DE3390151T1 - Verfahren zur Stahlerzeugung in einem Sauerstoff-Blaskonverter - Google Patents

Description

PATENTANWALT Dipl.-Phys. RICHARD LUYKEN

PM 93 501-M-61 . 3. 2/iß⁴*¹⁹⁸⁴

VERFAHREN ZUR STAHLERZEUGUNG IN EINEM SAUERSTOPP-ELASKONVERTER
Gebiet der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Stahlerzeugung in einem dauerstoff-Blaskonverter.

Die Erfindung kann bei der Erzeugung von »Stahl festen metallischen eisenhaltigen Materialien in einem Sauerstoff-Blaskonverter verwendet werden. Zu solchen festen metallischen eisenhaltigen Materialien gehören beispielsweise Metallabfall, Schrott, Sauaischrott, Metallabfälle der Stahlgießereiproduktion sowie metallisierte Pellets, Eisenschwamm und anderes mehr.
Stand der Technik

Bekannt ist ein Verfahren zur Stahlerzeugung in einem Sauerstoff-Blaakonverter aus festem metallischem Einsatz DE-PS 2? 19 981, DE-PS 2? 29 982 und DE-PS ?7 29 983).
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Das Verfahren wird in einem Säuerstoff-Blaskonverter durchgeführt, der mit konzentrischen Boden-

und Seiten-Winddüsen versehen ist, die eine Konstruktion vom Typ "Rohr im Rohr" darstellen, wobei durch den zentralen Kanal Sauerstoff zugeführt wird und durch den Außenkanal flüssige beziehungsweise gasförmige Kohlenwasserstoffe zugeführt werden. Das Verfahren sieht folgende technologische Hauptvorgänge vor.

In den Konverter werden feste metallische eisenhaltige Materialien aufgegeben. Vorher wird der feste metallische Einsatz durch die Verbrennung eines kohlenwasserstoffhalt igen Brennstoffs (flüssig oder gasförmig) mit dem durch die erwähnten Winddüaen von unten und von der Seite in den Konvertar eintretenden aauerst of fhalt igen Gas auf etwa 11UO⁰C erhitzt, wobei Während der weiteren Erhitzung wird

* sich CO₂ und H₃O bilden.

der feste metallische Einsatz geschmolzen. Nach Bildung des flüssigen Metalls (des Sumpfes) in den Vinddüsenzonen wird dem Konverter ein kohlenstoffhaltiges ntaubmahlgut (Koke;, Kohle, Graphit botfichunfjo-

i> wei.'je ihre üoruii:;che)alij zusätzlicher iinergietriiger zugeführt. Dabei wird der Verbrauch an kohlcnwasserstoffhaltigem Brennstoff allmählich bis auf eine Menge reduziert, die einen Schutz der Winddüsen gegen Zerstörung gewährleistet, das heisst bis auf 8 bis 12Vo1.;5j bezog en auf den Verbrauch an Sauerstoff.

Haeil den vollständigen !anschmelzen der festen eisenhaltigen Materialien wird die gebildete metalli-

·■■·,;,-.'/.oche ' Schmelze genauso v/ie in einem herkömmlichen Prozess des V/indfrischons von .Roheis en gefrischt. Die xürhit-

■ 13 zung dos Coiirnelzbades erfolgt vorwiegend durch die Wärme, die sich w'uhrend der Oxydation des Kohlenstoffs entwickelt, der sich im Eisen auflöst. Zum gleichen Zeitpunkt wird dem Schmelzbad zusammen mit ^; dem Sauerstoff gemahlener Kalk zur Bildung der Schlakkc / zugeführt ».-.■

Nach i^rreichen der erforderlichen Temperatur vvifd das Metall durch das Stichloch abgelassen und in der Giesspfanne erfolgt die Desoxydation und das Legieren sowie gegebenenfalls zusätzliche Behandlung

²5aaß erhalb des Ofens.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die Notwendigkeit, in den Konverter kohlenstoffhaltige Materialien einzublasen, denn die Aufbereitung und Beförderung dieser Materialien erfordert die Installierung zusätzlicher Ausrüstungen (Mahlwerke, Rohrleitungen für den Transport von Kohlenbrennstaub), ■ wodurch sich die Investitionen erhöhen.

