DE2939859A1 - Verfahren zur stahlherstellung aus festen, metallischen eisentraegern - Google Patents

Verfahren zur stahlherstellung aus festen, metallischen eisentraegern

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Description

Sulzbach-Rosenberg, 20.09.I979
Verfahren zur Stahlherstellung aus festen, metallischen Eisenträgern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stahlherstellung aus festen, metallischen Eisenträgern, insbesondere Schrott, Fest-Roheisen, Pellets, Eisenschwamm oder beliebige Mischungen davon, in einem Sauerstoffdurchblaskonverter, der gleichzeitig über Sauerstoffaufblaseinrichtungen und Einleitungsdüsen für gemahlene, kohlenstoffhaltige Brennstoffe unterhalb der Stahlbadoberfläche verfügt.
Die Stahlerzeugung aus Schrott, ohne Einsatz von flüssigem Roheisen, wird heute bevorzugt in Elektrolichtbogenofen durchgeführt. Vom Preis für die elektrische Energie hängt dabei weitgehend die Wirtschaftlichkeit dieses Prozesses ab. Die bekannten Konverter-Verfahren, bei denen Sauerstoff auf- oder durch die Schmelze geblasen wird, arbeiten im Vergleich zum Elektrolichtbogenofen schneller und kostengünstiger. Zur Stahlherstellung im Konverter ist jedoch flüssiges Roheisen erforderlich, dem in Relation zu seiner Zusammensetzung beim Frischprozeß Schrott als Kühlmittel zugesetzt wird. Üblicherweise beträgt der Schrottanteil bis zu ca. 30 %, bezogen auf das Stahlgewicht.
Es sind nunmehr Konverter-Verfahren zur Stahlerzeugung bekannt geworden, die es erlauben, den Schrottanteil bis hin zur Stahlerzeugung aus festen Eisenträgern zu steigern. Die erforderliche Wärme bringt man dabei durch das Vorheizen des Schrottes und über die Zufuhr von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in die Schmelze ein. Der wärmetechnische Wirkungsgrad der eingesetzten Brennstoffe bestimmt bei dieser Verfahrensweise im wesentlichen die Wirtschaftlichkeit.
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Bereits in den alten deutschen Patenten 508 966 und 537 78I aus den Jahren 1924 und I929 wird ein Konverterverfahren zum Einschmelzen von Erz beschrieben, bei dem man der Schmelze Kohlestaub und Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft zuführt. Die Zufuhr der Brennstoffe und die erforderliche Wärme an die Schmelze zu übertragen, erwies sich offenbar als schwierig, denn in dem Zusatzpatent 537 781 wird vorgeschlagen, das Verfahren gemäß Patent 508 966 in einem elektrisch beheizten Konverter durchzuführen.
Die bislang nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung P 28 38 983 "Verfahren zur Wärmezufuhr bei der Stahlerzeugung im Konverter", beschreibt eine vorteilhafte Arbeitsweise, um den Schrottsatz im Konverter beliebig zu steigern und schließlich nur aus festen Eisenträgern eine Stahlschmelze zu erzeugen. Nach dem Verfahren dieser Patentanmeldung wird der Schrott in den Konverter chargiert und etwa 10 Minuten vorgeheizt. Während der Vorheizphase arbeiten die im Konverterboden angeordneten Sauerstoffeinleitungsdüsen als Brenner. Nach dem Vorheizen chargiert man entweder flüssiges Roheisen in den Konverter oder arbeitet ohne Zugabe von Roheisen weiter. Sobald sich Schmelze im Konverter befindet, wird durch die Düsen unterhalb der Badoberfläche gemahlener, kohlenstoffhaltiger Brennstoff, hauptsächlich Koks oder Kokspulver, und Sauerstoff mit Ummantelung eines kohlenwasserstoffhaltigen Schutzmediums eingeblasen. Ungefähr die gleiche Sauerstoffmenge, die unterhalb der Badobsrfläehe eingeleitet wird, bläst man gleichzeitig durch den freien Konverterraum auf die Badober fläehe,
Bei der praktischen Anwendung dieses Verfahrens hat es sich gezeigt, daß bei starker Herabsetzung des Roheisensatzes, definiert als Roheisenanteil bezogen auf das Stahlgewicht, und beim Einsatz
