DE2949794A1 - Verfahren, einer eisenschmelze im konverter kohlenstoff zuzufuehren - Google Patents
Verfahren, einer eisenschmelze im konverter kohlenstoff zuzufuehrenInfo
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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)
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.
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.
dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffenthaltende Materialien Kohle verschiedener Qualitäten, Koks, Koksgrus, Braunkohlenkoks, Graphit und Mischungen davon eingeblasen werden.
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