DE2738273A1 - Frischverfahren mit sauerstoffeinblasung - Google Patents

Description

DR.-ING. EUGEN MAIER DR.-ING. ECKHARD WOLF PATE NTANWALTE

DRESDNER BANK AQ TELEFON: (O711) 2« 27O1/3 STUTTGART NR. 193O334

TELESRAMME: mentor 7 STUTTGART 1, PiSCHEKSTR. 19 Postscheck stgt. asaoo-7oe

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INSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE FRANCAISE

185, rue President Roosevelt Saint-Germain-en-Laye, Yvelines (Frankreich)

Frischverfahren mit Sauerstoffeinblasung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Frischen der Schmelze eines bodenblasenden Konverters, in die ein stark oxidierendes Frischgas, beispielsweise im wesentlichen reiner Sauerstoff eingeblasen wird.

Verfahren zur Erzeugung von Stahl, bei denen zum Frischen im wesentlichen reiner Sauerstoff verwendet wird, der mittels Düsen in den Boden des Konverters eingeblasen wird, sind seit langer Zeit bekannt. Eines der vorrangigsten Probleme, um das Verfahren im industriellen Bereich wirtschaftlich einsetzen zu können, ist hierbei die Frage des Verschleißes der Düsen, die beim Einblasen von praktisch reinem Sauerstoff sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind.

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Allen bislang unternommenen Versuchen, die Düsen vor einem vorzeitigen Verschleiß zu schützen, liegt der Gedanke zugrunde, einen Stoff einzuleiten, der bei seinem Eintritt in den Konverter eine starke endotherme Reaktion auslöst, die eine nachhaltige örtliche Abkühlung bewirkt. Dieser flüssige oder gasförmige Stoff wird üblicherweise durch eine Düse mit kreisringförmigem Querschnitt eingeleitet, die den Frischgasstrahl umgibt und so um diesen gewissermaßen einen Schutzvorhang bildet. An Stoffen dieser Art wurden mit Erfolg schon flüssige Kohlenwasserstoffe verwendet, sowie auch Gase wie beispielsweise Propan und Butan, und in neuerer Zeit verflüssigtes Kohlensäureanhydrid. Bei Verwendung der erstgenannten flüssigen und gasförmigen Stoffe erfolgt die Abkühlung am vorderen Ende der Düsen aufgrund einer Zerfallsreaktion dieser Stoffe. Kohlensäureanhydrid ist ebenfalls einem endothermen Zerfall unterworfen; dieser Vorgang wird aber auch noch von einer in der Düsenebene erfolgenden Verdampfung begleitet. Im Verhältnis zu flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen weist Kohlensäureanhydrid verschiedene Vorteile und insbesondere den Vorteil auf, daß in den Konverter kein Wasserstoff gelangt, der sich in der Metallschmelze höchst nachteilig auswirkt. Der Verwendung von Kohlensäureanhydrid stehen jedoch einige praktische Schwierigkeiten im Wege, da Kohlensäure-

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anhydrid unter den gegebenen Bedingungen sehr leicht aus dem flüssigen Zustand in einen gemischt festen und gasförmigen Zustand übergeht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer der Düsen eines bodenblasenden Konverters zu erhöhen und damit den Betrieb eines Konverters dadurch zu verbessern, daß ein eine Abkühlung der Düsen bewirkender Stoff Verwendung findet, der die Nachteile der seither verwendeten Stoffe nicht aufweist.

Bei der Suche nach einem solchen Stoff durfte jedoch der Gesichtspunkt nicht aus den Augen gelassen werden, daß dieser Stoff gleichzeitig dazu geeignet sein sollte, den Frischprozeß günstig zu beeinflussen.

Diese Aufgabe wird bei Durchführung des vorgenannten Verfahrens, bei dem in die Schmelze eines bodenblasenden Konverters durch die zentrale Bohrung mindestens einer Doppeldüse ein stark oxidierendes Frischgas eingeblasen wird, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß durch eine die zentrale Bohrung der Doppeldüse ringförmig umschließende Düse im wesentlichen reiner Sauerstoff in flüssiger Form eingespritzt wird. Die Menge des in flüssiger Form eingespritzten Sauerstoffs beträgt hierbei

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vorteilhafterweise zwischen 0,2 und 0,5 kg je Nm gasförmiger Sauerstoff. Der Druck, unter dem der flüssige Sauerstoff eingespritzt wird, beträgt vorteilhafterweise zwischen 1 und 40 at und seine Temperatur vorteilhafterweise zwischen 80 und 140 °K.

