DE2816543C2

DE2816543C2 - Verfahren zur Stahlerzeugung

Info

Publication number: DE2816543C2
Application number: DE2816543A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. Brotzmann; Georg Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 8458 Sulzbach-Rosenberg Fassbinder
Original assignee: EISENWERK-GESELLSCHAFT MAXIMILIANSHUETTE MBH 8458 SULZBACH-ROSENBERG DE; Eisenwerk Gesellschaft Maximilianshuette Mbh 8458 Sulzbach Rosenberg
Current assignee: Kloeckner CRA Patent GmbH
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1978-04-17
Publication date: 1988-04-14
Also published as: DE2816543A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stahlerzeugung, bei dem in einem Konverter Schrott mit heißen, aus der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe herrührenden Verbrennungsgasen aufgeheizt wird, wobei der kohlenstoffhaltige Brennstoff und der Sauerstoff durch unterhalb des Badspiegels der fertigen Stahlschmelze in der feuerfesten Ausmauerung angeordnete Düsen zugeführt und stöchiometrisch verbrannt wird sowie die heißen Verbrennungsgase den festen Konvertereinsatz von unten nach oben durchströmend aufheizen und spätestens nach Bedecken der Düsen mit Schmelze kohlenstoffhaltige Brennstoffe chargiert werden und die Schmelze gefrischt wird.

Es ist eine Reihe von Konverterverfahren bekannt.

bei denen durch Auf- oder Durchblasen von Sauerstoff Roheisen zu Stahl gefrischt jvird. Aus der dabei stattfindenden Oxydation der Eisenbegleiter resultiert eine erhebliche Wärmemenge, die zum Einschmelzen von Kühlschrott verwendet wird. So werden beispielsweise zum Erzeugen einer Tonne Stahl 800 kg eines üblichen Roheisens mit 4,2% Kohlenstoff, 1,0% Silizium und 0,8% Mangan sowie 300 kg Schrott chargiert. Da Schrott zumeist in großen Mengen und zu günstigen Preise zur Verfugung steht, während die Roheisenerzeugung im Hochofen aufwendig und verhältnismäßig teuer ist, geht das Bestreben dahin, bei der Stahlherstellung möglichst viel Schrott einzusetzen. Ein höherer Schrottanteil erhöht die Wirtschaftlichkeit und macht eine entsprechende Vergrößerung der Hochofenkapazität überflüssig.

Als weitere für Konverterverfahren geeignete feste Eisenträger, die zu verhältnismäßig günstigen Preisen zur Verfügung stehen, kommen vorreduzierte Pellets, Eisenschwamm oder festes Roheisen infrage. Ihre Verwendung führt wie die Verwendung von Schrott zu einer Erhöhung der Stahlerzeugungskapazität ohne Vergrößerung der Hochofenkapazität.

Die Höhe des Schrottanteils ist durch die bei der exothermen Oxydation der Eisenbegleiter freiwerdenden Wärmemenge begrenzt. Um mehr Schrott einsetzen zu können, wurde zum Beispiel versucht, den Schrott mit Hilfe eines Brenners mit tellerförmiger Flamme in einem besonderen Schrottschmelzaggregat aufzuschmelzen und die Schmelze anschliend in einem Konverter zusammen mit flüssigem Roheisen zu Stahl zu frischen. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig, weil es ein besonderes Einschmelzaggregat für den Schrott erfordert und das Einschmelzen des Schrotts mit Hilfe der tellerförmigen Brennerflamme viel Zeit in Anspruch nimmt. Außerdem ist es wegen des hohen Oxydationspotentials einer Schrottschmelze mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und einer Roheisenschmelze mit hohem Kohlenstoffgehalt nicht ungefährlich, die Schrottschmelze in eine bereits im Konverter befindliche Roheisenschmelze zu chargieren, selbst wenn diese bereits teilweise vorgefrischt ist.

Auch das Vorheizen von Schrott in einem Konverter mit Hilfe eines Erdgas- bzw. Öl/Sauerstoff·Lanzenbrenners wird nur gelegentlich angewendet, weil der thermische Wirkungsgrad der Brennstoffe mit etwa 30% gering ist und weil es bei der relativ langen Vorheizzeit zu einem erheblichen Verschleiß des feuerfesten Futters kommt und der Konverter während der Vorheizzeit nicht für das Frischen zur Verfügung steht. Bei einem Verhältnis von Vorheizzeit zu Frischzeit von etwa 2 : 3 geht demgemäß das Vorheizen des Schrottes auf Kosten der Konverterleistung.

So ist aus der deutschen Auslegeschrift 15 83 288 bereits ein Konverterverfahren bekannt, das mit einer Brennerlanze sowie mit einem festen Einsatz aus Eisenträgern und Kohlenstoffträgern arbeitet. Dabei ragen in einen drehbar gelagerten Konverter eine Brenner-und eine Sauerstofflanze hinein, so daß sich ähnliche Verhältnisse wie beim Drehrohrofen ergeben. Gleichwohl besteht bei diesem Verfahren die Hauptschwierigkeit darin, daß die Brennerflamme nur von außen auf die Schüttung des festen Einsatzes trifft, der jedoch infolge der Konverterdrehung ständig umgewälzt wird. Auf diese Weise ergeben sich zwar günstigere Verhältnisse für den Wärmeübergang; das wird jedoch mit dem für das Drehen des Konverters erforderlichen hohen technischen Aufwand erkauft.