Gemäss der obenerwähnten DB-PS 27 29 982 wird auch die Verwendung

eines stückigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes (Koks oder Steinkohle) vorgesehen, der zusammen mit dom Schrott

in den Konverter aufgegeben wird; das Vorhandensein eines schwachwärmeleitenden Brennstoffes in der Schicht de3 metallischen Einsatzes verursacht jedpoh, ein langsames Durchwärmen des Einsatzes. Aus diesem Grund sind auf der nächsten Stufe, das heißt während des Einschmelzens des metallischen-Binsatzes| Auswürfe von Metall aus dem Konverter möglich, was zu Verlusten und einer Senkung des Ausbringens von flüssigem Stahl führt. Zur Beseitigung der genannten Nachteile müssen bestimmte Betriebsbedingungen für das Erhitzen und Einschmelzen des Schrottes festgelegt werden.

Am nächsten kommt dem erfindungsgeiaäßen Verfahren seinem technischen Wesen nach das "Verfahren zur Stahlerzeugung ·· gemäß der DE-PS 28 16 543.

Ιλίοπίίπ Verfahren schließt

die Aufgabe eines festen eisenhaltigen Materials beispielsweise Altmetalls, unter anschließende ή Erhitzen und Einschmelzen durch Zuführen eines sauerstoffhalt igen Gases und eines kohlenstoffhalt igen Brennstoffes durch die Winddüsen ein, die sich im uri--

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teren Teil des Konverters befinden. Heiße Verbrennungsprodukte des Brennstoffes steigen von unten nach oben und erhitzen den in den Konverter aufgegebenen festen metallischen Einsatz. Dabei werden während der anfänglichen Erhitzung, das heißt bevor die in den Konverter aufgegebenen eisenhaltigen Materialien eine im Bereich bis zu HOO⁰G liegende durchschnittliche Temperatur erreicht haben, der Brennstoff und das Oxydationsmittel in stöchiometrischen Mengen zugeführt, die eine Verbrennung des Brennstoffes im wesentlichen bis Ku CO₉ ,und H₀O gewährleisten. Jn der

^ der.· c. °

nächsten Stufe, in ein Einschmelzen des festen metallischen Einsatzes stattfindet, wird das Oxydationsmittel in einem solchen Verhältnis zum Brennstoff hinzu-

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gegeben, daß die Abgase weniger' als die auf der Stufe der Vorerhitzung anfallenden Verbrennungsprodukte oxydiert werden.

Dior- Verfahren 3ieht den Einsatz eines festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes (Koks, Graphit, Koh-Ie und ihre Gemische) in einer Menge von 10 bis I50 kg je Tonne festen eisenhaltigen Materials vor.

Entsprechend wird die Einführung der festen kohlenstoffhaltigen Materialien nach Erreichung einer Temperatur von etwa HOO⁰C geregelt. Zugleich sei aber darauf hingewiesen, daß die festen kohlenstoffhaltigen Materialien nach der Vorerhitzung des Schrottes zu dem Zeitpunkt eingeführt werden, in dem die Winddüsen im Konverterboden mit geschmolzenem Eisen bedeckt sind.

Für eine schnellere Entzündung der in den Konverter aufgegebenen festen kohlenstoffhaltigen Materialien wird ihre Aufgabe in heißem Zustand vorgesehen, das heißt, sie werden extern vorerhitzt. Zu ■·'-: d ena gleichen Zweck wird vorgeschlagen, auf den in den Konverter aufgegebenen Brennstoff einen flüssigen Brennstoff; beispielsweise Masutheizöl, zu gießen. . .·. ■■' ■■.-.·■'. '■ ■·:■.■ ■:■·■ ■ ■■..■'■■ ■■■ . . Bei

einem solchen Verfahren zur Stahlerzeugung im Wirkungsbereich der Winddüsen, die im Bodenabschnitt des Konverters aufgestellt sind, eine lokale überhitzung des festen metallischen Einsatzes festzustellen, die

durch unzureichende Wärmeleitfähigkeit, das

Vorhandensein von Schichten aus festem Brennstoff usw. bedingt ist.Als Folce^davo£ritt die flüssige Phase vorzeitig in dem Winddüsenbereich auf, obwohl die Hauptmasse des metallischen Einsatzes unzureichend durchwärmt bleibt. Eine solche Erscheinung findet sogar dann statt, wenn die Durchschnittstemperatur des metallischen Einsatzes, die durch die

