DE2755165C3 - Verfahren zur Erhöhung des Schrottsatzes bei der Stahlerzeugung - Google Patents

Verfahren zur Erhöhung des Schrottsatzes bei der Stahlerzeugung

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Description

Die Erfindung bezieht sieh auf 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. 30 t bis ca. 400 t hergestellt. In der Betriebspraxis haben sich zwei grundsätzlich verschiedene Konverter-Frischmethoden durchgesetzt. Zum einen handelt es sich um das Sauerctoff-Aufblas-Verfahren und zum anderen um das Sauerstoffdurchblas- Verfahren.
Wie bekannt, verwendet das Sauerstoffaufblas-Verfahren 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.
Das Sauerstoffdurchblas-Verfahren wendet Sauerstoffeinleitungsdüsen 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 eine starke Badbewegung vorhanden ist. Demgemäß ergeben sich erhebliche wirtschaftliche und metallurgische Vorteile beim Stahlfrischen.
Ein wirtschaftlich bedeutungsvoller Unterschied zwisehen 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 Zusammenhang 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 Schrotteinschmelzkapazität sinkt.
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
nu ücilici KL)Ul llliu Z.U11I (liiücicil lüfifcu uic KuiiZcinficfi eingeleiteten, hohen Sauerstoffmengen zu einem starken Spritzen und verstärktem Konverterauswurf.
In einer weiteren US-Patentschrift 32 59 484 kombiniert man die Sauerstoff-Aufblaslanze mit einem Kon-(i5 verterboden 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.
Das französische Patent 21 21 522 befaßt sich mit einem Verfahren, das die Anwendung einer Lanze, insbesondere einer Mehrlochlanze, mit Bodendüsen nach Art der Sauerstoff-Kohlenwassermantelgas-Durchblasstoff-Technik kombiniert. Das Einblasen von oben und unten geschieht dabei in verschiedenen Badzonen. Es wird beispielsweise in der ersten Frischphase, vorzugsweise der Entsilizierungsperiode, nur durch die Bodendüsen Sauerstoff in die Schmelze eingeleitet, und anschließend, nach etwa 3 min Blasezeit, führt man die Lanze in den Konverter und bläst Sauerstoff auf das Bad. Das Ziel dieser Technik ist es, harte Stähle, d. h. kohlenstoffreiche Stähle mit ausreichend niedrigen Phosphorgehalten, 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, pulverförmigsn Stoffteilchen so groß ist, daß diese gut in das Bad eindringen. Nach einem weiteren Merkmal dieser Erfindung 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 bekannten Sauerstoff-Mantelgas-Düsen.
Der Erfindungsgedanke der deutschen Offenlegungsschrift 22 37 253 besteht im wesentlichen darin, eine Suspension aus Transportgas und pulverförmigen 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 Maße 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-Nachverbrennung zur Verbesserung des Wärmehaushaltes zu erreichen.
In der deutschen Offenlegungsschrift 25 22 467 dient die CO-Nachverbrennung zur gezielten Vergrößerung des Wärmegebotes im oberen Bereich des Konverters, dem sogenannten Hut, um damit eine Ansatzbildung zu vermeiden.
Das DDR-Patent beschreibt die CO-Nachverbren nung im Konverter und in anderen Siahlfrischgefäßen. beispielsweise Elektrolichtbogenofen. Als wesentliche Merkmale der Erfindung werden die Einbaulage der &iacgr;&ogr; Sauerstoffdüsen oberhalb der Badoberfläche zur CO-Nachverbrennung und die zugeführten Sauerstoffmengen zu den Bodendüsen und den Nachverbrennungsdüsen in Relation zur 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 geneigt 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 CO-Nachverbrennungsdüsen zukommt.
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%.
Die obenerwähnte US-Patentschrift 32 59 484 greift im wesentlichen den Gedanken der gesteuerten Umwandlung von CO in CO, auf und beschreibt einen Regelkreis, der die Abgaszusammensetzung mißt und entsprechend der Sauerstoffzufuhr in das Frischgefäß steuert, sowie die Einbaulage der Sauerstoffeinleitungsdüsen 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 Stahlspritzer und entsprechende Ansätze verschlossen und damit unbrauchbar, 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 dadurch 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 Rührgas eingeblasene Luft eine Beschleunigung des Stoffumsatzes mit sich bringt. Mit Her VergrnRpriino dp« 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 wesentlichen Erhöhung des Wärmeinhalts der Schmelze mit sich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde.
ur.ter Beibehaltung der besonderen Vorteile des Sauery;offdurchblas-Verfahrens eine Schrottsatzerhöhung über den Schrottsatz des Sauerstoffaufbius-Verfahrens hinaus zu ermöglichen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.