Die nicht vorveröffentlichten deutschen Offenlegungsschriften 27 29 982, 27 29 983, 27 55 165 und 27 56 432 beschreiben verschiedene Varianten des Sauerstoffdurchblas-Verfahrens, die sämtlich darauf abzielen, das Wärmeeinbringen in die Charge bzw. Schmelze zu erhöhen, um mehr Schrott einsetzen zu können. Bei dem Verfahren nach der deutschen Offenlegungsschrift 27 29 982 wird zusammen mit festen Eisenträgern beispielsweise Koks chargiert, durch die Konverterdüsen Zusatzbrennstoff eingeleitet und nach einem Chargieren flüssigen Roheisens der Konvertereinsatz fertig gefrischt. Bei dem Verfahren nach der deutschen Offenlegungsschrift 27 29 983 geschieht das Schrctteinschmelzen in zwei Phasen mit stöchiometrischer Verbrennung des Zusatzbrennstoffs während der ersten Phase und Erhöhung der Sauerstoffmenge im Verhältnis zur Brennstoffmenge in der zweiten Phase.

Das Sauerstoffdurchblas-Verfahren nach der deutschen Offenlegungsschrift 27 55 165 füh,t der Charge bzw. der Schmelze zusätzliche Wärme von oben zu. Das geschieht mit Hilfe mindestens eines Sauerstoffstrahls, der in dem Konverterraum über der Schmelze als Freistrahl wirkt und demgemäß wesentliche Mengen der die Schmelze verlassenden Konverterabgase ansaugt. Bei dem Verfahren nach der deutschen Offenlegungsschrift 27 56 432 wird hingegen während eines Schrottvorheizens und vor dem Chargieren flüssigen Roheisens in einen Sauerstoffdurchblas-Konverter durch Düsen aus konzentrischen Rohren von öl umgebener Sauerstoff eingeblasen und das öl zur Erhöhung des Wärmeeinbringens mit dem Sauerstoff verbrannt.

Das Verfahren der eingangs erwähnten Art wird in der nicht vorveröffentlichten deutschen Offenlegungsschrift 27 19 981 beschrieben; es zeichnet sich durch eine besonders gute Ausnutzung der Brennstoffe aus. Grund hierfür ist die Tatsache, daß die heißen Verbrennungsgase das Haufwerk der festen Eisenträger von unten nach oben durchströmen und dabei einen wesentlichen 4« Teil ihrer fühlbaren Wärme abgeben. Auf diese Weise ergibt sich ein wesentlich besserer Wärmeübergang als bei den bekannten Verfahren, bei denen die heißen Verbrennungsgase den festen Konvertereinsatz von oben, d. h. nur zum Teil und insbesondere nur von außen 4 j erreichen. Das Verfahren eignet sich daher zum Erschmelzen und Frischen reiner Schrottchargen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung des hep'orragenden Wärmeäbergangs beim Aufheizen und Einschmelzen so der festen Eisenträger ein Verfahren zum Erzeugen von Stahl zu schaffen, das neben hohen bis sehr hohen Anteilen fester Eisenträger wie Schrott, vorreduzierte Pellets, Eisenschwamm und festes Roheisen auch mit flüssigem Einsatz arbeitet und die Verwendung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe mit hohem thermischem Wirkungsgrad beim Aufheizen der festen Eisenträger und beim Einleiten in die Schmelze erlaubt sowie niedrige Eisenverluste durch Oxydation und eine verhältnismäßig niedrige Abgastemperatur und damit eine gute Haltbarkeit der feuerfesten Ausmauerung ergibt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei dem eingangs erwähnten Verfahren nach einem Vorheizen der festen Eisenträger flüssiges Roheisen chargiert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich zunächst ein hoher thermischer Wirkungsgrad und damit eine sehr kurze Vorheizzeit dadurch, daß die heißen Verbrennungsgase das Haufwerk der festen Eisenträger durchströmen und dabei wegen der intensiven Berührung und der großen Berührungsfläche einen wesentlichen Teil ihrer fühlbaren Wärme abgeben. Dementsprechend gering ist die Abgastemperatur im oberen Teil des Konverters, so daß cter Vei schleiß des feuerfesten Konverterfutters ebenfalls gering ist. Das großflächige Verbrennen der Kohlenstoffträger mit Hilfe mehrerer Düsen im Konverterboden oder im unteren Bereich der Seitenwand ergibt zudem eine sehr gleichmäßige Verteilung der heißen Brenngase über das Haufwerk der Eisenträger.

