DE3247572A1 - Einrichtung zur herstellung von stahl - Google Patents

Einrichtung zur herstellung von stahl

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Description

• · Φ ·
VOEST-ALPINE Aktiengesellschaft Werksgelände, 4010 Lin2, Österreich
Einrichtung zur Herstellung von Stahl
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung von Stahl aus festen und/oder flüssigen satzstoffen, wie Roheisen, Schwerschrott und Leichtschrott/ mit einem feuerfest ausgekleideten Frischgefäß, in dem heb- und senkbar eine Heiz-Frisch-Einrichtung sowie gegebenenfalls eine Einrichtung zur Zuführung von weiteren Zuschlagstoffen positioniert sind.
Es ist bereits bekannt (AT-PS 232 531), den Einsatzstoffen fehlende Wärme mittels Brenner zuzuführen, um die Frischtemperatur zu erreichen oder den Schrottsatz zu vergrößern, wobei als Heiz-Frisch-Einrichtung ein Blasrohr mit einem Sauerstoffblasrohr und einem "Brennstoffzuführungsrohr vorgesehen ist. Durch das Brennstoff zuführungsrohr wird öl oder Erdgas, also ein fossiler Brennstoff, in das Frischgefäß geleitet.
Mit dieser bekannten Einrichtung läßt sich zwar der Schrotteinsatz vergrößern, jedoch erhöht sich mit dem Schrottanteil die benötigte Chargendauer, da sich die Flamme erst durch den oberhalb des flüssigen Roheisens vorhandenen eingesetzten Schrott durcharbeiten muß. Der zugeführte Sauerstoff zündet erst, wenn die Flamme genügend Schrott bis zum Roheisenbadspiegel aufgeschmolzen hat, was relativ lange dauert.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Schwierig-
ft O * Λ
keit und stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die es ermöglicht, den Schrottanteil der Einsatzstoffe zu erhöhen, wobei jedoch die Zeit bis zum Ende des Frischvorganges je Charge nicht wesentlich erhöht wird. Insbesondere soll es möglich sein, auch stark verunreinigten Leichtschrott, wie beispielsweise Automobilschrott und oberflächenbeschichtete Dosen etc., einzusetzen. Diese Aufcrabe wird erfindungscremäß dadurch gelöst, daß die Heiz-Frisch-Einrichtung aus einem Plasmabrenner, einem den Plasmabrenner umgebenden Mantel zur Zuführung von Sauerstoff und einem diesen Mantel umgebenden Kühlmantel besteht, wobei im Boden des Frischgefäßes eine Gegenelektrode angeordnet ist. Zweckmäßig Isc der Mai'itel von einem Kranz von spaltförmigen oder runden Düsen gebildet.
Ein Plasmabrenner, bei dem eine ringförmige Kathode vorgesehen ist, von der ein Lichtbogen ausgeht, und bei dem zentral zur ringförmigen Kathode Sauerstoff dem Lichtbogen zugeführt wird, ist aus der DE-OS 29 12 843 bekannt. Da bei diesem bekannten Plasmabrenner das aktive Gas in das Zentrum des Lichtbogens eingeführt wird, wäre eine chemische Reaktion mit dem aktiven Plasmagas ebenfalls nur im Zentrum des Strahles möglich. Die chemische Reaktion wäre daher, wollte man diesen bekannten Plasmabrenner für ein Frischverfahren verwenden, räumlich eng begrenzt und die Ausbildung einer breiten Schmelzfront wäre behindert. Der vom Plasmagas mantelförmig umhüllte Sauerstoffstrahl kann seine Funktion beim Sauerstoffblasverfahren nicht erfüllen, da er nur in sehr begrenztem Umfang mit dem Roheisen bzw. dem aufgeschmolzenen Schrott in Reaktionskontakt tritt. Es entsteht keine oder nur eine sehr geringe exotherme Reak- tion an der Mantelfläche zwischen Plasmastrahl und Schrott.
• β
-A-
Vorteilhaft ist die Heiz-Frisch-Einrichtung von einem Kranz Lanzen für die Zuführung von Zuschlagstoffen, wie Fe2O3~Staub (LD-Staub), umgeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Plasmabrenner eine zentrale stabförmige Elektrode und einen die Elektrode umgebenden Ringraum für die Zuführung des Plasmagases auf.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei Pig, einen Schnitt durch die Vertikalachse eines Frischge** fäßes und Fig. 2 einen Schnitt durch die in dieses Frischgefäß eingesetzte Lanze zeigen. Fig. 3 ist ein gemäß der Linie III-III der Fig. 2 geführter Schnitt.
