DE3106908C2

DE3106908C2 - Verfahren zum Kühlen von konzentrischen Blasformen

Info

Publication number: DE3106908C2
Application number: DE3106908A
Authority: DE
Inventors: Saito Togane Kenji; Nakanishi Chiba Kyoji; Emi Chiba Toshihiko; Nozaki Tsutomu; Kato Yoshiei
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1981-02-24
Publication date: 1984-10-31
Also published as: FR2476679A1; US4330108A; GB2071831B; GB2071831A; JPS56119718A; JPS6049687B2; DE3106908A1; FR2476679B1

Abstract

Verfahren zum Kühlen der Düsen beim Raffinieren von geschmolzenem Eisen durch Einblasen eines Sauerstoff enthaltenden Raffinierungsgases durch Düsen, die unterhalb oder oberhalb des Meniskus des Eisenbades in einem Behälter zum Raffinieren des geschmolzenen Eisens angeordnet sind, bei dem konzentrische Düsen verwendet werden und ein Sauerstoffgas enthaltendes Raffinierungsgas durch das innere Rohr der konzentrischen Düse und ein Fluid zum Schützen der Düsen durch das äußere Rohr der Düse geblasen werden, so daß das Schutzfluid das Raffinierungsgas in Form einer Hülle umgibt, um die vorderen Enden der Düsen zu kühlen, wobei als Schutzfluid ein Gemisch aus gasförmigem oder/und flüssigem Kohlendioxid sowie feinen Kohlenstoffteilchen verwendet wird.

Description

CO₂+ C —2CO

als Schutzfluid ein Gemisch aus gasförmigem und/ oder flüssigem Kohlendioxid sowie feinen Kohlenstoffteilchen mit einem Molverhältnis von Kohlenstoff zu Kohlendioxid von 0,5 bis 1,0 verwendet wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von konzentrischen Blasformen der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattung.

Derartige Kühlverfahren zum Kühlen der Blasformen unter Verwendung eines von einem Schutzfluid umgebenen inneren Sauerstoffstrahls sind in der Technik weit verbreiu... Durch derartige Kühlungsmaßnahmen werden die Lebensdauern <hr Blasformen beträchtlich gesteigert Die üblicherweise verwendeten Schutzgase enthalten jedoch Wasser 'off, der zum Teil von der zu frischenden Schmelze absorbiert wird, was die Qualität des fertigen Stahls beeinträchtigt.

Es sind auch bereits wasserstofffreie Schutzfluids aus gasförmigem oder flüssigem Kohlendioxid verwendet worden. Die Verwendung von gasförmigem Kohlendioxid ist in dem japanischen Patent 4 47 093 beschrieben und die Verwendung von flüssigem Kohlendioxid ist aus »Rev. Metallurgie« (1978) Seiten 13bis 19bekannt.

Die Kühlwirkung von Kohlendioxid ist jedoch praktisch ebenso gering wie die Kühlwirkung von gasförmigem Argon oder Stickstoff.

Aus der DE-AS 23 16 768 ist es bekannt, zusammen mit einem Trägergas feine Kohlenstoffteilchen in eine Metallschmelze einzutragen. Dieser Kohlenstoffeintrag erfolgt jedoch nicht zu Kühlungszwecken, da zur Kühlung dem Frischgas (Sauerstoff) und dem Trägergas Feinerz zugesetzt wird

Aus der DE-AS 20 33 975 ist es bekannt, zur Kühlung von konzentrischen Blasformen Erdöl bzw. Heizöl zu verwenden, wobei für die Herstellung von Stählen mit geringen Gehalten an Wasserstoff vorgeschlagen wird, in einem zweiten Blasabschnitt anstelle des Heizöls oder des Erdöls Kohlendioxid als Kühlmittel zu verwenden, da sich Kohlendioxid weitgehend inert verhält, so daß beträchtliche Wärmemengen aus der konzentrischen Düse abgeführt werden können, ohne daß Reaktionen im Kühlgas auftreten. Kohlendioxid wird bei diesem bekannten Stand der Technik in flüssiger Form verwendet, um die Kühlwirkung des Phasenüberganges flüssig-gasförmig zu nutzen. Die im Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Blasformkühlung sind somit unbefriedigend, weshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattung so auszubilden, daß eine gesteigerte Kühlwirkung erreicht wird (ohne daß entsprechend gesteigerte Schutzfluidmengen eingeblasen werden müssen).