Es hat sich überraschenderweise bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Praxis gezeigt, daß beim Vorheizen der festen Eisenträger mit den heißen Verbrennungsgasen aus der stöchiometrischen Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe, d. h. wenn die Düsen im Konverter als Brenner betrieben werden, Kohlenstoff, beispielsweise in Form von Koks, als Oxydationsschutz für die festen Eisenträger oder als Zusatzbrennstoff nicht erforderlich ist. Vielmehr ließ sich ein besserer wärmetechnischer Wirkungsgrad der über die Düsen zugeführten, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe, insbesondere Heizöl, erzielen, wenn kein Koks zusammen mit den festen Eisenträgern in den Konverter chargiert wurde. Die Zugabe der festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe, vorzugsweise in Pulverform, sollte erst dann erfolgen, wenn ausreichende Schmelze im Konverter vorhanden ist. Dabei kann es sich um geschmolzenen Schrott und/oder um nach kurzzeitigem Vorheizen der festen Eisenträger chargiertes flüssiges Roheisen handeln. Die pulverfömrigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffe werden dann zusammen mit einem Trägergas in die Schmelze eingeblasen.

Die bei dem errindungsmäßen Verfahren ablaufenden Vorgänge lassen sich ungefähr in drei Phasen einteilen: eine erste Phase, die in der weiteren Beschreibung als Vorheizphase bezeichnet wird, bei der im wesentlichen der Schrott bis zu einer mittleren Temperatur von etwa 1100⁰C aufgeheizt wird, ohne daß schon in größerem Umfang flüssiger Stahl entsteht und in der vorwiegend oxydierende Verbrennungsgase vorhanden sind; eine zweite Phase, die als die Vorschmelzphase bezeichnet wird, in der ein größerer oder der gesamte Teil des Schrottes eingeschmolzen wird und bei der die Zusammensetzung der Abgase schon nicht mehr den gleich hohen Oxydationsgrad wie während der Vorheizphase aufweist und schließlich die reine Frischphase, bei der die Schmelze in der sonst üblichen Weise in ihrem Gehalt an Kohlenstoff und anderen Begleitelementen vermindert wird.

Für das Vorheizen kommen hauptsächlich gasförmige oder flüssige Kohlenstoffträger, wie Erdgas, bzw. Methan, Propan, Butan, Benzol, Rohöl, Heizöl, Rohteer und Raffinerierückstände, infrage. Diese lassen sich insbesondere durch die Ringspalte von Düsen aus konzentrischen Rohren einspeisen, durch deren Innenrohr das oxydierende Gas, beispielsweise Luft oder technisch reiner Sauerstoff, in den Konverter eingeblasen wird. In diesem Fall ändert sich das Mengenverhältnis von Frischgas zu den gleichzeitig als Schutzmedium fungierenden gasförmigen oder flüssigen Kohlenstoffträgern entsprechend den Phasen des erfindungsgemäßt,i Verfahrens. So werden z. B. während des Beginnes der Vorheizphase soviel flüssige bzw. gasförmige Kohlenstoffträger eingeleitet, wie für eine stöchiometrische Verbrennung mit den oxydierenden Gasen zu CO2

und H2/ erforderlich ist, während in der Frischphase nur noch soviel Kohlenwasserstoffe, eingeleitet werden, wie für den Schutz der Düsen benötigt werden. Dabei kann es zweckmäßig sein, ein- oder mehrmals von flüssigen auf gasförmige Kohlensloffträger bzw. Schutzmedien umzuschalten.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, das beschriebene kurzzeitige Vorheizen der festen Eisenträger, insbeondere Schrott, zur Schrottsatzerhöhung bei den üblichen Konverter-Frischverfahren anzuwenden. Als besonders geeignet für diese Anwendung haben sich die Sauerstoffdurchblas-Konverter erwiesen, die über Düsen zum Einleiten des Sauerstoffs, umgeben mit Schutzmedium, unterhalb der Badoberfläche verfügen.

Vorzugsweise werden durch die Ringspalte während des Vorheizens flüssige Kohlenstoffträger und während des Frischens gasförmige Kohleiistoffträger, beispielsweise 2 bis 3 Vol.-% Propan oder 8 Vol.-% Erdgas, bezogen auf die Sauerstoffmenge, in den Konverter geleitet. Das Umschalten von den flüssigen auf die gasförmigen Kohlenstoffträger erfolgt während der Vorschmelzphase.

Während des Vorheizens werden durch die Ringspalte der Düsen flüssige Kohlenstoffträger, insbesondere öl, in einer Menge von 1 bis 101 pro Minute und je Tonne fester Eisenträger in den Konverter geleitet. Gleichzeitig strömt durch das Innenrohr der Düsen ein oxydierendes Gas, beispielsweise Luft oder Sauerstoff, in einer Menge vor 1,5 bis 2,5 Nm³ Sauerstoff pro Liter flüssiger Kohlenstoffträger. Die Düsen betreibt man erfindungsgemäß während der Vorheizzeit als Brenner. Diese vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Anwendung der üblichen Düsen aus zwei konzentrischen Rohren, wobei der Düsenringspalt, der normalerweise 1 mm breit ist oder aus Einzelkanälen mit ungefähr quadratischem Querschnitt mit 2 bis 3 mm Kantenlänge, besteht. Durch den Ringsnalt werden nach der Vorheizzeit während des Vorschmelzens der festen Eisenträger und des Frischens der Schmelze gasförmige Düsenschutzmedien geleitet, beispielsweise 2 bis 3 Vol.-% Propan, bezogen auf den Sauerstoff. Die gasförmigen Düsenschutzmedien haben sich in der Betriebspraxis für die Frischphase als umproblematisch und sehr zuverlässig herausgestellt.

