DE2838983A1

DE2838983A1 - Verfahren zur waermezufuhr bei der stahlerzeugung im konverter

Info

Publication number: DE2838983A1
Application number: DE19782838983
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Brotzmann
Original assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Current assignee: Kloeckner CRA Patent GmbH
Priority date: 1978-09-07
Filing date: 1978-09-07
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2838983B2; DE2838983C3; CZ279926B6; CZ144882A3

Description

- 11Verfahren zur Wärme zufuhr bei der Stahlerzeugung
im Konverter" I Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, beim Stahlfrischen im Konverter der Schmelze Wärme durch kohlenstoffhaltige Brennstoffe zuzuführen.
Bei der Stahlerz-ugung im Konverter nutzt man die freiwerdende Energie beim Oxydieren der Eisenbegleiter im Roheisen dazu Schrott einzuschmelzen. Diese Schrottmenge hängt im wesentlichen von der Roheisenzusammensetzung und von der angewendeten Frischtechnik ab. Beispielsweise davon, ob der Sauerstoff mit einer Lanze auf das Bad geblasen oder über Düsen im Konverterboden durch die Schmelze geleitet wird. Da normalerweise Schrott kostengünstiger zur Verfügung steht als das im Hochofen erzeugte Roheisen, geht das Bestreben bei der Stahlherstellung dahin, möglichst viel Schrott zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit einzusetzen. Eine Erhöhung der Schrottmenge über den genannten Kühlschrottsatz hinaus, verlangt bei der Stahlerzeugung im Konverter die Zufuhr von zusätzlicher Wärme.
Eine Möglichkeit besteht darin, den Schrott vorzuheizen. Ein anderer Weg ist durch die Zufuhr geeigneter Heizmittel in die Schmelze gegeben. Es sind eine Reihe von Verfahren bekanntgeworden, den Energiepegel der Eisenschmelze durch Einleiten kohlenstoffhaltiger Materialien zu erhöhen.
In einer Eisenschmelze läßt sich nur die Wärmemenge nutzen, die bei der Bildung von Kohlenmonoxyd aus dem Kohlenstoffanteil der zugeführten Brennstoffe entsteht. Der Wasserstoffanteil der Heizmittel, beispielsweise Kohle, verläßt die Eisenschmelze als Wasserstoffgas, ohne mit Sauerstoff zu reagieren. Gemäß diesen thermodynamischen Gleichgewichtsbedingungen in einer Eisenschmelze ist der wärmetechnische Wirkungsgrad der Brennstoffe, bezogen auf die Vollverbrennung zu CO2 und H20, vergleichsweise niedrig.
Je nach Kohlesorte liegt er zwischen 7 bis 12 % und läßt sich bei der Anwendung von reinem Kohlenstoff auf ca. 17 % steigern. Zum Beispiel benötigt man, um 1 t Schrott über den genannten Kühlschrottsatz hinaus einzuschmelzan, ca. 500 kg Kohle mit einem Heizwert von 7000 kcal/kg. Dies entspricht einem Wirkungsgrad von ca. 10 %. Beim Einsatz von Koks genügen ca. 300 kg für 1 t Zusatzschrott, und daraus errechnet sich ein wärmetechnischer Wirkungsgrad von etwa 17 %. Aus dieser relativ geringen Energieausnutzung der zugeführten Brennstoffe im Vergleich zur Vollverbrennung, resultiert kein besonderer wirtschaftlicher Anreiz, Schrott nach den bekanntgewordenen Verfahren bei der Stahlerzeugung einzuschmelzen. Die Kosten für die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe, die der Eisenschmelze im Konverter zugeführt werden müssen, bewegen sich bei dem genannten Wirkungsgrad etwa in der gleichen Größenordnung wie die Kosten für elektrische Energie beim Schrottschmelzen im Lichtbogenofen, und selbst beim Vergleich mit den Kosten für die Roheisenerzeugung im Hochofen errechnet sich kein nennenswerter Vorteil. Weiterhin ergibt sich bei der Anwendung der bekannten Verfahren, neben dem schlechten wärmetechnischen Wirkungsgrad noch der Nachteil einer deutlichen Zeitverlängerung beim Stahlherstellungsprozeß, die eine Verminderung der Erzeugungskapazität in einem Konverterstahlwerk nach sich zieht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, beim Stahlfrischen im Konverter der Schmelze Warme zuzuführen, daß das Aufschmelzen von Schrott über den Kühlschrottsatz hinaus, vorteilhafter und insbesondere wirtschaftlicher gegenüber den bekannten Verfahren erfolgt.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Eisenschmelze im Konverter kohlenstoffenthaltende Brennstoffe zugeführt werden und der Sauerstoff zum Frischen der Schmelze und zum Verbrennen dieser Brennstoffe gleichzeitig als auf die Badoberfläche gerichtete Gas strahlen und unterhalb der Badoberfläche in den Konverter eingeleitet wird.