Der durch die ringförmige Düse eingespritzte flüssige Sauerstoff erfüllt hierbei zwei Funktionen. Einerseits bindet er beim Eintritt in den Konverter aufgrund seiner Verdampfung eine ausreichend große Zahl von Kalorien, um eine wirksame Temperatursenkung der Düse zu bewirken, und andererseits bewirkt er in Verbindung mit dem gasförmig eingeblasenen Sauerstoff das Frischen der Metallschmelze.

Auf diese Weise werden in die Metallschmelze keine schädlichen bzw. dem Frischverfahren abträglichen Stoffe, und nicht einmal unnötige, das Frischverfahren und die Stahlerzeugung insgesamt nur belastende Stoffe eingeleitet. Dies bedeutet gegenüber der Verwendung von Kohlenwasserstoffen und flüssigem Kohlensäureanhydrid einen beträchtlichen Vorteil. Die Verwendung von flüssigem Sauerstoff schließt es aus, daß in die Metallschmelze störende Verunreinigungen, wie z.B. Schwefel oder Stickstoff gelangen, weichletzterer, obwohl er gelegentlich bei Spezialverfahren

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Verwendung findet, die Bruchgefahr eines Fertigcrzeugnisses erhöht. Darüber hinaus ist bei der Verwendung von Sauerstoff, im Gegensatz zur Verwendung von Kohlenwasserstoffen, keine Möglichkeit einer Zerfallsreaktion und damit des Eintritts von Kohlenstoff in die zu frischende Metallschmelze gegeben. Man benötigt bei dem crfindungsgemäfien Verfahren somit auch keinen zusätzlichen Sauerstoff, um den mit dem Kühlmittel in die Schmelze gelangenden Kohlenstoff zu reduzieren, und erhält so einen Stahl mit einem sehr niedrigen Kohlenstoffgehalt. Außerdem gelangt auf diese Weise auch kein als Verunreinigung störender Wasserstoff in die Metallschmelze, wie dies bei der Zersetzung von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen der Fall ist.

Gegen die Verwendung von flüssigem Sauerstoff als Kühlmittel mußten insofern gewisse Bedenken bestehen, als seine Verdampfungswärme geringer ist als diejenige von flüssigem Kohlensäureanhydrid. Die Verdampfungswärmo von Kohlensäureanhydrid beträgt 0,065 · ¹⁰ c^ai je Kilogramm und, um von der Verdampfungstemperatur bis zu einer Tem-

peratur von 1.600 ⁰C, der mittleren Temperatur des Schmelzbades, zu gelangen, werden ungefähr 1,99 ♦ 1° cal je Kilogramm benötigt. Demgegenüber werden, um 1 Kilogramm

/ aufgrund seiner Dissoziationsenergie

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flüssigen Sauerstoff zu verdampfen und auf eine Temperatur von 1.600 ⁰C zu erwärmen, nur 0,501 . 10 cal je kg benötigt. Daraus würde sich ergeben, daß zur Erzielung desselben Kühlungseffektes gegenüber der Menge Kohlensäureanhydrid eine viermal größere Menge flüssiger Sauerstoff benötigt wird. In Wirklichkeit verhält es sich jedoch so, was auch die Versuche der Anmelderin bestätigt haben, daß die Dissoziation von Kohlensäureanhydrid nicht im Bereich der Düsen und insbesondere am vorderen Ende der Düsen erfolgt, sondern erst im diffundierten Zustand in der Metallschmelze. Daraus ergibt sich, daß zur Erzielung desselben Kühlungseffektes die Menge flüssiger Sauerstoff zwar größer ist als diejenige von Kohlensäureanhydrid, aber nicht in den Verhältnissen, die man bei einem Gas erwarten könnte, bei dem die endotherme Reaktion nur aufgrund der Verdampfung erfolgt. Darüber hinaus verbraucht i die im Schmelzbad erfolgende Zersetzung des Kohlensäure- , anhydride Energie und vermindert somit die Menge an kühlenden Zuschlägen, wie z.B. Schrott, den man während des Frischprozesses unter nicht zu vernachlässigenden '■

Umständen in die Schmelze einbringen kann.