Während der Frischphase werden in einem 60 t-Konverter z. B. 15 000 bis 18 000 NmVh Sauerstoff durch die Zentralrohre von 10 Düsen geleitet und gleichzeitig etwa 300 NmVh Porpan durch die Ringspalte dieser Düsen geblasen. Erfindungsgemäß erfolgt das Umschalten von einem flüssigen auf ein gasförmiges Medium im Düsenringspalt und umgekehrt zu jedem beliebigen Zeitpunkt ohne Unterbrechung für den Konverterprozeß.

Auch in den Fällen, bei denen flüssige Kohlenwasserstoffe als Düsenschutzmedium während der Vorschmelz- und der Frischphase zur Anwendung kommen, beispielsweise bei dem genannten 60 t-Konverter Heizöl in einer Menge von ca. 100 l/h bei dem genannten Sauerstoffdurchsatz von ca. 16 000 NmVh, werden die Düsen mindestens beim Umlegen und Aufrichten des Konverters mit Stickstoff oder einem Inertgas im Innenrohr und im Ringspalt betrieben. Demgemäß ist auch beim Einsatz flüssiger Düsenschutzmedien der Wechsel auf gasförmige Medien und umgekehrt im Sinne des erfindungsemäßen Verfahrens.

Gemäß der Erfindung läßt sich der Schrottsatz, definiert als Gewichtsverhältnis zwischen Kühlschrott und flüssigem Stahl, um ca. 10 Prozentpunkte steigern, beispielsweise von 30% auf 40%, wenn die festen Eisenträger im Konverter vorgeheizt werden. Die Zugabe von festen Kohlenstoffträgern, beispielsweise Koks, während der Vorheizphase ist nicht erforderlich. So konnte beispielsweise in einem 60 t-Konverter, bei dem das Abstichgewicht der fertigen Stahlschmelze 60 t beträgt, der Schrottsatz von üblicherweise 28% auf 38%, entsprechend von 17 t auf 23 t, gesteigert werden.

¹⁽¹ Um diese Menge fester Eisenträger vorzuheizen, hat man in 5 Minuten 450 1 Heizöl durch die Ringspalte der 10 Düsen im Konverterboden, zusammen mit 1000 Nm³ Sauerstoff, in den Konverter geblasen. Es errechnet sich aus diesen Zahlen ein thermischer Wirkungsgrad für das

¹^ öl von ca. 70%. Demgemäß ist es gelungen, pro Tonne fester Eisenträger etwa 170 000 kcal zu übertragen. Es ergibt sich daraus eine effektive mittlere Vorheiztemperatur für die festen Eisenträger von ca. 1050° C. Nach der Vorheizzeit von 5 Minuten werden 43 t Roheisen in den

²⁽¹ 60 i-Konverier chargiert, und die Schmelze wird in ca. 8 Minuten fertiggefrischt.

Bei der Anwendung von gasförmigen Kohlenstoffträgern, vor allem Erdgas, zum Vorheizen sind keine Umbauten für die Düsenversorgung dieser Konverter

-'> erforderlich. Jedoch ist es vorteilhafter, flüssige Kohlenstoffträger während der Vorheizzeit einzusetzen und anschließend auf gasförmige Düsenschutzmedien umzuschalten.

Mit dieser erfindungsemäßen Vorheiztechnik, die in

^ifl weniger als 10 Minuten, vorzugsweise in 2 bis 5 Minuten, durchgeführt wird, läßt sich die Verwendung fester Eisenträger bei der Stahlerzeugung um bis zu 10 Prozentpunkte normalerweise auf einen Schrottanteil von ca. 40% ohne fühlbare Produktionszeiteinbuße steigern. Damit sind erhebliche wirtschaftliche Vorteile bei der Stahlerzeugung verbunden.

Die weitere Steigerung der Einsatzmenge fester Fisenträger, hauptsächlich. Schrott, über eine Schrottzusatzerhöhung von ca. 10 Prozentpunkten hinaus, erfordert den Einsatz fester, kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, wie beispielsweise Anthrazit und Mischungen davon, die in den Konverter chargiert werden. Von diesem Zeitpunkt an steigt auch der CO-Anteil im Abgas des Konverters.

Die gasförmigen und flüssigen Kohlenstoffträger, die durch den Ringspalt der Düsen strömen, können dabei bis auf die für den Düsenschutz erforderliche Menge unter 10 Gew.-%, bezogen auf den Sauerstoff, reduziert werden.

Im Sinne der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, die festen Kohlenstoffträger erst nach der Vorheizphase in den Konverter einzuführen. Zur Erhöhung des wärmetechnischen Wirkungsgrades erweist es sich als günstig, die festen Kohlenstoffträger, beispielsweise Koks, vorzuheizen.