Die Erfindung geht dabei von einem Verfahren zur Schrottsatzerhöhung bei der Stahlerzeugung aus, das in der bisher nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 27 55 165.4 beschrieben wird, und kombiniert diesen Prozeß mit der Zufuhr kohlenstoffenthaltender Brennstoffe in die Eisenschmelze, die sich in einem Konverter befindet, der mit Sauerstoffei.lleitungsdüsen unterhalb der Badoberfläche und Einleitungsvorrichtungen zum Aufblasen von Sauerstoff auf die Badoberfläche ausgerüstet ist. Dabei werden gemäß dem Verfahren der genannten deutschen Patentanmeldung 20 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, dem Frischprozeß zugeführt.
Es hat sich brei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Betriebspraxis als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Sauerstoffzufuhr ungefähr zu gleichen Teilen auf die Badoberfläche der Schmelze zu blasen und unterhalb der Badoberfläche durch Düsen in das Stahlbad einzuleiten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Sauerstoffzufuhr auf die Badoberfläche durch Seitenwanddüsen, die oberhalb der Konverterdrehzapfen, mindestens ca.
2 m über der ruhenden Badoberfläche in einem neu ausgemauerten Konverter, eingebaut sind. Die geneigte Einbaulage der Düsen ist so ausgerichtet, daß die austretenden Gasstrahlen, ohne die Konverterwand zu berühren, im Zentrum der Badoberfläche auf diese auftreffen Die Seitenwanddüsen bestehen, ähnlich wie die Düsen im Konverterboden, aus zwei konzentrischen Rohren, wobei durch den Ringspalt zum Schutz der Düsen eine geringe Menge von ca.
0.5 :bis 5 % Kohlenwasserstoffe, bezogen auf den Sauerstoffdurchsatz, strömt.
Bei den Sauerstoffeinleitungsdüsen unterhalb, der Badoberfläche handelt es sich um die bekannten OBM-Düsen, die vorzugsweise im Konverterboden eingebaut sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung, wird der Sauerstoff mi einer Lanze auf die Badoberfläche geblasen und gleichzeitig über OBM-Düsen unterhalb der Badoberfläche im Konverter zugeführt. Der Einsatz einer Lanze erweist sich dann als besonders sinnvoll, wenn eine Konverteranlage über entsprechende Einrichtungen verfügt. Der Lanzenabstand, d.h. die Entfernung zwischen den Sauerstoffaustrittsöffnungen an der Lanze und der Badoberfläche im Konverter, wird normalerweise in Analogie zu den Seitenwanddüsen groß gewählt, meistens über 2 m. Es ist insbesondere darauf zu achten, daß die aus der Lanzenmündung austretenden Gas strahlen wie bei den Seitenwanddüsen auf die Badoberfläche auftreffen und nicht die Konverterwand berühren.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, die kohlenstoffenthaltenden Brennstoffe in pulverisierter Form unterhalb der Badoberfläche in die Eisenschmelze des Konverters, ebenfalls durch entsprechende Düsen, mit ein-em Trägergas einzuleiten. Als Trägergase haben sich Stickstoff, CO, CH4 bzw. Erdgas und Inertgase, beispielsweise Argon, bewährt. Die Brennstoffzufuhr erfolgt über eine oder mehrere Düsen. Die einfachste Lösung besteht darin, eine oder mehrere der in einem OBM-Konverter befindlichen Bodendüsen dafür anzuwenden. Das Sauerstoffeinleitungsrohr dieser Düsen wird dann mit der Suspension aus Brennstoff und Trägergas anstelle von Sauerstoff betrieben.
