DE2729982C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung des Schrottanteils bei der Stahlerzeugung aus flüssigem Roheisen und Schrott in einem nach dem Sauerstoffdurchblas- Verfahren arbeitenden Konverter, bei dem der Schrott mit­ tels unterhalb der Badoberfläche in der feuerfesten Ausmauerung angeordneter Düsen zum Einleiten von Sauerstoff mit einer über den Düsenschutz in Höhe von <10 Gew.-% Koh­ lenwasserstoffe, bezogen auf den Sauerstoff, hinausgehenden Brennstoffmenge vorgeheizt und anschließend flüssiges Roheisen chargiert und aus diesem Konvertereinsatz eine Stahlschmelze gefrischt wird.

Beim Stahlfrischen mit Sauerstoff in den üblichen Konverteranlagen wird bekanntermaßen die durch die exothermen Frischreaktionen freiwerdende Energie zum Einschmelzen von Kühlschrott verwendet. Demzu­ folge bestimmt die Zusammensetzung des flüssigen Roheisens im wesentlichen den Schrottanteil. Beispiels­ weise 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 wie auch im nach dem Sauerstoffdurchblas- Verfahren arbeitenden Konverter etwa gleich groß.

Es ist ein bekanntes Anliegen der Stahlindustrie, den Schrotthandel, weitgehend unabhängig von der Rohei­ senzusammensetzung, bei der Stahlproduktion im Konverter zu erhöhen. Durch den verstärkten Schrott­ einsatz 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 Kühlschrott­ menge hinaus im Konverter durch externe Energiezu­ fuhr Schrott einzuschmelzen.

Wegen der genannten Zusammenhänge 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 Schrott­ verbrauches 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 Rohstoffversor­ gung, 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 der Schrott und/oder vergleichbare Eisenträger, wie vorreduzierte Pel­ lets oder Eisenschwamm, zusammen mit 10 bis 100 kg Koks und/oder anderen festen Kohlenstoffträgern pro Tonne Schrott in den Konverter chargiert werden und die gesamten Heizmittel mit einer Sauerstoffblasrate zwischen 2 bis 10 Nm³/min., bezogen auf 1 t Schrott, verbrannt werden.

Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, wie es in wirtschaftlicher Weise bei der Stahlherstellung im nach dem Sauerstoffdurchblas-Verfahren arbeitenden Kon­ verter möglich ist, den Schrottsatz wesentlich, d. h. um mindestens 10%-Punkte (z. B. von 30 auf 40%) zu steigern, 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 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 Konverter der Schrottsatz von 25% auf 50% erhöht.

Nach dem Chargiervorgang beaufschlagt man den Konverter mit Sauerstoff durch die Sauerstoffeinlei­ tungsdüsen, die bei dem nach dem Sauerstoffdurchblas-Verfahren arbeitenden 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 Düsen­ schutz 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 eingestellt, das sich aus der stöchiometrischen Verbrennung zu CO₂ und H₂O ergibt. Als Richtwert gilt 0,3 l Öl pro Nm³ Sauerstoff.

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 Zentralrohr strömt und die Kohlenwasserstoffe durch den Ringspalt geführt werden. Diese Art der Zufuhr von Brennstoff und Sauerstoff durch die Bodendüsen im nach dem Sauerstoffdurch­ blas-Verfahren arbeitenden Konverter hat sich hinsicht­ lich der Energieausnutzung und demzufolge der Wirtschaftlichkeit besonders bewährt.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch besondere Sauerstoffeinlei­ tungsdüsen 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 nor­ malerweise in der mittleren Zone der Konverterböden. Sie sind also während des Schrottvorheizens, das selbstverständlich in aufrechter Konverterlage (Frisch­ position) erfolgt, von dem chargierten Schrott, ein­ schließlich 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 überraschender­ weise, 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 l leichtes Heizöl eingeblasen werden, reicht aus, um den Schrottsatz bei einer konstanten Roheisenzusammensetzung 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 üblichem Misch­ schrott, können genauso eingesetzt werden wie hochwertiger Schrott, sogenannter Blauschrott. Durch entsprechende Einstellung der Sauerstoff- und Brenn­ stoffmengen an den Sauerstoffeinleitungsdüsen hat man es in weiten Bereichen in der Hand, für eine gleichmäßige Wärmeverteilung und geringe Eisenver­ brennungsrate zu sorgen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können an Stelle von Schrott andere Materialien, deren Anteil an metallischem Eisen hoch ist, normalerweise über 80%, 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 ausrei­ chendem Maße beherrschen. Die Oxidationsverluste liegen unter 5 Gew.-%.