Die festen Kohlenstoffträger werden nach dem Chargieren von flüssigem Roheisen bevorzugt als Pulver mit einem Trägergas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, durch eine oder mehrere Dosen in die

Schmelze geblasen.

Andere Feststoffe, vor allem Schlackenbildner, beispielsweise Staubkalk, werden vorzugsweise während der Frischphase zusammen mit dem Sauerstoff als Trägergas emgeblasen.

Pulverförmige Kohlenstoffträger und andere Pulver sowie brennbare oder inerte Gase können auch zentrisch zum Sauerstoff, beispielsweise durch ein im Sauerstoffrohr befindliches besonderes Zufuhrrohr in

den Konverter eingeleitet werden. Es liegt im Sinne der Erfindung, Düsen aus mehreren konzentrischen Rohren zu verwenden und einen Ringspalt als Sauerstoffzuführungskanal zu benutzen. Düsen gemäß der deutschen Patentschrift 24 38 142 haben sich ebenfalls bewährt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zusätzlich auch oberhalb der Badoberfläche durch im feuerfesten Mauerwerk angeordnete Düsen aus konzentrischen Rohre von Kohlenwasserstoffen umgebener Sauerstoff eingeblasen werden. Das Mengenverhältnis von Kohlenwasserstoff zu Sauerstoff liegt während der Frischphase vorzugsweise unter 10 Gew.-% und beträgt beispielsweise 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 2 Gew.-%. Der Sauerstoff dient vor allem dazu, das entstehende Kohlenmonoxyd minde- i^r> stcns teilweise zu Koh'.endioxyd zu verbrennen. Der Sauerstoff kann auch während der Vorheizphase in Form von Luft und danach als technisch reiner Sauerstoff eingeblasen werden. Während der Vorheizphase kann es auch zweckmäßig sein, mehr als 10 Gew.-% Kohlenwasserstoffe einzuleiten.

Nach dem Vorheizen oder dem Verschmezlen wird flüssiges Roheisen chargiert, das zusammen mit der aus dem Schrott entstandenen Schmelze bei weiterer Wärmezufuhr aus den Frischreaktionen und den festen ->'> Kohlenstoffträgern ein schnelles Einschmelzen der restlichen Schrotts gewährleistet. So können beispielsweise bis 800 kg Schrott je Tonne Stahl vorgeheizt und vorgeschmolzen sowie anschließend mindestens 300 kg flüssiges Roheisen je Tonne Stahl chargiert werden. In so diesem Falle betragen die Vorheizzeit 5 Minuten, die Vorschmelzzeit 15 Minuten und die reine Frischzeit nur 4 Minuten. Bei geringeren Schrottmengen je Tonne Stahl und höheren Roheisenmenge.n verkürzen sich die Vorheiz- und die Vorschmelzzeit entsprechend und J5 verlängert sich die Frischzeit beispielsweise auf etwa 8 bis 10 Minuten.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem Konverter durchgeführt, in dessen feuerfestem Mauerwerk sich Düsen aus mindestens zwei konzentrischen Rohren befinden. Diese Düsen können im Konverterboden, in der Seitenwandung des Konverters unterhalb und/oder oberhalb des Badspiegels sowie im Bereich des Konverterhutes angeordnet sein. Die unterhalb des Badspiegels angeordneten Düsen können aus vier konzentrischen Rohren bestehen, d. h. drei Ringspalte aufweisen. Durch den äußeren Ringspalt kann dabei ein gasförmiges Schutzmedium, beispielsweise Propan, eingeblasen werden, während durch die beiden anderen Ringspalte flüssige Kohlenstoffträger, wie Öl unterschiedlicher Viskosität und Vorheiztemperatur, eingespeist werden und durch das Zentralrohr der für das Aufheizen und Frischen erforderliche Sauerstoff zugeführt wird. Das kann während der Vorheizphase mit Luft oder sauerstoffangereicherter Luft geschehen, während in der Vorschmelz- und der Frischphase vorzugsweise Sauerstoff eingeblasen wird, der mindestens zeitweise mit Kalkstaub und anderen Schlackenbildnern beladen wird.

Wichtig ist, daß die Düsen außerhalb des Konverters w über Umschaltventfle mit jeweils zwei Einzelleitungen, einmal für gasförmige und zum anderen für flüssige Schutzmedien bzw. Kohlenstoffträger, verbunden sind, um dein einzelnen Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend von einem Medium auf das andere Medium, beispielsweise von Stickstoff auf öl und wieder auf Stickstoff sowie dann auf Propan für die Frischphase, umschalten zu können.

Das Umschalten von einem auf ein anderes fluides Medium geschieht vorzugsweise mit Hilfe eines direkt am Montageflansch der Düse angeordneten Dreiwege-Ventils, dessen Ausgangsöffnung mit dem Ringspalt der Düse verbunden ist, während die eine der beiden Eingangsöffnungen mit einer Zuleitung für einen flüssigen Kohlenstoffträger oder ein flüssiges Schutzmedium und die andere Eingangsöffnung mit einer Zuleitung für einen gasförmigen Kohlenstoffträger bzw. ein gasförmiges Schutzmedium in Verbindung steht. Auf diese Weise wird ein schnelles Umschalten auch bei großen Mengenunterschieden, beispielsweise bei einem großen Öldurchsatz und einem anschließenden verhältnismäßig geringen Schutzmediumdurchsatz während der Vorschmelz- und der Frischphase, gewährleistet.

