DE2755165B2 - Verfahren zur Erhöhung des Schrottsatzes bei der Stahlerzeugung - Google Patents
Verfahren zur Erhöhung des Schrottsatzes bei der StahlerzeugungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung des Schrottsatzes bei der Stahlerzeugung aus
flüssigem Roheisen und Schrott, bei dem in einem Konverter von oben und von unten gleichzeitig
Sauerstoff eingeblasen wird.
Stahl wird heute zum größten Teil unter Verwendung von technisch reinem Sauerstoff in Konvertern mit
einem Fassungsvermögen von ca. 301 bis ca. 400!
hergestellt. In der Betriebspraxix haben sich zwei grundsätzlich verschiedene Konverter-Frischmethoden
durchgesetzt, Zum einen handelt es sich um das Sauserstoff-Aufblas-Verfahren und zum anderen um das
Sauerstoffdurchlbas-Verfahren.
fahren eine wassergekühlte Kupfer-Lanze, die in den
Konverter ragt und durch die der Sauerstoff, mit und ohne Kalkbeladung, auf die Schmelze geblasen wird. Mit
sinkendem Kohlenstoffgehalt in der Schmelze laufen die Reaktionen zwischen Sauerstoff und den Eisenbegleiterm, insbesondere Kohlenstoff, langsamer ab, und
damit verringert sich die Badbewegung, die im wesentlichen den Konzentrationsausgleich innerhalb
der Schmelze bewirkt
ίο Das Sauerstoffdurchblas-Verfahren wendet Sauerstoffeinieitungsdüsen mit Kohlenwasserstoffummantelung an, die unterhalb der Badoberfläche in der
Konverterausmauerung angeordnet sind. Der Frischsauerstoff wird mit den erforderlichen Schlackenbildern
beladen, und durch das Einleiten sämtlicher Reaktionspartner in die Schmelze kommt es im Konverter zu
optimalen Bedingungen für die Reaktionstechnik, wobei auch gegen Ende der Frischreaktion et s starke
Badbewegung vorhanden ist Demgemäß ergeben sich
erhebliche wirtschaftliche und metallurgische Vorteile
beim Stahlfrischen.
Ein wirtschaftlich bedeutungsvoller Unterschied zwischen den beiden Stahl-Frischverfahren liegt darin,
daß etwa 3%-Punkte Schrott also 30 kg/t Stahl, beim
Sauerstoffaufblas-Verfahren mehr geschmolzen werden können als beim Sauerstoffdurchblas-Verfahren.
Es hat in der Vergangenheit nicht an Vorschlägen gefehlt, einzelne Nachteile der beiden Sauerstoff-Konverter-Frischverfahren abzustellen. In diesem Zusam-
menhang sind auch Vorschläge bekanntgeworden, die Sauerstoff-Aufblas- und Sauerstoff-Durchblastechnik
für spezielle Zielvorstellung miteinander zu verknüpfen. Das österreichische Patent 1 68 590 behandelt beispielsweise die Möglichkeit zusätzlich zur Aufblaslanze
ein stickstofffreies Rührgas durch eine Seitenwanddüse unterhalb der Badoberfläche in den Konverter zu leiten,
um die mangelnde Badbewegung zu verbessern. Als Nachteil dieses Verfahrens ergibt sich aber, daß das
Rührgas der Schmelze Wärme entzieht und somit die
Das US-Patent 30 30 203 beschreibt ein Verfahren, bei dem zunächst mit einer üblichen Lanze auf die
Schmelze geblasen wird und dann durch entsprechende Konverterdrehung die Lanze in die Schmelze eintaucht.
Nachteilig macht sich bei diesem Verfahren der Wärmeentzug der Schmelze durch die wassergekühlte
Lanze bemerkbar und zum anderen führen die konzentriert eingeleitetem, hohen Sauerstoffmengen zu
einem starken Spritzen und verstärktem Konverteraus-
w wurf.
In einer weiteren US-Patentschrift 32 59 484 kombiniert man die Sauerstoff-Aufblaslanze mit einem
Konverterboden aus porösem Feuerfest-Material, durch den Sauerstoff in die Schmelze eingeleitet wird.
« Nach dem heutigen Stand der Kenntnis führt das Einleiten von Sauerstoff durch poröse Steine zu einer
sehr kurzen Lebensdauer dieser Böden von nur einigen Schmelzen.
*o einem Verfahren, das die Anwendung einer Lanze,
insbesondere einer Mehrlochlanze, mit Bodendüsen nach Art der Sauerstoff-.Kohlenwasssrrnaritelgas-Durchblasstoff-Technik kombiniert. Das Einblasen von
oben und unten geschieht dabei in verschiedenen
*>r> Badzonen. Es wird beispielsweise in der ersten
Frischphase, vorzugsweise der Entsilizicrungsperiode, nur durch die Bodendüsen Sauerstoff in die Schmelze
eingeleitet, und anschlieöend, nach etwa 3 min Rla.sezeit,
führt man die Lanze in den Konverter und bläst
Sauerstoff auf das Bad, Das Ziel dieser Technik ist es, harte Stähle, d. h. kohlenstoffreiche Stahle mit ausreichend niedrigen Phosphorgebalten, herzustellen. Dem
durch die Lanze zugeführten Sauerstoff kommt dabei hauptsächlich die Aufgabe zu, den FeO-Gehalt der
Schlacke als Voraussetzung für eine möglichst weitgehende Entphosphorungsreaktion zu erhöhen. Gleichzeitig soll die Entstehung von braunem Rauch vermindert
werden.
