DE2729982A1

DE2729982A1 - Verfahren zur schrottsatzerhoehung im obm-konverter

Info

Publication number: DE2729982A1
Application number: DE19772729982
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Ing Brotzmann
Original assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Current assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Priority date: 1977-07-02
Filing date: 1977-07-02
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE2729982B2; DE2729982C3

Description

criahrcn zur Schrottsatzerhöhung bei der Stahl-
herstellung im OBM-Konverter2' Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Schrottanteils bei der Stahlerzeugung aus flüssigem Roheisen und Schrott in einem OBM-Konverter, d. h. einem Konverter, der Düsen zum Einleiten von Sauerstoff mit Kohlenwasserstoffummantelung unterhalb der Badoberfläche in der feuerfesten Ausmauerung aufweist.
Beim Stahlfrischen mit Sauerstoff in den üblichen Konverteranlagen wird bekanntermaßen die durch die exothermen Frischreaktionen freiwerdende,Energie zum Einschmelzen von Kühlschrott verwendet. Demzufolge bestimmt die Zusammensetzung des flüssigen Roheisens im wesentlichen den Schrottanteil. Beispielsweise werden bei einer Roheisenzusammensetzung von 4.2 % Kohlenstoff, 1.5 % Silizium, 0.8 % Mangan etwa 720 kg Roheisen zusammen mit etwa 380 kg Schrott in den Konverter chargiert, um 1 t Stahl herzustellen. Diese Schrottmenge ist sowohl im Sauerstoffaufblas-Konverter - LD-Prozeß - wie auch im bodenblasenden Sauerstoff-Konverter - OBM-Verfahren - etwa gleich groß.
Es ist ein bekanntes Anliegen der Stahlindustrie, den Schrottanteil, weitgehend unabhängig von der Roheisenzusammensetzung, bei der Stahlproduktion im Konverter zu erhöhen. Durch den verstärkten Schrotteinsatz läßt sich bei beschränkter Roheisenkapazität die Stahlerzeugungskapazität eines Werkes verbessern und der Stahl wirtschaftlicher herstellen. Im allgemeinen liegt der Schrottpreis so weit unter den Roheisenkosten, daß es ökonomisch interessant ist, über die Kühlschrottmenge hinaus im Konverter durch externe Energiezufuhr Schrott einzuschmelzen. Wegen der genannten Zusammenhange hat man in vielen Stahlwerken versucht, den Schrottsatz, der als Gewichts-Verhältnis zwischen Schrott und flüssigem Stahl definiert ist, durch Schrott-Vorheizen wesentlich zu steigern. Es konnte beispielsweise in einem Werk der Schrottsatz bei gleicher Roheisenzusammensetzung im Sauerstoffaufblas-Konverter von etwa 0.30 auf etwa 0.38 durch Vorheizen erhöht werden. Dabei kamen Öl/Sauerstoff-Brenner zur Anwendung, die ähnlich wie die Sauerstoffblaslanze von oben in den Konverter eingeführt werden. Der in den Konverter chargierte Schrott ist mit diesen Brennern etwa 12 min vorgeheizt worden.
Die Nachteile der beschriebenen Vorheizpraxis bestanden einmal in einer deutlichen Verschleißzunahme der feuerfesten Ausmauerung und zum anderen führten die relativ lange Vorheizzeit, zusammen mit der zusätzlich erforderlichen Manipulationszeit für die Brenner, zu einer Verminderung der Stahlproduktion. Aus diesen Gründen wird die beschriebene Arbeitsweise nur in wenigen Stahlwerken angewendet. Alle bekannten Verfahren zur Schrottvorwärmung im Konverter haben hinsichtlich eines erhöhten Schrottverbrauches bei der Konverterstahlerzeugung nur geringe Bedeutung erlangt.
