DE2843682A1 - Verfahren zum erhoehen der futterhaltbarkeit von lichtbogenoefen - Google Patents

Description

Dr.-ing. Reimar König. ^: "· J Dipl.ylrtg.:Klaus Bergen Cecilianallee 76 4 Düsseldorf 3O Telefon 45SQOB Patentanwälte

4. Okt. 1978 32 484 K

Stahl Consulting GmbH, Güntherstraße 65, 4600 Dortmund 1

"Verfahren zum Erhöhen der Futterhaltbarkeit von Lichtbogen-

öfen"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erhöhen der Futterhaltbarkeit von Lichtbogenofen mit magnesithaltigem Futter, in denen feste Einsatzstoffe eingeschmolzen und unter einer Kalk und Magnesiumoxyd enthaltenen Schlacke raffiniert werden.

Bei den gebräuchlichen Lichtbogenofen ist der Futterverschleiß im Bereich der Schlackenlinie besonders hoch. Das ist darauf zurückzuführen, daß das feuerfeste Futter und die Schlacke ein System bilden, das bei den hohen Ofentemperaturen einen Gleichgewichtszustand anstrebt. Da die allgemein üblichen basischen Schlacken im Gegensatz zu den im allgemeinen magnesithaltigen Ofenfuttern einen hohen Kalkgehalt und einen sehr niedrigen Magnesiumoxydgehalt aufweisen, darüber hinaus aber auch noch in starkem Maße das Futter verschleißende, weil als Flußmittel wirkende Metalloxyde, insbesondere Eisenoxydul enthalten, kommt es im Bereich der Schlackenlinie zu einem bevorzugten Lösen einzelner Futterbestandteile, insbesondere des Magnesiumoxyds in der Schlacke. Daraus ergibt sich ein voreilender Verschleiß,

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der von Zeit zu Zeit ein Stillsetzen des Ofens und erhebliche Flickarbeiten erfordert. Abgesehen von den Personal- und Materialkostenteeinträchtigen diese Flickarbeiten naturgemäß die Ofenleistung und damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens .

Der voreilende Futterverschleiß im Bereich der Schlackenlinie wirkt sich besonders nachteilig bei Lichtbogenofen aus, deren Wandung im Bereich der beiden oberen Ofendrittel aus Kühlelementen, beispielsweise wassergekühlten Platten, besteht, oder mit Kühlkasten versehen ist. Auf diese Weise lassen sich zwar bis 70% der Ofenwandung kühlen und wird die Futterhaltbarkeit im Bereich der Wandkühlung wesentlich verbessert d.h. verdoppelt bis verdreifacht. Dem voreilenden Futterverschleiß an der Schlackenlinie läßt sich dadurch jedoch nicht entgegenwirken, da die Ofenkühlung auf den oberen, d.h. ein gutes Stück oberhalb der Schlackendecke befindlichen Teil der Ofenwandung beschränkt ist. Daraus erklärt sich, daß die Futterhaltbarkeit im unteren Ofendrittel weniger als 10% der Haltbarkeit der beiden oberen Ofendrittel beträgt.

Hinzu kommt eine zusätzliche Belastung des Ofenfutters im Einflußbereich der Schlacke durch die Richtung auf die Kühlelemente naturgemäß abnehmende Wandtemperatur. Der sich in der kühlungsbeeinflußten Wandungszone einstellende Temperaturgradient führt zu inneren Spannungen, deren Folge Risse und eine Beschleunigung des ohnehin im Einflußbereich der Schlacke schon voreilenden Futterverschleißes sein kann. Die Vorteile einer Wandungskühlung bei Lichtbogenofen lassen sich mithin wegen der geringeren Futterhaltbarkeit entlang der Schlackenlinie nicht voll ausschöpfen.

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Ts.'

Da eine bis in den Bereich der Schlackenlinie oder gar der Schmelze hineinragende Wandungskühlung jedenfalls bis heute nicht möglich ist, gingen die Versuche dahin, die Schlackenzusammensetzung der Futterzusammensetzung anzupassen, um bezüglich der Schlacke einen möglichst geringen Abstand vom Gleichgewichtszustand zu erreichen. Dem sind zwar Grenzen gesetzt, doch ist es gelungen, den Futterverschleiß an der Schlackenlinie mit Schlacken zu verringern, bei denen der Kalk teilweise durch Dolomit ersetzt ist. Die damit erzielbare Verlangsamung des Futterverschleißes entlang der Schlackenlinie ist bemerkenswert, jedoch noch keineswegs ausreichend, zumal der Erhöhung des Magnesiumoxydgehalts der Schlacke im Hinblick auf die Entphosphorung und Entschwefelung der Schmelze enge Grenzen gesetzt sind. Hinzu kommt, daß sich eine Erhöhung des Magnesiumoxydgehalts der Schlacke ohnehin nur positiv auf den Teil des voreilenden Futterverschleißes an der Schlackenlinie auswirken kann, der durch das Ungleichgewicht zwischen dem feuerfesten Futter und der Schlacke bedingt ist.

