DE2857581C2 - Verfahren zur Stahlerzeugung - Google Patents

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 Sauerstoff durch unterhalb des Badspiegels der fertigen Stahlschmelze in der feuerfesten Ausmauerung angeordnete Düsen zugeführt und stöchiometrisch verbrannt wird, die heißen Verbrennungsgase den festen Konvertereinsatz von unten nach oben durchströmend aufheizen und spätestens nach Bedecken der Düsen mit Schmelze kohlenstoffhaltige Brennstoffe chargiert und die Schmelze gefrischt wird.

Ein Verfahren dieser Art ist in der nicht vorveröffentlichten DEOL 27 19 981 beschrieben. Des weiteren ist aus der DE-AS 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 ahnliche 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 standig 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 DE-OL 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

ίο der DE-OL 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

is DE-OL 27 29 983 geschieht das Schrotteinschmelzen in zwei Phasen mit stöchiometrischer Verbrennung des Zusatzbrennstoffs während der ersten Phas«* und Erhö-.hung der Sauerstoffmenge im Verhältnis zur Brennstoffmenge in der zweiten Phase.

Das Sauerstoffdurchblas-Verfahren nach der DE-OL 27 55 !55 führt 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 Freislrahl wirkt und dem- gemäß wesentliche Mengen der die Schmelze verlassenden Konverterabgase ansaugt Bei dem Verfahren nach der DE-OL 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

Obgleich sich das Verfahren nach der DE-OL 27 19 981 in die Praxis eingeführt und durchaus bewährt hat, haben sich doch gewisse Schwierigkeiten und Zeitverzögerungen beim Chargieren der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe in den Konverter ergeben. So ist es beispielsweise erforderlich, beim Chargieren von stückigem Koks den Konverter zu; kippen und den Koks aus einer Chargiermulde in den Konverter zu schütten. Die hierfür erforderliche Zeit beträgt mindestens 3 Minuten und wirkt sich als Zeitverzögerung bei der Stahlerzeugung und somit als Produktionseinbuße aus. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das vorerwähnte Verfahren in der Weise auszugestalten und zu verbessern, daß die Zugabe der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe möglichst ohne Konvertermanipulation und den damit verbundenen Zeitverlust erfolgt. Die Lösung dieser Aufgabe besteht daric.daß bei dem ein gangs erwähnten Verfahren erfindungsgemäß pulver förmige kohlenstoffhaltige Brennstoffe mit einem Trägergas, beispielsweise mit Stickstoff oder Argon, in die Schmelze eingeleitet werden. Dabei ergibt sich ein Verfahren, daß etwa in den folgenden drei Phasen abläuft:

Während einer ersten, im folgenden als Vorheizphase bezeichneten Phase, wird im wesentlichen Schrott bis zu einer mittleren Temperatur von etwa 1100⁰C aufgeheizt, ohne daß schon in größerem Umfange flüssiger Stahl entsteht. Während dieser Phase sind vorwiegend oxydierende Verbrennungsgase vorhanden. Während einer zweiten Phase, der Verschmelzphase, wird ein größerer oder der gesamte Teil des Schrottes eingeschmolzen und weist die Zusammensetzung der Abgase schon nicht mehr den gleich hohen Oxydationsgrad wie wäh rend der Vorheizphase auf. Während der reinen Frisch phase wird die Schmelze in der üblichen Weise in ihrem Gehalt an Kohlenstoff und anderen Begleitelementen vermindert.

Für das Vorheizen kommen erfindungsgemäß gasförmige oder flössige Kohlenstoffträger, wie Erdgas, bzw. Methan, Propan, Butan, Benzol, Rohöl, Heizöl, Rohteer und Raffinerierückstände, mfrage. Diese lassen sich insbesondere durch die Ringspalte der bekannten 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 erfindungsgemäßen Verfahrens. So werden z. .B. während des Beginns der Vorheizphase soviel flüssige bzw. gasförmige Kohlenstoffträger eingeleitet, wie für eine stöchiometrische Verbrennung mit den oxydierenden Gasen zu CO2 und H2O erforderlich ist, während in der Frischphase nur noch soviel Kohlenwasserstoffe eingeleitet werden, wie für den Schutz der Düsen benötigt werden. Dabei kanc es zweckmäßig sei", ein- oder mehrmals von flüssigen auf gasförmige KoMenstoffträger bzw. Schutzmedien umzuschalten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich 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 Kon- verters, so daß der Verschleiß des feuerfesten Konverterfutters ebenfalls gering ist Das großflächige Verbrennen der Kohlenstofffaser mil Hilfe mehrerer Düsen im Konverterboden oder im unteren Bereich der Seitenwand ergibt zudem eine sehr glei hmäßige Verteilung der heißen Brenngase über das Haufwerk der Eisenträger. Als besonders geeignet für diese Anwendung haben sich Sauerstoff durchblas-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 Kohlenstoffträger, beispielsweise 2 bis 3 Vol.-% Propan oder 8 Vol.-% Erdgas, be- zogen auf die Sauerstoffmenge, in den Konverter geleitet Das Umschalten von den flüssigen auf die gasförmigen Kohlenstoffträger erfolgt während der Vorschmelzphase bzw. zu Beginn der Frischphase.