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich in erster Linie daraus, daß zu Kühlzwecken die endotherm ablaufende Umsetzung von Kohlendioxid und Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid provoziert wird, welche wegen ihres endothermen Charakters eine kräftige Kühlwirkung hervorruft

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert In dieser zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch den Bodenbereich eines Konverters, in den von unten her Sauerstoff eingeblasen wird;

F i g. 2 eine ebene Draufsicht auf die Rückseite des Bodens des Konverters gemäß F i g. 1 und

Fig.3 einen Längsschnitt entlang der Linie A-A'in

Ais hrischgefaß für eine tisenschmeize können verwendet werden ein Konverter, ein Elektroofen, ein Siemens-Martin-Ofen und ein Raffinierbehälter vom Gießpfannen-Typ, und als Eisenschmelze können verwendet werden eine Eisen-Kohlenstoff-Meiallschmelze, bei der es sich hauptsächlich um geschmolzenes Eisen aus einem Hochofen handelt eine Eisen-Kohlenstoff-Metallschmelze mit darin gelöstem Schrott wie sie hauptsächlich im Elektroofen und dgl. erhalten wird, und eine hoch-legierte Eisen-Kohlenstoff-Metallschmelze, deren Hauptausgangsmaterial hochlegierter Schrott ist, der in einem AOD-Ofen raffiniert wird.
Als Düse zum Raffinieren von geschmolzenem Eisen, die erfindungsgemäß verwendet werden soll, kann eine bereits bekannte konzentrische Düse (hier der Einfachheit halber stets als »konzentrische Düse« bezeichnet) verwendet werden, und ein Sauerstoffgas enthaltendes oxidierendes Gas wird durch ein inneres Rohr der Düse geleitet, während ein Schutzfluid, das ^-stellt aus einem Gemisch von Kohlendioxid und Kohlenstoff, durch ein äußeres Rohr, d. h. einen Ringraumabschnitt geleitet wird. Das Mischungsverhältnis η von Kohlenstoff zu Kohlendioxid in dem vorstehend beschriebenen Schutzfluid ist definiert durch die folgende Gleichung:

Mole Kohlenstoff (mol)
Mole Kohlendioxid (mol)

Es wurden nun Versuche unter Variieren des vorgenannten Verhältnisses η durchgeführt, und dabei wurde gefunden, daß das höchste Wärmeabführungsvermögen innerhalb eines Bereiches von 0,5 <η< 1,0 erzielt werden kann.

Wenn das Schutzfluid, das aus einem Gemisch aus Kohlendioxid und Kohlenstoff besteht, durch das äußere Rohr, d. h. den Ringraumabschnitt der konzentrischen Düse in den unteren Abschnitt des geschmolzenen Bades erfindungsgemäß eingeleitet wird, tritt um das vordere Ende der Düse herum, die der höchsten Temperatur und dem Verschleiß ausgesetzt ist, eine Reaktion entsprechend der folgenden Gleichung auf:

CO₂ + C — 2 CO

Bei der Reaktion gemäß der vorstehenden Gleichung (2) handelt es sich um eine endotherme Reaktion, so daß das Wärmeabführungsvermögen nicht merklich erhöht

wird, verglichen mit dem bekannten Verfahren, bei dem Kohlendioxid allein als Schutzfluid in die Metallschmelze eingeleitet wird.