Die deutsche Offenlegungsschrift 22 37 253 bezieht
sich auf die Verwendung von Düsen aus konzentrischen Rohren mit Düsenschutzmedium, die in der feuerfesten
Ausmauerung des Bodens sowie in der Seitenwand eines Konverters eingebaut sind. Die Düsen im oberen
Teil der Seitenwand dienen der Zufuhr einer Suspension aus pulverförmigen Schlackenbildnern und Transportgas. Die Seitenwanddüsen können nach dieser Erfindung so angeordnet sein, daß sie in Blasstellung des
Konverters unterhalb der Badoberfläche liegen oder sich auch oberhalb der Badzone befinden und schräg auf
das Bad blasen. Solange sie auf das Bad blasen, benutzt man sie nur zur Zufuhr von pulverförmigen Schlackenbildnern. Ein Merkmal dieser Erfindung ist es, daß der
Impuls der austretenden, pulverförmigen Stoffteilchen so groß ist, daß diese gut in das Bad eindringen. Nach
einem weiteren Merkmal dieser Erfkidung kann das Transportgas für den Fall daß die Düsen unterhalb des
Badspiegels angeordnet sind, oxidierendes Gas, beispielsweise reiner Sauerstoff, sein. Es handelt sich in
diesem Fall um die Anwendung der bekannter· Sauerstoff-Mantelgas-Oüsen.
Der Erfindungsgedanke der.ieutsch· η Offenlegungsschrift 22 37 253 besteht hn wesentlichen darin, eine
Suspension aus Transportgas und ]■ ilverförmigen
Schlackenbildnern auf die zu frischende Schmelze zu blasen.
Eine weitere deutsche Auslegeschrift 24 05 351 behandelt die Kombination von Aufblas-Lanzen und
Bodendüsen. Es wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, zu Beginn des Frischprozesses das Frischen im
wesentlichen durch Aufblasen von oben durchzuführen und die Sauerstoffzufuhr von unten zu steigern, sobald
die Frischwirkung nachzulassen beginnt. Dies ist nach der Beschreibung bei Kohlenstoffgehalten zwischen 0.2
bis 0,05% der Fall. Durch die bevorzugte Anwendung der Aufblas-Technik kann das Verfahren die damit
verbundenen Nachteile nicht in ausreichendem MaOe vermeiden.
Weiterhin gehören zum Stand der Technik die deutsche Offenlegungsschrift 25 22 467, das DDR-Patent 1 01 916 und das US-Patent 38 95 784.
Diese drei Erfindungen beinhalten im wesentlichen
die Anwendung von Düsen mit Kohlenwasserstoffummantelung oberhalb der Badoberfläche in einem sonst
üblichen Durchblas· Konverter, mit der Zielsetzung, eine CO-Nachveibrennung zur Verbesserung des Wärmehaushaltes zu erreichen.
In der deutschen Offenlegungsschrift 25 22 467 dient
die CO-Nachverbrennung zur gezielten Vergrößerung des Wärmeangebotes im oberen Bereich des Konverters, dem sogenannten Hut, um damit eine Ansatzbüdung zu vermeiden.
Das DDR-Patent beschreibt die CO-Nachverbrennung im Konverter und in anderen Stahlfrischgefäßen,
beispielsweise Elektrolichtbogenofen. Alt wesentliche Merkmale der Erfindung werden die Einbaulage der
.Sauerstoffdüsen oberhalb dei Badoberfläche zur CO-
Nacnverbrsnnung und die zugeführten Sauerstoffmengen zu den Bodendüsen und den Nachverbrennungsdüsen in Relation 2ur CO-Entwicklung der Schmelze
herausgestellt
Die Einbaulage der Nachverbrennungsdüsen soll nicht mehr als 20°, vorzugsweise nicht mehr als 10°, von
der Waagerechten nach oben und unten abweichen. Noch vorteilhafter ist es, wenn der Winkel der
Sauerstoffzugabevorrichtung leicht nach unten genügt
ίο wird und nicht mehr als 5° von der Horizontalen
abweicht, wobei sich als besonders vorteilhaft ein Winkel von 4° erwiesen hat Diese Ausführungen in der
Offenlegungsschrift lassen die hohe Bedeutung erkennen, die der ungefähr waagerechten Einbaulage der
Die relative Geschwindigkeit des Sauerstoffeinblasens durch die Bodendüsen wird so reguliert, daß die
CO-Entwicklung optimiert wird, und die erforderliche Sauerstoffmenge ist in einer Zone der CO-Entwicklung,
nahe der Oberseite des flüssigen Bades, zuzuführen, um CO in CO2 umzuwandeln. Als bevorzugte Sauerstoffmengen für die Seitenwanddüsen nennt die Patentschrift 25% bis 30%.
im wesentlichen den Gedanken der gesteuerten Umwandlung von CO in CO2 auf und beschreibt einen
Regelkreis, der die Abgaszusammensetzung mißt und entsprechend die Sauerstoffzufuhr in das Frischgefäß
steuert, sowie die Einbaulage der Sauerstoffeinleitungs
düsen oberhalb der Badoberfläche verändert. Die
Düseneinbauposition in der Konverterwand während der Frischzeit zu variieren, erweist sich in der
Betriebspraxis als undurchführbar. Die Öffnungen in der Konverterwand werden nach kurzer Zeit durch
J5 Stahlspritzer und entsprechende Ansätze verlegt und
damit unverbrauchbar, die Düsenrohre lassen sich dann nicht mehr bewegen.
