlichen Beschickung vollendet ist.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zyklus beim Anstechen des Ofens nach einer Zahl von Abstichen vollendet ist, die eine gleiche Zahl von Unterzyklen beschließen, wobei eine kontinuierliche Beschickung zusätzlich nach jedem Unterzyklus (außer dem letzten) auf einem Rest geschmolzenen Metalls bewirkt wird, das in dem Ofen nach dem vorherigen Abstich belassen wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Materialien während der kontinuierlichen Beschickungsperiode in Abhängigkeit des erforderlichen Kohlenstoffgehalts beim Abstechen eingestellt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der kontinuierlichen Beschickung Sauerstoff eingespritzt wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das teilchenförmige Material mit hohem Kohlenstoffgehalt Hochofenelsen ist.
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- χ- - 3
10. Verfahren nach Anspruch 9*
dadurch gekennzei c h η e t, daß das teilchenförmige Material mit hohem Kohlenstoffgehalt außerdem eine zusammengesetzte Mischung aus Eisenpulver mit kohlenstoffhaltigem Material enthält.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das teilchenförmige Material mit niedrigem Kohlenstoffgehalt von direkt reduzierten Eisenpellets gebildet ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das teilchenförmige Material mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zusätzlich Walzzunder enthält.
13. Elektrischer Lichtbogenofen zur Stahlherstellung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Fördervorrichtung vorgesehen ist, die von getrennten Aufnähmetrichtern beschickt wird, nämlich für a) teilchenförmiges, eisenhaltiges Material mit hohem Kohlenstoffgehalt, b) teilchenförmiges, eisenhaltiges Material mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und c) zerkleinerten Stahlschrott, und daß eine Mischung dieser Materialien dem Ofen mit einer Rate zugeführt wird, die von der elektrischen und chemischen Energiereaktion darin abhängt.
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