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 von 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 konzenirischen Rohren, wobei der Düsenringspalt normalerweie 1 mm breit ist oder aus Einzelkanälen mit ungefähr quadratischem Querschnitt mit 2 bis 3 mm Kantenlänge besteht Durch den Ringspalt werden nach der Vorheizzeit während des Vorschmelzens der festen Eisenträger und des Frischens der Schmelze gasförmige Düsenschutzmedien geleitet, beispielsweise 2 bis 3 Voll-% Propan, bezogen auf den Sauerstoff. Die gasförmigen Düsenschutzmedien haben sich in der Betriebspraxis für die Frischphase als unproblematisch und sehr zuverlässig herausgestellt

Während der Frischphase werde in einem 60 t-Konverter z. B. 15 000 bis 18 0OO Nm³/h Sauerstoff durch die Zentralrohre von 10 Düsen geleitet laid gleichzeitig etwa 300Nm³/h Propan 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 Düsenschutzmedäim während der Vorschmelz- und der Frischphase zur Anwendung kommen, beispielsweise bei dem genannten 60 t-Konverter Heizöl in einer Menge von ca. 1000 l/h bei dem genannten Sauerstoffdurchsatz von ca. 16 000 Nm³/h, 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 erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei der Anwendung von gasförmigen Kohlenstoffträger, vor allem Erdgas, zum Vorheizen sind keine Umbauten für die Düsen--ersorung dieser Konverter erforderlich. Jedoch ist es vorteilhafter, flüssige Kohlenstoffträger während der Vorheizzeit einzusetzen und anschließend auf gasförmige Düsenschutzmedien umzuschalten.

Mit dieser erfindungsgemäßen Vorheiztechnik, die in 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 Eisenträger, hauptsächlich Schrott, übe;· eine Schrottzusatzerhöhung von ca. 10 Prozentpunkten hinaus, bis hin zur Stahlerzeugung aus Schrott ohne Verwendung von flüssigem Roheisen, erfordert eine gesteigerte Brennstoffzufuhr zum Einschmelzen der festen Eisenträger.

Feste Kohlenstoffträger werden erst chargiert, wenn sich im Konverter ein Sumpf flüssiger Schmelze befindet und die Düsenöffnungen bedeckt, dann geht der Kohlenstoff in Lösung und wird aus dem flüssigen Eisen mit Sauerstoff in Form von CO unter Wärmeabgabe herausgefrischt

Außer den pulverförmigen Brennstoffen können andere Feststoffe, vor allem Schlackenbildner, beispielsweise Staubkalk vorzugsweise während der Frischphase zusammen mit dem Sauerstoff als Trägergas eingeblasen werden.

Pulverförmige Kohlenstoffträger und andere Pulver sowie brennbare oder inerte Gase können auch zentrisch zum Sauerstoff, beispielsweise durch ein im Sauerstoffrohr befindliches besonderes Zuführrohr 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 DE-PS 24 38 142 haben sich ebenfalls bewährt

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zusätzlich auch oberhalb der Badoberfläche durch im feuerfe-

sten Mauerwerk vorzugsweise unterhalb der Drehzapfen angeordnete Düsen aus konzentrischen Rohren 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 vom Beginn der Verschmelzphase in zunehmendem Maße entstehende Kohlenmonoxyd nach Möglichkeit schon beim Verlassen der festen Eisenträger oder der Schmelze mindestens teilweise zu Kohlendioxyd zu verbrennen. Der Sauerstoff kann auch während der Vorheizphase in Form von Luft und während der Vorschmeizphase als technisch reiner Sauerstoff eingeblasen werden. Während der Vorheizphase kaan es auch zweckmäßig sein, mehr als 10 Gew.-% Kohlenwasserstoffe einzuleiten.