Aus »Stahl und Eisen«, 1957, S. 1296 bis 1303 ist es schließlich bekannt, beim Sauerstoffaufblas-Verfahren
eine Vorverlegung der Entphosphorung zu erreichen, daß die Schmelze mit Hilfe einer durch den Konverterboden eingeblasenen Rührgases in Bewegung versetzt
wird. Der Lanzenabstand wird dabei so eingestellt, daß der Sauerstoffstrahl die Badoberfläche nicht erfaßt und
ein wesentlicher Teil des Sauerstoffs in die Schlacke gelangt. Dabei entsteht eine für die Entphosphorung
günstige Schaumschlacke mit hohem Eisenoxydulgehalt, während die unterhalb der Badoberfläche als Rnhrgas
eingeblasene Luft eine Deschleunigung des Stoffumsat
zes mit sich bringt. Mit der Vergrößerung des
Lanzenabstandes soll zugleich eine stärkere Nachverbrennung des die Schmelze verlassenen Kohlenmonoxyds und damit ein größerer Wärmegewinn verbunden
sein. Dieser Wärmegewinn fällt jedoch in dem
Konverterraum oberhalb der Badoberfläche an und
bringt keine wesentliche Erhöhung des Wärmeinhalts der Schmelze mit sich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der besonderen Vorteile des
«· Sauerstoffdurchblas-Verfahrens eine Schrottsatzerhöhting über den Schrattsatz des Sauerstoffaufblas-Verfahrens hinaus zu ermöglichen. Die Lösung dieser
Aufgabe besteht darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß zwischen 20
>>r< bis 80% der gesamten Sauerstoffmenge von oben durch
einen oder mehrere auf die Badoberfläche gerichtete Gasstrahlen, die über einen wesentlichen Teil des
Frischprozesses als in einem Gasraum blasende
Freistrahlen wirken und daher beträchtliche Mengen der Konverterabgase einsaugen, dem Frischpruzeß
zugeführt werden.
Wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß der von oben zugeführte Sauerstoff Ober eine
längere Laufstrecke als Freistrahl im Konverterraum bläst Dabei werden von dem Freistrahl große Mengen
der Konverterabgase angesaugt
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhöht sich der Schrottsatz um 5 bis 10 Prozentpunkte, es wird also
gegenüber der normalen Betriebsweise eines Sauerstoffdurchblas-Konverters ein um 50 kg bis 100 kg
gesteigerter Schrottanteil pro Tonne Rohstahl verarbeitet Der Schrottsatz liegt damit auch wesentlich höher
als bei einem ühlichen Sauerstoffaufblas-Konverter, wobei noch zu bemerken ist, daß der höhere Schrottsatz
beim Ausblas-Verfahren im Vergleich zum Durchblas-Verfahren teilweise auf die Verschlackung von Eisen
zurückzuführen ist Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen bleibt der Eisenoxidgehalt der Schlacke
so niedrig wie beim Sauerstoffdurchblas-Proreß.
Mit dem Sauerstoffaufblasen aileine, ohne die gleichzeitige Zufuhr von Sauerstoff unterhalb der
Badoberfläche, lassen sich die Vorteile der Erfindung nicht realisieren. Beim Sauerstoffaufblasen ist es im
Hinblick auf die metallurgischen Reaktionen erforderlich, möglichst schnell eine Schaumschlacke im Konverter zu bilden. Diese Schaumschlacke füllt dann einen
wesentlichen Teil des freien Konverterraumes oberhalb der Badoberfläche aus, so daß der Sauerstoffstrahl
während der längsten Zeit des Frischlaufes \r diese Schaumschlacke bläst, also nicht im freien Gasraum. Bei
einer derartigen Betriebsweise kommt es hauptsächlich zu einer Erhöhung des Eisenoxydgehaltes der Schlacke
mit den entsprechenden metallurgischen Effekten, wie sie vom Sauerstoff-Aufblasverfahren her bekannt sind.
Unter diesen Betriebsbedingungen werden die erfindungsgemäßen Vorteile, d.h. hoher Schrottsatz und
niedrige Eisenoxydgehalte in der Schlacke, nicht erreicht.
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Ausbildung von Schaumschlacke im
Konverter zu vermeiden. Dieses Ziel wird insbesondere durch die Zufuhr von mindestens 20% der Gesamt-Sauerstoffmenge unterhalb der Badoberfläche erreicht,
wobei gleichzeitig ein wesentlicher Teil des für den Frischprozeß benötigten Kalkes durch die unterhalb der
Badoberfläche angeordneten Düsen eingeblasen wird.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung bildet sich der eingeleitete Sauerstoff als Freistrahl im Gasraum aus,
und der Gasstrahl trifft auf die Badoberfläche der Schmelze. Mit diesem erfindungsgemäßen Prinzip
gelingt es, etwa 90% der über die Nachverbrennung von Konverterabgasen gewonnenen Energie an das Bad zu
übertragen. Es ist für die erfindungsgemäßc Wirkung erforderlich, daß die Freistrahlen im Gasraum eine
bestimmte Strecke durchlaufen, innerhalb der sich beträchtliche Mengen der Konverterabgase ansaugen.
Es kommt dabei zu einer starken Vermischung von Sauerstoff und Konverterabgas, und auf die Badoberfläche trifft dann nur noch ein heißes Gas. Has aus CO nnH
CO2 besteht und praktisch keinen freien Sauerstoff mehr enthält. Dementsprechend wird auch die Bildung
von braunem Rauch, d. h. die Eisenverbrennung, vermindert, und das erfindungsgemäße Verfahren weist,
ähnlich wie das Sauerstoff-Durchblasverfahreii, nur einen Verlust aus der Eisenverdampfung von 0,3% auf.
Konverters durch im wesentlichen waagerecht, oder bis
zu 20° aus der Waagerechten geneigt angeordnete Düsen zur CO-Nachverbrennung, läßt sich auch bei
Sauerstoffmengen von 10% bis 20% der gesamten
s Sauerstoffmenge keine fühlbare Wärme an das Stahlbad übertragen. Die Nachverbrennung der Konverterabgase führt lediglich zu Schaden am Feuerfest-Material.
Bevorzugt tritt ein voreilender Verschleiß der Ausmauerung im Konverterhut und an den Wänden
ι ο gegenüber den Sauerstoffeinleitungsdüsen auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt demgegenüber zu keinem erhöhten Ausmauerungsverschleiß.