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ausschließlich fester Eisenträger, sich die Einschmelzzeit für die festen Eisenträger überproportional verlängert. Die Chargenfolgezeit nimmt demgemäß zu. Weiterhin schwankt der Energieverbrauch während dieser Einschmelzphase und steigt im Mittel etwas an. Das bekannte Verfahren läßt sich demzufolge ohne den Einsatz von flüssigem Roheisen nicht so betriebssicher in Hinblick auf seine Wirtschaftlichkeit durchführen, wie beim Einsatz einer Mindestmenge von Roheisenschmelze. Es ist mit einer verlängerten Chargenfolgezeit zu rechnen, und es ergeben sich Schwankungen im wärmetechnischen Wirkungsgrad der eingesetzten Brennstoffe während der Schrotteinschmelzzeit .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nunmehr darin, ein Stahlerzeugungsverfahren zu schaffen, das es betriebssicher ermöglicht, Stahl aus festen Eisenträgern ohne Bedarf von flüssigem Hoheisen mit hoher Energieausnutzung, d.h. mit einem Energiebedarf wie beim Einsatz einer Mindestmenge von flüssigem Roheisen, in relativ kurzer Chargenfolgezeit und somit in wirtschaftlicherer Weise als bisher bekannt zu erzeugen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß in einem Konverter gegenüber dem gewünschten Stahlabstichgewicht 10 bis 30 % mehr Stahl gefrischt werden und diese Zusatzstahlmenge von 10 bis 30 % der nachfolgenden Charge flüssig zugeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in einem weiterentwickelten Sauerstoffdurchblaskonverter durchgeführt, gemäß der deutschen Patentanmeldung P 28 38 983. Dieser Konverter weist Sauerstoffeinleitungsdüsen unterhalb der Stahlbadoberfläche auf, die dazu dienen, sauerstoffenthaltende Frischmittel, vorzugsweise üblicher Sauerstoff, mit Kohlenwasserstoffummantelung zum Düsenschutz, in die Schmelze zu leiten. Gleichzeitig verfügt der Konverter über Sauerstoffeinblasvorrichtungen oberhalb der Badoberfläche, durch die Sauerstoff auf das Bad geblasen wird. Die-
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se Sauerstoffaufblasvorrichtungen können Düsen in der feuerfesten Ausmauerung im oberen Konverterbereich sein, oder es kann sich um die bekannten, wassergekühlten Lanzen handeln. Zwischen 20 bis 80 % der Gesamtsauerstoffmenge führt man dem Frischprozeß 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, zu, gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 27 55 165. Weiterhin verfügt der Konverter noch über Einleitungsdüsen für kohlenstoffhaltige Brennstoffe unterhalb der Badoberfläche. Diese Düsen werden wie nach dem Verfahren der bisher nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 29 34 333-7 betrieben. Als Brennstoffe kommen Koks, Braunkohlenkoks, Graphit, Kohle verschiedener Qualitäten und Mischungen davon infrage.
Die eingesetzten festen, metallischen Eisenträger, insbesondere Schrott, Festroheisen, Pellets, Eisenschwamm oder beliebige Mischungen davon, werden zunächst in dem genannten Konverter vorgeheizt. Während dieser Vorheizphase betreibt man die Düsen unterhalb der Stahlbadoberfläche als Brenner, gemäß der deutschen Patentanmeldung P 28 16 543·7· Als Brennstoffe dienen flüssige und/oder gasförmige Kohlenwasserstoffe, bevorzugt Erdgas oder Öl.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Einschmelzzeit und der wärmetechnische Wirkungsgrad der eingesetzten Brennstoffe für das Schrottschmelzen bei einer Erhöhung der Einsatzmenge fester, metallischer Eisenträger in einem 30 t-Konverter bis zu einem Anteil von ca. 3<-> % Schmelze, in einem £>O t-Konverter bis zu einem Flüssiganteil von ca. 20 % und in einem 200 t-Konverter bis zu einem Gewicht der chargierten Schmelze von ca. 10 % ungefähr konstant bleiben. Bei Chargen aus 100 % festen Eisenträgern, z.B. Schrott^ verlängert sich die Einschmelzzeit, d.h. die Zeit nach dem Vorheizen bis sich Schmelze im Düsenbereich am Konverterboden befindet, mehr als erwartet, und die Energie-
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ausnutzung der eingesetzten Brennstoffe streut während dieser Zeit relativ stark und liegt im Durchschnitt niedriger als bei Vergleichsschmelzen mit einem Anteil von flüssigem Einsatz. Vermutlich besteht eine Erklärung für diese Verlängerung der Einschmelzephase und den teilweise erhöhten Energiebedarf bei der Arbeitsweise ohne Flüssigeinsatz darin, daß der Übergang vom vorgewärmten Schrott zu einem flüssigen Sumpf mit ausreichendem Volumen, in dem die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe gelöst und unter Wärmegewinnung zu CO verbrannt werden, durch die verhältnismäßig stark streuenden Betriebsbedingungen während dieser Prozeßphase unterschiedlich abläuft. Die wechselnden Betriebsbedingungen können beispielsweise durch verschiedene Schrottsorten, deren Packung im Konverter, den erreichten Oxidationsgrad beim Vorheizen der festen Eisenträger und den daraus resultierenden Veränderungen beim Wärmeübergang hervorgerufen werden. Darüber hinaus sind Schwankungen beim Aufschmelzen und der Anfangslage des Bades im Konverter, insbesondere in bezug auf die Düsenanordnung, zu erwarten.