Unbeeinflußt von einer Erhöhung des Magnesiumoxydgehalts der Schlacke bleibt der durch die der Schlackenlinie benachbarten Kühlelemente und die Lichtbogenstrahlung verursachte zusätzliche Futterverschleiß, aber auch die Haltbarkeit der Kühlelemente. Die Lichtbogenstrahlung wirkt nämlich auch bei den Kühlelementen verschleißfördernd, weil diese nur mit einer verhältnismäßig dünnen, sich während des Ofenbetriebs auf der Feuerseite selbst bildenden Schicht aus Schlacken- und Metallspritzern bedeckt sind. Diese Schicht und die darunter befindlichen Kühlelemente sind der Lichtbogenstrahlung verhältnismäßig ungeschützt ausgesetzt und besitzen eine entsprechend kurze- Lebensdauer.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei Lichtbogenofen den Verschleiß des feuerfesten Futters im Bereich der Schlackenlinie und darüber weiter zu vermindern und auf diese Weise die notwendigen Flickarbeiten zu verringern, sowie die Futterhaltbarkeit insgesamt zu verlängern. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Ofencharge zu Beginn oder während des Einschmelzens und Frischens Dolomitkalk zugesetzt wird. Der Dolomitkalk tritt an die Stelle mindestens eines Teils des üblichen für die Schlackenbildung, insbesondere aber die Entphosphorung und die Entschwefelung erforderlichen gebrannten Kalks.

Eine wissenschaftliche Erklärung dafür, daß die Verwendung von Dolomitkalk anstelle mindestens eines Teils des üblichen Kalks im Vergleich zu der Verwendung von Dolomit anstelle von Kalk zu einer besseren Futterhaltbarkeit bzw. zu einer Verlangsamung des voreilenden Futterverschleißes im Bereich der Schlackenlinie führt, ist noch nicht gelungen. Es ist jedoch zu vermuten, daß das im Dolomitkalk gebundene Magnesiumoxyd die Schlacke nicht nur chemisch bzw. qualitativ und quantitativ, sondern auch physikalisch beeinflußt. Anzeichen dafür ist die vergleichsweise hohe Viskosität der dolomitkalkhaltigen Schlacken und die daraus resultierende Bildung einer Schaumschlacke. Die vergleichsweise hohe Schlackenviskosität bewirkt nämlich ein teilweises Festhalten des aus der Schmelze entweichenden Kohlenmonoxyds. Disdaflurch entstehende Schaumschlacke nimmt nicht nur ein größeres Volumen ein, sondern besitzt offensichtlich auch eine geringere Wärmeleitfähigkeit als eine weniger gasreiche, d.h. nicht schäumende Schlacke. Beides wirkt sich günstig auf die Futterhaltbarkeit aus; denn das größere Schlackenvolumen führt zu einem mindestens teilweisen Einhüllen des Lichtbogens, so daß die Schlacke gleichsam als Strahlungsschutz für die Ofenwandung

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insbesondere im Bereich der besonders gefährdeten Schlackenlinie wirkt. Außerdem ist der Wärmeübergang von der Schaumschlacke auf das Ofenfutter geringer, so daß sich insgesamt eine erhebliche Verlangsamung des Futterverschleißes ergibt. Schließlich überdeckt die Schaumschlacke auch den Übergang zu den Kühlelementen und bewirkt einen Temperaturausgleich. Die Gefahr einer Rißbildung ist daher geringer, ganz abgesehen davon, daß die Schlacke wegen ihrer höheren Viskosität nicht so leicht in etwaige Risse einzudringen vermag.

Zur Bildung einer Schaumschlacke trägt auch der Kohlendioxydgehalt des Dolomitkalks von einigen Prozent, beispielsweise 2% bei. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Dolomitkalk nachchargiert, d.h. in oder auf die "bereits flüssige Schlacke gegeben wird.

Dies kann beispielsweise durch Aufstreuen oder leichtes Aufblasen pulverförmigen Dolomitkalks auf die Schlackenoberfläche mit Hilfe einer beweglichen Lanze geschehen.

Der Dolomitkalkzusatz beträgt vorzugsweise 25 bis 30 kg/t Stahl und ersetzt dabei eine gleiche Menge Kalk einer üblichen Schlacke. Besonders günstig auf die Futterhaltbarkeit bei noch ausreichender Entschwefelung der Schmelze wirkt sich ein Dolomitgehalt der Schlacke von 6 bis 15% aus. Je nach Zusammensetzung des metallischen Einsatzes bzw. dem Schwefelgehalt kann der Dolomitanteil in der Schlacke jedoch auch wesentlich höher liegen. So kann bei über 50% Schrott, Eisenschwamm und vorreduzierte Pellets einzeln oder nebeneinander enthaltenden Chargen die Schlacke auch bis zu 50% aus Dolomitkalk bestehen.

