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Stahl erzeugung sverfahren
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Stahl in einem
Konverter, der mit Düsen unterhalb der Stahlbadoberfläche, bezogen auf die Konverterblasposition,
und Sauerstoffaufblasvorrichtungen, wie eine wassergekühlte Lanze und/oder Aufblasdüsen
im oberen Bereich der Konverterausmauerung ausgerüstet ist.
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Das Sauerstoff-Frischen zur Stahlerzeugung nach dem Auf- und dem Durchblasprinzip
sind betriebssichere Verfahren, die weltweit in deii Stahlwerken zur Anwendung kommen.
Die Verbesserung dieser eingeführten Prozesse zielt heute auf eine Erhöhung der
wirtschaftlichkeit durch AusbringeIisverbesserung, Verminderuny der Zuschlagstoffe
(Schlackenbildner) und Medien (Sauerstoff und Kühlittel). Eine weitere Entwicklungsrichtung
besteht darin, den Schrottsatz bis hin zur Stahlerzeugung aus Schrott zu steigern
ud die erforderliche Energie in Form von Brennstoffen mit möglichst hohem wärmetechnischem
Wirkungsgrad der Schmelze zuzuführen.
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Lö ungsvorschläge ftir diese Aufgabenstellungen sind gerade in der
leizten Zeit durch eine Iteihe von Patentanmeldungen bekannt qawordcll. Die Stahlerzeugung
mit erhöhtem Schrottsatz und ausschließlicher Anwendung fester Eisenträger ist iii
der deutschen ()fienI.egungsschrift 28 16 543 beschrieben. Der Schrott wird lurch
dieser Erfindung zunächst im Konverter vorgeheizt, und danach Leitet man in die
Schmelze kohlenstoffenthaltende, pulverförmige Brennstoffe zur weiteren Energiezufuhr.
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1>ie deutsche Offenlegurlgsschrift 27 55 165 beinhaltet ein Verfahren
zur Erhöhung des Schrottsatzes, bei dem Sauerstoff durch das Bad und 20 bis 80 %
der Gesamtsauerstoffmenge als Frei strahl auf die Schmelze geblasen werden. In dieser
Patentanmeldung ist der relevante Stand der Technik ausführlich dargelegt, und es
wird darauf Bezug genommen.
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In der bislang nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P
28 38 983 wird ein Verfahren erläutert, den wärmetechnischen Wirkungsgrad der in
die Schmelze eingeleiteten, kohlenstoffhaltigen Brennstoffe durch die Nachverbrennung
des entstehenden Co-Gases zu erhöhen und die gewonnene Wärme an das Bad zu übertragen.
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Die deutsche Offenlegungsschrift 27 23 857 befaßt sich ebenfalls mit
dem Einleiten kohlenstoffhaltiger Materialien unterhalb der Badoberfläche in eine
Schmelze. Oxidierendes Gas kann auf die Schmelze geblasen oder unterhalb der Badoberfläche
eingeleitet werden. Jedoch erreicht man bei der angegebenen Verfahrensweise und
gemäß der Zahlenbeispiele nur die Energieerhöhung aus der Co-Verbrennung des kohlenstoffhaltigen
Materials in der Schmelze.
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Beim Sauerstoffaufblasverfahren ohne Gaszufuhr unterhalb der Badoberfläche
ist das Nachlassen der Frischwirkung bei tiefen Kohlenstoffgehalten als Nachteil
bekannt. Bei einem Kohlenstoffgehalt iii der Schmelze von beispielsweise L-0.1 %
nimmt die Entkohlungs<jeschwindigkeit deutlich ab, da es durch die nachlassende
CO-Blasenbildung nicht mehr zu einem Konzentrationsausgleich in der Schmelze kommt.
Parallel dazu steigen die Eisenoxidgehalte iti der Schmelze an. 1)ie nachlassende
Entkohlungsgeschwindigkeit fiihrt zu einer Verlängerung der Frischzeit, und die
erhöhten Eisenoxidgehaltu in der Schlacke wirken sich als Ausbringensverlust aus.
Sowohl die irischzeitverlängerung als auch die Ausbringensverringerung beeinflussen
die Wirtschaftlichkeit des Prozesses wjgünsti g.
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Das Sauerstoffdurchblasverfahren, das die geschilderten Nachteile
des Aufblasprozesses nicht aufweist, erfordert nach dem heutigen Stand der Technik
jedoch mindestens einen Bodenwechsel während der Betriebszeit einer Konverterausmauerung.
Das feuerfeste Material im Bereich der Sauerstoffeinleitungsdüsen im Konverterboden
verschleißt mit ungefähr doppelter Geschwindigkeit im Vergleich zur Konverterseitenwandausmauerung.
Neben den Kosten für das Feuerfest-Material geht die Zeit von ca. 20 Stunden für
den Bodenwechsel als Produktionszeit verloren.