Einzelne Düsen können während der Vorheiz- und/oder Vorschmelzphase, während derer sich der Konverter in senkrechter Stellung befindet, auch ausschließlich mit fluiden Kohlenstoffträgern z. B. einer Suspension aus Koksmehl und Trägergas (Stickstoff, Argon), beschickt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und eines in der Zeichnung dargestellten Sauerstoffdurchblas-Konverters des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Sauerstoffdurchblas-Konverter (OBM-Konverter) mit Bodendüsen und

F i g. 2 einen axialen Längsschnitt durch eine der Bodendüsen mit einem Umschaltventil für die Medienzufuhr zu dem Düsenringspalt.

Der Konverter t besitzt ein feuerfestes Futter 2 mit Seitenwanddüsen 4 und einen auswechselbaren Boden 3 mit Bodendüsen 4. Jede Düse 4 ist mit einer Zuleitung 5 für ein oxydierendes Gas verbunden, das mit einem Pulver beladen sein kann. Dies geschieht mit Hilfe eines Pulververteilers 12. Der Ringspalt 6 jeder Düse 4 mit einer Breite von etwa 1 mm ist über ein Montagestück 7 mit je einer Gasleitung 8 und einer Flüssigkeitsleitung 9 verbunden. Die Leitungen 8, 9 sind über eine Mehrfach-Drehdurchführung tO im Konverterdrehzapfen JJ geführt und mit Versorgungsleitungen verbunden, in denen sich Regelventile befinden.

Die Bodendüsen 4 sind an der Konverterbodenplatte 15 mit Hilfe eines angeschweißten Führungsstückes 16 befestigt; sie durchragen eine Bohrung 17 in der Bodenplatte 15 und erstrecken sich durch eine Bohrung 18 des Konverterboden<; 19. Zwischen einem Düsenflansch 20 und einem G. genflansch 21 am Führungsstück 16 ist die Düse 4 mit Hilfe von Bolzen 22 und Dichtungen 23 verspannt. L s Innenrohr 24 der Düse 4 ist mit einer Zuleitung 25 für Frischgas bzw. eine Frischgas/Pulver-Suspension verbunden. Während der Ringspalt 6 über ein Umschaltventil 26 mit der Zuleitung 8 für ein gasförmiges Medium wie Argon, Stickstoff und/oder gasförmige Kohlenwasserstoffe einerseits sowie einer Zuleitung 9 für flüssige Medien wie öl andererseits verbunden ist Im Umschaltventil 26 gibt ein Ventilkörper 27 die mit dem Ringspalt der Düse 4 verbundene Austrittsöffnung 28 entweder für das über die Leitung 9 zugeführte gasförmige Medium frei.

In ähnlicher Weise sind die Seitenwanddüsen am Stahlblechmantel des Konverters befestigt und mit den Zuleitungen verbunden, wobei für die Seitenwanddüsen oberhalb der Badoberfläche die Verbindung zu dem Pulververteiler 12 entfällt

In einem 60 t-Konverter mit zehn Bodendüsen und etwa kugelförmigem Querschnitt sowie einem Volumen

von 0,8 mVt Stahl der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Art wurden 22 t Schrott chargiert. Der Schrott setzte sich aus 2 t Blechpaketen, 10 t Rücklaufschrott aus dem Walzwerk und 10 t Mischschrott zusammen. Nach dem Chargieren des Schrottes wurden die Bodendüsen mit Stickstoff versorgt, und zwar mit 8000 NmVh für das Innenrohr und 600 NmVh für die Ringspalte, im Anschluß an das Hochschwenken des Konverters in die Vertikalstellung wurden die Innenrohre der Düsen mit 13 000 NmVh Sauerstoff und die Ringspalte mit 6000 l/h öl beschickt. Nach einer Vorheizzeit von 5 Minuten wurde erneut auf Stickstoff umgeschaltet und der Konverter in die Horizontale geschwenkt, sowie mit 44 t Roheisen mit 3,6% Kohlenstoff, 0,7% Silizium, 1,1% Mangan und 1,6% Phosphor chargiert. Dies dauerte 2 Minuten, wonach der Konverter unter Einlassen von Stickstoff wieder in die Vertikalstellung geschwenkt und dessen Düsen 10 Minuten mit 18 000NmVh Sauerstoff sowie 350 NmVh Propan versorgt wurden. Nach einer 3-Minuten-Pause für eine Stahlanalyse wurde 2 Minuten unter denselben Bedingungen nachgefrischt. Der Gesamtsauerstoffverbrauch betrug 4200 Nm³, die eingeblasene Kalkstaubmenge 51 und die Propanmenge 70 Nm³. Die Stahlmenge betrug 60 t, und die Analyse ergab 0,02% Kohlenstoff und 0,2% Mangan.

