DE2949794A1 - Verfahren, einer eisenschmelze im konverter kohlenstoff zuzufuehren - Google Patents

Verfahren, einer eisenschmelze im konverter kohlenstoff zuzufuehren

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Description

Sulzbach-Rosenberg, 11.12.1979 My/S.
Verfahren, einer Eisenschmelze im Konverter Kohlenstoff zuzuführen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stahlherstellung, bei dem Energie durch kohlenstoffhaltige Stoffe unterhalb der Badoberfläche während der Frischzeit einer Eiseηschmelze im Konverter, der Sauerstoffauf- und -durchblasvorrichtungen aufweist, zugeführt wird, zur Erzielung niedriger Stickstoffgehalte im Stahl.
Das Einblasen von kohlenstoffhaltigen Materialien in eine Eisenschmelze ist bekannt. Die Kohlenstoffzufuhr in eine Eisenschmelze dient in erster Linie dazu, den Wärmehaushalt zu verbessern und die Schrotteinschmelzkapazität zu erhöhen. So wird beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 23 16 768 ein Verfahren beschrieben, feste Kohlenstoffträger einer Korngröße <200,um zusammen mit einem Trägergas und Sauerstoff in eine Roheisenschmelze im Frischgefäß einzuleiten. Die Suspension aus festen Kohlenstoffträgern und dem Fördergas hat gleichzeitig die Aufgabe, die Sauerstoffeinleitungsdüsen zu schützen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht u.a. darin, daß die Kohlenstoff träger praktisch während der gesamten Frischzeit in die Schmelze eingeleitet werden müssen, da sie dem Düsenschutz dienen.
Die deutsche Offenlegungsschrift 28 l6 543 beschreibt ein Verfahren, im Sauerstoffdurchblaskonverter den Schrottsatz zu erhöhen bis hin zur Stahlerzeugung aus festen Eisenträgern, beispielsweise Schrott und vorreduzierten Eisenerzen. Es werden, sobald sich Schmelze im Konverter befindet, kohlenstoffenthal-
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tende Brennstoffe eingeblasen. Die bislang nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung P 28 38 983 beinhaltet ein Verfahren, den wärmetechnischen Wirkungsgrad der an die Schmelze zugeführten, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe deutlich zu verbessern. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, Sauerstoff in die Schmelze und gleichzeitig auf das Bad zu blasen und die im oberen Konverterbereich aus dsr CC^-Nachverbrennung gewonnene Wärme der Schmelze zuzuführen.
Als Verfahren für die Zugabe der kohlenstoffenthaltenden Substanzen, insbesondere der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe, hat sich die Methode nach der bisher nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 29 34 333·7 bewährt. Danach werden wechselweise durch das Sauerstoffeinleitungsrohr z.B. einer Düse aus zwei konzentrischen Rohren Sauerstoff oder die kohlenstoffenthaltenden Brennstoffe in Suspension mit einem Trägergas unterhalb der Badoberfläche in die Schmelze eingeführt.
Die Lehren der drei letztgenannten Patentanmeldungen zeigen in vorteilhafter Weise, wie der Wärmehaushalt in einer Eisenschmelze durch die Zugabe von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen zu verbessern ist, um beispielsweise den Schrottsatz bei der Stahlerzeugung zu erhöhen oder ohne Einsatz von flüssigem Roheisen eine Stahlschmelze im Konverter zu erzeugen. Bei der betrieblichen Anwendung dieser Verfahren haben sich jedoch im Vergleich zum reinen Sauerstoffdurchblasprozeß erhöhte Stickstoffgehalte im Fertigstahl eingestellt. Während man normalerweise beim Sauerstoff durchblasprozeß Stickstoffgehalte von 20 bis 30 ppm findet, zeigten sich bei der Anwendung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, z.B. Koksmehl, sehr unterschiedliche Stickstoffgehalte zwischen 30 bis 100 ppm.
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Diese Stickstofferhöhung ist nicht zu erwarten, und es fehlt zunächst eine Erklärung dafür, denn die Stickstofflöslichkeit geht mit erhöhtem Sauerstoffpotential in der Schmelze, d. h. bei tiefen Kohlenstoffgehalten, zurück. So ist es beispielsweise möglich, durch eine Stickstoff-Spülbehandlung von 1 bis 2 Minuten am Frischende, die Wasserstoffgehalte im Stahl zu senken, ohne daß es zu einer merklichen Stickstoffaufnahme kommt.
Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, beim Einleiten von Kohlenstoff, vorzugsweise von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, unterhalb der Badoberfläche in eine Eisenschmelze, wirtschaftlich und in betriebssicherer Weise niedrige Stickstoffgehalte im fertiggefrischten Stahl einzustellen, die mit den Stickstoffgehalten beim Sauerstoffdurchblasprozeß vergleichbar sind.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Erzielung niedriger Stickstoffgehalte im Stahl die kohlenstoffenthaltenden Stoffe in Suspension mit einem Trägergas und gleichzeitig Sauerstoff, mit/oder ohne Beladung von CaO zur Schlackenbildung, unterhalb der Badoberfläche durch Düsen mit Schutzmediumummantelung in die Schmelze eingeleitet werden und die Zufuhr der kohlenstoffenthaltenden Materialien bei einem Kohlenstoffgehalt der Schmelze von mindestens ca. 2 % beendet und mindestens ca. 5 Minuten die Eisenschmelze weitergefrischt wird.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß überraschenderweise die Stickstoffgehalte der kohlenstoffhaltigen Stoffe, insbesondere der gemahlenen, kohlenstoffenthaltenden Brennstoffe, im Vergleich zu gasförmig eingeleitetem Stickstoff verstärkt vom Eisenbad aufgenommen werden.
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Die eingesetzten, gemahlenen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe, wie beispielsweise Kohle verschiedener Qualitäten oder Koksgrus, weisen im Durchschnitt einen Stickstoffgehalt von ca.
1 % auf.
Bläst man z.B. mit einem m-* Stickstoff ca. 20 kg der gemahlenen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe in das Eisenbad, so führt man der Schmelze ca. 0.2 kg Stickstoff über den Brennstoff und ca. 1.2 kg Stickstoff aus dem Trägergas zu. Wird das Trägergas bei gleicher Einblastechnik durch ein Inertgas, beispielsweise Argon, ersetzt, so lassen sich überraschenderweise kaum Unterschiede der Stickstoffgehalte im Fertigstahl feststellen.
Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird das Einleiten der kohlenstoffenthaltenden Materialien im Badbereich der Schmelze in einem Konverter, bei dem Sauerstoff durch die Schmelze und als Freistrahl auf das Bad geblasen wird, bei einem relativ hohen Kohlenstoffgehalt der Schmelze von mindestens ca.
2 % beendet. Danach führt man der Schmelze nur noch Sauerstoff zu. Der Sauerstoffantei1, der unterhalb der Badoberfläche eingeblasen wird, kann vorteilhafterweise mit staubförmigetn Kalk zur Schlackenbildung beladen sein. Die Frischzeit mit Sauerstoff ohne Kohlenstoffzufuhr ist erfindungsgemäß über einen möglichst langen Zeitraum bis zum Frischende, jedoch mindestens ca. 5 Minuten, durchzuführen. Während dieser beschriebenen Frischperiode mit reinem Sauerstoff ohne Kohlenstoffzufuhr,nachfolgend Sauerstoff-Frischzeit genannt, wird offenbar bei dem höheren Kohlenstoffgehalt der Schmelze durch die starke CO-Entwicklung in der Schmelze, der im Bad gelöste Stickstoff weitgehend ausgespült .
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Bei Anwendung dieser erfindungsgemäßen Verfahrensweise stellten sich überraschenderweise in der fertigen Stahlschmelze wieder Stickstoffgehalte in der Größenordnung von 20 ppm ein, wie sie vom reinen Sauerstoffdurchblasprozeß her bekannt sind. Die Einblasraten der kohlenstoffhaltigen Materialien im ersten Abschnitt der Frischzeit, die vor der Sauerstoff-Frischzeit liegt, können in weiten Grenzen variiert werden.
Die eingeblasene Kohlenstoffmenge pro Zeiteinheit wird dabei in erster Linie durch die gesamte Menge der zuzuführenden kohlenstoffenthaltenden Materialien bestimmt, und es ist darauf zu achten, daß der Kohlenstoffsättigungswert der Schmelze durch die zugeführte Kohle nicht überschritten wird, d.h. daß man unter einem Kohlenstoffgehalt von ca. 4 % in der Eisenschmelze bleibt. Der Kohlenstoffgehalt der Schmelze läßt sich über die zugeführte Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von der Analyse, d.h. dem Sauerstoffverbrauch der chargierten Einsatzstoffe im Konverter, mit hinreichender Genauigkeit berechnen.
Gemäß der Erfindung kann der Kohlenstoffgehalt der Schmelze während der ersten Hälfte der Frischzeit auch Werte unter 2 % annehmen, und in Relation zur Kohlenstoff- und Sauerstoffzugabe wieder ansteigen, so daß er bei Beendigung der Kohlenstoffzufuhr mindestes ca. 2 % beträgt. Diese Kohlenstoffzufuhr kann in dieser ersten Blashälfte beliebig variiert bzw. nach einem fest vorgegebenen Schema oder mit konstanter Blasrate erfolgen. Normalerweise liegt die Einblasrate der kohlenstoffenthaltenden Materialien zu Beginn der Krischzeit während der Entsilizierungsperiode der Schmelze η i edr i ijrr , wird dann gesteigert und bis zum Einblasende ungefähr konstant. tjuhaLten.