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Die zuvor genannten Patentanmeldungen geben Teillösungen für die
genannten Nachteile des Sauerstoffaufblas- und Sauerstoffdurchblasverfahrens an
und zeigen, wie das Wärmeangebot bei der Stahlerzeugung im Konverter zu erhöhen
ist. Den Erfindungen ist gemeinsam, Sauerstoff unterhalb und oberhalb der Badoberfläche
in die Schmelze zu leiten. Daraus ergeben sich, neben denNachteilen der aufwendigen
Installation für die erforderlichen Vorrichtungen der Sauerstoffzufuhr unterhalb
und oberhalb der Schmelze, für bestimmte Stahl qualitäten unerwünscht hohe Wasserstoff-
und Stickstoffgehalte aus dem Düsenschutzmedium der Sauerstoffeinleitungsdüsen unterhalb
der Badoberfläche, und weiterhin zeigt sich während der Entkohlung beim Stahlfrischen
eine geringere Entphosphorung im Vergleich zum reinen Sauerstoffaufblasverfahren.
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Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, die Vorteile
der Schlackenführung, ähnlich dem Sauerstoffaufblasverfahren, jedoch ohne erhöhte
Eisenverluste durch die starke Eisenoxidanreicherung der Schlacke gegen rischende
und die Vorteile beim Sauerstoffdurchblasprozeß, insbesondere hinsichtlich der niedrigen
Endkohlenstoffgehalte bei geringerer Eisenoxidkonzentration in der Schlacke,zu verwirklichen,
sowie niedrige Wasserstoff- und Stickstoff-Gehalte im Stahl zu
erreichen,
einen hohen wärmetechnischen Wirkungsgrad beim Einblasen kohlenstoffhaltiger Brennstoffe
in die Schmelze zu erzielen und die Haltbarkeit der feuerfesten Ausmauerung im Bereich
der Düsen (Konverterboden) unterhalb der Stahlbadoberfläche zu verbessern.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Sauerstoffzugabe
in an sich bekannter Weise durch eine wassergekühlte Lanze und/oder eine oder mehrere
auf die Badoberfläche gerichtete Aufblasdüsen, die in der oberen Konverterausmauerung
eingebaut sind, auf die Stahlbadoberfläche erfolgt und durch die mit einem Schutzmedium
betriebenen Düsen unterhalb der Stahlbadoberfläche gemahlene Feststoffe zur Schlackenbildung
und/oder zur Wärme zur fuhr in Suspension mit einem vorzugsweise sauerstoff-freien
Gas in die Schmelze eingeleitet werden.
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Überraschenderweise hat es sich nämlich gezeigt, daß beim Einsatz
sauerstoff-freier Gase unterhalb der Stahlbadoberfläche, denexl teilweise die gemahlenen
Feststoffe zur Schlackenbildung aufgeladeii werden und mit denen die kohlenstoffenthaltenden,
plllvolisierterl Breniistoffe, beispielsweise Koks, in die Schmelze eingeleitet
werden, ausreichen, um die Stahlerzeugung im Konverter mit vergleichbar günstigen
Ergebnissen durchzuführen, wie sie vom Sauerstoffdurchblasprozeß her bekannt sind.
Insbesondere lassen sich gut regelbar tiefe Kohlenstoffgehalte im Stahl ohne höhere
Eisenverluste in der Schlacke einstellen. Beispielsweise konnten Kohlenstoffgehalte
von 0.03 % bei Eisenoxidwerten in der Schlacke von ca. 12 % erreicht werden. Beim
Sauerstoffaufblasprozeß liegen die Eisenoxidgehalte der Schlacke bereits bei ca.
25 %, wenn der Kohlenstoff im Stahl ca. 0.05 % beträgt.
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Gemäß der Erfindung werden im Stahlbadbereich, d.h. unterhalb der
Stahlbadoberfläche im Konverter, weniger als die Hälfte der bei in Sauerstoffdurchblasverfahren
benötigten Düsen in der Konverterbodenausmauerung
und/oder der
unteren Konverterseitenwand installiert. Normalerweise handelt es sich dabei um
die üblichen, aus zwei konzentrischen Rohren bestehenden Düsen. In besonderen Fällen
können Ringschlitzdüsen nach dem deutschen Patent 24 38 142 eingesetzt werden1 oder
es kommen Düsen, gebildet aus drei konzentrischen Rohren, zum Einsatz. Diese Dreirohrdüsen
verfügen über zwei etwa gleich große breite Ringspalte von ungefähr 0.5 bis 2 mm
Breite, neben dem Zentralrohr. Die Dreirohrdüse betreibt man im Zentralrohr mit
der Suspension aus Feststoffen und Inertgas, in dem das Zentralrohr umhüllenden
Ring spalt mit Sauerstoff und im äußeren Ringspalt mit Kohlenwasserstoffen. Die
Kohlenwasserstoffmenge zum Düsenschutz ist gering und normalerweise zwischen 0.1
bis 5 %, bezogen auf die Trägergasmenge im Zentralrohr. Der Sauerstoffanteil in
dem genannten Ringspalt entspricht mindestens der Kohlenwasserstoffmenge oder liegt
höher. Während der letzten Frischphase kann durch alle drei Düsenkanäle Inertgas,
z.B. Argon, oder ein anderes stickstoff- und wasserstoff-freies Gas geleitet werden.