Dieser Vorteil ist sicherlich darauf zurückzuführen, daß kein Gasstrahl mit hoher Temperatur auf die feuerfeste
! 5 Konverterausmauerung trifft — im Gegenteil, es ist ein
wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die Freistrahlen im Konverter-Gasraum auf die Badoberfläche der
Schmelze gerichtet sind.
rens wird eine Schrottsatzvxv>öhung, an der unteren
Grenze des angegebenen Bereiches von 40 bis 50 kg pro Tonne Rohstahl, bereits erreicht, wenn die auf das Bad
geblasene Sauerstoffmenge mindestens 2G bis 30% der Gesamt-Sauerstoffmenge beträgt Als besonders vor-
:ei!haft hat es sich jedoch erwiesen, die gesamte Sauerstoffmenge ungefähr zu gleichen Teilen auf die
Düsen unterhalb der Badoberfläche und das Sauerstoffeinleitungssystem im oberen Konverterraum aufzuteilen. So kann beispielsweise bei dieser Gleichverteilung
des Sauerstoffs auf die Boden- und Aufblasdüsen ein um
mindestens 6 Prozentpunkt erhöhter Schrottsatz gesetzt werden. Der Schrottsatz, definiert als Gewichtsverhältnis zwischen Schrott und flüssigem Stahl, erhöht
sich demgemäß von üblicherweise 27% beim bodenbla
senden Verfahren auf 33% beim erfindungsgemäßen
Sauerstoff-Einleiten. Selbstverständlich ermäßigt sich der Roheisensatz dementsprechend. Der insgesamt
zugeführte Sauerstoff liegt dabei um c«l 12% höher gegenüber dem üblichen Sauerstoffsatz von ca.
60 NmVt Roheisen. Der Kohlenstoffgehalt der fertigen Stahlschmelze beträgt ca. 0,02%, und der Eisenox^ehalt in der Endschlacke liegt bei 15%. Bei Kohlenstoffgehalten von ca. 0,05% ergibt sich ein Fisenoxidgehalt in
der Schlacke von ca. 8%. Dieser Eisenoxidgeanteil in
der Schlacke entspricht den Vergleichswerten der
Chargen, die nach dem Sauerstoff-Durchblasprinzip erzeugt werden.
Der um etwa 12% erhöhte Sauerstoff-Verbrauch gegenüber dem Frisch-Sauerstoff erlaubt es, ca. 24%
CO im Konverterabgas zu CO2 zu verbrennen. Die dabei frei weidende Wärmemenge reicht bei einem
wärmetechnischsn Wirkungsgrad von 90% dazu aus, den gesteigerten Schno»tsatz von 6 Prozentpunkten
zusätzlich zu schmelzen. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren gelingt es also, nahezu die gesamte
Wärmemenge, die aus der Verbrennung von CO zu CO2 resultiert, an die Schmelze zu übertragen.
Gemä3 einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befinden sich Sauerstoffeinleitungsdüsen, die aus
zwei konzentrischen Rohren bestehen, oberhalb der Badoberfläche in der Konverterausmi-uerung. Durch
das Zentralrohr der Düse strömt der Sauerstoff, und der Kingspalt zwischen den beiden Düsenrohren dient zur
Einleitung des Düsenschutzmediums, vorzugsweise
M gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe. Der in
den Konverter geleitete Sauerstoff wird unter den Gesichtspunkten der großtechnischen Anwendung
vollkommen ausgenutzt. Der wesentlich*: Anteil von ca.
75% beteiligt sich an dem Frischvorgang, die restliche Sauerstoffmenge dient zur CO-Nachverbrennung und
resultiert in einem erhöhten Schrottsatz.
Es liegt im Sinne der Erfindung, eine optimale Laufstrecke des Sauerstoffstrahls im Gasraum des
Konverters anzustreben. Um den vollen Vorteil gemäß der Erfindung zu nutzen, soll der Abstand zwischen den
Austrittsöffnungen der Sauerstoffzuführungssysteme und der ruhenden Badoberfläche etwa dem 40- bis
80fachen des Durchmessers der Austrittsöffnungen entsprechen.
Unter Berücksichtigung der Konvertergeometrie ergibt sich eine Neigung bei einem Einbau der
Sauerstoffeinleitungsdüsen in die Konverterseitenwand, von mehr als 35", vorzugsweise mehr als 45°, aus der
Waagerechten in Richtung Badoberfläche.
Der Gasstrahl, der im wesentlichen aus CO und CO2
besteht, trifft mit einer hohen Temperatur, die erheblich
250O0C beträgt, auf die Badoberfläche im Konverter
auf. Zur Reaktion mit der Schmelze und zur Wärmeübertragung steht eine sehr große Oberfläche
zur Verfügung, die sich aufgrund der unterhalb der Badoberfläche zugeführten Sauerstoffmenge und der
daraus resultierenden, starken Badbewegung herleitet. Soweit Kenntnisse über die Badbewegung im Konverter
vorliegen, beispielsweise aus Modellversuchen, ist mit einer Spritz- und Eruptionszone an der Badoberfläche
von mindestens 1 m Höhe zu rechnen. Die damit stark vergrößerte Peaktionsoberfläche, die bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren von Frischbeginn bis Frischende erhalten bleibt, ist sehr wahrscheinlich
entscheidend für den hohen Ausnutzungsgrad des zugeführten Sauerstoffs und die gute Wärmeübertragung
auf das Bad bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
In einem bodenblasenden Sauerstoff-Konverter, von beispielsweise 60 t Kapazität und ungefähr kugelförmiger
Gestalt, ist oberhalb der Konverterdrehzapfen an beiden Seiten je eine Düse unter einem Neigungswinkel
von ca. 45r in der feuerfesten Ausmauerung des Konverters installiert. Die Düsenaustrittsöffnungen
liegen an der Konverterinnenseite, ca. 2 m oberhalb der Badoberfläche bei dem neu ausgemauerten G>;fäß. Mit
zunehmender Einsatzzeit vergrößert sich der Abstand auf ca. 3 m. Die Sauerstoffeinleitungsdüsen bestehen aus
zwei konzentrischen Rohren mit einem lichten Durchmesser des Zentralrohres für die Sauerstoffzufuhr von
40 mm. Die Ringspaltbreite zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr beträgt ca. 1 mm. Zum Schutz der
Düsen gegen vomnlenden Verschleiß gegenüber der feuerfesten Ausmauerung leitet man durch den Ringspalt