Wärmebilanz bestimmt wird, HOO⁰C nicht übersteigt. Bei der Bildung der flüssigen Phase im Bareich der Boden-Winddüsen tritt der kohlenwaaseratoffhaltige Brennstoff aus den Winddüsen in die Metallschmelze ein und zarsetzt sich in Kohlenstoff und Wasserstoff unter Aufnahme großer Wärmemengen. Infolge dessen wird ein Teil des Brennstoffes aus dem Konverter mit Abgasen herausgetragen, das heißt, er wird nicht zum Erhitzen des me tallischen Einsatzes verbraucht, was schließlich zur Verlängerung der Dauer des Erhitzens und Einschmelzens sowie des ganzen Schmelzvorgangos insgesamt führte Gleichzeitig wird der Sauerstoff beim Durchgehen durch das flüssige Metall teilweise nicht für die Verbrennung des Brennstoffes, sondern für die Oxydation des Eisens verbraucht> was unerwünscht ist.

Die Auflebe des festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes

zusammen mit den eisenhaltigen Materialien, verbessert den Wärmeaustausch zwisoheη den heißen Verbrennungsprodukten,die durch die in den Konverter aufgegebene Metallaasse strömen, und dem festen Metall. In Anbetracht des.. Umstand es aber, daß die Aufgabe des festen kohlanstoffhaltigen Brennstoffes an das Ende der Vorerhitzung verschoben wird, muß auch berücksichtigt werden, daß sich dabei die: Einwirkung des festen Brennstoffes auf die festen eisenhaltigen Materialien verringert, damit ist die Aufkohlung des Eisens unter Senkung seiner Schmelztemperatur gemeint. Dieser Umstand verschlechtert die Möglichkeiten, die Stufe des Erhitzens und Einschmelzens der in den Konverter aufgegebenen metallischen eisenhaltigen Materialien zu verkürzen, wodurch auch die Wirksamkeit des Einsatzes des festen Brennstoffes herabsetzt wird.

Dieser Nachteil wird in

gewisser Weise durch das externe Vorerhitzen des festen Brennstoffes beziehungsweise durch das Eingießen flüssiger kohlenwaaaoratoffhaltiger Brennstoffβ (Erdöl, i.!a:;utiheizol, Dieaolkraftatoff uaw.^aui" den in den Konverter aufgegebenen festen Brennstoff beseitigt. DorarLLge Arbeitsgänge sind jedoch schwer durchführbar. Die Verwendung beispielsweise von vorerhitztem festem Brennstoffes ist praktisch nur möglich, wenn das Hüttenwerk eine kokschemische Produktion hat. Ansonsten ist die Vorerhitzung des festen Brennstoffes mit züuützlicheni Energie verbrauch und mit ■"'/möglichen"Verlusten infolge der Oxydation des Brennstoffes bei erhöhten Temperaturen verbunden.

Das bekannte Verfahren berücksichtigt außerdem nicht die spezifischen iSlgenschaf ten der Steinkohle im Vergleich zu ..solchen Arten von festem Brennstoff wie Koks und ist eigentlich auf den Einsatz von Koks orientiert, obwohl der Einsatz von Steinkohle wirtschaftlich zweckmäßiger wäre. Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren zur Stahlerzeugung in einem Sauerstoff-Blaskohverter^ ausgehend von festen eisenhaltigen Materialien zu entwickeln, das durch eine Änderung der Zuführuhgsbed ingungen für sauerstoffhalt ige Gase e in rasches und nach Möglichkeit gleichmäßiges Erhitzen und Kinuchmölzen der feoton eiaenhalt igen Materialien aowio die wirksame Verwendung fester kohlenstoffhalti-

Jo 6^er Brennstoffe, insbesondere von Steinkohle, gewährleistet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur Stahlerzeugung in einem Sauerstoff-Blaskonverter ausgehend von festen metallischen eisenhaltigen Materialien, insbesondere Von Schrott, Iu;j dom

Aufgeben dieser Materlallen und anschließendθα

Erhitzen und Einschmelzen duroh Verbrennen eines kohlenwasserstoffhalt igen und eines festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, die gemäß dem Prozeßablauf

zugeführt werden,mit einem sauerstoffhaltigen Gas, doa dem Konverter von unten und von der

c r Γ ο If on ■■■■■■■'.■ · "■■'■■ . ■■'■■■ Seite zugeführt wird, ' ,worauf ein Prischen

der eisen- und kohlenstoffhaltigen Schmelze ^ durchgeführt

wird ' ■ ■ ■ '.■'·■■■ ^: '■'.■■■■ : .■:■ ■■" ■·

erfindungsgemäß das Erhitzen des festen metallischen eisenhaltigen Materials durch eine Zuführung

sauerstoffhaltigen Gases, das mit Sauerstoff angereicherte Luft darstellt, von unten und eine

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seitliche Zuführung von »Sauerstoff und während

deo Uinuohmels'.ü'ns dor Gehalt an Uauer st off im saue rstoffhalt igen Gas, das von unten einströmt, auf

ca. 100% -erhöht; wird. ^: ' : '■'■· ·. \ ;.