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Definitionsgemäß wird unter Stahlbadbereich das Konvertervolumen verstanden,
daß die fertiggefrischte, ruhende Stahlschmelze im Konverter bei seiner Blasstellung
einnimmt. Die Stahlbadoberfläche ist demgemäß der Badspiegel dieser Schmelze.
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Falls Schrott im Konverter vorgeheizt wird, z.B. bei der Erzeugung
einer Stahlschmelze aus festen Eisenträgern, dienen die Düsen im Stahlbadbereich
in bekannter Weise als Öl-/Sauerstoff-Brenner zum Schrottvorheizen. Sobald sich
Schmelze im Konverter befindet, werden diese Düsen zum Einleiten kohlenstoffhaltiger
Brennstoffe und Schlackenbildner herangezogen.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Düsen unterhalb der
Stahlbadoberfläche während des Frischverlaufes grob nach ungefähr folgendem Schema
eingesetzt. In der Entsilizierungsperiode,
ungefähr den ersten
l bis 2 Minuten der Frischzeit, dienen die Düsen zur Zufuhr von Schlackenbildnern,
vorzugsweise CaO. Beim Hauptblasen, etwa den anschließenden 5 bis lO Minuten der
Frischzeit, fördert man durch diese Düsen die erforderliche Menge kohlenstoffhaltiger
Brennstoffe, beispielsweise pulverisierten Koks oder Kohle. Erfindungsgemäß kann
parallel dazu weiterer Kalk eingeleitet werden. Zum Beispiel können zwei Düsen der
Kohlestaubförderung und eine oder mehrere Düsen gleichzeitig zum Einleiten von Schlackenbildnern
dienen.
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In der Fertigfrischperiode, etwa in den letzten 2 bis 5 Minuten der
Gesamtfrischzeit, benutzt man die Düsen unterhalb der Stahlbadoberfläche vorzugsweise
nur noch zum Einleiten wasserstoff-oder stickstoff-freier Gase mit oder ohne Beladung
von Schlakkenbildnern.
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Als Düsenschutzmedium, um das vorzeitige Zurückbrennen der Düsen in
der Konverterausmauerung zu verhindern, haben sich während der EntHilizierungs-
und liauptblasperiode Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Erdgas, Methan, Propan
oder Heizöl, bewährt.
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Beim Fertig- oder Nachblasen kommen bei Stahlqualitäten mit niedrigen
Wasserstoff- und Stickstoff-Forderungen bevorzugt Argon oder CO bzw. C02 zum Einsatz.
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Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung kann bevorzugt bis zur Nachblasperiode
durch die Zentralrohre der Düsen im Stahlbadbereich kontinuierlich oder kurzzeitig
Sauerstoff geblasen werden. Diese Maßnahme ist in erster Linie dazu gedacht, die
Düsenrohre von unerwünschten Verstopfungen und Ansätzen an der Düsenmündung zu befreien,
sowie die gewünschten pilzartigen Ansätze an der Düsenmündung in der gewünschten
Größe (Durchmesser ca.
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100 mm) einzustellen. Der wechselweise Betrieb von Trägergas: Brennstoff-Suspensionen
und Sauerstoff ist durch die Anwendung entsprechender Umschaltventile gemäß der
nicht veröffentlichten
deutschen Patentanmeldung P 29 49 801.9
möglich. Die eingesetzten Sauerstoffmengen unterhalb der Badoberfläche sind gering
und betragen insgesamt weniger als 20 96 der Sauerstoffmenge, die der Schmelze zugeführt
wird.
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Es liegt auch im Sinne der Erfindung, die beschriebene Dreirohrdüses
bei der das zentrale Suspensionsmittelrohr von einem Sauerstoffringspalt und einem
zweiten Ringspalt für Kohlenwasserstoffe ummantelt ist, vergleichbar mit der Zweirohrdüse
anzuwenden und die Zufuhr der geringen Sauerstoffmenge bis zur Nachblasperiode und
in Sonderfällen auch während des Nachblasens auszudehnen.
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Die durchgesetzten Sauerstoffmengen sind auch bei kontinuierlichem
Betrieb der Dreirohrdüse mit Sauerstoff ebenfalls klein und betragen in Summe etwa
10 % der Gesamtsauerstoffmenge.