Dabei erhält man als Ergebnis, daß, wie weiter unten angegeben, durch Verwendung von 5 Vol.-% verbrauchtem Kohlendioxid, bezogen auf Sauerstoff, die gleiche Lebensdauer (Haltbarkeit) der Düse wie bei Verwendung des bereits bekannten Propans erzielt werden kann, d. h. mit einer Menge, die nur etwa '/3 der bereits bekannter. Verwendung von reinem Kohlendioxid beträgt, und dies ist wirtschaftlich viel besser als das bekannte Propanverfahren und das Problem der Wasserstoffaufnahme, welches die Qualität des Produktes beeinträchtigt, wird vollständig vermieden.

Die vorliegende Erfinduiig wird nachfolgend anhand experimenteller Daten näher erläutert

Auf dem Boden eines Konverters, dessen Wandabschnitt durch Magnesia-Dolomit-Ziegelsteine ausgekleidet ist und dessen Boden aus Magnesia-Kohlenstoff-Ziegelsteinen aufgebaut ist, sind vier konzentrische Düsen in einer Reihe parallel zur Dreh-Achse angeordnet Die inneren Rohre, durch die Sauerstoffgas geleitet wird, sind Kupferrohre, wobei jedes einen Innendurchmesser von 8 mm und einen Außendurchmesser von 12,7 mm hat, und die äußeren Rohre, durch weiche das Schutzfluid geleitet wird, sind Kupferrohre, von denen jedes einen Innendurchmesser von 13,7 mm und einen Außendurchmesser von 19,05 mm hat Der Durchmesser des Ringraums, der durch das innere Rohr und das äußere Rohr gebildet wird, beträgt somit 0,5 mm.

Die Anordnung der vier Düsen am Boden ist in der F i g. 1 dargestellt Darin bezeichnen die Ziffern 4, 5, 6 und 7 die vorstehend beschriebenen Düsen, die Ziffer 1 bezeichnet den Stahlmantel, und die Ziffer 2 bezeichnet die feuerfeste Auskleidung an der Seitenwand. Durch die Düsen 4 und 5 strömt das Schutzfluid (hier als »erfindungsgemäßes Schutzfluid« bezeichnet), das besteht aus einem Gemisch aus Kohlendioxid und Kohlenstoffpulver, und durch die Düsen 6 und 7 strömt das bereits bekannte Schutzfluid aus Propangas.

Eine ebene Draufsicht auf die Rückseite des Bodens des Ofens gemäß F i g. 1 ist in der F i g. 2 dargestellt. Darin bezeichnet die Ziffer 8 ein Rohr zur Einleitung eines oxidierenden Gases zum Raffinieren, die Ziffer S bezeichnet ein Kopfstück zum gleichmäßigen Verteilen des oxidierenden Raffinierungsgases auf die vorgenannten vier Düsen, und die Ziffer 10 bezeichnet ein Rohr zur Einführung des erfindungsgemäßen Schutzfluids, das nacheinander durch das Rohr 12 und'die Verzweigungsrohre 13 und in die Ringraumabschnitte in den Düsen 4 und 5 strömt Die Ziffer 11 bezeichnet ein Rohr für die Einführung von Propangas, das nacheinander durch das Rohr 14 und die Verzweigungsrohre 15 und in die Ringraumabschnitte der Düsen 6 und 7 fließt

Die F i g. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A -A' der F i g. 1. In den Rohren 10,11 und 8 kann außer dem obengenannten Fluid Argongas oder Stickstoffgas strömen. Der Ofen wird auf die Beschickungsseite gekippt (geneigt), und es werden 5 t geschmolzenes Eisen aus einem Hochofen eingefüllt Die Komponenten und die Temperatur des geschmolzenen Eisens vor dem Einfüllen in den Konverter sind folgende: 4,5% C, 0,4% Si, 0,4% Mn, 0,12% P, 0,04% S und 1260⁰C, und während der Einführung des geschmolzenen Eisens läßt man Stickstoffgas in die vorstehend beschriebenen vier Düsen einströmen, urr> ;ine Verstopfung der Rohre durch das geschmolzene Eisen zu verhindern. Pro Düse läßt man 1.25 NmVmin Stickst; ffgas in das innere Rohr und 0,23 Nm³/min in den ringförmigen Abschniti einströmen. Nach Beendigung der Beschickung wird der Ofen sofort in die senkrechte Position gebracht, und es wird mit dem Einblasen (Frischen) begonnen. Die pro Düse eingeführten Mengen sind folgende:

In den Düsen 4 und 5 strömen 1,25 Nrn³/min Sauerstoffgas durch das innere Rohr, und das erfindungsgemäße Schutzfluid, bestehend aus einem Gemisch aus 0,063 Nm³/min Kohlendioxidgas und 0,034 kg/min Kohlenstoffpulver, strömt durch den Ringraumabschnitt In das innere Rohr der Düsen 6 und 7 werden 1,25 Nm³/min Sauerstoffgas eingeleitet und in dan Ringraumabschnitt werden 0,05 NmVmin des bereits bekannten Propangases eingeleitet In diesem Falle wird zum Zeitpunkt des Einblasens des Raffinierungsgases von unten her eine bereits bekannte wassergekühlte Sauerstoffaufblaslanze einen LD-Konverter in einen Konverter eingeführt und auf die Barioberfläche wird Sauerstoffgas in einer Menge von 5 Nm³/min Sauerstoffgas aufgeblasen, um die von unten her eingeblasene Gasmenge zu ergänzen. Beim Beginn des Einblasens werden !50 kg gebrannter Kalk von eben her auf die Badoberfläche zugegeben. Nach 20minCnigem Blasen (Frischen) wird das Blasen (Frischen) ersetzt, durch die oben angegebene Stickstoffgasmenge (inneres Rohr: 1,25 NmVmin, Ringraumabschnitt: 0,23 Nm³/min pro Düse) und die Einleitung von Sauerstoffgas durch die wassergekühlte Sauerstoffaufblaslanze wird ebenfalls gestoppt, und die Lanze wird aus der Konverteröffnung nach oben herausgezogen. Dann wird der Konverter sofort auf die Beschickungsseite gekippt, und die Temperatur des geschmolzenen Eisens wird gemessen, und es wird eine Probeentnahme durchgeführt. Die Temperatur beträgt 1646° C, die Gehalte an C, Mn, P und S betragen 0,03%, 0,23%, 0,017% bzw. 0,018%. Dann wird der Konverter auf die Seite mit einem Loch für den Austrag des geschmolzenen Stahls gekippt, und der geschmolzene Stahl wird ausgetragen in eine Pfanne, danach wird der Konverter erneut auf die i3eschickungsseite gekippt und die geschmolzene Schlacke wird in eine Schlackenpfanne ausgetragen. Nachdem der Konvertegeleert worden ist, werden die in den F i g. 2 und 3 angegebenen Einstellschrauben 16 entfernt, und die Länge der Düse wird gemessen, und der als Folge des vorstehend beschriebenen Blasens (Frischens) aufgetretene Düsenverschleiß wird bestimmt, wol>ei die folgenden Werte erhalten werden:

Düse Nr. Menge des VerschleiBcs

(mm/Charge)

4	1,7
5	13
t>	23
7	2,3

Bei der Verschleißmenge handelt es sich um einen Durchschnittswert der an sechs Punkten in der Umfangsrichtung gemessenen Werte. Obgleich die erfindungsgemäß verwendete Kohlendioxidgasmenge nur 5% betrug, war der erzielte Schutzeffekt gleich oder besser als derjenige, der für Propangas angegeben ist Es wird daher angenommen, daß die Wärmeabführung aufgrund der weiter oben angegebenen Gleichung (2) auf den Umfang der IX'se ausreichend einwirkt, und die festgestellte Verbesserung ist der mit dem bekannten Schutzfluid aus Kohlendioxid allein erzielten Verbesse-

rung überlegen. Außerdem enthält das Schutzfluid keine wasserstoffhaltige Substanz, wie z. B. Propan, so daß es scheint, daß die gleiche Wasserstoffkonzentration wie in LD-Konverterstahl am Blasende erzielt werden kann, woraus sich der erfindungsgemäße Effekt ergibt.