Gemäß der Erfindung werden in dem genannten Konverter 10 bis 30 % mehr Stahl erzeugy/t als für das Abstichgewicht, d.h. für die Weiterverarbeitung im Stahlwerk, vorgesehen ist. Beispielsweise werden in einem 100 t-Konverter ungefähr 120 t Stahl gefrischt und davon 100 t für die Weiterverarbeitung im Stahlwerk abgestochen.
Die Zusatzstahlmenge von ca. 20 t kann in Ausnahmefällen direkt im Konverter verbleiben. Diese Arbeitsweise betrifft jedoch einen Sonderfall des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn man beispielsweise auf das wärmetechnisch vorteilhafte Schrottvorheizen verzichtet. Damit wird einerseits ein erhöhter Energieverbrauch erforderlich, andererseits verkürzt sich jedoch die Produktionszeit für die fertige Stahlschmelze um einige Minuten. Vorteilhaft findet diese Variante des erfindungsgemäßen Verfah-
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rens Anwendung, wenn die festen Eisenträger, insbesondere Schrott, extern vorgeheizt und mit erhöhter Temperatur in den Konverter chargiert werden.
Die bevorzugte Nutzung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Zusatzstahlmenge von ca. 10 bis 30 %, nach erfolgtem Abstich der Stahlschmelze, in ein Aufbewahrungsgefäß auszuleeren, beispielsweise in eine entsprechende Stahlpfanne, im folgenden Hilfspfanne genannt. In dieser Hilfspfanne wird der Stahlrest zunächst aufbewahrt und der nächsten Schmelze nach dem Schrottvorheizen wieder zugeführt.
Gemäß der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den zu repetierenden Stahlrest, d.h. die Zusatzstahlmenge von 10 bis 30 %, auf einen Kohlenstoffgehalt > 1 %, vorzugsweise zwischen 2 bis 3 %, aufzukohlen. Durch die Aufkohlung kommt es zwar zur Abkühlung der Stahlmenge in der Hilfspfanne, aber durch die Erniedrigung der Erstarrungstemperatur der kohlenstoffreicheren Schmelze verringert sich die Gefahr, daß die repetierte Schmelze teilweise erstarrt, sobald sie mit dem Schrott beim Chargiervorgang in Berührung kommt. Letztlich wird durch das Einblasen von Sauerstoff über die Verbrennung des in der Schmelze enthaltenen Kohlenstoffs Energie gewonnen, die zu einer gewünschten, schnellen Aufheizung des Sumpfes im Konverter beiträgt und den Anteil von Schmelze im Konverter vergrößert.
Um beim Vorheizen der in den Konverter chargierten festen, metallischen Eisenträger, beispielsweise Schrott, einen möglichst günstigen wärmetechnischen Wirkungsgrad zu erzielen, ist man bestrebt, keinen Stahlrest im Konverter zu "belassen. Beim vollständigen Ausleeren der Stahlschmelze aus dem Konverter ist es jedoch unvermeidbar, daß ein Anteil flüssiger Schlacke mitläuft. Zwischen dieser eisenoxidreichen Schlacke und der aufgekohlten Stahlschmelze kann es in der Hilfspfanne zu unerwünschten
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Reaktionen kommen. Erfindungsgemäß werden aus diesem Grund Desoxidationsmittel, z.B. Silizium bis zu Gehalten zwischen 0.1 bis 1.5 %, dem Stahlrest zugegeben. Damit lassen sich die genannten Reaktionen zwischen Schlacke und Stahlrest weitgehend unterdrükken.
Gemäß der Erfindung hat es sich als besonders wirtschaftlich erwiesen, die Kohle ganz oder teilweise bereits im Konverter dem flüssigen Stahlrest zuzugeben, bevor er in die Hilfspfanne ausgeleert wird. Die Aufkohlung erfolgt in einfacher Weise durch die kohlenstoffhaltigen, gemahlenen Brennstoffe, beispielsweise Koks, den man über die vorhandenen Einleitungsdüsen im Konverterboden einbläst.