Bine derartige Änderung des Sauerstoffgehaltes im sauerstoffhaltigen Gas gewährleistet ein schnelles und gleichmäBiges Erhitzen des festen metall1- sehen Einsatzes und ein anschließendes intensives

davon Einschmelzen sowie als Folge eine Verkürzung der Dauer des Schmelzvorganges.

Eg ist zweckmäßig,wenn die an Sauerstoff angereicherte Luft zunächst mit einem Gehalt an Sauerstoff von ca. 20 bis ca. ?α;ά Je Tonne des aufzugebenden festen metallischen eisenhaltigen Materials in den Konverter zugeführt, nach dem Verbrauch von ca. 40 bis 50 Km^ Sauerstoff der Sauerstoffgehalt im sauerstoffhalt Igen Gas auf ca. 100% erhöht und das Einschmelzen bis zu einem Sauerstoff-Gesamtverbrauch von ca. 65 bis 60 Nm^ geführt _wird.

Die genannten Zuführungsbedingungen für den mit Sauerstoff angereicherti Gebläsewind berücksichtigen

völlig die Besonderheiten der Verarbeitung des Metallschrotts zu Stahl und erlauben die Zeitpunkte sehr präzise festzulegen, wann die Parame-

• Ao- - ß-

ter des Gebläsewindvorganges in Übereinstimmung mit dem Erhitzungsgrad des in den Konverter aufgegebenen Metallsohrotts geändert werden sollen, um den Schmelzvorgang optimal mit den besten technologischen Kenndaten durchzuführen.

Es ist auch zweckmäßig, wenn ein Teil des sauerstoffhalt igen Gases von oben zugeführt wird.

Bei Verwendung von Steinkohle als festen kohlestoffhaltigen Brennstoff wird nach der Aufgabe jeder Steinkohleteilmenge die Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases von oben erhöht , dabei wird die Zuführung des Sauerstoffes nach der Aufgabe je einer Steinkohleteilmenge erst nach Verlauf von ungefähr 1 bis 2 Minuten erhöht, , worauf die Zuführung des sauerst off halt igen Gases auf den ursprünglichen Wert reduziert wird.

Dies gestattet es, die flüchtigen Bestandteile, die nach der Aufgabe der Steinkohle entwickelt werden, im Arbeitsraum des Konverters zu verbrennen, das heißt, Verluste an Steinkohlenbrennstoff zu verhindern und seinen Nutzungsgrad zu erhöhen sowie günstige Bedingungen für den Betrieb von Gasableitungsvorrichtungen au schaffen.

Es ist zweckmäßig, wenn zu Beginn der Aufgabe des festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes, insbesondere von Steinkohle_i gleichzeitig sauerstoffhalt ige

. . werden.

Zuschläge aufgegeben bei deren Erhitzung sich Sauerstoff entwickelt.

Als sauerstoffhaltiger Zuschlagstoff kann Salpeter eingesetzt werden.

Bei Verwendung dieses sauerstoffhalt igen Zuschlagstoffes wird der Salpeter in einer Menge von ca. 1 bis 5%,bezogen auf die Masse der ersten Teilmenge des festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes^ auf-

y? gegeben.

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Die Verwendung von sauerstoffhalt Igen Zuschlägen wie beispielsweise Salpeter gewährleistet eine Entzündung der Steinkohle, die in den Konverter unmittelbar nach

Beendigung der Aufgabe des ?vletallschrotts, das heißt in einen relativ kühlen Konverter^aufgegeben wird, und ermöglicht es daher, den Läetall-

schrott schnell zu erhitzen, die Dauer des Prozesses zu verkürzen und seine Produktivität zu erhöhen.

