DE2841697A1

DE2841697A1 - Verfahren zur herstellung von stahl aus eisenschwamm in elektrischen oefen

Info

Publication number: DE2841697A1
Application number: DE19782841697
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dr Ing Bardenheuer; Alois Dr Ing Junker; Horst Dr Ing Koenig; Gero Dipl Ing Rath
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1978-09-25
Filing date: 1978-09-25
Publication date: 1980-04-10
Also published as: FR2436820A1; BR7905571A; GB2030179A; GB2030179B; NZ190982A; IT1121886B; BE878059A; US4264355A; IT7923788A0; JPS5544598A; ZA792749B; ES479395A1; SE7903500L

Description

ΠΛΙΊ:ϊΕ3"·Ά"-Γί Aktiengesellschaft'■■ 2 T". September 19

.^Mannesmannufer 2 — J?- 18475 - C /Un.

4000 Düsseldorf 9fi/1RQ7

Verfahren zur Herstellung von Stahl aus Eisenschwamm in elektrischen öfen

Ede Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl aus Eisenschwamm mit hohem Anteil an saurer Gangart, wobei der Eisenschwamm in einem elektrischen Ofen eingeschmolzen wird, die flüssige Gangart vom flüssigen Metall getrennt, auf die Abstichtenperatur aufgeheizt und auf die gewünschte Endqualität nachverarbeitet wird.

Bekanntlich werden bei der Verarbeitung von Eisenschwamm zu Stahl in wesentlichen die folgenden elektrothermischen Verfahren angewandt:

1. das Elektro-Lichtbogenofen-Verfahren,

2. das Induktion so fen-Ve rf ahren,

3. das Elektro-Schlacke-Widerstandsofen-Verfahren,

4. das sogenannte "Duplex"-Verfahren, wobei In einen ersten ■Ofen der Eisenschwamm erschmolzen und in einen zweiten Ofen unter Eingabe von Zusatzstoffen das flüssige Metall aufgeheizt und auf Endqualität weiterverarbeitet wird.

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Zun Vergleich dient die folgende Tabelle, die die "erte für einen Eisenschwamm nit einem Metallisierungsgrad von 92,5 % darstellt:

Fe Gehalt Erz trocken	60 %	62 %	64 %	66 %	68 %
Fe Ilatall %	55.50	57.35	59.20	61.05	62.90
O₉ (FeO) %	1.29	1.33	1.38	1.42	1.46
Gangart %	14.20	11.34	8.48	5.62	2.76
Eisenschwamm total ohne C	75.49	74.67	73.86	73.04	72.22
C (O₀ χ 0.75)	O.97	1.00	1.04	1.07	1.1O
Eisenschwamm total mit C	76.46	75.67	74.90	74. 11	73.32
Fe total	78.47	81.93	85.45	89.06	92.75
°2	1.69	1.76	1.84	1.92	1.99
C	1.27	1.32	1.39	1.44	1.50
Gangart	18.57	14.99	11.32	7.58	3.76

total 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00

Elektrolichtbogenofen-Verfahren (CaO/SiO- = 2; thermischer Wirkungsgrad 80)

Schlacke kg/t Stahl fl.	774	588	419	265	125
Kalk kg/t Stahl fl.	277	211	150	95	45
Ofenstrom KWh/ t Stahl fl.	f 813	738	670	609	552

Ξ lektro-Schlacke-Wi de rs tandso fen-Verfahren (CaO/SiO₂ = 1,2; therm. Wirkungsgrad 85)

Schlacke kg/t Stahl fl.	564	429	307	195	92
Kalk kg/t Stahl fl.	136	104	75	47	22
Ofenstrom Oh/ t Stahl fl.	669	623	5 80	541	505

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Duplex-Verfahren

(Elektro-Schlacke-Widarstantfsofen/Lochtbogenofon) (CaO/SiO₂ = 0,15; thermischer Wirkungsgrad 87,5)

Schlacke ka/t Stahl fl."	361	291	226	166	110
Kalk kg/t Stahl fl»	40	40	40	40	4n
Ofenstrom KWh/t Stahl fl.	612	594	577	563	548

Ein weiterer Vergleich der erwähnten Verfahren geht aus dein beigefügten Diagramm (Fig. 1) hervor. Das Diagramm zeigt die errechneten Stromwerte in kg Schlacke/t Stahl-, sowie K'-7h/ t Stahl-, für das Einschmelzen von 100 % Eisenschwamm variierender Zusammensetzungen für einen .Metallisation sgrad von 92,5 % für das Ξlektro-Lichtbogenofen-Verfahren, Elektro-Schlacke-iiiderstands-Verfahren und das Duplex-Verfahren mit einen Elekt ro-Schlacke-Widers tandsofen und einem Lichtbogenofen.