Die betreffenden Düsen können im zylindrischen Mittelteil des Konverters angeordnet sein, beispielsweise in einer Höhe von etwa 1 bis 1,5 m, vorzugsweise 12 m, oberhalb des Bodens bei einem neu zugestellten Konverter. Die Höhenlage der Düsen ertaubt eiae Fortsetzung des Brennerbetriebes über den Zeitpunkt hinaus, zu dem die im Konverterboden oder beispielsweise 20 bis 80 cm, vorzugsweise 50 cm, über dem Konverterboden in der Seitenwandung angeordneten Düsen auf reinen Frischbetrieb, d. h. auf eine Kohlenwasserstoffmenge unter 10 Gew.-%, bezogen auf die Sauerstoffmenge, umgestellt werden. So kann der Brennerbetrieb der oberhalb der Badoberfläche angeordneten Düsen bis zum Beginn der Frischphase fortgesetzt werden. Erst dann wird die Sauerstoffmenge im Vergleich zur Kohlenwasserstoffmenge erhöht, um eine möglichst weitgehende Verbrennung des Kohlenmonoxyds über der Schmelze zu erreichen.

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 <ier 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 gasfömiges Schutzmedium, beispielsweise Propan, eingeblasen werden, während durch die beiden anderen Ringspalte flüssige Kohlenstoffträger, wie Öl unterschiedlicher Viskosität und Vorheiztemperatur, eingesetzt 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 über Umschaltventile mit jeweils zwei Einzelleitungen, einmal für gasförmige und zum anderen für flüssige Schutzmedien bzw. Kohlenstoffträger, verbunden sind, um den 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 fluiJes Medium geschieht vorzugsweise mit Hilfe eines direkt am Montageflansch der Düse angeordneten Dreiwege-Ventiles, 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 verhältnismäliig geringen Schutzmedi'jmdurchsatz während der Vorschmelz- und der Frischkäse, gewährleistet.

Einzelne Düsen werden während der Vorschmeizphase und zu Beginn der Frischphase, bei der sich der Konverter in senkrechter Stellung befindet, susschließlieh mit fiuiden Kohlenstoffträgern, d. h. einer Suspension aus pulverförmigen, festen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und Trägergas, beschickt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert

In einem 60-t-Konverter mit ungefähr kugelförmigem Querschnitt und einem spezifischen Konvertervolumens von 0,8 m³/t Stahl, der über zehn Düsen aus jeweils zwei konzentrischen Rohren im Boden verfügte, wurden insgesamt 401 Schrott unterschiedlicher Beschaffenheit (Blechpakete, Rücklaufcchrott aus dem Walzwerk, handelsüblicher Mischschrott) chargiert. Der Schrott wies im Mittel einen Eisengehalt von ca. 93% auf. Während des Aufrichtens des Konverters in Blasstellung wurden die Düsen mit Stickstoff versorgt Anschließend wurden die Bodendüsen zum Vorheizen als Brenner betrieben. Es strömten durch die Ringspalte der Düsen ca 75 1 Öl pro Minute und durch das Zentralrohr die zur stöchiometnschen Verbrennung erforderliche Sauerstoffmenge von ca. i50Nm³/min. Nach einer Vorheizzeit von ca. 10 Minuten befand sich ersie Schmelze im Bereich der Düsenmündungen. Die Oberflächentemperatur des Schrottes wurde mit ca. 1100° C gemessen. Von diesem Zeitpunkt an wurden über zwei Bodendüsen insgesamt in ca. 20 Minuten 3,5 t pulverförmiger Koks mit Stickstoff als Trägergas in den Konverter geleitet Die Beladungsrate betrug ca. 15 kg Koks pro Nm³Stickstoff. Gleichzeitig strömten durch die anderen acht Bodendüsen ca. 200 NmVmin Sauerstoff, ummantelt mit ct.. 2 Vol.-% Propan als Düsenschutz.

Nach einer Gesamtblasezeit von ca. 38 Minuten wurde die fertige Stahlschmelze von 36 t Gewicht mit einer Temperatur von 1640° C und einer Zusammensetzung von 0,02% Kohlenstoff, 0,05% Mangan und 0,01% Phosphor abgestochen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. 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 Sauerstoff durch unterhalb des Badspiegels der fertigen Stahlschmelze in der feuerfesten Ausmauerung angeordnete Düsen zugeführt und stöchiometrisch verbrannt wird, die heißen Verbrennungsgase den festen Konvertereinsatz von unten nach oben durchströmend aufheizen und spätestens nach Bedecken der Düsen mit Schmelze kohlenstoffhaltige Brennstoffe chargiert und die Schmelze gefrischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmige kohlenstoffhaltige Brennstoffe mit einem Trägergas in die Schmelze eingeleitet werden.

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

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Bedecken der Düsen mit Schmelze in der Seitenwandung des Konverters angeordnete Düsen als Brenner weiterbetrieben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei in zwei Höhenlagen in der Konverterseitenwandung angeordnete Düsen die oberen Düsen als Brenner weiterbetrieben werden, wenn die unteren Düsen mit Schmelze bedeckt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerbetrieb der oberen Düsen bis zum Beginn des Frischens fortgesetzt wird.