Deshalb können Siemens-Martin-Werke, die oft etwa zu gleichen Teilen Schrott und flüssiges Roheisen einsetzen, nicht ohne Änderung ihrer Rohstoffversorgung, d.h. ohne Steigerung der Roheisenkapazität, auf eine Konverteranlage mit gleicher Produktion umgerüstet werden. Daher besteht ein besonderes Interesse bei der Umstellung von Siemens-Martin-Öfen auf die kostengünstiger produzierenden Konverter, gleichzeitig den Schrottsatz wesentlich zu steigern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem es möglich ist, Schrott und die vergleichbaren Eisenträger, z.B. vorreduzierte Pellets und Eisenschwamm, im Konverter relativ schnell vorzuheizen, um damit den Schrottsatz bei der Stahlproduktion deutlich zu steigern und gleichzeitig die Produktionskapazität und die Wirtschaftlichkeit ohne die oben beschriebenen Nachteile zu erhöhen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß Schrott und/oder vergleichbare Eisenträger, wie z.B. vorreduzierte Pellets und Eisenschwamm, zusammen mit etwa 10 bis 100 kg Koks und/oder andere feste Kohlenstoffträger pro t Schrott in einen OBM-Konverter chargiert werden und daß durch die Sauerstoffeinleitungsdüsen zusätzlich zu der üblichen Kohlenwasserstoffrate von <10 Gew-%, bezogen auf den Sauerstoff, die dem Düsenschutz dient, Brennstoffe in den OBM-Konverter geleitet und die gesamten Heizmittel mit einer Sauerstoffblasrate zwischen etwa 2 bis 10 Nm3/ min, bezogen auf 1 t Schrott, verbrannt, anschließend flüssiges Roheisen chargiert und aus dem Konvertereinsatz eine Stahlschmelze gefrischt wird.
Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, wie es in wirtschaftlicher Weise bei der Stahlherstellung im OBM-Konverter möglich ist, den Schrottsatz wesentlich, d.h. um mindestens 10 %-Punkte (z.B. von 30 auf 40 ), zu steigern1 ohne wesentliche Nachteile hinsichtlich der Haltbarkeit der feuerfesten Konverterausmauerung oder eine Produktionsverminderung hinzunehmen. Dabei wird die gesamte Schrottmenge, d.h. der übliche Kühlschrott und der zusätzliche Schrottanteil, zusammen mit 10 bis 100 kg, vorzugsweise ca. 50 kg, Koks/t Schrott in üblicher Weise in den Konverter chargiert. Die zusätzliche Schrottmenge kann in weiten Grenzen variiert werden und ist im wesentlichen abhängig von der Vorheizzeit und der zugeführten Brennstoffmenge. Beispielsweise wird durch Vorheizen von 8 min nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem 60 t-OBM-Konverter der Schrottsatz von 25 % auf 50 % erhöht.
Nach dem Chargiervorgang beaufschlagt man den Konverter mit Sauerstoff durch die Sauerstoffeinleitungsdüsen, die in einem OBM-Konverter unterhalb der Badoberfläche in der feuerfesten Ausmauerung, vorzugsweise im Bereich des Konverterbodens, angebracht sind. Der Sauerstoff ist dabei bekanntermaßen durch gasförmige und/oder flüssige Kohlenwasserstoffe ummantelt, um die Düsen gegen vorzeitiges Zurückbrennen zu schützen. Die Kohlenwasserstoffmenge für den Düsenschutz ist kleiner als 10 Gew-%, bezogen auf den Sauerstoff. Beispielsweise werden bei der Verwendung von Erdgas ca. 8 Vol-%, bei Propan ca.
2.5 Vol-% und bei Heizöl ca. 2.5 Gew-% als Düsenschutzmedium eingesetzt.
Über die übliche Rate von Düsenschutzmedium hinaus, werden erfindungsgemäß weitere Brennstoffe, in erster Linie Heizöl, zusammen mit dem Sauerstoff verbrannt. Dabei wird während der Schrottvorheizphase ein Brennstoff/Sauerstoff-Verhältnis eislgestellt, das sich aus der stöchiometrischen Verbrennung zu CO2 und H20 ergibt. Als Richtwert gilt etwa 3 Nm3 Sauerstoff pro kg Öl: Die bevorzugte Zugabemethode für den Brennstoff, hauptsächlich Heizöl, besteht darin, es durch Düsen in den Konverter zu transportieren. Normalerweise bestehen diese Düsen aus zwei konzentrischen Rohren, wobei Sauerstoff durch das Zentrairohr strömt und die Kohlenwasserstoffe durch den Ringspalt geführt werden.