Beschreibung der Zeichnungen Nachstehend wird die Erfindung anhand von

Ausführungsbeispielen und der :■ ' ■

Zeichnungen erläutert, es zeigt

Fig. 1 einen Sauerstoff-Blaskonverter in sehematischer Darstellung;

Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5, FiS- 6

verschiedene

Varianten der geänderten Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases von unten, von der Seite und von oben im Ablauf des Schmelzvorganges in Verbindung mit dem Aufgeben jeweils einer Teilmenge eines festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes in graphischer Darstellung. Bevorzugte PurehfuhrungsVariante der;Erfindung

Das Verfahren zur Stahlerzeugung aus festen metallischen eisenhaltigen Materialien wird in einem Sauerstoff Blaskonverter (Fig. 1) durchgeführt. Der Sauerstoff-Blaskonverter schließt ein Gehäuse 1 ein, in. dessen Boden Boden-Winddüsen 2 vom Typ "Rohr im Rohr" montiert sind, denen durch Zentralkanäle in Pfeilrichtung "B" ein sauerstoffhaltiges Gas und durch Seitenkanäle in Pfeilrichtung "A" ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff zugeführt werden. Der Konverter ist außerdem mit Seiten-Winddüsen 3 analoger Bauweise für die Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases durch die Zentralkanäle und des kphlenstoffhaltigen Brennstoffes durch die Seitenkanäle

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sowie mit einer oberen wassergekühlten Winddüse 4 für die Zuführung von Sauerstoff versehen.

Das Verfahren zur Stahlerzeugung aus festen metallischen eisenhaltigen Materialien 5, beispielsweise Metallschrott, besteht in folgendem.

In den Konverter werden während der Beschickung metallische eisenhaltige Materialien 5 aufgeg ben. Als feste metallische eisenhaltige Materialien. 5 .;■■;;·;■· " ■ . können Metall-

schrott, Rückgut der metallurgischen Produktion

wie Sauiaschrott, Schrott, Ausschuß von Gießereiproduktion und anderes mehr zu Stahl verarbeitet werden. Das ermöglicht es, die sekundären Metallressourcen wirtschaftlich zweckmäßig zu verwerten sowie eine rationelle Auslastung von Gießereien und metallurgischen Ausrüstungen zu gewährleisten.

Als Brennstoff werden vorwiegend gasförmige Kohlenstoffe wie Erdgas, Methan, Propan, Butan sowie flüssige Kohlenstoffe wie Masutheizöl, Rohöl und aO Diesekrartstoff eingesetzt. Ein on wicht,.i.^oii Platz in der Wärmebilanz des erfindungsgemaßen Verfahrens nimmt außerdem ein fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff ein wie z.B. Koks, Steinkohle, ßnergiekohle, Braunkohle und ähnliches mit einem Heizwert von mehr als 5500 kkal/kg. Sine beträchtliche Menge der Wärme, die vom festen kohlenstoffhaltigen Brennstoff entwickelt? wird, erweitert die Möglichkeiten der metallurgischen Produktion erlaubt es, bodenständige Kohlensorten zu verwenden, was das Sortiment wesentlich erweitert.

Der Prozeß der Stahlerzeugung aus festen eisenhaltigen Materialien 5 in einem Konverter schließt eine Beschickung, das heißt das Aufgeben von Metalleinsatzmaterialien in den Konverter, ein Durchwärmen des metallischen Einsatzes^ ein Einschmelzen und anschließ-

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endes Frischen ein.

Das Erhitzen des metallischen eisenhaltigen Materials 5 erfolgt durch die Warme, die sich bei der Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Brennstoffes (A), der durch die Boden- und Seiten-Winddüsen 3 einströmt, mit dem sauerstoffhalt Igen Gas (B) entwickelt, das durch dieselben Winddüsen einströmt. Dabei tritt von unten, das heißt durch die Boden-Winddüsen 2, mit

Sauerstoff angereicherte Luft ein, und durch die Se 1-

■ ■. . ■ ■ ν ■■■'.·■.' ' .^: ■■' '' ·

ten-Winddüsen 3 wird technisch reine Sauerstoff

als Oxydationsmittel zugeführt.

Das gewährleistet ein gleichmäßiges Durchwärmen der festen eisenhaltigen Materialien 5 ohne örtliche Überhitzung und Sinterung im Bereich der Boden- -Winddüsen 3· Die Zuführung des technisch reinen Sauerstoffs durch die Seiten-Winddüsen 3 ermöglicht es dagegen, den metallischem Kinsatz im oberen Teil dea Konverters schnell durchzuwärmen. Eine örtliche überhitzung der in den oberen Teil des Konverters aufgegebenen Materialien zieht keine Komplikationen für den Prozeß nach sich.