Bei einer Vergleichscharge mit gleicher Roheisenanalyse konnten nur 16 t Schrott und entsprechend 50 t Roheisen eingesetzt werden. Demgemäß beträgt die zusätzliche Schrottmenge bei der erfindungsgemäßen Charge 6 t, für deren Vorheizen eine Wärmemenge von 4,35 Gacal durch Verbrennen des durch die Ringspalte zugeführten Öls mit dem Sauerstoff erforderlich waren. Diese Wärmemenge schließt auch einen Anteil ein, der dem Wärmegewinn entspricht, der sich aus der Oxydation der Eisenbegleiter derjenigen Roheisenmenge ergibt, die durch die Zusatzmenge an Schrott ersetzt worden ist. Insgesamt ergibt sich ein thermischer Wirkungsgrad des eingeleiteten Öls von 64%.

Bei weiteren etwa 100 Chargen mit einer jeweils um 6 t erhöhten Schrottmenge bzw. einem Schrottsatz von 36% betrugen die Vorheizzeiten im Durchschnitt 5 Minuten bei einem thermischen Wirkungsgrad von durchschnittlich 65%.

In allen Fällen ist mit einer Zwei-Schlackenpraxis gearbeitet worden, die bevorzugt beim Frischen phosphorreichen Roheisens zur Anwendung kommt. Dabei verbleibt am Frischende die gesamte Schlacke, im Durchschnitt ca. 71, für die folgende Charge im Konverter. Der in die Schlacke chargierte kalte Schrott wurde von der Schlacke auf eine Temperatur von 700⁰C erwärmt und anschließend auf 1100° C vorgeheizt. Beim Frischen ohne Schlackenwechsel läßt sich die Zusatzmenge des Schrotts auf 25 t erhöhen, das entspricht einer Schrottsatzsteigerung von 26% beim herkömmlichen Frischen im Sauerstoffdurchblas-Konverter auf 41%, d.h. um 15 Prozentpunkte. Diese weitere Schrottsatzsteigerung ist dadurch bedingt daß sich kalter Schrott im Vergleich zu durch die im Konverter verbleibende Endschlacke vorgewärmtem Schrott mit höherem thermischen Wirkungsgrad aufheizen läßt

Bei einer weiteren Vergleichscharge nach üblicher Arbeitsweise wurden in den erwähnten 60-t-Konverter zunächst 19 t Schrott und 47 t Roheisen mit 3,5% Kohlenstoff, 1,0% Silizium, 1,0% Mangan und 2% Phosphor chargiert sowie in herkömmlicher Weise mit von Porpan umgebenem Sauerstoff bei 3Vol-% Propan, bezogen anf den Sauerstoff, innerhalb von 10 Minuten, entsprechend einer Chargenfolgezeit von 35

Minuten, zu 6Oi Stahl mit 0,03% Kohlenstoff. 0.10% Mangan und 0,025% Phosphor geiYischt.

Bei der erfindungsgemäßen Betriebsweise konnten in diesem Konverter hingegen 33 t Schrott zusammen mit 1,6 t Koks chargiert und innerhalb von 6 Minuten bei einem Heizölverbrauch von 600 I und einem Sauerstoffverbrauch von 3000 Nm³ vorgeheizt werden. Nach dem Vorheizen wurden 33 t Roheisen der vorerwähnten Analyse chargiert und die Schmelze innerhalb einer Chargenfolgezeit von 41 Minuten unte~ denselben Bedingungen fertiggefrischt. Dabei erhöhte sich die Behandlungszeit um 6 Minuten des Vorheizens. Dem steht kedoch der Vorteil einer von 19 auf 33 t erhöhten Schrottmenge gegenüber.

Wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Vorheizen der festen Eisenträger Roheisen chargiert, dann ergibt sich eine Erhöhung des Schrottsatzes um 10 Prozentpunkte auf etwa 40% Schrottanteil. Damit ist praktisch keine Verlängerung der Chargenfolgezeit verbunden. Die zusätzliche Schrottmenge wirkt sich daher direkt als Produktionserhöhung aus. Dies ist eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine weitere Erhöhung des Schrottanteils ergibt sich, wenn sich an das Vorheizen eine Vorschmelzphase in Anwesenheit fester Kohlenstoffträger anschließt. Mit dieser Arbeitsweise ergibt sich die Möglichkeit, den Schrottsatz praktisch beliebig, beispielsweise auf 50 bis 60% zu steigern. Demzufolge kann da£ erfindungsgemäße Verfahren an die Stelle des Siemens-Marin-Verfahren streten; denn es erlaubt dieselben Schrottsätze und macht es daher möglich, Siemens-Martin-Werke ohne Erhöhung der Roheisenkapazität auf wirtschaftlichere Sauerstoffdurchblas-Konverter (OBM- oder Q-BOP-Konverter) umzustellen.