Diese Art der Zufuhr von Brennstoff und Sauerstoff durch die Bodendüsen im OBM-Konverter hat sich hinsichtlich der Energieausnutsung und demzufolge der Wirtschaftlichkeit besonders bewährt.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch besondere Sauerstoffeinleitungsdüsen verwendet werden, die nicht wie üblich aus zwei konzentrischen Rohren aufgebaut sind, sondern zusätzlich ein zentrales Zuführungsrohr zum Einleiten von Brennstoff besitzen. Als Brennstoffe kommen gasförmige und /oder flüssige Kohlenwasserstoffe oder auch staubförmige Kohle infrage. Der Sauerstoff umströmt dann das zentrale Brennstoffeinleitungsrohr, und die Kohlenwasserstoffe zum Düsenschutz werden in der üblichen oder einer gesteigerten Menge durch den äußeren Ringspalt der Düse geleitet.
Die Sauerstoffeinleitungsdüsen befinden sich normalerweise in der mittleren Zone der OBM-Konverterböden. Sie sind also während des Schrottvorheizens, das selbstverständlich in aufrechter Konverterlage (Friscposition) erfolgt, von dem chargierten Schrott, einschließlich dem zugegebenen Koks, abgedeckt.
Bei Verwendung der Sauerstoffeinleitungsdüsen als Brenner bildet sich die Flamme im wesentlichen nahe dem Boden, also im unteren Bereich der Schrottsäule, aus. Durch diese Maßnahme, verbunden mit dem Koksanteil im Schrott, verhindert man überraschenderweise, trotz intensiver Beheizung, die Oxidation des Eisens nahezu vollständig und erreicht einen guten Wärmeübergang, d.h. einen hohen Ausnutzungsgrad der zugeführten Brennstoffe.
Die Heizzeit von etwa 5 min, in der pro Tonne Stahl (Gewicht der fertigen Stahlschmelze) etwa 30 Nm3 Sauerstoff und 10 1 leichtes Heizöl eingeblasen werden, reicht aus, um den Schrottsatz bei einer konstanten Roheisç zusammensetzung von ca. 0.27 auf 0.47 % zu erhöhen. Grundsätzlich kann für das Vorheizen jede beliebige Schrottqualität herangezogen werden. Gerade die relativ billigen, stark verölten Schrottsorten, z. B. Blechpakete, zusammen mit anderem üblichen Mischschrott, können genauso eingesetzt werden wie hochwertiger Schrott, sogenannter Blauschrott. Durch entsprechende Einstellung der Sauerstoff-und Brennstoffmengen an den Sauerstoffeinleitungsdüsen hat man es in weiten Bereichen in der Hand, für eine gleichmäßige Wärmeverteilung und geringe Eisenverbrennungsrate zu sorgen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können ansteLle von Schrott andere Materialien, deren Anteil an metallischem Eisen hoch ist, normalerweise über 80 X, auf die gleiche Weise vorgeheizt werden. So kann der Schrott durch vorreduzierte Pellets und Eisenschwamm teilweise oder vollständig ersetzt werden. Dabei erzielt man die besten Ergebnisse, wenn die Pellets zu Briketts verpreßt vorliegen. Die bekannte Oxidationsfreudigkeit dieser Stoffe läßt sich durch einen Kokszusatz von ca. 80 kg/t vorreduzierter Pellets bzw. Eisenschwamm in ausreichendem Maße beherrschen. Die Oxidationsverluste liegen unter 5 Ge-%.
Obwohl normalerweise der im Vergleich zu den vorreduzierten Pellets und Eisenschwamm billigere Schrott als Eisenträger vorgezogen wird, gibt es in einigen Stahlwerken besonders günstige Versorgungsbedingungen für Pellets bzw. Eisenschwamm, und insbesondere als Zusatzmengen, beispielsweise zum Gewichtsausgleich in den Schrottmulden, hat sich der Einsatz der einfach zu handhabenden Pellets bewährt. Es können weiterhin Pellets und Eisenschwamm in vorteilhafter Weite lückenfüllend bei stückigem Schrott eingesetzt werden. Durch derartige Mischungen von Schrott und Pellets läßt sich das Konvertervolumen beim Vorheizen in optimaler Weise ausnutzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, eine Schrottsatzerhöhung von mindestens 10 %-Punkte bis etwa 50 %-Punkte bei Schrottvorheizzeiten bis zu 15 min einzustellen. Diese kurze Schrottaufheizzeit bewirkt eine Stahlproduktionserhöhung mit einer vorgegebenen Roheisenproduktionsanlage. Unter besonderen Bedingungen, z. B. bei geringer Roheisenmenge, wurde das Verfahren auch in der Form angewendet, daß etwa 800 kg Schrott/t Stahl im Konverter in der erfindungsgemäßen Weise vorgeheizt bzw. vorgeschmolzen wurden, dann etwa 300 kg flüssiges Roheisen zugegeben und die Schmelze innerhalb von 4 min zu Ende gefrischt wurde.