Wesentlich ist bei den erfindungsgemäßen Verfahren, daß der von oben zugeführte Sauerstoff über die längere Laufstrecke als Freistrahl im Konverterraum bläst. Dabei werden von dem Freistrahl große Mengen der Konverterabgase angesaugt.
Bei den 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 Schrottante·! pro Tonne Rohstahl verarbeitet. Der Schrottsatz liegt damit auch wesentlich höher als bei einem üblichen SauerstoffaufbHs-Konverter, wobei noch zu bemerken ist, daß der höhere Schrottsatz beim Aufblas-Verfahren im Vergleich zum Durchblas-Verfahren teilweise auf die Verschlackung von Eisen zurückzuführen ist. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren hingegen bleibt der Eisenoxidgehalt der Schlacke so niedrig wie beim Sauerstoffdurchblas-Prozeß.
Mit dem Sauerstoffaufblasen alleine, 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, mögiichst 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 in diese Schaumschlacke bläst, also nicht im freien Gasraum. Bei einer derartigen Betriebsweise kommt es hauptsächlich zu einer Erhöhung des Eistnoxydgehaltes 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 den 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 erfindungsgemäße Wirkung erforderlich, daß die Freistrahlen im Gasraum eine bestimmte Strecke durchlaufen, inpprhnlh der sie beträchtliche Mengen der Konverterabgase ansaugen. Es kommt dabei zu einer starken Vermischung von Sauerstoff und Konverterabgas, und auf die Badoberflüche trifft dann nur noch in heißes Gas. das aus CO und CO: 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-Durchblasverfahren, nur einen Verlust der Eisenverdampfung von 0,3% auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu keinem erhöhten Ausmauerungsverschleiß. Dieser Vorteil ist sicherlich darauf zurückzufahren, daß kein Gasstrahl mit hoher Temperatur auf die feuerfeste Konverterausmauerung trifft - im Gegenteil, es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die Freistrahlen im Konverter-Gasraum auf die Badoberfläche der Schmelze
&iacgr;&ogr; gerichtet sind.
Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Schrottsatzerhöhung, an der unteren Grenze des angegebenen Bereiches von 40 bis 50 kg pro Tonne Rohstahl, bereits erreicht, wenn die auf das Bad geUasene Sauerstoffmenge mindestens 20 bis 30% der Gesamt-Sauerstoffmenge beträgt. Als besonders vorteilhaft 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 bodenblasenden Verfahren auf 33% beim erfindungsgemäßen Sauerstoff-Einleiten. Selbstverständlich ermäßigt sich der Roheisensatz dementsprechend. Der insgesamt zugeführte Sauerstoff liegt dabei um ca. 12% höher gegenüber dem üblichen Sauerstoffsatz von ca. 60 NmM Roheisen. Der Kohlenstoffgehalt der fertigen Stahlschmelze beträgt ca. 0,02%, und der Eisenoxidgehalt in der Endschlacke liegt bei 15%. Bei Kohlenstoffgehalten von ca. 0,05% ergibt sich ein Eisenoxidgehalt in der Schlacke von ca. 8%. Dieser Eisenoxidgehalt 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 freiwerdende Wärmemenge reicht bei einem wärmetechnischen Wirkungsgrad von 90% dazu aus, den gesteigerten Schrottsatz von 6 Prozentpunkten zusätzlich zu schmelzen. Mit den erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es also, nahezu die gesamte Wärmemenge, die aus der Verbrennung von CO zu CO2 resultiert, an die Schmelze zu übertragen.
so Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befinden sich Sauerstoffeinleitungsdüsen aus zwei konzentrischen Rohren oberhalb der Badoberfläche in der Konverterausmauerung. Durch das Zentralrohr der Düse strömt der Sauerstoff, und der Ringspalt zwischen den beiden Düsenrohren dient zur Einleitung des Düsenschutzmediums, vorzugsweise gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe. Der in den Konverter geleitete Sauerstoff wird unter den Gesichtspunkten der großtechnischen Anwendung vollkommen ausgenutzt.
wi Der wesentliche Anteil von ca. 75% beteiligt sich an dem Frischvorgang, die restliche Sauerstoffmenge dient zur CO-Nachverbrennung und resultiert in einem chöhten Schrottsatz.
Es liegt im Sinne der Erfindung, eine optimale Lauf-
d5 strecke 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 Badeoberfläche 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 über der Badtemperatur liegt und schätzungsweise ca. 2500°C 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 Reaktionsoberfläche, 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. 45° in der feuerfesten Ausmauerung des Konverters installiert. Die Düsenaustrittsöffnungen liegen an der Konverterinnenseite, ca. 2 m oberhalb der Badoberfläche bei dem neu ausgemauerten Gefäß. 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 voreinlenden Verschleiß gegenüber der feuerfesten Ausmauerung leitet man durch den Ringspait i Voi-% Propan, bezogen auf den Sauerstoffdurchsatz.