Beim Übergang zum eigentlichen Schmelzvorgang erweist sich das Metall als gleichmäßig durchwärmt, weshalb eine Steigerung des Sauerstoffgehaltes auf ca. 100% im säuerstoffhalt igen Gas (B), das durch die Boden-^-.7inddüsen 2 einströmt, und somit eine intensive

Wärme zuführung unter 3ildung von Zonen flüssigen Metalls dazu beitragen, daß der gesamte metallische Einsatz rasch einschmilzt.

festen las Während. des Erhitzungs- und Einschmelzvorganges der

halt igen Materialien wird in den Konverter auf den metallischen Einsatz 5 ein fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff (C) periodisch aufgegeben. Die anschließende Veredelung der angefallenen eisen- und kohlenstoffhalt igen Schmelze erfolgt in einem konventionellen

Verfahren, das helßt^daß während der Veredelung das Verhältnis der Verbrauchsmengen an Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen, dia durch die Boden-Winddüsen 2 einströmen, derart geändert wird, daß die Kohlen-Wasserstoffe (A) nicht die Rolle eines Brennstoffes,

die die

sondern nur eines Scxiutzmedturas für Sauerstoffd üsen spielen. Während des Frischvorganges erhält man

der

eine Stahlschmelze mit erforderlichen chemischen Zusammensetzung und Temperatur.
Die Kenndaten des Prozesses und vor allem die

Produktivität werden in wesentlichem Maße durch

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die obenbeschrieben Betriebsbedingungen für das Erhitzen und Einschmelzen des metallischen Einsatzes bestimmt. Beseitigung von örtlichen Uberhitzungen

im Bereich der Boden-V/inddüsen 2 werden eine

minimale Dauer dec Erhitzen und Einschmelzen³ des metallischen Einsatzes, ein nachfolgender gleichmäßige? Verlauf des Windfrischvorganges und die Beseitigung von Metallverlusten infolge Auswürfen Gewährleistet Während der Durchwärmung dea metallischen JSin-

■ · ■■: werden

Satzes 5 zweckmäßigerweise durch die Boden-Winddüsen 2 ein sauerstoffhaltiges Gas (B), das die mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauerstoffgehalt von ca. 20 - ?0% darstellt, und durch

die Seiten-Winddüsen 3 technisch reine Sauerstoff

zugeführt/Nach dem Verbrauch von ca. 40 bis 50 Nm^p Sauerstoff je Tonne in den Konverter aufgegebenen

metallischen Einsatzes wird Metallschrott auf

Temperaturwerte in einem Bereich von 1100 bis 1300⁰C erhitzt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Sauerstoffgehalt im sauerstoffhalt igen Gas (B), das durch die Boden-Winddüsen 2 einströmt, erhöht, das heißt, daß man zum reinen Säuerstoffblasen übergeht. Sine intensive Zuführung von Energieträgern ⁿ Arbeitsraum des Konverters, das heißt von kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff mit hohem Heizwert und Sauerstoff, zu dem gut

. AS-

durchwärmten Schmelzbad hat die Bildung einer flüssigen Phase und ein anschließendes rasches Einschmelzen des Schrottes zur Folge.

Betriebsergebnisse zeigen, daß für ein vollständiges Einschmelzen des sietallschrottea je Tonne des metallischen Einsatzes zusammen mit Brennstoff noch etwa 25 bis 30 -Nr* Sauerstoff verbraucht werden

werdeα . . ^: ' . .

sollen, d.h. insgesamt für das Erhitzen und Einschmelzen ungefähr 65 bis tJO Nur Sauerstoff ver-,

braucht. Nach dem Einschmelzen des metallischen Einsatzes 5 wird der Verbrauch an Kohlenwasserstoffen, beispielsweise von Erdgas (A), das durch die Boden- -Winddüsen 2 einströmt_; auf 8 bis 12 Vol.^bezogen auf den Sauerstoffverbrauch, reduziert, das heißt, daß diese Stoffe nicht als Brennstoffe, sondern als Schutzhülle für den Schutz der Winddüsen gegen Zerstörung verwendet werden. Durch das Sauerstoffblasen der Stahlschmelze in der kohlenwasserstoffhaltigen Hülle wird "" Veredelung durch Entfernen von Beimengungen sowie ein erforderliches Erhitzen gewährleistet, wonach die Schmelze abstichfertig ist...