Die Erfindung wird nun durch ein nichteinschränkendes Beispiel näher erläutert.
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In einem 6O t-Konverter befinden sich im Boden zehn Sauerstoffeinleitungsdüsen aus jeweils zwei konzentrischen Rohren mit einem lichten Durchmesser für das zentrale Sauerstoffeinleitungsrohr von 24 mm und einer Ringspaltbreite von 1 mm. Zwei dieser Sauerstoffeinleitungsdiisen weisen Umschaltventile auf, die das wechselweise Einleiten von kohlenstoffenthaltenden Materialien, beispielsweise Koksmehl, und Sauerstoff erlauben. Oberhalb des Badspiegels befindet sich in der Ausmauerung des Konverterhutes eine Sauerstoffaufblasdüse mit einem lichten Durchmesser für das Sauerstoffeinleitungsrohr von 50 mm. Etwa die Hälfte der Gesamtsauerstoffmenge wird durch diese Düse als Freistrahl aus einem Abstand von ca. 3-50 m auf die Badoberfläche geblasen.
In den Konverter werden 36 t Schrott und 36 t Flüssigroheisen mit der Analyse 3-5 % C, 1 % Mn, 0.5 % Si, 2 % P chargiert. Mit Frischbeginn leitet man durch acht Bodendüsen 12 OOO Nm /h Sauerstoff und durch die zwei anderen Bodendüsen 12 0OO kg/h Koksmehl, suspendiert in 700 Nm3/h Stickstoff. Nach ca. 2 Minuten wird die Einblasrate der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe auf 15 000 kg/h erhöht. Auf die Badoberfläche bläst man 6000 Nm^/h Sauerstoff. Nach einer Frischzeit von 12 Minuten weist die Schmelze einen aus der Sauerstoffbilanz errechneten Kohlenstoffgehalt von ca· 2 % auf, und die Koksmehlförderung wird beendet. Die beiden Düsen dienen dann der Sauerstoffzufuhr. Nach einer Gesamtfrischzeit, einschließlich des zweiminütigen Korrekturblasens, von 19 Minuten, wird die fertige Stahlschmelze mit einem Gewicht von 65 t und einer Temperatur von 167O0C der folgenden Zusammensetzung abgestochen: O.O3 % C, O.l % Mn, O.O25 % P, 18 ppm N2· Insgesamt sind der Schmelze 5OOO Nm Sauerstoff, 100 Nm^ Propan zum Düsenschutz, 25OO kg Koksmehl, 5500 kg Staubkalk zugeführt worden.
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Es liegt im Sinne der Erfindung, das erfindungsgetnäße Verfahren sinngemäß abzuwandeln und .seine große Flexibilität den Betriebsbedingungen im Stahlwerk anzupassen. Solange das wesentliche Merkmal dieser Erfindung, nämlich Beenden der Zugabe kohlenstoffenthaltender Materialien bei einem Kohlenstoffgehalt der Schmelze von ca. 2 %, beibehalten wird, fallen die verschiedenen Varianten in den !lahmen der Erfindung.
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Claims (4)

Patentansprüche
1) Verfahren zur Stahlherstellung, bei dem man Energie durch
kohlenstoffenthaltende Materialien einer Eisenschmelze im Konverter beim Frischen zuführt, und der Frischsauerstoff durch die Schmelze und als Freistrahl auf die Badoberflache geblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung niedriger Stickstoffgehalte im Stahl die kohlenstoffenthaltenden Stoffe in Suspension mit einem Trägergas und gleichzeitig Sauerstoff, mit/oder ohne Beladung von CaO zur Schlackenbildung, unterhalb der Badoberfläche durch Düsen mit Schutzmediumummantelung in die Schmelze eingeleitet werden und die Zufuhr der kohlenstoffenthaltenden Materialien bei einem Kohlenstoffgehalt der Schmelze von mindestens ca. 2 % beendet und mindestens ca. 5 Minuten die Eisenschmelze weitergefrischt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffenthaltenden Materialien mit unterschiedlichen Einblasraten der Schmelze zugeführt werden.
3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kohlenstoffgehalt der Schmelze während der Einblaszeit der koh lenstofienthaltenden Materialien unter dem Kohlenstoff satt iguncjswert liegt, vorzugsweise weniger als 4 % beträgt.
4) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3j
dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffenthaltende Materialien Kohle verschiedener Qualitäten, Koks, Koksgrus, Braunkohlenkoks, Graphit und Mischungen davon eingeblasen werden.
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