Grundsätzlich ergeben die Diagramme folgende wesentliche Erkenntnisse:

Der Lichtbogenofen ist das aufwendigste Aggregat, bezogen auf den Stromverbrauch. Der steile Anstieg der Stroifverbrauchskurve rechtfertigt die praktische Handhabung, daß bislang Eisenerze unter 66 % Fe kaum zur Stahlherstellung in wesentlichen Einsatzprozenten herangezogen wurden. Die geforderte Basizität der Lichtbogenofenschlacke und der dadurch bedingte Kalkverbrauch sowie die thermischen Verluste durch Schwenken des Deckels und öffnen der Türe und instabile Netzbeeinflussungen sind die diesbezüglichen Erklärungen dafür.

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Dar Induktionsofen tritt großtechnisch zum Ξ in Schmelzer. von Eisenschwamm kaum in Erscheinung, da keine Schlackenarbeit geleistet wird und die Schlacke betriebstechnisch erhebliche Probiene mit sich bringt, insbesondere bei Eisenschwamm mit hohen Gangartbestandteilen (Schlackenbildnern) .

Im Vergleich zum Lichtbogenofen liegen die entsprechenden Energie-Verbrauchswerte im Slektro-Schlacke-Widerstandsofen wesentlich günstiger. Die Begründung ist gegeben durch den Verzicht auf eine Kalkzugabe bei angepaßter feuerfester Ausmauerung sowie durch die günstigeren thermischen und elektrischen Eigenschaften.

Das Duplex-Verfahren ist bei aisenreichen, d.h. gangartarmen Eisenschwammsorten, insbesondere wegen der geforderten Verbrauchskomponenten sowie auch hinsichtlich des Kapitaldienstes zu aufwendig.

Ganz besondere Probleme stellen sich bei dar Verarbeitung von Eisenschwairm mit hohen Gangartanteilen ein. Eisenerze unter 66 % Fe (Fe₂O,), d.h. Eisenschwamm unter 89 % Fe, bei Annahme eines Metallisierungsgrades von 90 %, wurden bislang, abgesehen von speziellen Ausnahmefällen, zur Stahlerzeugung bei hohen Einsatzprozenten nicht benutzt, weil die großen Schlackenmengen, besonders bei dem überwiegend sauerem Charakter der Gangart der Erze, zu übergroßen Stromverbrüuchen in zumeist benutzten Elektro-Lichtbogenofen, zu hohen Verbrauch an feuerfesten Material und hohen Investitions aufwand, d.h. zu hohen Kapitalkosten, führten.

Es ist ein Verfahren bekannt (D.A. Bold u. N.T. Evans: "Direct reduction down under", Iron end Steel International, June 1977, S. 175 ff.), bei dein der aangartreiche Eisen-

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schwaimi in einen metallurgischen Ofen eingeschmolzen wird, die flüssige Gangart aus dem Prozeß entfernt und danach das flüssige Metall in demselben metallurgischen Ofen auf die Abstichtenperatur aufgeheizt, gefeint und abgestochen wird. 3ei diesem Verfahren sind jedoch große Energiemengen erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, das die Verarbeitung des Eisenschwamires aus Erz irit niedrigen Fe-Gehalten zu Stahl bei weitgehend niedrigeren Betriebskosten, insbesondere Stromkosten, aeringerem Aufwand an Kalkzusatzmengen, und wesentlich verminderter. Verschleiß der feuerfesten Ausmauerung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteiles des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den UnteranSprüchen enthalten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der gangreiche Eisenschwamm in einem limitierten Temperaturbereich in einem Elektro-Schlacke-Widerstandsofen mit speziell der Gangart angepaßter feuerfester Ausmauerung zur Trennung der Gangart von metallischem Eisen geschmolzen. Hierbei kommen die thermischen und elektrisch günstigen Eigenschaf ten des Elektro-SchlackG-Widerstandsofens besonders gut zur Auswirkung. Das sich unter der gangartreichen Schlacke ansammelnde flüssige Eisen wird entweder kontinuierlich oder portionsweise zur weiteren metallurgischen Behandlung in ein anderes metallurgisches Aggregat geleitet. Die hier noch erforderliche TJeiterbehanclung des Eisens entspricht dem beispielsweise im Elektrolichtbogenofen üblichen Verfahrens ab lauf, kann aber mit einer wesentlich geringeren basischen Schlackenmenge durchgeführt werden.

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Tie feuerfeste Ausmauerung das Elektro-Schlacke-vTicer-3tanC¹Sofens ir.uß e'er Gangartzusarnonsetzung insofern entsprechen, als sie der sättigenden Phase der Gangart entsprechend so zusammengesetzt ist, da3 keine Auslösungen der feuerfesten Ausmauerung durch die Gangart zu befürchten sind. Somit wird die Ausmauerung weitgehend geschont. Zusätzlich kann das Ofengefäß von außen wasser- oder luftgekühlt werden.