Die erfindungsgemäße Aufkohlung des Stahlrestes im Konverter hat besonders Vorteile, wenn der Stahl nach der sogenannten Zweischlackenpraxis gefrischt wird. Bei der Zweischlackentechnik zieht man die erste Schlacke nach der Hauptfrischperiode möglichst vollständig ab. Diese Schlacke enthält die wesentlichen Anteile der zu entfernenden Elemente beim Frischprozeß, wie Phosphor und Schwefel. Beim sogenannten Nach- oder Fertigblasen wird im Konverter eine zweite Schlacke gebildet, deren Eisenoxidgehalt normalerweise zwischen 15 bis 20 % beträgt. Wird nun in den zu repetierenden Stahlrest im Konverter Kohle eingeblasen, so reduziert man gleichzeitig den Eisenoxidgehalt dieser Zweitschlacke, die sich noch im Konverter befindet. Die Schlacke wird dadurch viskos bis krümelig und läßt sich in diesem Zustand leichter im Konverter zurückhalten, wenn der Stahlrest in die Hilfspfanne abgestochen wird. Diese Schlacke beläßt man als Kalkträger für die nächste Schmelze im Konverter. Auf diese Weise verringert sich der Kalkverbrauch, und gleichzeitig verbessert sich der Wärmehaushalt, da weniger Kalk aufzuheizen ist. Weiterhin hat sich gezeigt, daß diese zum Teil krümelige
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Schlacke den warmetechnischen Wirkungsgrad beim Vorwärmen verbessert im Vergleich zu einer flüssigen Schlacke. Der Grund liegt wahrscheinlich darin, daß flüssige Schlacke leichter auf dem metallischen Einsatz, beispielsweise Schrott, erstarrt und den Wärmeübergang verschlechtert. Wie bereits gesagt, ist es außerdem schwierig, den Stahlrest vollständig aus dem Konverter zu entleeren, solange die Schlacke dünnflüssig vorliegt. Ein Stahlrest im Konverter wiederum führt aber beim Vorheizen zu einer deutlichen Verminderung des warmetechnischen Wirkungsgrades der eingesetzten Brennstoffe.
Es liegt im Sinne der Erfindung, ihr wesentliches Merkmal, nämlich das Repetieren einer Reststahlmenge bei der nächsten Charge, den Betriebsbedingungen in den verschiedenen Stahlwerken anzupassen. Dabei können sowohl die Reststahlmengen, der Zugabezeitpunkt und die Legierungssätze, insbesondere Kohlenstoff und Silizium, in weiten Grenzen unter Beibehaltung des Erfindungsgedankens, die Erzeugung von Stahl ohne flüssiges Roheisen, variiert werden.
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Claims (6)

Patentansprüche
1) Verfahren zur Stahlherstellung aus festen, metallischen Eisenträgern, insbesondere Schrott, Fest-Roheisen, Pellets, Eisenschwamm oder beliebige Mischungen davon, in einem Sauerstoffdurchblaskonverter, der gleichzeitig über Sauerstoffaufblaseinrichtungen und Einleitungsdüsen für gemahlene, kohlenstoffhaltige Brennstoffe unterhalb der Stahlbadoberfläche verfügt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Konverter gegenüber der gewünschten Stahlabstichmenge 10 bis 30 % mehr Stahl hergestellt werden und die Zusatzstahlmenge von 10 bis 30 % der nachfolgenden Charge flüssig zugeführt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zusatzstahlmenge nach erfolgtem Abstich im Konverter belassen wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgtem Konverterabstich die genannte Zusatzstahlraenge in ein gesondertes Gefäß, vorzugsweise eine entsprechende Stahltransportpfanne, die sogenannte Hilfspfanne, abgestochen wird.
4) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abstich der Stahlschmelze die Zusatzstahlmenge im Konverter aufgekohlt wird.
5) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu repetierende Stahlrest (Zusatzstahlmenge) mit siliziumhaltigen Legierungsmitteln auf Siliziumwerte zwischen 0.1 bis 1.5 % eingestellt wird.
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ORIGINAL INSPECTED
6) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zusatzstahlmenge mit oder ohne Legierungszusätze bei der nächsten Charge nach erfolgtem Vorheizen der eingesetzten festen, metallischen Eisenträger in den Konverter chargiert wird.-
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