Während des Brhitzens des metallischen Einsatzes und seines Einschmelzens wird in den Konverter ein fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff (C) aufgegeben, für dessen Verbrennung Sauerstoff von oben zugeführt wird, indem man dafür die Seiten-Winddüsen 3 vom Typ "Rohr im fiohr" beziehungsweise die obere wassergekühlte Sauerstoff-.Vinddüse 4 einsetzt, Die Notwendigkeit, zu Beginn des Vorganges je

Tonne metallischen Einsatzes etwa 40 bis 50 Nm^

Sauerstoff, der durch die Boden-Winddüsen 2 im sauerstoff halt igen Gas (B) mit einem Sauerstoffgehalt von ca. 20 bis 70% einströmt, zu verbrauchen,ist dadurch bedingt, daß eine örtliche Überhitzung des Schrottes im Wirkungsbereich der Winddüsen 2 ver-

■ Ab-

hindort und ein glöichuuißlgea Krhltzeri dea Uchrottea gewührlelotet wird. Ea wurde festgestellt, daß bei der Zuführung aaueratoffhalt igen Gases (B) mit

einem Sauerstoffgehalt von ca. 20 bis 70% eine flüssige Phase im Bereich der Winddüsen 2 nicht gebildet wird. Die untere Grenze der Sauerstoff-Konzentration im sauerstoffhaltigen Gas (B) entspricht dem Luftblasen, weshalb ein niedrigerer Sauerstoffgehalt nicht zweckmäßig ist, da es eine spezielle

Aufbereitung des sauerstoffhaltigen Gases erforderlich macht, was die Prozeßführung kompliziert macht.

Sauerstoffhalt ige Gas (B) mit einem höheren Sauerstoffgehalt, daa heißt über?O%, i;;t, boi r;|>io.l.r:wo:i .:::o mit Sauerstoff angereicherte Luft . Sine Vergrößerung der Sauerstoffkonzentration in sauerstoffhaltigen Gas (B) auf über ca. 70% ist ebenfalls unerwünscht, weil es eine verfrühte Bildung der flüssigen Phase im Wirkungsbereich der Boden-Winddüsen 2 herbeiführt, aas heißt, die Y/irkung des Gases mit dem Sauerstoffgehalt über ca. 70% ist dem eigentlichen Säuerst of fhlas en identisch, waa ebenfalls unerwünscht ist.

Wie oben erwähnt, ermöglicht es das erfindungsgernäße Verrahren, verschiedene Arten von festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen (C) einzusetzen, die Ver-Wendung von Kohle ist jedoch der Verwendung von Koks vorzuziehen. Die Verwendung von Kohle ist aus rein wirtschaftlich Erwägungen

Koks ein Produkt der Steinkohleverarbeitung darstellt sowie aus rein technologizweckmaßiger

sehen Gründen. Der Vorteil besteht darin, daß Kohle im Unterschied zu Koks "beträchtlichalengen an · flüchtigen Bestandteilen aufweist, die Dei relativ niedrigen Temperaturen entwickeln, was eine frühere Entzündung von Kohle gegenüber Koks gewahr-

leistet. Aus den genannten .Erwägungen heraus sind vor-

-6-

zugswQise Kohlensorten mit erhöhtem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen wie langflainmige Kohle, Gaokohle, Fettkohle und andere Kohlen wie Magerkohle, Anthrazit usw. zu verwenden. In dieser Hinsicht ist die Verwendung von Braunkohle vorteilhaft, sie sollte aber aschenarm sein.

Das Aufgeben von Steinkohle (C) in den Konverter auf den durchwärmten metallischen Einsatz 5 wird von einer int en .si von Entwicklung von flüchtigen Bestandteilan behieltet, deshalb soll zum Zeitpunkt der Entwicklung der flüchtigen Bestandteile, der dem Zeitpunkt des Aufgebens der Kohle (C) in den Konverter folgt, die Säuerstoffzuführung von oben vergrößert werden. Die Zeitdauer mit erhöhtem Sauerstoffverbrauch von oben wird . nach Aussehen der aus der Konvertermündung ausströmenden Abgase festgelegt. Nach der Nachbrennung der flüchtigen Bestandteile wird die Sauerstoffzuführung von oben bis auf den ursprünglichen Wert verringert. Wenn in diesem Zeitraum der intensiven Entwicklung der flüchtigen Bestandteile der Säuerstoffνerbrauch nicht vergrößert wird, so werden die flüchtigen Gase mit hohem Heizwert und Teer in den Abga3kanälen nachbrennen, was nicht nur zu direkten Wärmeverlusten führt, sondern auch den Betrieb der Gasabzugsleitungen beeinträchtigt. Somit tragt das Nachbrennen der flüchtigen Bestandteile im Konverter durch erhöhte Sauerstoffzufuhr dazu bei, daß die Effektivität der Kohlenverwertung erhöht und ein zuverlässiger Betrieb der Ausrüstungen gewährleistet wird.