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Vorzugsweise besteht der Dolomitkalk aus 35 bis 40% Magnesiumoxyd. Rest einschließlich Verunreinigungen Kalziumoxyd, beispielsweise aus 39% Magnesiumoxyd, 60% Kalziumoxyd und 1% Verunreinigungen. Besonders günstig ist ein weichgebrannter Dolomitkalk beispielsweise mit mindestens 39% Magnesiumoxyd, 1% Kieselsäure, 0,5% Eisenoxyd und einem sehr niedrigen Schwefelgehalt von nur 0,006 bis 0,01%.

Reicht die Entschwefelungswirkung der Dolomitkalk enthaltenden Schlacke nicht aus, dann kann gegen Frischende, beispielsweise zu Beginn des letzten Drittels der Frischphase pulverförmiger oder stückiger Kalk nachchargiert werden, um die Entschwefelungswirkung, darüber hinaus aber auch die Entphosphorungswirkung der Schlacke zu erhöhen. In diesem Fall beträgt die Teilchengröße etwa 1 bis 5 mm, ansonsten vorzugsweise 10 bis 40 mm. Die Erhöhung des Kalkanteils der Schlacke führt zwar wieder zu einer Beschleunigung des Futterverschleißes, jedoch ist diese auf eine vergleichsweise kurze Zeit, beispielsweise ein Drittel der sonst üblichen Zeit, beschränkt. Die Kalkzugabe kann jedoch auch nach einem mindestens teilweisen Entfernen der Dolomitkalk enthaltenden Schlacke geschehen, um eine besonders gute und rasche Entschwefelung zu erreichen.

Eine andere oder auch zusätzliche Möglichkeit trotz höherer Ausgangsschwefelgehalte zu einem Stahl mit niedrigem Schwefelgehalt zu kommen, besteht in einer Nachentschwefelung außerhalb des Lichtbogenofens, beispielsweise einer Pfannenentschwefelung mit einer beispielsweise 20 bis 30% Flußspat und Desoxydationsmittel, insbesondere bis 1% Aluminium und Silizium enthaltenden Kalkschlacke.

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Bei zwei Versuchsreihen wurden jeweils Chargen aus

30% Schrott

70% Eisenschwamm

zusammen mit

80% Stückkalk
20% Dolomit

30% Stückkalk
70% Dolomitkalk

jeweils bezogen auf die Schlackenmenge, in einem Lichtbogenofen eingeschmolzen, dessen obere zwei Drittel mit plattenförmigen Kühlelementen versehen waren. Bei der ersten Versuchsreihe mit der Kalk/Dolomit-Schlacke mußte das feuerfeste Futter im Bereich der Schlackenlinie im Durchschnitt nach 2 bis 3 Chargen geflickt werden, während bei der zweiten Versuchsreihe mit der Dolomitkalk/Kalk-Schlacke entsprechende Flickarbeiten erst nach durchschnittlich 20 Chargen erforderlich waren. Dies dürfte unter anderem auf das beobachtete Entstehen einer Schaumschlacke zurückzuführen sein.

Der Magnesiumoxydgehalt der Schlacke erhöhte sich bei den unter Kalk/Dolomit-Schlacken eingeschmolzenen und raffienierten Chargen im Schnitt von 5% auf 10%. Bei den unter den Dolomitkalk/ Kalkschlacken eingeschmolzenen und raffinierten Chargen blieb der Magnesiumoxydgehalt der Schlacke mit durchschnittlich 10% im wesentlichen konstant.

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Die beiden Versuchsreihen zeigen, daß es auf die bloße Anwesenheit von Magnesiumoxyd nicht ankommt, daß vielmehr entscheidend ist, in welcher Form das Magnesiumoxyd in die Schlacke eingebracht wird. Offensichtlich kommt es zwischen dem Magnesiumoxyd und dem Kalziumoxyd eines Dolomitkalks bezüglich der Verbesserung der Futterhaltbarkeit zu einer synergistischen Wirkung.

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Claims (9)

2843582 Stahl Consulting GmbH, Güntherstraße 65, 4600 Dortmund 1 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erhöhen der Futterhaltbarkeit von Lichtbogenofen mit magnesiumoxydhaltigem Futter, in denen feste Einsatzstoffe eingeschmolzen und unter einer Kalk und Magnesium-. oxyd enthaltenden Schlacke raffiniert werden, dadurch gekennzeichnet, daß den Einsatzstoffen Dolomitkalk zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dolomitkalkzusatz 25 bis 30 kg/t Stahl beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dolomitgehalt der Schlacke auf 5 bis 15% eingestellt wird.

4. Verfahren nach.einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Dolomitkalks mit 35 bis 40% Magnesiumoyd, Rest einschließlich Verunreinigungen Kalziumoxyd.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiger Dolomitkalk mit Hilfe einer beweglichen Lanze auf die Schlacke gestreut wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Stückkalk nachchargiert wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Nachchargieren des Stückkalks die Schlacke mindestens teilweise abgezogen wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Charge aus Schrott und/oder Eisenschwamm eingeschmolzen und raffiniert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei über 50% Schrott enthaltenden Chargen die Schlacke bis 50% Dolomitkalk enthält.

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