1 Vol-% Propan, bezogen auf den Sauerstoffdurchsatz.
Bei einer Gesamt-Sauerstoffzufuhr von ca. 20 000NmVh, davon strömen ca. 10 000NmVh durch
die Bodendüsen und ca. !0 000 NmVh durch die beiden Seitenwanddüsen oberhalb der Badoberfläche, beträgt
die Frischzeit ca. 10 min. Die Kühlschrottmenge ist bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrenweise ca. 4 t höher
gegenüber der gleichen Gesamt-Sauerstoffzufuhr, ausschließlich durch die Bodendüsen. Die Eisenoxidwerte
der Schlacke liegen im Durchschnitt gleich niedrig, wie bei Anwendung der Bodenblastechnik.
Gemäß einer weiteren Alternative der vorliegenden Erfindung ist oberhalb der Badoberfiäche eine größere
Anzahl von Düsen in der feuerfesten Ausmauerung eingebaut Bevorzugt wird eine Einbaulage von über
2 m über der Badoberfldche. Diese Einbauposition erlaubt günstige konstruktive Lösungen. Bei der
erfindungsgemäßen Forderung, die Düsen auf das Bad zu richten, ist es einfacher, sie im oberen Teil des
Konverters, dem sogenannten Hut, anzuordnen, da aufgrund der Hutneigung die Durchdringungsstrecken
der Düsen in der Konverterausmauerung kleiner werden. Damit wird es u. a. leichter, die Ausmauerung
an die Düsenrohre anzupassen, hauptsächlich, wenn mehr als eine Düse auf jeder Konverterseite im Bereich
oberhalb der beiden Drehzapfen eingebaut werden. Beispielsweise sind in einem Konverter 6 Düsen, d. h.
auf jeder Konverterseite 3 Düsen, ca. 2 m oberhalb des Badspiegels eingebaut. Die Düsenmündungen liegen an
der Innenseite des Konverters, im Übergangsbereich von dem zylindrischen Konverteil zum oberen Konverterkonus.
Die Neigung der Düsen gegenüber der Waagerechten liegt zwischen 45° bis 70°, und sie sind so
ausgerichtet, daß die Auftreffberp'chp Ηργ Gasstrahlen
ungefähr gleichmäßig auf der Badoberfläche verteilt werden.
Mit der erhöhten Düsenanzahl oberhalb der Badoberfläche und der beschriebenen Anordnung, werden die
Vorteile der Erfindung optimal genutzt. Es lassen sich damit die obere Grenze der Schrottsatzerhöhung und
niedrige Eisenoxidgehalte in der Schlacke erreichen.
Eine weitere Variante bei der Düsenanordnung, die zu eine ^ weiteren Schrottsatzsteigerung, über 5
Prozentpunkte hinaus, führt, besteht darin, die Auftreff-Flächen der Gasstrahlen so auszurichten, daß sie in dem
Bereich mit maximaler Schlackenschichtstärke auf die Badoberfläche treffen. Dieser Bcraich der Badoberfläche
befindet sich in den Kreisabschnitten neben dem Konverterboden-Mittelstreifen, auf dem die Sauerstoffeinleitungsdüsen
verteilt sind. Durch diese erf'ndungsgemäße Maßnahme ist es möglich, den Schrottsatz um
insgesamt 10 Prozentpunkte, im Vergleich zum Sauerstoff-Durchblasverfahren, zu steigern. Der Sauerstoffverbrauch
steigt dabei um ca. 20% gegenüber dem Frischsauerstoff an. Es wird angenommen, dieser
überraschende Effekt ist damit zu erklären, daß die Gasstrahlen aus den Einleitungsdüsen oberhalb der
Badoberfläche nur noch zu einem geringen Anteil auf Eisenschmelze treffen, und daß über die schräg
angeordneten Sauerstoffstrahlen eine beträchtliche Rotation der Konverterabgase und damit eine Verbesserung
des Ansaugens dieser Abgase emelt wird.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird die auf das Bad geblasene
Sauerstoffmenge durch eine Lanze vorgenommen. Diese Lösung bietet sich insbesondere dann an, · enn
entsprechende Einrichtungen vorhanden sind und beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren in
einem ursprünglich als Sauerstoff-Aufblaskonverter arbeitenden Frischgefäß nach entsprechender Umrüstung
angewendet wird.
Bei dem Betrieb der Lanze als Sauerstoffeinleitungssystem oberhalb der Badoberfläche gemäß der Erfindung,
sind allerdings wesentliche Änderungen in der Betriebsweise gegenüber dem Sauerstoff-Aufblasverfahren
zu beachten. Von entscheidender Bedeutung ist es, die Bildung von Schaumschlacke im Konverter zu
vermeiden, was erfindungsgemäß durch das Einblasen eines wesentlichen Teiles der Kalkmenige in Form von
Staubkalk durch die unterhalb der Badoberfläche angeordneten Düsen erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, kann die Anzahl der Bodendüsen bei einem Durchblas-
Konverter nach seiner Umrüstung auf das erfindungsgemäße Verfahren verringert werden. Mit diesem Schritt
sind keine Nachteile verbunden, solange der unterhalb der Badoberfläche im Konverter installierte Düsenquerschnitt
ausreicht, um während der Frischzeit die ·-> Gesamtmenge der staubförmigen Schlackenbildner in
den Konverter zu fördern. Normalerweise läßt sich dabei von Beladungsraten der Schlackenbildner zum
Sauerstoff bis zu etwa lOkg/Nm3 Sauerstoff ausgehen.