Nach der Schrottvorheizperiode wird der Konverter aus seiner senkrechten Blasstellung zurück in die Chargierposition gedreht und das Roheisen auf übliche Weise in den Konverter gefüllt. Daran anschließend wird die Stahlcharge fertiggefrischt.
Die Frischzeiten betragen etwa 8 bis 10 min.
In einem typischen 60 t-OBM-Konverter mit ungefähr kugelförmigem Querschnitt und einem Konvertervolumen von 0.8 m3/t Stahl, ist Roheisen mit einer Zusammensetzung von 3.5 % Kohlenstoff, 0.8 % Silizium, l % Mangan, 1.6 % Phosphor normalerweise in einem Verhältnis von 46 t Roheisen zu 19 t Schrott in einer Chargenfolgezeit von 35 min zu 60 t Stahl mit einer Zusammensetzung von 0.03 % Kohlenstoff, 0.10 % Mangan, 0.025 % Phosphor gefrischt worden. In den gleichen Konverter sind gemäß der Erfindung 33 t Schrott zusammen mit etwa 1.6 t Koks chargiert und in 6 min vorgeheizt worden. Es kamen während der Vorheizzeit 1200 1 Heizöl und 3000 Nm3 Sauerstoff zum Einsatz. Die Schrottmenge konnte bei gleichem Stahlausbringen durch das Vorheizen auf 33 t gesteigert und die Roheisenmenge auf 33 t zurückgenommen werden. Die Chargenfolgezeit vergrößerte sich lediglich um die Vorheizzeit von 6 min.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich in der Praxis als zweckmäßig herausgestellt, mit zunehmender Schrottheizzeit und damit gleichlaufend zunehmender Erhöhung des Schrottsatzes, den Koksanteil pro Tonne Schrott, der mit in den Konverter chargiert wird, ebenfalls heraufzusetzen. So chargiert man bei einer Schrottsatzerhöhung um 10 %-Punkte ungefähr 20 kg Koks/t Schrott und steigert diesen Koksanteil etwa linear bis auf 100 kg/t Schrott bei einer Schrottsatzerhöhung von etwa 60 %-Punkten.
Bei den hohen Schrottsätzen, die nur noch sehr geringe Roheisenmengen von beispielsweise 200 bis 300 kg/t Stahl erfordern, wird es nach den üblichen Betriebserfahrungen problematisch, das flüssige Roheisen in den zum Teil aufgeschmolzenen Schrott mit hohem Oxidationspotential zu chargieren. Überraschenderweise konnten die erwarteten Schwierigkeiten, beispielsweise in Form von Kocherscheinungen und Spritzerii, durch die angegebene Kokszugabe vollkommen vermieden werden.
Es liegt im Sinne der Erfindung, den Wirkungsgrad des Schrottvorheizens durch den Einbau von Sauerstoffeinleitungsdüsen im oberen Teil des Konverters zu verbessern. Diese Düsen sind ebenfalls in der feuerfesten Ausmauerung eingebaut und im wesentlichen so aufgebaut wie die Sauerstoffeinleitungsdüsen unterhalb der Badoberfläche. Sie werden während des Schrottvorheizens als Brenner betrieben, jedoch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese Düsen mit einem über dem stöchiometrischen Verhältnis liegenden Sauerstoffsatz zu betreiben, wobei der Sauerstoffüberschuß während des gesamten Heizprozesses vorteilhafterweise gesteigert werden soll. Durch den Sauerstoffüberschuß kann eine Nachverbrennung der Abgase im oberen Konverterrauu erreicht werden, die wiederum den Ausnutzungsgrad der Brennstoffe verbessert. Hauptsächlich gegen Ende der Schrottvorheizperiode nimmt der CO-Anteil im Abgas zu, und durch die Sauerstoffzufuhr im Konverterhut kann das CO zum größten Teil verbrannt werden. Somit stellen diese Sauerstoffeinleitungsdüsen meistens genügen 2 Stüçk, eine sinnvolle Abrundung des Verfahrens zur Schrottsatzerhöhung dar.