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Gemäß der Erfindung wird der Sauerstoff zum Frischen der Schmelze,
zum Nachverbrennen der Reaktionsgase aus der Schmelze und zum Verbrennen der kohlenstoffhaltigen
Brennstoffe in der Schmelze auf die Badoberfläche geblasen. Es hat sich bewährt,
in bekannter Weise eine wassergekühlte Sauerstofflanze1 wie beim Sauerstoffaufblasprozeß,
anzuwenden und gleichzeitig über eine oder mehrere Düsen in der oberen Konverterseitenwand
Sauerstoff als Freistrahl auf die Badoberfläche zu blasen. Die Aufteilung der Sauerstoffmenge
zwischen Lanze und Aufblasdüsen kann in weiten Grenzen variiert werden. Durch die
Seitenwanddüsen sind jedoch mindestens l/4 des Sauerstoffs, bezogen auf die Sauerstoffgesamtblasrate,
zu leiten, solange die Lanze nahe der Badoberfläche in einem Abstand von ca. 0.2
bis 1.5 m im Schlackenbadbereich bläst.
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Die Anwendung der Sauerstoffaufblaslanze erlaubt praktisch mit Beginn
des Frischprozesses eine aktive Schlackenarbeit, wahrscheinlich weil die Schlacke
heißer als die Eisenschmelze selbst ist, in der sich noch Schrott auflöst. Die Schlackenbildner,
hauptsächlich. CaO, ggf. mit Flußspat- und/oder Dolomitzusatz,
werden
zum Teil als Stückkalk in den Konverter chargiert oder in Form voii Staubkalk dem
Sauerstoff der Blaslanze und/oder der Seitenwanddüse aufgeladen. Normalerweise wird
ungefähr die Hälf-Le des Kalkbedarfs auf die Badoberfläche gegeben, und der Rest
wird durch die Düsen unterhalb der Badoberfläche der Schmelze zugeführt. Das Verhjltnis
kann jedoch ungefähr bis zu 3/4 in die eine die auch in die andere Richtung verschoben
werden.
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Mit dieser Zugabetechnik der Schlackenbildner, insbesondere des Kitlkes,
unterhalb und oberhalb der Badoberfläche gemäß dem Verfahren nach der Erfindung,
wird eine frühzeitige Entphosphorung uiiti eille verbesserte Entschwefelung der
Eisenschmelze bewirkt.
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Wahrscheinlich kanii man sich die Wirkungsweise so vorstellen, daß
die überhitzte Schlacke auf der Badoberfläche in Zusammenwirkung mit dem Sauerstoffaufblasen
die Entphosphorung in die eigentliclle Entkohlungsperiode vorverlegt und der durch
die Schmelze geblasene Staubkalk bei relativ hohen Kohlenstoffgehalten, d. h.
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niedrigen Sauerstoffpotential der Schmelze, eine intensive Entschwefelung
herbeiführt. In den letzten Frischminuten der zuvor genannten Fertigfrischperiode
wird ebenfalls Kalk durch die Bodendüsen er Schmelze zugeführt, und als bevorzugte
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ungefähr 10 bis 20 % der gesamten
Kalkmenge als Stückkalk in den Konverter chargiert. Mit dieser Maßnahme erzielt
man vor dem Abstich zähflüssigere Schlakken, die sich zum einen leichter im Konverter
zurückhalten lassen und zum anderen vermeidet man sicher die Rücklieferung von Phosphor
urid Schwefel aus der Schlacke an die Stahlschmelze vor dem Abstich.
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Genäß der Erfindung kann der Lanzenabstand in der Hauptblasperiode
angefähr nach der halben Frischzeit vergrößert werden.
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Es liegt im Sinneder Erfindung, den Lanzen-Abstand soweit zu
erhöhen,
d.h. über ca. 1.50 m über der Stahlbadoberfläche, damit der austretende Sauerstoffstrahl
ähnlich wie der Freistrahl der Seitenwanddüse wirkt und zur CO-Nachverbrennung und
Rückführung der erzeugten Wärme an die Schmelze beiträgt.
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Gemäß der Erfindung ist es ohne prinzipielle Nachteile fiir das Verfahren
möglich, die Lanze nach ungefähr der Hälfte der Frischzeit aus dem Konverter zu
entfernen und .ìcn Sauerstoff ntir nach über eine oder mehrere Seitenwanddüsen atif
das Bad zu blasen.
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In besonderen Fällen, hauptsächlich wenn beim Umbau bestehender Sauerstoffdurchb
laskonverter auf das erfindungsgemäße Verfahren keine wassergekühlten Lanzen mehr
installiert werden können, erweist es sich als möglich, ohne Sauerstoffianze zu
arbeiten und Sauerstoffaufblasdüsen in zwei unterschiedlichen Ebenen oberhalb der
Stahlbadoberfläche in der Konverterausmauerung zu installieren. Die untere Einbauebene
der Seitenwanddüsen liegt dann zwischen ca. 0.5 bis 2 m oberhalb der Stahlbadoberfläche.