Die Mindestanzahl der Bodendüsen kann demgemäß mi und unter Berücksichtigung der Betriebsverhältnisse im
Stahlwerk individuell ermittelt werden. Beispielsweise sind beim Frischen von phosphoramem Roheisen und
den damit verbundenen, geringeren Kalksätzen für die Schlackenbildung, weniger Düsen unterhalb der Bad- r>
oberfläche im Konverter erforderlich, als beim Frischen von phorphorreichem Roheisen, das bekanntermaßen
höhere Kalksätze für Hie SrhlarkrnhilHiing vprlangi
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die Vorteile der Zugabe von staubförmigen
Schlackenbildnern durch die Bodendüsen gemäß einem besonderen Vorteil der Erfindung, gerade beim Frischen
von phosphorarmem Roheisen bedeutungsvoll sind. Denn erst die Beladung des Sauerstoffs mit den
staubförmigen Schlackenbildnern ermöglicht es, die r> Bedingungen zu schaffen, die für das Aufblasen des
Sauerstoffs in Form von in einem Gasraum blasenden Freistrahl erforderlich sind.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahren; in einem bodenblasenden Konverter, der beispiels- »1
weise mit zwei Sauerstoffeinleitungsdüsen oberhalb der Badoberfläche im Bereich der Konverterdrehzapfen
ausgerüstet ist, kann die Anzahl der Düsen im Konverterboden erniedrigt werden. In einem 2001
Konverter, der mit 20 Düsen und einem Gesamtblas- s> querschnitt von 150 cm2 ausgerüstet ist und in dem
phosphorarmes Roheisen gefrischt wird, genügen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung 10 Bodendüsen
mit einem Gesamtblasquerschnitt von 80 cm2 und jeweils zwei Aufblasdüsen oberhalb der Konverterdreh- «>
zapfen mit einem Gesamt-Sauerstoffblasquerschnitt von 50 cm2. In dem so umgerüsteten Konverter werden
in einer um ca. 25% verkürzten Frischzeit von ca. 8 bis 10 mm 200 t Stahl produziert. Dabei bleiben sämtliche
prozeßmetaliurgischen Merkmale des Sauerstoff- 4r»
Durchblasverfahrens erhalten, und darüber hinaus ergibt sich als weiterer Vorteil ein erhöhter Kühlschrottsatz
von 12 t, entsprechend ca. 6%.
Darüber hinaus reduziert sich der Verbrauch an flüssigen bzw. gasförmigen Kohlenwasserstoffen zum ™
Düsenschutz um etwa '/3 gegenüber dem Sauerstoff-Durchblasverfahren.
Dieser geringere Verbrauch an Kohlenwasserstoffen setzt sich aus einem um ca. 50%
ermäßigten Anteil für die Bodendüsen und einer geringeren Schutzmediumrate von ca. 1 Gew.-%, v>
bezogen auf den Sauerstoff, für die Aufblasdüsen zusammen. Die etwa auf den halben Anteil reduzierte
Kohlenwasserstoffmenge, die das Bad durchströmt ergibt neben der Kostenersparnis als weiteren Vorteil
einen geringeren Wasserstoffgehalt im Fertigstahl. &°
Während bei dem üblichen Durchblas-Prozeß der Wasserstoffgehalt im Fertigstahl in der Größenordnung
von 4 ppm liegt beträgt er bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Mittel 3 ppm. Die
Aufteilung der gesamten Frisch-Sauerstoffmenge er- μ folgt daher ungefähr zu gleichen Teilen auf die Aufblas-
und Durchblas-Düsen.
Mit der verminderten Anzahl von Durchblasdüsen im Konverterboden sind selbstverständlich eine Reihe von
Vorzügen verbunden. Bei einer Düsenanordnung im Konverterboden verkleinert sich die Gesamtfläche, auf
der die Düsen verteilt sind, d. h. bei der üblichen Einbauweise auf einem Bodenmittelstreifen ist eine
geringere Streifenbreite erforderlich. Daraus wiederum resultiert ein größeres Volumen für die Schmelze; der
gleiche Konverter eignet sich dann für höhere Einsatzgewichte bzw. die Konverterkapazität vergrößert
sich damit. Bei wenigen Düsen unterhalb der Badoberflache wird auch eine Einbaulage im unteren
Konverterwandbereich vorteilhaft. Beispielsweise haben sich dafür sogenannte Ringschlitzdüsen bewährt.
Bei diesen Düsen gemäß dem deutschen Patent 24 38 142, strömt der Sauerstoff mit oder ohne
Kalkbeladung durch einen Ringspalt, der größere Durchsatzraten pro Düse zuläßt. Ebenso ist die
normalen Dcppelrohrdüsen, und somit treffen die Gasstrahlen der Seitenwanddüsen nicht auf die
gegegenüberliegende Konverterwand auf. Dadurch vermeidet man einen voreilenden Verschleiß der
Ausmauerung.
Weiterhin hat eine geringere Düsenanzahi im Konverterboden konstruktive Vereinfachungen zur
Folge. Es genügt ein kleinerer Kalkverteiler, und die Anzahl der Zuführungsi'ohre für den Sauerstoff und das
Schutzmedium am Konverterboden verringert sich. Die Querschnitte der Sammelversorgungsleitung bis zum
Kalkverteiler und für das Düsenschutzmedium können dementsprechend verkleinert werden.