Die Düsen oberhalb der Badoberfläche einer fertiggefrischten Schmelze, können wie beschrieben im Hutbereich des Konverters oder direkt oberhalb des Badspiegels in der Konverterseitenwand eingebaut werden. Es hat sich bei der Verwendung derartiger Düsen, die etwa in einer Ebene zwischen 1 m bis 1.50 m oberhalb des Bodens in Drehzapfennähe der Konverterwand angebracht sind, gezeigt, daß über einen längeren Zeitraum während der Schrottvorheizphase, eine Verbrennung zu C02 und H20 aufrechtzuerhalten ist als mit den Bodendüsen. Die Seitenwanddüsen direkt oberhalb der Badoberfläche ermöglichen demzufolge einmal eine Verbesserung der Brennstoffausnutzung beim Schrottvorheizen und zum anderen dienen sie einer gleichmäßigeren Brennstoffzufuhr über den gesamten Konverterinnenraum. Insbesondere wirken sich diese Vorteile aus, wenn das Schrottvorheizen über längere Zeit, d.h. mit dem Ziel größerer Schrottsatzerhöhungen und bis hin zur Teilverfliissung des Schrottes, geführt wird. Diese Verfahrensweise liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der-vorliegenden Erfindung ist es jedoch von wesentlicher Bedeutung, die Aufheizphase zur Schrottsatzerhöhung in kurzer Zeit durchzuführen, um einmal die angestrebte Produktionserhöhung zu erreichen und zum anderen die Oxidation des Schrottes beim Vorheizen so klein wie möglich zu halten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Erhöhung des Schrottanteiles bei der Stahlerzeugung aus flüssigem Roheisen und Schrott in einem bodenblasenden Sauerstoff-Konverter, d. h. einem Konverter, der Düsen zum Einleiten von Sauerstoff mit Kohlenwasserstoffummantelung unterhalb der Badoberfläche in der feuerfesten Ausmauerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Schrott und/oder vergleichbare Eisenträger, wie z.B. vorreduzierte Pellets oder Eisenschwamm, zusammen mit ca.

10 bis 100 kg Koks und/oder anderen festen Kohlenstoffträgern pro Tonne Schrott in den Konverter chargiert werden und daß durch die Sauerstoffeinleitungsdüsen zusätzlich zu der üblichen Kohlenwasserstoffrate für den Düsenschutz < 10 Gew-%, bezogen auf den Sauerstoff, Brennstoffe in den Konverter geleitet werden und die gesamten Heizmittel mit einer Sauerstoffblasrate zwischen etwa 2 bis 10 m3/min, bezogen auf 1 t Schrott, verbrannt, anschliessend an diese Schrottheizzeit flüssiges Roheisen chargiert und aus diesem Konvertereinsatz eine Stahlschmelze gefrischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Sauerstoffeinleitungsdüsen zugeführte Brennstoff Heizöl oder Schweröl ist und die zugeführte 3 Menge etwa 0.3 1/Nm3 Sauerstoff entspricht.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Heizöl als Brennstoff durch die Sauerstoffeinleitungsdüsen in einer Menge bis zu ca. 20 l/t Schrott zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet1 daß während der Vorheizzeit der OBM-Konverter senkrecht steht, also seine übliche Frischposition einnimmt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1*, dadurch gekennzeichnet, daß mit zunehmender Schrottsatzerhöhung bzw. mit steigender Schrottheizzeit die mit dem Schrott chargierte Koksmenge ebenfalls erhöht wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der feuerfesten Konverterausmauerung oberhalb des Stahlbadspiegels in einer oder mehreren Ebenen zusätzliche Düsen angebracht sind, durch die Sauerstoff und/oder sauerstoffhaltige Gase sowie Kohlenwasserstoffe in den Konverter eingeführt werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Düsen im oberen Konverterbereich, vorzugsweise im oberen Konverterkonus, Sauerstoff in einer Menge strömt, die größer ist als sie zur stöchiometrischen Verbrennung der gleichzeitig zugeführten, brennbaren Substanzen benötigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffüberschuß während des Aufheizprozesses erhöht wird.