Die Einbaulage dieser Düsen ist ebenfalls auf die Stahlbadoberfläche gerichtet.
In dieser unteren Einbauebene können eine oder mehrere Seitenwanddüsen vorzugsweise
oberhalb des Konverterdrehzapfens, bezogen auf die Konverterblasstellung, angeordnet
sein. Die Diisen übernehmen sinngemäß die beschriebene Funktion der wnssergekühlten
Lanze in der ersten Hälfte der Frischzeit. Die Einbaulage einer oder mehrerer Düsen
in einer zweiten, höhergelegenen Ebene der Konverterseitenwand entspricht in ihrer
Einbaulage utid Funktion den beschriebenen Seitenwanddüsen bei Anwendung einer wassergekühlten
Sauerstoffaufblaslanze .
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Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt es,
ohne Seitenwanddüsen nur mit einer wassergekühlten Lanze oberhalb der Badoberfläche
zu arbeiten. Die Lanze wird dnn nur zu Frischbeginn
während der
Entsilizierungsperiode mit dem genannten geringen Abstand zur Stahlbadoberfläche
gefahren. Anschließend, etwa 2 Minuten nach Frischbeginn, sobald die Entlcohlungsperiode
beginllt bzw. der Schmelze kohlenstoffhaltige Brennstoffe zugeführt werden, arbeitet
man mit vergrößertem Lanzenabstand von jiber 1.50 m, vorzagsweise iiber 2 m, oberhalb
der Stahlbadoberfläche weiter. Bei dieser Betriebsweise hat es sich gezeigt, daß
dem aus der Lanzenöffnung austretenden Sauerstoffstrahl eine hinreichende Laufstrecke
im schmelzefreien Konverterraum zur Verfiigung steht, um die optimale Reaktionsgasnachverbrennung
und Rückführung der gewonnenen Wärme an die Schmelze zu gewährleisten.
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Zwar engt diese Verfahrensvariante die Flexibilität der Lanzenflihrung
in Relation zum Frischverlauf im Vergleich zur Kombination von Lanze und Seitendüsen
etwas ein, jedoch konnten auch mit dieser Betriebsweise die genannten Vorteile des
erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden. Es haben sich keine Nachteile bezüglich
der Einsenverschlackung und des hohen wärmetechnischen Wirkungsgrades der in die
Schmelze geleiteten, kohlenstoffhaltigen 13renllstoffe ergeben.
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Die Erfindung wird im weiteren anhand von nichteinschränkenden Beispielen
und einer Abbildung näher erläutert.
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Es zeigt Figur 1 den Schnitt durch einen Konverter.
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Ein Konverter, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt
werden kann, besteht aus einem Stahlblechmantel (i) mit einer feuerfesten Ausmauerung
(2) und einem auswechselbaren Konverterboden 3), in dessen feuerfester Ausmauerung
Dosen (4) angeordnet sind. Bei den Düsen (4) handelt es sich üblicherweise um die
bekannten OBM-Düsen aus zwei konzentrischen Rohren. Ein Teil oder sämtliche dieser
Bodendüsen können aber auch als Dreirohrdüsen ausgeführt sein.
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In dem dargestellten Konverter sind beispielsweise zwei Bodendüsen
(4) fiir das Einleiten der getrockneten, pulverisierten1 kohlenstoffhaltigen Brennstoffe
angeordnet. Die Suspension aus Urellnstoff, z.B. Braunkohlenkoksmehl, mit einem
sauerstoff-freien Trägergas, z.B. Stickstoff oder Argon, strömt durch die Sammelleitung
(5) über das T-förmige Verteilungsstück (6) zu den Umschaltventillen (7) und von
dort zu den Zentralrohren der Düsen (4). I)ie limschaltventile (7) erlauben es,
die Zentralrohre der Düsen (4) wechselweise mit der Brennstoff-lnertgas-Suspension
oder nur mit einem sauerstoff-freien Gas, in Sonderfällen auch Sauerstoff, zil versorgen,
das über die Leitung (8) zu den Umschaltventilen (7) strömt. Die Ringspalte der
Düsen (4) werden entweder mit flüssigen oder gasförmigen Schutzmedien versorgt.
Die Umschaltung voll flüssigen auf gasförmige Medien und umgekehrt wird bewerkstelligt
durch die druckgesteuerten Schaltventile (9), die üblicherweise in dem Düsenanschlußflansch
(io) mit integriert sind. T)ie Zufurh der Flüssigkeiten und Gase zu dem Umschaltventil
(9) erfolgt über die Zuleitungen (11, 12).