Eine andere vorteilhafte Düsenanordnung für die Zufuhr der Brennstoffe besteht aus einer oder mehreren Düsen, die aus drei konzentrischen Rohren aufgebaut sind, bei der durch das Zentralrohr die Brennstoffe, durch den Ringspalt neben dem Zentralrohr Sauerstoff und durch einen zweiten äußeren Ringspalt die übliche Kohlenwasserstoffmenge zum Düsenschutz geleitet werden. Eine entsprechende Regelung der Sauerstoffmenge in dieser Zugabedüse für die Brennstoffe ermöglicht es, die Ansatzbildung an der Düsenmündung in der gewünschten Form zu verändern. Sobald die Ansätze an der Düsenmündung zu groß werden, beispielsweise über 150 mm Höhe erreichen und damit die Gefahr besteht, daß beim Schrottchargieren die Düsen beschädigt werden, erhöht man die Sauerstoffzufuhr zu den Düsen und reduziert somit die Größe des Ansatzes an der Düsenmündung. In umgekehrter Weise kann die Sauerstoffmenge reguliert werden, falls der Düsenansatz zu klein ist.
Selbstverständlich liegt es auch im Sinne der Erfindung, die Brennstoffe kontinuierlich oder portionsweise in den Kcnverter zu chargieren. Die Zugabe erfolgt durch entsprechende Vorrichtungen, z.B. Rutschen, über die Konvertermündung oder Öffnungen in der oberen Konverterseitenwand. Beispielsweise hat sich eine Zugabe von Koksgrus durch das Abstichloch bewährt.
Die Heizmittel können auch zusammen mit anderen Stoffen in den Konverter-chargiert werden. Der Zusatz von Brennstoff zum Schrott oder den Schlackebildnern, wie Kalk, hat sich als günstig erwiesen.
Als Brennstoffe bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens haben sich Koks, Graphit, Kohle verschiedener Qualitäten, und Mischungen davon bewährt. Hauptsächlich kommt Koks, einschließlich Braunkohlenkoks, infrage, da in dieser Form der Kohlenstoff besonders preisgünstig auf dem Markt angeboten wird. Insbesondere Koksgrus erweist sich als preisgünstiger Brennstoff.
Selbstverständlich werden die Brennstoffe bevorzugt getrocknet eingesetzt, hauptsächlich wenn sie nach der vorteilhaften Anwendung der Erfindung in Pulverform unterhalb der Badoberfläche in die Schmelze geblasen werden.
Bei der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung, d.h.
wenn man den gesamten Sauerstoff zum Frischen der Schmelze und zur Verbrennung der Brennstoffe etwa zu gleichen Teilen unterhalb und oberhalb der Bad oberfläche in der beschriebenen Weise in den Konverter einleitet, wird ein erheblicher Anteil des Kohlenstoffs zu C02 verbrannt. Daraus resultiert eine deutliche Anhebung des wärmetechnischen Wirkungsgrades der zugeführten Brennstoffe gegenüber den bisher bekanntgewordenen Verfahren, bei denen die Brennstoffe nur der Eisenschmelze zugeführt werden und der gesamte Sauerstoff entweder in die Schmelze geleitet oder mit einer Lanze auf das Bad geblasen wird. So ließ sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein C02-Anteil von ca. 20 % im Konverterabgas. ermitteln. Damit beträgt der wärmetechnische Wirkungsgrad der zugeführten kohlenstoffhaltigen Brennstoffe ca. 31 ,. Somit reichen 150 kg Koks aus, um bei der Stahlerzeugung im Konverter 1 t Schrott zusätzlich einzuschmelzen.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt in dem hohen wärmetechnischen Wirkungsgrad, mit dem die zugeführten Brennstoffe im Konverter verbrannt werden1 und dem damit verbundenen, wirtschaftlichen Vorteil, Schrott bei der Stahlerzeugung im Konverter einzuschmelzen. Die Kosten für die Brennstoffe und den zu ihrer Verbrennung benötigten Sauerstoff betragen weniger als 50 %, im Vergleich zu den bisher bekanntgewordenen und betrieblich angewendeten Schrotteinschmelzverfahren, beispielsweise dem Elektroofen.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung läßt sich der Schrottsatz in einem Konverter, der über Sauerstoffeinleitungsdüsen unterhalb der Badoberfläche und Sauerstoffaufblasvorrichtungen verfügt, grundsätzlich beliebig steigern, bis hin zur Stahlerzeugung ohne flüssiges Roheisen, d.h. einer 100 %igen Schrottschmelze. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, ohne eine deutliche Verlängerung der Frischzeit in Kauf zu nehmen, mit einem Schrottsatz bis ca. 50 % zu arbeiten. Der Schrottsatz ist definiert als Gewichtsverhältnis der eingesetzten Schrottmenge zur fertigen Stahlschmelze. Eine Erhöhung des Schrottsatzes über ca.