Die Sauerstoffzufuhr zu den Düsen unterhalb der Badoberfläche und den auf die Badoberfläche gerichteten
Einleitungssystemen erfolgt normalerweise durch eine getrennt steuerbare Versorgung, die sich unabhängig
voneinander regeln läßt. Beispielsweise kann bereits nach dem Chargieren, beim Aufrichten des Konverters
in die Blasstellung, das Aufblassysiem mit der gewünschten Sauerstoffmenge betrieben werden, während
man die Bodendüsen beim Konverteraufrichteti mit Stickstoff beschickt und erst nach Erreichen der
Blassteilung auf Sauerstoff und Düsenschutzmedium umschaltet. Gegenüber der normalen Praxis bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der ungefähr gleiche Sauerstoffmengen durch die Aufblas-
und Durchblas-Düsen strömen, kann auch mit unterschiedlichen Sauerstoffdurchflußmengen gearbeitet
werden.
Beispielsweise bei einer Roheisenanalyse mit hohem Siliziumgehalt von 1,5 bis 2%, erweist es sich als günstig,
in der Anfangsfrischphase ca. 60% der Sauerstoffmenge
durch die Düsen im Konverterboden zu leiten und mit hoher Kalkbeladung zu arbeiten, um kieselsäurereiche
Schlacken im Konverter zu vermeiden.
Die getrennte Steuerung der Sauerstoffzufuhr für die Durchblas-Düsen und das Aufblassystem verleiht dem
erfindungsgemäßen Verfahren eine hohe Flexibilität und ermöglicht es, sich unterschiedlichen Betriebsbedingungen
gezielt anzupassen. Die zugeführte Sauerstoffmenge kann so gesteuert werden, daß die Endtemperatur
des Stahles im Konverter damit geregelt wird.
Die Erfindung wird nun anhand einiger nichteinschränkender
Beispiele, die bevorzugte Anwendungen des Verfahrens beschreiben, näher erläutert
In einem Konverter mit einem Schmelzengewicht von 601 der im neu ausgemauerten Zustand ein inneres
Volumen von 55 m3 aufweist und ungefähr kugelförmige Gestalt hat befinden sich auf einem ca. 90 cm breiten
Mittelstreifen 10 Düsen. Dieser Konverter wird bei Anwendung der üblichen Durchblas-Technik nach dem
OBM-Verfahren, mit ca. 18 t Schrott gemischter Zusammensetzung und ca. 49 t Roheisen beschickt. Die
Schrottzusammensetzung besteht beispielsweise aus 5 t Blechpaketen, 7 t handelsüblichem Mischschrott und 6 t
Walzwerks- und S'ahlwerksrücklaufschrott mit Einzelstücken
bis zu 4 t Gewicht. Die mittlere Roheisenanalyse weist 3,5% Kohlenstoff, 0,7% Silizium, 1% Mangan,
1,7% Phosphor auf. Nach einer Gesamtfrischzeit von 12 min, die sich in eine Hauptblasperiode von 10 min
und ein zweiminütiges Nachblasen unterteilt, ist der Stahl mit einer Zusammensetzung von 0,03% Kohlenstoff,
0,1 % Mangan, 0,025% Phosphor erzeugt und wird aus dem Konverter abgestochen. Während dieser
Frischzeit führt man dem Konverter 3000 NmJ Sauerstoff in Blasraten von 15 000 bis 20 000 NmVh durch die
Bodendüsen zu. Als Düsenschutzmedium strömen durch die Ringspalte der Bodendüsen ca. 60 Nm1 Propan bei
einer Blasrate von 300 bis 350 NmVh. Mit dem Sauerstoff werden ca. 4 t Staubkalk in den Konverter
gefördert. Die Kalkzugaben erfolgen bevorzugt gleich zu Beginn des Frischprozesses während der Entsilizierungsperiode
und gegen Ende des Frischens bzw. beim Nachblasen.
In dem gleichen Konverter hat man zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei Sauerstoffeinleitungsdüsen
ca. 2,50 m oberhalb der Badoberfläche int Bereich über den beiden Konverterdrehzapfen installiert.
Die Düsen bestehen aus zwei konzentrischen Rohren mit einem Zentralrohr von 50 mm lichtem
Durchmesser für die Sauerstoffzufuhr, umgeben von einem Ringspalt mit etwa 2 mm Breite. Die Zentrierung
der beiden Düsenrohre erfolgt durch 6 Rippen auf dem Sauerstoffrohr.
Der Konverter wird mit 22 t Schrott, entsprechend der genannten Mischung, und 451 Roheisen der
genannten Analyse beschickt. Bei Beginn des Frischprozesses werden die Bodendüsen mit 10 000 NmVh
Sauerstoff beaufschlagt Die Propanblasrate beträgt ca.
165 Nm3/h für die Bodendüse·? und ca. 100 NmVh für die
Aufblasdüsen. Nach einer Gesamtfrischzeit von 10 min,
die sich aus 8 min Hauptblasperiode und 2 min Nachblasen zusammensetzen, wird der fertige Stahl mit
der genannten Zusammensetzung aus dem Konverter abgestochen. Die Zugabe der Kalkmenge von ca. 4 t
erfolgt nach dem gleichen Zugabeschema wie beim Durchblas-Prozeß. ausschließlich durch die Bodendüsen.