Berücksichtigt man die Tatsache, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden wird, daß ein Teil des eingeblasenen gasförmigen Sauerstoffs bei Nebenreaktionen

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verbraucht wird, daß flüssiger Sauerstoff zusätzlich zu dem Kühleffekt einen Beitrag zum Frischen des Metalls leistet, daß das thermische Gleichgewicht des Frischprozesses nicht gestört wird, daß das Einschmelzen von Schrott in größeren Mengen möglich ist und schließlich auch die Beschaffungskosten von flüssigem Sauerstoff geringer sind als diejenigen von Kohlensäureanhydrid, so ist das erfindungsgemäße Verfahren anderen Verfahren auch in wirtschaftlicher Hinsicht überlegen.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere mittels bekannter Doppeldüsen erfolgen, die eine axiale Bohrung für das Einblasen von gasförmigem Sauerstoff und einen diese Bohrung umschließenden Ringkanal zum Einbringen des Kühlmittels aufweisen, wobei die Durchsätze durch die so gebildeten Teildüsen aufeinander abgestimmt werden. Diese Düsen weisen im allgemeinen zwei konzentrische, einen Ringkanal bildende Hohlzylinder auf, wobei an der Innenfläche des äußeren Hohlzylinders Vorsprünge für die koaxiale Verankerung des inneren Hohlzylinders vorgesehen sind. Die beiden Hohlzylinder können auch nur wenig unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei an der Innenflüche des äußeren Hohlzylinders und gegebenenfalls an der Außenfläche des inneren Hohlzylinders Rillen für den Durchfluß der Schutzflüssigkeit vorgesehen sind.

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Ein bodenblasender Konverter weist im allgemeinen eine Mehrzahl solcher Düsen auf, wobei die Zahl dieser Düsen dem Fassungsvermögen des Konverters angepaßt ist.

Bei einer praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden je Tonne geschmolzenen Metalls in einer Minute ungefähr 4 bis 6 Nm gasförmiger Sauerstoff eingeblasen. Der flüssige Sauerstoff wurde unter einem Druck zwischen 1 und 40 at bei einer Temperatur zwischen 80 und 140 K eingespritzt, wobei sowohl die Temperatur als auch der Druck so gewählt wurden, daß der Sauerstoff bis zum Verlassen der Düse sich im flüssigen Zustand befindet. Um einen sicheren Schutz der Düsen zu gewährleisten, betrug die Menge an flüssigem Sauerstoff zwischen 0,2 bis 0,5 kg je Nm eingeblasener gasförmiger Sauerstoff. Diese Menge entspricht etwa der Menge an Kohlensäureanhydrid, die unter den gleichen Bedingungen benötigt wird, und ist nur gelegentlich etwas größer als diese.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ohne zusätzliche spezielle Anpassungsmaßnahmen bei allen bodenblasenden Konvertern angewandt werden und führt zu sehr günstigen Ergebnissen sowohl was die Freiheit des erzeugten Stahls von Verunreinigungen, wie z.B. Schwefel, Stickstoff und Wasserstoff, als auch was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens anbelangt.

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Claims (3)

Λ 12 099 14.8.1977 i - kt Patentansprüche

1. Verfahren zum Frischen der Schmelze eines bodenblasenden Konverters, in die durch die zentrale Bohrung mindestens einer Doppeldüse ein stark, oxidierendes Frischgas, z.B. im wesentlichen reiner Sauerstoff eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in eine die zentrale Bohrung umgebende Ringdüse im wesentlichen reiner Sauerstoff in flüssiger Form eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Menge des in flüssiger Form eingeleiteten Sauerstoffs zwischen 0,2 und 0,5 kg je Nm gasförmiger Sauerstoff beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e *· kennzeichnet , daß der Druck des flussigen Sauerstoffs zwischen 1 und 40 at und seine Temperatur zwischen 80 und 140 ⁰K beträgt.

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