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Die Bodendüsen (4) betreibt man beispielsweise zum Vorheizen fester
Eisenträger im Konverter als Brenner. Dann strömen fliissige Kohlenwasserstoffe,
z.B. leichtes Heizöl, durch die Leitung (ii), über das Umschaltventil (9) in den
Düsenringspalt und durch die Leitung (8) über das Umschaltventil (7) Sauerstoff
in stöchiometrischer Menge für die Ölverbrennung durch das Zentralrohr der Düse
(4). Sobald sich Schmelze im Konverter befindet und die Diisenmündungen bedeckt,
wird auf die pulverförmige Brennstoffzufllllr umgeschaltet, und gleichzeitig werden
die Ringspalte der Diisen (!1) mit gasförmigen Schutzmedien, beispielsweise Kohlenwasserstoffen,
wie Erdgas oder Propan, versorgt.
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Die weiteren Bodendüsen sind im Prinzip gleich aufgebaut und dienen
der Zufuhr von sauerstoff-freien Gasen, denen nach Bedarf pulverförmige Schlackenbildner,
insbesondere CaO, aufgeladen werden. Diese Bodendüsen, von denen in Figur 1 nur
eine dargestellt ist, werden über eine Sammelleitung uiid über einen nicht gezeigten
Kalkverteiler mit der Gas-CaO-Suspension gleich mäßig beaufschlagt. Als Düsenschutzmedium
im Ringspalt haben sich gasförmige Kohlenwasserstoffe als betriebssicher erwiesen,
insbesondere dann, wenn kurzzeitig Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase durch
die Zentralrohre dieser Düsen strömen. Während der Vorheizzeit fester Einsatzstoffe
im Konverter betreibt man diese Düsen ebenfalls als Brenner, sinngemäß wie die Einleitungsdüsen
fiir pulverisierte, kohlenstoffhaltige Brennstoffe.
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Oberhalb eines der Konverterdrehzapfen (13) befindet sich in der Ausmauerung
(2) des Konverters (l) eine Sauerstoffeinleitungsdiise (i4), auch Aufbiasdiise oder
Seitenwanddüse genannt. Diese Aufblasdiise (i4) besteht vorzugsweise aus zwei konzentrischen
Rohren, wobei ebenfalls durch das Zentralrohr der Sauerstoff und durch den Ringspalt
ein Düsenschutzmedium strömt. Die Austrittsöffnung der Düse (14) an der Innenseite
der Konverterausmauerung (2) befindet sich mindestens 2 m über der ruhenden Stahlbadoberfläche
(15). Im dargestellten Fall beträgt diese Einbauhöhe ca. 3 m. Durch die Seitenwanddüse
strömen mindestens l/4 der Gesamtsauerstoffmenge.
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Der Sauerstoffstrahl tritt ungefähr mit Schallgeschwindigkeit aus
der Düsenöffnung und wirkt im Gasraum des Konverters als Freistrahl.
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Dabei saugt er ein Mehrfaches des Sauerstoffvolumens der aus der Schmelze
entweicheiiden Reaktionsgase im Konvertergasraum an. Ein wesentlicher Anteil des
Kohlenmonoxids dieser Reaktionsgase, erfahrungsgemäß mindestens 20 %, werden dabei
zu C02 nachverbrannt, und die entstehende Warme wird bei der beschriebenen Betriebsweise
nahezu vollständig an die Schmelze übertragen. Es kommt nicht zu Überhitzungen der
oberen Konverterausmauerung. Die Wärmestrahlung
dieses sich auf
hoher Temperatur (schützungsweise ca.
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28000C) befindlichen Freistrahles wird offenbar durch tlje mit Staub,
Schalcken- und Stahltröpfchen verunreinigung Gase im Konverterraum absorbiert.
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Der weitere für den Gesamtprozeß erforderliche Sauerstoff f wird mittels
der bekannten, wassergekühlten Sauerstoffblaslanze (16) auf die Badoberfläche geblasen.
In diesem Fall handelt es sich um die übliche, weitverbreitete Lanze mit vier Austrittsöffnungen.
Bei der dargestellten Konverterbetriebsweise mit Lanze und Seitendüse wird die Lanze
wie üblich beim Sauerstoffaufblasprozeß gesteuert, d.h. mit Frischbeginn fährt man
die Lanze nahe an die dargestellte Stahlbadoberfläche (15) und vergrößert diesen
Abstand mit zunehmender Frischzeit. Bei der Aufteilung dei Sauerstoffblasraten auf
Seitendüse und Lanze, strömen durch d i die Seitendüse mindestens 25 % der Gesamtblasrate,
jedoch vorzugsweise 30bis 50 %.
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Wird der gesamte Sauerstoff nur durch die wassergekühle lanze aufgeblasen,
so strebt man sofort nach Blasbeginn, jedoch sp.itestens nach der Entsilizierungsperiode,
einen Lanzenabstand zwischen dem Stahlbadniveau (15) und der Lanzenöffnung von mii1-destens
1.50 m an.