Mit 1 ist ein Frischgefäß bezeichnet, welches als kippbarer Konverter ausgebildet ist. Sein metallischer Außenmantel ist mit 2 und seine feuerfeste Auskleidung mit 3 bezeichnet. In der aufrechten Stellung des Konverters ragt zentral in das Innere 4 des Konverters eine Blaslanze 5, die einen Plasmabrenner 6 beinhaltet. Diese Blaslanze 5 weist eine zentral angeordnete stabförmige Elektrode 7 auf, die von einem von einem Mantel 9 begrenzten Ringraum 8 umgeben ist, durch den das Plasmagas, welches aus Ar oder Ne, N2, He, CO, CO2, H2 oder Gemischen davon gebildet ist, zugeführt wird.
Vorzugsweise soll der Brenner mit Ar, Ar-N2-Mischungen betrieben werden. Die dabei sich einstellenden Bogenlängen sind durch die elektrische Spannungsversorgung des ■ Plasmabrenners vorgegeben.
Der Plasmabrenner 6 ist von einem weiteren Mantel 10 umgeben, durch den ein weiterer, den Plasmabrenner 6 umgebender Ringraum 11 für die Zufuhr von technisch
reinem Sauerstoff (Frischsauerstoff) gebildet wird. An der Spitze des Plasmabrenners 6 geht der Ringraum 11, durch den der Sauerstoff zugeführt wird, in sich verjüngend ausgebildete radial-symmetrische Öffnungen 12, zweckmäßig Laval-Düsen, des vorteilhaft aus Kupfer bestehenden Kopfes 13 der Blaslanze 5 über. Die Austrittsöffnungen 12 für den Sauerstoff sind parallel zur Achse 14 des Brenners bzw. in einem kleinen spitzen Winkel zur Achse 14 geneigt, so daß der Sauerstoffstrahl entweder zylinderförmig oder kegelförmig nach außen divergierend aus dem Ringraum 11 austritt. Dies hat den Zweck, daß sich der Sauerstoff erst in einem möglichst großen Abstand vom Blaslanzenkopf 13 mit dem Plasmastrahl 15 vermischt. Dadurch wird die Lebensdauer der Kathode 7, insbesondere ihrer aus Wolfram-Metall gebildeten Spitze 16/ wesentlich erhöht. Die die Kathode haltenden Isolierungen 17 weisen Durchlaßöffnungen 18 für ein ungestörtes Durchtreten des Plasmagases auf.
Außenseitig ist die Blaslanze von einem Doppelkühlmantel 19 umgeben, in dem in bekannter Weise ein Kühlmittelumlauf aufrecht erhalten wird.
Im Konverterboden 20 ist ebenfalls zentral eine Bodenelektrode 21 eingesetzt, die einen Verschleißteil 22 aus Stahl und eine wassergekühlte Kupferstromzuführung 23 aufweist.
Zur Zugabe von Zusatzstoffen ist die zentral angeordnete Blaslanze 5 von zwei oder mehreren parallel angeordneten Lanzen 24, die radial symmetrisch zur Blaslanze 5 angeordnet sind, umgeben. Durch diese" selbstverzehrenden Lanzen 24 können LD-Staub, Feinerz, Kalk oder andere pulverförmige Zusatzstoffe zugegeben werden.
Der Plasmabrenner ist vorzugsweise als direkter Gleichstrombogenbrenner ausgebildet. Die Versorgung des Brenners erfolgt über thyristorbestückte Stromrichter 25. Die elektrische Ansteuerung ist im Prinzip in einphasiger Darstellung in Fig. 1 gezeigt.
Im Boden 20 des Konverters 1 sind Bodenmanteldüsen 26 zur Zuführung von Sauerstoff (als Mantel) und Kohlenstaub (zentral) sowie poröse Steine 27 zur Zuführung von Argon eingesetzt, um eine weitreichende Prozeßsteuerung zu ermöglichen.
Die Funktion der Einrichtung ist folgende:
Nach dem Chargieren des Konverters 1 mit Roheisen 28, Schwerschrott 29 und Leichtschrott 30 wird der Plasmabrenner 6 zwischen der zentralen Wolfram-Kathode 7, 16 und dem Schrott 29,30, der sich in leitender Verbindung über das Roheisen 28 mit der Bodenelektrode 21 be«· findet, gezündet. Der Plasmabogen 15 schmilzt einen zentralen Kegel in den Schrott, wodurch günstige Bedingungen für das Zünden des aus der Blaslanze 5 strömenden Sauerstoffstromes ermöglicht werden.
Das sich einstellende Schmelzprofil 31 ist in Fig. 1". mit strichlierten Linien dargestellt. Es bildet sich, wie ersichtlich - sofort nach Zünden des Plasmabrenners -, eine trichterförmige Höhlung 32 im Schrott 30, die allmählich - durch stufenweises oder kontinuierliches Senken der Blaslanze 5 - immer tiefer und, in radialer Richtung gesehen, immer breiter wird. Die Wärmeübertragung vom zentralen Plasmastrahl zum Schrott geht ohne bemerkenswerte Absorption durch den ihn umhüllenden Sauerstoffmantel hindurch.