Bei einer Gesamt-Sauerstoffzufuhr von ca. 20 000 NmVh, davon strömen ca. 10 000 NmVh durch die Bodendüsen und ca. 10 000 NmVh durch die beiden Seitenwanddüsen oberhalb der Badoberfläche, beträgt die Frischzeit ca. 10 Min. Die Kühlschrottmenge ist bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrensweise ca. 41 höher gegenüber der gleichen Gesamt-Sauerstoffzufuhr, ausschließlich durch die Bodendüsen. Die Eisenoxidwerte der Schlacke liegen im Durchschnitt gleich niedrig, wie bei Anwendung der Bodenbiastechnik.
Gemäß der Alternative der vorliegenden Erfindung ist oberhalb der Badoberfläche eine größere Anzahl von Düsen in der feuerfesten Ausmauerung eingebaut. Die Einbaulage beträgt über 2 m über der Badoberfläche. 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 Auftreffbereiche
&iacgr;&ogr; der 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 einer 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 Bereich der Badoberfläche befindet sich in den Kreisabschnitten neben dem Konverterboden-Mittelstreifen, auf dem die Sauerstoffeinleitungsdüsen verteilt sind. Durch diese erfindungsgemäße 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 erzielt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die auf das Bad geblasene Sauerstoffmenge durch eine Lanze vorgenommen. Diese Lösung bietet sich insbesondere dann an, wenn 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 Kalkmenge 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 eines der erfindungsgemäßen 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 Schlackenbilder in den Konverter zu fördern. Nomalerweise läßt sich dabei von Beladungsraten der Schlackenbildner zum Sauerstoff bis zu etwa 10 kg/Nm3 Sauerstoff ausgehen. Die Mindestanzahl der Bodendüsen kann demgemäß und
unter Berücksichtigung der Betriebsverhältnisse im Stahlwerk individuell ermittelt werden. Beispielsweise sind beim Frischen von phosphorarmen Roheisen und den damit verbundenen, geringeren Kalksätzen für die Schlackenbildung, weniger Düsen unterhalb der Badoberfläche im Konverter erforderlich, als beim Frischen von phosphorreichem Roheisen, das bekanntermaßen höhere Kalksätze für die Schlackenbildung verlangt.
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 phosphorarmen Roheisen bedeutungsvoll sind. Denn erst die Beladung des Sauerstoffs mit den staubförmigen Schlackenbildnern ermöglicht es, die Bedingungen zu schaffen, die für das Aufblasen des Sauerstoffs in Form von in einem Gasraum blasenden Freistrahl erforderlich sind.
Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren in einem bodenblasenden Konverter, der beispielsweise mit zwei Sauerstoffeinleitungsdüsen oberhalb der Badoberfläche im Bereich der Konverterdrehzapfen ausgerüstet ist, kann die Anzahl der Düsen im Konverterboden erniedrigt werden. In einem 200 t Konverter, der mit 20 Düsen und einem Gesamtblasquerschnitt von 150 cm2 ausgerüstet ist und in dem phosphorarmes Roheisen gefrischt wird, genügen nach den Verfahren gemäß der Erfindung 10 Bodendüsen mit einem Gesamtblasquerschnitt von 80 cm2 und jeweils zwei Aufblasdüsen oberhalb der Konverterdrehzapfen 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 min 200 t Stahl produziert. Dabei bleiben sämtliche prozeßmetallurgischen Merkmale des Sauerstoff-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 &Aacgr; 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.-%, 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 erfolgt 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 Badoberfläche 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 m;t oder ohne Kalkbeladung durch einen Ringspalt, der größere Durchsatzraten pro Düse zuläßt. Ebenso ist die Eindringtiefe dieser Gasstrahlen geringer als bei normalen Doppelrohrdüsen, und somit treffen die Gasstrahlen der Seitenwanddüsen nicht auf die gegenüberliegende Konverterwand auf. Dadurch ver-
meidet man einen voreilenden Verschleiß der Ausmauerung.
Weiterhin hat eine geringere Düsenanzahl im Konverterboden konstruktive Vereinfachungen zur Folge. Es genügt ein kleinerer Kalkverteiler, und die Anzahl der Zuführungsrohre 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 Einleitungssysteme 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 Aufblassystem mit der gewünschten Sauerstoffmenge betrieben werden, während man die Bodendüsen beim Konverteraufrichten mit Stickstoff beschickt und erst nach Erreichen der Blasstellung auf Sauerstoff und Düsenschutzmedium umschaltet. Gegenüber der normalen Praxis bei Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren, 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 Durchbias-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 der Beispiele, die bevorzugte Anwendungen der Verfahren beschreiben, näher erläutert.