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Durch die Zufuhr der sauerstoff-freien Gase durch die Düsen (4) unterhalb
der Stahlbadoberfläche mit mindestens zeitweiser Beladung von pulverisierten Feststoffen,
gelingt es, eine ausreichende Badbewegung auch gegen Frischende bei sehr niedrigen
Kohlenstoffgehalten aufrechtzuerhalten, um die bekannte Schaumschlakkenbildung beim
Sauerstoffaufblasprozeß und den s starken Anstieg der Eisenoxidgehalte in der Schlacke
zu vermeiden. Es geniigerl als grober Orientierungswert ca. 10 bis 20 96 der Sauerstoffmenge
als sauerstoff-freies Gas unterhalb der Badoberfläche.
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Ein 60 t-Konverter in der dargestellten Form weist im neu ausgemauerten
Zustand ein inneres Volumen -von 55 m3 auf. Auf einem ca.
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50 cm breiten Mittelstreifen, parallel zur Drehachse des Konverters,
sind in der Bodenausmauerung fünf Düsen angeordnet. Zwei dieser Diisen bestehen
aus drei konzentrischen Rohren, wobei das Zentralrohr einen lichten Durchmesser
von 30 min aufweist und die beiden Ringspalte eine Breite von je i mm haben. Diese
beiden Düsen dienen der Zufuhr pulverisierter, kohlenstoffhaltiger Brennstoffe.
Die drei weiteren Düsen unterhalb der Badoberfläche bestehen aus zwei konzentrischen
Rohren mit einem lichten Zentralrohrdurchmesser von 30 mm und einer Ringspaltbreite
von l mm.
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Diese Diisen dienen der Zufuhr von sauerstoff-freien Gasen mit und
ohne Beladung von Schlackenbildnern. In den Konverter werden ca.
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27 t fester Eisenträger, insbesondere Schrott gemischter Qualität,
gelegentlich auch Anteile von Festroheisen und vorreduzierten Eisenerzen, chargiert.
Die festen Einsatzstoffe könnten vor-<jeheizt werden, indem man s.imtliche fünf
Diesen als Brenner betreibt und durch die llingspalte lleizol in einer Meiige von
100 1 pro Minute uiid durch die Zentral rohre die zur stöchiometrischen Verbrennung
erforderliche Sauerstoffmenge von 200 Nm3/min strömen läßt. Vorheizzeiten von 1
bis 10 Minuten sind üblich.
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Bei diesem Beispiel hat man auf das Vorheizen verzichtet. Nach dem
Schrottchargieren werden 40 t flüssiges Roheisen mit einer Temperatur von 13000C
und einer Zusammensetzung von 4.2 96 Kohlenstoff, 0.7 96 Silizium, 0.6 96 Mangan,
0.35 96 Phosphor und 0.035 96 Schwefel chargiert. Sofort nach dem Aufrichten des
Konverters in die Blasstellung strömen über zwei Seitenwanddüsen, die ca. 3 m oberhalb
der ruhenden Stahlbadoberfläche in der Konverterausmauerung über den Drehzapfen
angeordnet sind, ca. 18 000 Nm3/h Sauerstoff. Die Einbaulage der Seitendüsen ist
so, daß die Gasstrahlen ungefähr auf das Zentrum der Badoberfläche auftreffen. Durch
die zwei Bodendüsen für die Brennstoffzufuhr strömt durch das Zentralrohr eine Suspension
aus 20 Nm3 Stickstoff/min, beladen mit
300 kg Braunkohlenkoksmehl
pro Minute. Durch den inneren Ringspalt strömen gleichzeitig 10 Nm3 Sauerstoff/min
und durch den äußeren Ringspalt l Nm3 Propan/min. Die anderen drei Bodendüson werden
im Zentralrohr mit insgesamt 40 Nm³/min Stickstoff und im Ringspalt mit 1.5 Nm³/min
Propan versorgt. Anstelle von Stickstoff haben sich auch CO, C02 und Inertgase,
wie Argon, bewehrt, Diesen sauerstoff-freien Gasen im Zentralrohr werden ca. 3 t
Staubkalk zur Schlackenbildung in der ersten Blasperiode, irt der die Zugabe der
kohlenstoffhaltigen Brennstoffe erfolgt, aufgeladen. Die Zeit für diesen Blasabschnitt
beträgt ca. 10 Minuten.