Die Temperatur des Plasmastrahles 15 liegt je nach
Plasmagas zwischen 5.000 und 30.0000K. Gleichzeitig mit dem Zünden des Plasmabrenners 6 wird Sauerstoff durch die Blaslanze zugeführt.
Durch die oben beschriebene, parallele bzw. divergierende Zufuhr des Sauerstoffes wird die Zone der maximalen Wärmeabgabe des Plasmastrahles an die Umgebung ausgenützt. Der Sauerstoff tritt dort in Reaktionskontakt, wo er in erster Linie benötigt wird: im vom Plasmabrenner 6 vorerhitzten Schrott 30.
Nach dem Zünden des SauerstoffStrahles an der Roheisenbadoberfläche entstehen zwei SchmelzZentren für den Schrott, deren Abstand sich während des fortlaufenden Blasbetriebes verringert, d.h. das SchmelzZentrum des Plasmabogens auf dem Schrott wandert in Richtung Brennfleck 33 (der Reaktionszone zwischen O2 und dem Roheisen 28) des Sauerstoffaufblasbereiches.
Der Vorteil der erfindungsgemaßen Einrichtung ist vor allem darin zu sehen, daß die Wärmeübertragung der elektrisch eingebrachten Energie, durch Strahlung des Plasmastrahles 15, und die Wärmeerzeugung, durch exotherme Reaktion des Roheisens und/oder Schrotts mit reinem Sauerstoff, in optimaler Weise kombiniert wird, wobei durch die Verwendung des Plasmabrenners 6 kürzeste Einschmelzzeiten erreichbar sind.
Durch das Eindüsen von LD-Staub durch die selbstverzehrenden Lanzen 24 gelangt der LD-Staub in den Strahlungsbereich des Plasmabogens, u.zw. in jenen Bereich der größten CO-Gas-Entwicklung, wodurch auch die reduzierenden Komponenten ausgenützt werden und der Abbrand durch Sauerstoff verhindert wird. Durch die starke, vorwiegend radial nach außen wirkende Wärmestrahlung des Plasmastrahles 15 werden diese Zuschla'g-
Stoffe sehr schnell erwärmt. Bei diesem Reduktionsprozeß dampfen auch metallische Verunreinigungen des LD-Staubes, insbesondere Zink, ab, das oberhalb des Tiegels im Bereich der Abhitzeeinrichtung 34 niedergeschlagen werden kann und damit eine Wiederverwertung von verunreinigtem LD-Staub ermöglicht.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern sie · kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise ist es möglich, zusätzlich mehrere Brenner vorzusehen, wobei die Blaslanze 5 radial symmetrisch von weiteren Plasmabrennern umgeben ist. Hierdurch erfolgt das Schmelzen des Schrottes in einem etwas größeren Volumsbereich, jedoch unter grundsätzlich gleichem Ablauf wie oben beschrieben.
Weiters kann die Blaslanze 5, wie an sich bekannt, am oberen Ende gelenkig aufgehängt sein, um während des Betriebes eine Kreisbewegung (Präzisionsbewegung) zur Vergrößerung der Reaktionszone 33 zu erreichen bzw. um eine Badbewegung herbeizuführen. -
Anstelle der den Mantel bildenden Düsen 12 kann als Austrittsöffnung für den Sauerstoff ein Ringspalt vorgesehen sein.
3
Leerseite

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Herstellung von Stahl aus festen und/oder flüssigen Einsatzstoffen, wie Roheisen (28), Schwerschrott (29) und Leichtschrott (30), mit einem feuerfest ausgekleideten Frischgefäß (1), in dem heb- und senkbar eine Heiz-Frisch-Einrichtung (5) sowie gegebenenfalls eine Einrichtung (24) zur Zuführung von weiteren Zuschlagstoffen positioniert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz-Frisch-Einrichtung (5) aus einem Plasmabrenner (6), einem den Plasmabrenner (6) umgebenden Mantel (10) zur Zuführung von Sauerstoff und einem diesen • Mantel (10) umgebender. Kühlmantel (19) besteht, wobei im Boden (20) des Frischgefäßes (1) eine Gegenelektrode (21) angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz-Frisch-Einrichtung (5) von einem Kranz Lanzen (24) für die Zuführung von Zuschlagstoffen, wie Fe2O3~Staub (LD-Staub), umgeben ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- -. zeichnet, daß der Plasmabrenner (6) eine zentrale stabförmige Elektrode (7) und einen die Elektrode", umgebenden Ringraum (8) für die Zuführung des Plasmagases aufweist.
4, Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Mantel (1Q) von einem Kranz von- spaltförmigen oder runden Düsen (12) gebildet ist.
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