50 % zieht eine Verlängerung der Chargenfolgezeit von ca. 35 % bis zur Verdoppelung, bei Chargen aus 100 6 Schrott, nach sich.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die Anwendung entsprechend den beschriebenen Beispielen beschränkt.
In einen 60 t-OBM-Konverter werden normalerweise 18 t Schrott und 49 t Roheisen mit der Zusammensetzung 3.5 6 Kohlenstoff, 0.7'96 Silizium, 1 6 Mangan, 2 6 Phosphor, chargiert. Während einer Gesamtfrischzeit von ca. 12 Minuten, entsprechend einer Chargenfolgezeit von ca. 35 Minuten, werden ca. 3 000 Nm3 Sauerstoff verbraucht. Die Sauerstoffblasrate liegt zwischen 15 000 bis 18 000 Nm3/h. Die Sauerstoffmenge verteilt sich gleichmäßig auf 10 Düsen im Konverterboden.
In den gleichen Konverter chargiert- man, bei Anwendung des erfindungmäßen Verfahrens, beispielsweise 34 t Schrott und 33 t Roheisen der genannten Zusammensetzung. Mit Frischbeginn werden nunmehr ca. 10 000 Nm3/h Sauerstoff durch die Bodendüsen und etwa die gleiche Menge durch zwei Seitenwanddüsen im Konverterhut dem Konverter zugeführt. Parallel dazu wird über eine Bodendüse pulverisierter Koks mit einer Blasrate von 180 kg/min in die Schmelze eingeleitet. Nach einer Frischzeit von ca. 18 Minuten, entsprechend einer Chargenfolgezeit von 40 Minuten, werden dem Konverter insgesamt 6 000 Nm3 Sauerstoff und 3 200 kg Koks zugeleitet. Das Abstichgewicht beträgt 60 t, und der Stahl hat eine Zusammensetzung von ca.
0.03 6 Kohlenstoff, 0.1 6 Mangan, 0.025 6 Phosphor. Diese Analyse entspricht ebenfalls der Stahl zusammensetzung bei der Stahlerzeugung nach dem OBM-Verfahren.
Eine weitere Charge hat man ausschließlich aus Schrott, ohne Zusatz von flüssigem Roheisen, erzeugt. Dabei werden zunächst 67 t Schrott in zwei Raten chargiert. Dieser Schrott wird mit 25 1 Öl/t vorgeheizt. Nach einer Vorheizzeit von ca. 10 Minuten beginnt die Zufuhr von pulverisiertem Koks, und gleichzeitig steigert man die Sauerstoffmenye vom stöchiometrischen Verhältnis zum Ölsatz auf die Frischsauerstoffblasrate und nimmt die Düsen oberhalb der Badoberfläche in Betrieb. Nach einer Gesamtvorheiz- und Blasezeit von 50 Minuten wird die gewünschte Stahlcharge abgestochen. Der Brennstoffverbrauch ergibt sich zu 25 1 Öl und 65 kg Koks pro Tonne Schrott. Die Kosten für die Brennstoffe und den zur Verbrennung benötigten Sauerstoff liegen nach dem heutigen Stand bei ca. 35.- DM pro Tonne Schrott.
Die Kombination des Verfahrens gemäß der Erfindung mit der Schrottvorwärmung nach der bisher nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 28 16 543, insbesondere beim Einsatz hoher Schrottsätze bis hin zu Chargen nur aus Schrott, liegt im Sinne der Erfindung und stellt eine besonders vorteilhafte Anwendung dar. Bevorzugt werden bei dieser Verfahrenskombination die kohlenstoffenthaltenden Brennstoffe in Pulverform unterhalb der Badoberfläche in die Schmelze eingeblasen.

Claims

Patentansprüche 1) Verfahren, bei der Stahlerzeugung im Konverter der Schmelze Wärme durch kohlenstoffhaltige Brennstoffe zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschmelze im Konverter kohlenstoffenthaltende Brennstoffe zugeführt werden und der Sauerstoff zum Frischen der Schmelze und zum Verbrennen der Brennstoffe gleichzeitig als auf die Badoberfläche gerichtete Gasstrahlen und unterhalb der Badoberfläche in den Konverter eingeleitet wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff ungefähr zu gleichen Teilen auf die Badoberfläche der Schmelze geblasen und durch Düsen im Konverterboden zugeführt wird.
3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoffe Koks, Braunkohlenkoks, Graphit, Kohle verschiedener Qualitäten, und Mischungen davon eingesetzt werden.
4)- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Koksgrus als kohlenstoffhaltiger Brennstoff angewendet wird.
5) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe in Pulverform und getrocknet unterhalb der Badoberfläche in die Schmelze eingeleitet werden.