Entsprechende Versuche haben gezeigt, daß zur Erzielung einer wirksamen Kühlung der Düse mit einer verhältnismäßig geringen Menge an Kohlendioxidgas ein mittlerer Bereich für das Mischungsverhältnis von Kohlendioxidgas zu Kohlenstoff existiert. Das heißt, wenn der Wert des obengenannten Verhältnisses η weniger als 0,5 beträgt, kann kein zufriedenstellender Kühleffekt erzielt werden, wenn die Strömungsrate des Kohlendioxidgases nicht auf mehr als 10 Vol.-%, bezogen auf die Strömungsrate des Sauerstoffs, erhöht wird. 1 Selbst wenn der Wert für //größer als 1 gemacht wird, wird der Kühleffekt dadurch nicht verbessert.

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schutz-

I fluids ΜΡ.ύ unter Amvendun" der "!eichen StTOm¹¹H⁰Sr¹¹-

te und Zusammensetzung pro Düse in dem Ringraumabschnitt wie in dem vorstehend beschriebenen Versuch wurden weitere Versuche auf die vorstehend beschriebene Weise durchgeführt. Nach 10 Chargen aufeinanderfolgenden Blasens (Frischens) wurde der Verschleiß der Düsen bestimmt, und die Verschleißmenge betrug 1,1 mm pro Charge. Wenn aus dem geschmolzenem Bad in dem Konverter am Ende des Blasens (Frischens) bei den 10 Chargen Proben entnommen und analysiert wurden, so betrug der Wasserstoffgehalt 1,7 ± 0,4 ppm.

Zum Vergleich wurde in 5 aufeinanderfolgenden Chargen unter den gleichen Bedingungen wie in bezug auf den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Versuch angegeben ein Blasen (Frischen) durchgeführt, wobei diesmal jedoch Propangas mit der gleichen Strömungsrate in dem Ringraumabschnitt pro Düse wie in dem vorstehend beschriebenen Versuch für alle Düsen 4. 5. 6 und 7 verwendet wurde. Nach dem Blasen (Frischen) der 5 Chargen wurde der Verschleiß der Düsen bestimmt, und die Verschleißmenge betrug 1,5 mm pro Charge. Der Wasserstoffgehait der aus dem Konverter am Ende des Blasens (Frischens) entnommenen Stahlschmelze betrug 4,9 ± 0,7 ppm. Aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren dem bekannten Verfahren eindeutig überlegen ist.

Mit dem erfii;dungsgemäßen Verfahren ist es möglieh, die Düsen auf wirksame Weise zu kühlen, wenn das Blasen (Frischen) durchgeführt wird unter Anordnung der Düsen oberhalb des Meniskus des Metallbades sowie bei Anordnung der Düsen unterhalb des Meniskus des Eisenmetallbades. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt daher eh ausgezeichnetes Verfahren zum Kühlen der Düsen dar, bei dem der Verschleiß des vorderen Endes der Düse sehr gering ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Kühlen von konzentrischen Blasformen beim Frischen von geschmolzenem Eisen durch Einblasen eines sauerstoffhaltigen Frischgases mittels unterhalb bzw. oberhalb des Schmelzbadspiegels in einem Frischbehälter angeordneten konzentrischen Düsen, wobei das sauerstoffhaltige Frischgas durch das innere Rohr der konzentrischen Düsen und ein Schutzfluid durch das äußere Mantelrohr der konzentrischen Düsen eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herbeiführen der endothermen Reaktion