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Nach diesem ersten Blasabschnitt, bei dem der Restkohlenstoffgehalt
der Schmelze noch ca. 1.5 bis 2 96 beträgt, ist die 13rcniistoffzufuhr beendet,
und die Zentralrohre der Düsen unterhalb der Badoberfläche werden mit Argon in einer
Menge von 70 Nm³/min versorgt. Nach weiteren ca. 5 Minuten wird der Konverter zur
Probenahme umgelegt. Anschließend erfolgt etwa ein zweiminütiges Korrekturblasen,
bei dem die Düsen unterhalb der Badoberfläche im Zentralrohr und Ringspalt mit Argon
versorgt werden. Anstelle von Argon haben sich auch CO, C02 und Mischungen dieser
Gase mit Argon bewährt. Während der Korrekturblasperiode chargiert man ungefähr
l t Stückkalk (CaO) in den Konverter. Nach einer Gesamtblasezeit von 17 Minuten
sticht man die fertige Stahlschmelze mit einer Zusammensetzung von 0.03 96 Kohlenstoff,
O.l % Mangan, 0.020 96 Phosphor und 0.015 % Schwefel ab. Die Abstichtemperntur beträgt
16500C und das Chargengewicht 61 t.
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Ein 200 t-Konverter, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet,
verfügt über eine übliche, wassergekühlte Sauerstoffblaslanze und zwei Seitenwanddüsen
im Konverterhut. Während der Frischzeit von ca. 12 Minuten werden durch die Sauerstoffblaslanze
in üblicher Betriebsweise wie beim Sauerstoffaufblascn,
cn. 7000
Nm Sauerstoff und durch die beiden Seitenwanddiisell ca 3000 Nm3 Sauerstoff auf
die Badoberfläche geblasen. terhalb der Stahlbadoberfläche befinden sich 8 Einleitungsdüsen
für sauerstoff-freies Gas. Während der ersten ca. 8 Blasminuten strömen durch die
Düsen unterhalb der Badoberfläche insgesamt ca. 1000 Nm3 Stickstoff, beladen mit
insgesamt ca. 10 t Staubkalk zur Schlackenbildung und 5 t Koksmehl zur Schrottsatzsteigerung
um 10 Prozentpunkte. Durch die Ringspalte der Düsen werden während der genannten
Zeit ca. 40 Nm3 Erdgas geleitet. In den letzten 4 Blasminuten führt man über die
Düsen unterhalb der Badoberfläche 500 Nm3 Argon in die Schmelze ein. Ohne Berücksichtigung
des zusätzlich eingeschmolzenen Schrottes durch die Brennstoffzufuhr (Koksmehl)
konnte der Schrottsatz bei der geschilworten Verfahrensweise gegenüber dem Sauerstoffaufblasprozeß
um 6 t, entsprechend 3 Prozentpunkten, gesteigert werden. Das Ausbringen wurde gleichzeitig
um 1.5 96 verbessert. Dies ist haupts-ichlicil mit dem geringen Eisenoxidgehalt
der Schlacke von nunm(llr ca. 15 96 gegenüber beim Saiierstoffaufblasverfahren von
ca.
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25 96 und einen geringeren Eisenverlust im Abgas von nunmehr ca.
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0.5 96 gegenüber 1.2 % beim Aufblasverfahren begründet.
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In dem gleichen 200 t-Konverterließen sich ähnlich vorteilhafte Werte
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einstellen, wenn der gesamte Sauerstoff durch
die wassergekühlte Lanze geleitet und die Düsen unterhalb der Badoberfläche wie
beschrieben betrieben werden. Allerdings ist gegenüber der üblichen Sauerstoffaufblastechnik
der lanzenabstand (Entfernung der Lanzenöffnung von der ruhenden Stahlbadoberfläche)
bereits kurz nach Blasbeginn, etwa 1 Minute später, auf ca. 1.50 m und nach einer
weiteren Minute auf ca. 2 m erhöht worden.
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Als ein deutlicher Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung, hat
sich gegenüber dem Sauerstoffdurchblasprozeß die Verbesserung der Bodenhaltbarkeit
herausgestellt. Bei der üblichen
Bodenausmauerungsstärke von ca.
l m erübrigte sich der Bodenwechsel während der Konverterausmauerungsrcise Sekr
wahrscheinlich ist die Verbesserung der Bodenausmauerungshaltbarkeit aul die reduzierte
Düsenanzahl gegenüber dem Sauerstoffdurchblasprozeß und die Verwendung von sauerstoff-freien
Gasen zuriickzuführen.
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Es liegt im Sinne der Erfindung, ihre Lehren abzuwandeln und der Betriebs
praxis in den verschiedenen Stahlwerken anzupassen. Das wesentliche Merkmal, sauerstoff-freies
Gas unterhalb der Badoberfläche mit und ohne Beladung von Feststoffen (Schlakkenbildner,
kohlenstoffhaltige Brennstoffe) von bis zu ca. 20 96 des Gesamtsauerstoffs einzusetzen
oder geringfügige Sauerstoffmengen kontinuierlich bzw. diskontinuierlich, Jedoch
nicht mehr als 10 Uxh der Gesamtsauerstoffmenge, zuzuftihren, muß erhalten bleiben.