Das er findungs gemäße Verfahren, bei dem u.a. in Elektro-Schlacke-Widerstandsofen der Effekt einer Schaumschiacke, wie in der DE-AS 26 OO 320 beschrieben, bzw. der Intensivkühlung (Wasserkühlung) des Ofenschachtes ausgenutzt wird, erlaubt es, ohne Anreicherung der Schlacke sn Kalk zu arbeiten.

Der Nutzungsbereich eisenäriserer Erze wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erweitert, wobei es wirtschaftlich vertretbar ist.

Weitere wirtschaftliche Vorteile werden dadurch erreicht, daß der Elektro-Schlacke-Widerstandsofen mit Elektroden aus Söderbergraasse arbeiten kann, die gegenüber normalen Graphitelektroden wesentlich preisgünstiger sind.

Im allgemeinen liegt ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß es besonders flexibel gegenüber größeren Schwankungen der Erzzusanmensetzung ist.

Die günstigen Werte des Elektro-Schlacke-Widerstandsofens, aber vor allen Dingen die Ergebnisse des Duplizierens in der hier angeführten Form sind außerordentlich interessant für Länder, die über Eisenerze verfügen, deren Fe-Gehalt

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vregen Anwendung des aufwendigen Weges über die Poheisenphase die Nutzung ihrer eigenen Eisenerzlagerstätten nicht zuließen.

Der Anwendungsbereich erstreckt sich nicht nur auf den Einsatz gangartreicher Eisenerze sondern auch auf eisenhal tige Abfallprodukte der Industrie, wie z.B. HüttenstHube, Hütten s chi amine etc.

In der beigefügten Zeichnung (Fig. 2) ist ein Ausführunasbeispiel einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.

"it 1 ist ein Elektro-Schlacke-Widerstandsofen bezeichnet. Die Elektroden 2 tauchen in die Schlackenschicht 3. In unteren Teil des Ofengefäßes ist das Metallbad 4 dargestellt. Der Abstich 5 für die Schlacke ist höher als das Metall-Abstichloch 6 angeordnet. Der vorreduzierte Eisenschwamm wird dem Ofen 1 über Seschickungsrohre 7 zugeführt. Das flüssige Metall wird in eine vorgewärmte Pfanne 8 abgestochen und in dieser zu einem üblichen Lichtbogenofen zur Weiterbehandlung geleitet. Es kann alternativ auch z.B. eine elektromagnetische Pd.nne verwendet werden.

In Betracht gezogenes Schrifttum:

P. Bardenhäuer und A. Junker "Mengen-Energie- und Kostenbilanz für das LD-Verfahren beim Einsatz verschiedener Kühlmittel" - Stahl und Eisen 97 (1977, Nr. 18, S. 901 ff.)

H. König und G. Rath: "Möglichkeiten cer Stahlerzeugung mit hohen Eisenschwammeinsatz in Elektro-Schlacke-Ivicerstandsöfen" - Stahl und Eisen 97 (1977) Nr. 1, S. 12-17

D.A. Bold und N.T. Evans: "Direct reduction down under¹', Iron and Steel International, June 19 77

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.1^'V. '■'■ '"■ BAD ORIGINAL

Claims

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Patentansorüche

Verfahren zur Herstellung von Stahl aus Eisenschwamm nit hohen Anteil an saurer Gangart, wobei der Eisenschwamm in einem elektrischen Ofen eingeschmolzen wird, die flüssige Gangart von flüssigen Metall vetrennt, auf Abstichtenperatur aufgeheizt und auf die Endqualität nachverarbeitet wird,

gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden I'erkmale:

a) der Eisenschwamm wird in einen Elektroofen, vorzugsweise einen Elektro-Schlacke-viderstandsofer., eingeschmolzen, dessen feuerfeste Ausnausrung der Gangartzusanmensetzung des Eisenschwararas angepaßt ist;

b) die Temperaturführung erfolat derart, daß die Temperatur der verflüssigten Gangart mindestens etwa SC - 100°C über der Liquiduslinie des "etallbades und etwa 50°C über der Liquiduslinie der Ganaart und höchstens etwa 50. C unter· der jeweiliger· S"ttigungs-Schnelzlinie der 2 ustellungs zusammensetzung in jeweiligen Schlackend!agranro liegt;

c) das flüssige i'etall wird unter Zurückhalten dsr Gangart schlacke abgestochen und. das abgestochene ■ 'etall in einen nachfolgenden Gefäß, vorzugsweise einen Elektroofen, unter ^ufheizung und bei Zugabo von erforderlichen Zusatzstoffen rretallurgisch weiterverarbeitet.

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2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Schrnelzpunktkorrektur der abzustechenden Schlacke kleine Korrektürmengen beigegeben werden.

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