In einem Konverter mit einem Schmelzengewicht von 60 t, 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. 491 Roheisen beschickt. Die Schrottzusammensetzung besteht beispielsweise aus 5 t Blechpaketen, 71 handelsüblichem Mischschrott und 61 Walzwerks- und Stahlwerksrücklaufschrott 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 Nm5 Sauerstoff in Blasraten von 15 000 bis 20 000 NmVh durch die Bodendüsen zu. Als Düsenschutzmedium strömen durch die Ringspalte der Bodendüsen ca. 60 Nm' 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 der erfindungsgemäßen Verfahren zwei Sauerstoffeinleitungsdüsen ca. 2,50 m oberhalb der Badoberfläche im 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 45 t Roheisen der genannten Analyse beschickt. Bei Beginn des Frischproi.esses werden die Bodendüsen mit 10 000 NmVh Sauerstoff beaufschlagt. Die Propanblasrate beträgt ca. 165 NmVh für die Bodendüsen 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 70 t Schrott und 150 t 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 man während der Frischzeit von 10 min 5000 Nm' Sauerstoff und gleichzeitig durch die vier Aufblasdüsen mit einem Sauerstoffrohrdurchmesser von 50 mm 5000 Nm3 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 der erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet der 200 t-Konverter nunmehr mit einer reduzierten Anzahl von Bodendüsen und zwei oberhalb der Badoberfläche angeordneten Sauerstoff-Aufblasdüsen. Der Konverter verfügt jetzt über 10 in zwei Reihen angeordnete Düssen 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 15 t, beim Frischen von phosphorarmen Roheisen, während einer verkürzten Frischzeit von 8 min der Schmelze zuführen. Die erforderliche Gesamt-Sauerstoffmenge von 10 000 Nm' wird bei Blasraten von 70 000 NmVh 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-Aufblaskonverters auf die erfindungsgemäßen 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 Nm' Sauerstoff und die erforderliche Kalkmenge für die Schlackenbildung von 6 t eingeleitet. Ungefähr die gleiche Sauerstoffmenge wird mit der gleichen Blasrate von 15 000 NmVh 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 (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Erhöhung des Schrottsatzes bei der Stahlerzeugung aus flüssigem Roheisen und Schrott, bei dem in einem Konverter von oben und unten gleichzeitig Sauerstoff eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß 20 bis 80% der gesamten Sauerstoffmenge von oben durch einen oder mehrere auf die Badoberfläche gerichtete Gasstrahlen bei einem Abstand zwischen der ruhenden Badoberfläche und den Austrittsöffnungen der Sauerstoffstrahlen etwa dem 40- bis 80fachen des Durchmessers der Austrittsöffnungen für den Sauerstoffstrahl entspricht, aufgeblasen werden, wobei die Gasstrahlen über einen wesentlichen Teil des Frischprozesses als in einem Gasraum blasende Freistrahlen wirken und beträchtliche Mengen der Konverterabgase ansaugen, und daß ein wesentlicher Teil des für den Frischprozeß benötigten Kalks zur Vermeidung einer Schaumschlackenbildung in Form von Staubkalk durch die unterhalb der Badoberfläche angeordneten Düsen eingeblasen wird.
2. Verfahren zur Erhöhung des Schrottsatzes bei der Stahlerzeugung aus flüssigem Roheisen und Schrott, bei dem in einem Konverter von oben und unten gleichzeitig Sauerstoff eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß 20 bis 80% der gesamten Sauerstoffmenge von oben durch eine größere Anzahl von Düsen in der feuerfesten Ausmauerung bei einem Düsenabstand von der ruhenden Badoberfläche über ca. 2 m aufgeblasen werden, wobei die Gasstrahlen über einen wesentlichen Teil des Frischprozesses als in einem Gasiaum blasende Freistrahlen wirken und beträchtliche Mengen der Konverterabgase ansaugen, und daß ein wesentlicher Teil des für den Frischprozeß benötigten Kalkes zur Vermeidung einer Schaumschlackenbildung in Form von Staubkalk durch die unterhalb der Badoberfläche angeordneten Düsen eingeblasen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr auf die Badoberfläche der Schmelze im Konverter durch Sauerstoffeinleitungsdüsen erfolgt, die in der Konverterausmauerung eingebaut sind und mit einer Kohlenwasserstoffummantelung gegen vorzeitiges Zurückbrennen geschützt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffeinleitungsdüsen oberhalb der Badoberfläche in der Konverterausmauerung mindestens 35°, vorzugsweise mehr als 45°, aus der Waagerechten geneigt auf die Badoberfläche ausgerichtet sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoffverbrauch für den Düsenschutz gegenüber dem Sauerstoff-Durchblas-Verfahren niedriger liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffversorgung der Düsen unterhalb tier Bauuberfiäciie unü uci SauciMuiicuileitungssystenie oberhalb des Badspiegels unabhängig voneinander erfolgt und durch getrennte Regelsystcmc steuerbar ist.
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