In einem 200 t-Konverter, der gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung über 4 Sauerstoffeinleitungsdüsen
oberhalb der Badoberfläche verfügt, die jeweils paarweise über den Konverterdrehzapfen mit
einem Neigungswinkel von ungefähr 60° aus den Horizontalen auf das Bad gerichtet sind, werden
701 Schrott und 1501 Roheisen mit einer Zusammensetzung
von 4% Kohlenstoff, 1% Mangan, 1,2% Silizium, 0,1% Phosphor chargiert Über die 16 Düsen im
Konverterboden mit einem Sauerstoffrohrdurchmesser von 28 mm führt i/.an während der Frischzeit von
10 min 5000 Nm' Sauerstoff und gleichzeitig durch die
vier Aufblasdüsen mit einem Sauerstoffrohrdurchmesser von 50 mm 5000 Nm' Sauerstoff der Charge zu. Die
zur Schlackenbildung benötigte Kalkmenge von 15 t wird in pulverisierter Form ausschließlich dem Sauerstoff
der Bodendüsen aufgeladen. Die Beladungsraten variieren während der Frischzeit. Durch das erfindungsgemäße
Frisch-Verfahren konnte in diesem Q-BOP-Konverter ein um 12 t höherer Kühlschrottanteil,
entsprechend einer Steigerung von 6 Prozentpunkten, verarbeitet werden. Die Frischzeit wird um ca. 20%
kürzer, womit eine entsprechende Produktionserhöhung verbunden ist.
Bei einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet der 200 t-Konverter nunmehr
mit einer reduzierten Anzahl von Bodendüsen und zwei nhprhalh Apr RaHohprflÄrhp antrpnrrinptpn Saiiprctnff-Aufblasdüsen.
Der Konverter verfügt jetzt über 10 in zwei Reihen angeordnete Düsen im Konverterboden
gegenüber einer Düsenanzahl von 16 beim Durchblas-Verfahren. Der Durchmesser der Sauerstoffleitungsrohre
im Boden beträgt 28 mm, und damit läßt sich die gesamte, zur Schlackenbildung erforderliche Kalkmenge
von 151, beim Frischen von phosphorarmem Roheisen, während einer verkürzten Frischzeit von
8 min der Schmelze zuführen. Die erforderliche Gesamt-Sauerstoffmenge von 10 000 Nm3 wird bei
Blasraten von 70 000NmVh ungefähr gleichmäßig auf die Boden- und Aufblas-Düsen verteilt. Durch die
Bodendüsenanordnung in zwei Reihen, d. h. einem schmalen Band parallel zur Konverterdrehachse, erzielt
man ein größeres freies Konvertervolumen für die Schmelze im Konverter, unter Beibehaltung des
erforderlichen Sicherheitsabstandes zwischen der Badoberfläche und den Düsen bei Probenahme- bzw.
Abstichstellung des Konverters. Es werden in diesem Konverter nunmehr Chargen bis 250 t Abstichgewicht
erzeugt.
Bei der Umstellung eines 100 t-Sauerstoff-A'ifblaskonverters
auf das erfindungsgemäße Verfahren, hat man in der unteren Konverterseitenwand, ungefähr
20 cm über dem Konverterboden, zwei Ringschlitzdüsen installiert. Diese unterhalb der Badoberfläche
angeordneten Düsen haben eine Ringschlitzbreite von 8 mm bei einem mittleren Ringschlitzdurchmesser von
300 mm. Über diese Ringschlitzdüsen werden in die Schmelze während einer Frischzeit von 10 min
2500 Nm3 Sauerstoff und die erforderliche Kalkmenge für die Schlackenbildung von 6 t eingeleitet Ungefähr
die gleiche Sauerstoffmenge wird mit der gleichen Blasrate von 15 00ONmVh über die vorhandene,
wassergekühlte Lanze auf das Bad aufgeblasen. Der Lanzenabstand beträgt 2,50 m.
Durch den beschriebenen Umbau des Sauerstoff-Aufblaskonverters nach den Lehren der Erfindung, werden
die prozeßmetallurgischen Vorteile der Durchblas-Technik bei gleichzeitig erhöhtem Schrottsatz ausgenutzt
Claims (7)
1. Verfahren zur Erhöhung des Schrottsatzes bej der Stahlerzeugung aus flüssigem Roheisen und
Schrott, bei dem in einen Konverter von oben und unten gleichzeitig Sauerstoff eingeblasen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 20 bis 80% der gesamten Sauerstoffmenge von oben
durch einen oder mehrere auf die Badoberfläche gerichtete Gasstrahlen dem Frischprozeß zugeführt
wird, wobei die Gasstrahlen über einen wesentlichen Teil des Frischprozesses als in einem Gasraum
blasende Freistrahlen wirken und beträchtliche Mengen der Konverterabgase ansaugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Anteil des für den
Frischprozeß benötigten Kalkes in Form von Staubkalk durch die unterhalb der Badoberfläche
angeordneten Düsen eingeblasen wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen
der ruhenden Badoberfläche und den Austrittsöffnungen der Sauerstoffstrahlen etwa dem 40- bis
80fachen des Durchmessers der Austrittsöffnungen für den Sauerstoffstrahl entspricht.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sauerstoffzufuhr auf die Badoberfläche der Schmelze im Konverter durch Sauerstoffeinieitungsdüsen
erfolgt, die in der Konverterausmauerung eingebaut sind und mit einer Kohlenwasserstoffummantelung
gegen vorzeitiges Zurückbrennen geschützt werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ajisprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sauerstoffeinieitungsdüsen oberhalb der Badoberfläche in der Konverterausmauerung mindestens
35°, vorzugsweise mehr als 45°, aus der Waagerechten geneigt auf die Badoberfläche ausgerichtet sind.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kohlenwasserstoffverbrauch für den Düsenschutz gegenüber dem Sauerstoff-Durchblas-Verfahren
niedriger liegt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sauerstoffversorgung der Düsen unterhalb der Badoberfläche und der Sauerstoffeinleitungssysteme
oberhalb des Badspiegels unabhängig voneinander erfolgt und durch getrennte Regelsysteme steuerbar
ist.
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