Bei allen drei vorerwähnten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens trägt die intensive Badbewegung der Schmelze und der damit erzielbare gute Wärmeübergang zwischen Schmelze und Schrott entscheidend zu dem störungsfreien und schnellen Verflüssigen der festen Eisenträger bei.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde im Rahmen der laufenden Produktion ein 60-t-Konverter mit sechs Bodendüsen zum Einblasen von Sauerstoff und zwei Bodendüsen zum Einblasen pulverförmiger kohlenstoffhaltiger Brennstoffe eingesetzt. Sämtliche Bodendüsen bestanden aus zwei konzentrischen Rohren mit einem Innendurchmesser des zentrischen Rohrs von 24 mm und einer Ringspaltbreite von einem Millimeter. Zum Schütze der Düsen wurden die Ringräume mit etwa 2% Propan, bezogen auf die Sauerstoffmenge beschickt. Des weiteren befand sich in der feuerfesten Ausmauerung des Konverterhuts etwa 1,0 m unterhalb des Konverterlippenrings, d. h. etwa 3,0 m oberhalb der ruhenden Schmelze bei neu zugestelltem Konverter eine Sauerstoffaufblasdüse aus zwei konzentrischen Rohren mit einem Innendurchmesser des zentrischen Rohrs von 33 mm und einer Ringspaltbreite von etwa 1 mm. Zum Schütze dieser Düse wurde der Ringspalt mit 03% Propan bzw. 1,0% Stickstoff, bezogen auf die Sauerstoffmenge, versorgt

In den Konverter wurden zunächst 271 Schrott handelsüblicher Qualität chargiert Während des Chargierens wurden sämtliche Düsen ausschließlich mit Stickstoff in einer Me^ge von 10 000 NmVh beschickt Nach dem Chargieren wurde der Konverter in seine Frischstellung geschwenkt und der Schrott 4 Minuten lang vorgeheizt Dazu wurden alle acht Bodendüsen als

Öl/Sauerstoff-Brenner mit 300 1 leichtes Heizöl für die Düsenringspalte und 600 Nm³ Sauerstoff für die zentrischen Rohre betrieben. Nach dem Vorheizen wurden in den Konverter 45 t flüssiges Roheisen mit 4.2% Kohlenstoff, 0,8% Silizium, 0,6% Mangan, 0,35% Phosphor und 0,030% Schwefel sowie einer Temperatur von 1290°C chargiert. Nach dem Hochschwenken des Konverters in die Blasstellung wurden über sechs Bodendüsen 11 000 NmVh Sauerstoff und durch die Aufblasdüse im Konverterhut 6000 NmVh Sauerstoff in den Konverter eingeblasen. Gleichzeitig wurden '.0,5 min lang durch die beiden verbleibenden Bodendüsen 200 kg/min Koksmehl in Suspension mit 15 nM Vmin Stickstoff, entsprechend einer Gesamtmenge von

2100 kg, in die Schmelze eingeblasen. Danach wurden die beiden Düsen ebenfalls auf Sauerstoffbetrieb umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt lag der Kohlenstoffgehalt der Schmelze bei 2,0%. Der unterhalb der Badoberfläche in die Schmelze eingeblasene Sauerstoff wurde mit 3,5 t Kalk beladen.

Nach einer Gesamtfrischzeit von 17,5 min, d.h. einer Frischzeit von 15,5 min una einer Korrekturfrischzeit von 2 min wurden 62 t Stahl mit 0,03% Kohlenstoff, 0,1% Mangan, 0,020% Phosphor und 0,02% Schwefel bei einer Temperatur von 1680° C abgestochen.

Das vorstehende Ausführungsbeispiel zeigt, wie sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Schrottsatz erhöhen läßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Stahlerzeugung, bei dem in einem Konverter Schrott mit hießen, aus der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe herrührenden Verbrennungsgasen aufgeheizt wird, wobei der kohlenstoffhaltige Brennstoff und der Sauerstoff durch unterhalb des Badspiegels der fertigen Stahlschmelze in der feuerfesten Ausmauerung angeordnete Düsen zugeführt und stöchiometrisch verbrannt wird, sowie die heißen Verbrennungsgase den festen Konvertereinsatz von unten nach oben durchströmend aufheizen und spätestens nach Bedecken der Düsen mit Schmelze kohlenstoffhaltige Brennstoffe chargifcrt werden und die Schmelze gefrischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Vorheizen der festen Eisenträger flüssiges Roheisen chargiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vorheizen der festen Eisenträger flüssige und/oder gasförmige, kohlenstoffhaltige Brennstoffe., insbesondere Kohlenwasserstoffe, wie Erdgas, Methan, Propan, leichtes oder schweres Heizöl, andere Erdölbestandteile oder Mischungen davon, angewendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Chargieren des flüssigen Roheisens pulverförmige Brennstoffe mit einem Trägergas in die Schmelze eingeleitet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmigen Brennstoffe durch eine oder mehrere Düsen unterhalb der Badoberfläche in die Schmelze geblasen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Koks, Graphit, Kohlesorten, J5 beispielsweise Anthrazit und Mischungen davon, eingeblasen werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff unterhalb und oberhalb der Stahlbad- w oberfläche in den Konverter geblasen wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Konverter Kohlenmonoxyd oberhalb des Badspiegels durch Sauerstoff verbrannt wird. ·ι^Γ>

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als feste Eisenträger Schrott, festes Roheisen, vorreduzierte Pellets und Eisenschwamm, einzeln oder nebeneinander in den Konverter chargiert werden.