Obwohl normalerweise der im Vergleich zu den vorreduzierten Pellets und Eisenschwamm billigere Schrott als Eisenträger vorgezogen wird, gibt es in einigen Stahlwerken besonders günstige Versorgungs­ bedingungen 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 Weise 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 be­ sonderen 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. vorge­ schmolzen 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.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens 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 Schrottsatz­ erhöhung 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. Überra­ schenderweise konnten die erwarteten Schwierigkeiten, beispielsweise in Form von Kocherscheinungen und Spritzern, durch die angegebene Kokszugabe vollkom­ men vermieden werden.

Es liegt im Sinne der Erfindung, den Wirkungsgrad des Schrottvorheizens durch den Einbau von Sauerstoff­ einleitungsdüsen im oberen Teil des Konverters zu verbessern. Diese Düsen sind ebenfalls in der feuerfe­ sten Ausmauerung eingebaut und im wesentlichen so aufgebaut wie die Sauerstoffeinleitungsdüsen unterhalb der Badoberfläche. Sie werden während des Schrottvor­ heizens als Brenner betrieben, jedoch hat es sich als vorteilhaft erwiesen diese Düsen mit einem über dem stöchiometrischen Verhältnis liegenden Sauerstoffzu­ satz zu betreiben, wobei der Sauerstoffüberschuß während des gesamten Heizprozesses vorteilhafterweise gesteigert werden soll. Durch den Sauerstoffüber­ schuß kann eine Nachverbrennung der Abgase im oberen Konverterraum 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 Stück, eine sinnvolle Abrundung des Verfahrens zur Schrott­ satzerhöhung 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 Kon­ verterwand angebracht sind, gezeigt, daß über einen längeren Zeitraum während der Schrottvorheizphase, eine Verbrennung zu CO₂ und H₂O 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 gleichmäßigen Brennstoffzufuhr über den gesamten Konverterinnenraum. Insbesondere wirken sich diese Vorteile aus, wenn das Schrottvorheizen über längere Zeit, d. h. mit dem Ziel größerer Schrottsatzer­ höhungen und bis hin zur Teilverflüssigung 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 Schrott­ satzerhöhung 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 (6)

1. Verfahren zur Erhöhung des Schrottanteiles bei der Stahlerzeugung aus flüssigem Roheisen und Schrott in einem nach dem Sauerstoffdurchblas-Verfahren arbeitenden Konverter, bei dem der Schrott mittels unterhalb der Badoberfläche in der feuerfesten Ausmauerung ange­ ordneter Düsen zum Einleiten von Sauerstoff mit einer über den Düsenschutz in Höhe von <10 Gew.-% Kohlen­ wasserstoff, bezogen auf den Sauerstoff, hinausgehenden Brennstoffmenge vorgeheizt und anschließend flüssi­ ges Roheisen chargiert und aus diesem Konvertereinsatz eine Stahlschmelze gefrischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrott und/oder vergleichbare Eisenträger, wie vorreduzierte Pellets oder Eisenschwamm, zu­ sammen mit 10 bis 100 kg Koks und/oder anderen festen Kohlenstoffträgern pro Tonne Schrott in den Konverter chargiert werden und die gesamten Heizmittel mit einer Sauerstoffblasrate zwischen 2 bis 10 Nm³/min., bezogen auf 1 t Schrott, verbrannt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Sauerstoffeinleitungsdüsen zugeführte Brennstoff Heizöl oder Schweröl ist und die zugeführte Menge 0,3 l/Nm³ Sauerstoff entspricht.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Heizöl als Brennstoff durch die Sauer­ stoffeinleitungsdüsen in einer Menge bis zu 20 l/t Schrott zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch in der feuer­ festen Konverterausmauerung oberhalb des Stahlbadspie­ gels in einer oder mehreren Ebenen angeordnete Düsen Sauerstoff und/oder sauerstoffhaltige Gase sowie Koh­ lenwasserstoffe in den Konverter eingeführt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Düsen im oberen Konverterbereich, vorzugsweise im oberen Konver­ terkonus, Sauerstoff in einer Menge strömt, die größer ist als sie zur stöchiometrischen Verbrennung der gleichzeitig zugeführten, brennbaren Substanzen benö­ tigt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffüberschuß während des Aufheizprozesses erhöht wird.