Die Zeit, während der eine intensive Entwicklung von flüchtigen Bestandteilen aus der in den Konverter aufgegebenen Teilmenge an Steinkohle (C) beginnt, hängt von Faktoren wie Erhitzungstemperatur der festen eisenhaltigen Materialien 5 im Konverter

sowie von der Kohlensorte ab. Die Aufgabe von Steinkohle (C) auf den erhitzten metallischen Einsatz 5 wird von einer intensiv^ Entwicklung von flüchtigen Bestandteilen ungefähr 1 bis 2 Minuten nach der Be-Schickung begleitet. Dabei wird eine intensive Entwicklung der flüchtigen Bestandteile bei einer Temperatur des Metallschrottes von etwa 800° bis 100O⁰C In 2 Minuten und bei Temperaturen von etwa 1200° bis etwa 1400⁰C 1 Minute nach dem Aufgeben der

Kohle festgestellt. Eine Verringerung beziehungsweise

Vergrößerung der genannten Zeitdauer hängt von der Kohlensorte und in erster Linie von dem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen ab.

Sine intesive Entwicklung von flüchtigen Bestandteilen findet bei den technologisch erforderlichen Mengen der einzelnen Kohlenchargen, die sich meistens in einem Bereich von oa. 10 bis 20 kg je Tonne des metallischen Einsatzes ändern, im Verlaufe von ungefähr 2 bis 4 Minuten nach Beginn ihrer intensiven Entwicklung statt. Gerade zu diesem Zeitpunkt wird die Sauerstoffzuführung von oben im Vergleich zum vorhergehenden Zeitpunkt vergrößert, das heißt bovor die Entwicklung von flüchtigen Beetandteilen beginnt. Die Dauer dieses Zeitabschnittes (in einem Bereich von ungefähr 2 bis 4 Minuten) der erhöhten Sauerstoffzuführung wird auch durch die Menge der einzelnen Steinkohlenchargen sowie durch den Gehalt an flüchtigen Bestandteilen in der Kohle bestimmt.

Der Verbrauch an Sauerstoff für die Nachbrennung der flüchtigen Bestandteile vergrößert sich un-

. 5 einem

gefahr um Ibas2 iiia-yt.min. Bei spezifischen Verbrauch an Steinkohle, die in den Konverter als Einzelcharge aufgegeben wird, von etwa 10 kg/t metallischen Einsätze? wird die Sauerstoff zufuhr um etwa 1 WmVt. min

.3>5 und bei Kohle zugabe von etwa 20 kg/t metallischen

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Einsatzes die Sauerstoffzufuhr um 2 NmVt. min vergrößert.

Von allen während des Erhltzens und Einschmelzens des metallischen Einsatzes in den Konverter periodisch aufzugebenden Teilmengen des festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes (G), vorzugsweise Kohle, nimmt die ersto Teilmenge, die unmittelbar nach dein Einsetzen des Schrotts aufgegeben wird, einen besonderen Platz ein, weil sie auf den noch nicht durch- wärmten metallischen Einsatz aufgegeben wird. In diesem Fall findet eine intensive Entwicklung flüchtiger Bestandteile später als bei der Aufgabe von Kohle auf die erhitzten Materialien statt, weswegen die Entzündung von Brennstoff auf einen späteren Zeitpunkt

verschoben wird. Nichterhitzte Kohle (C), die sich

längere Zeit nicht entzündet, gelangt auf den nichtJdurchwärmten metallischen Einsatz 5 u&ü verschlechtert den Wärmeübergang von dem Flammenstrahl, der durch die aus den Se iten-V/inddüuon 3 . aui?strötneriden Verbrennungsprodukte gebildet wird,auf das eingesetzte feste Metall. Gleichzeitig ist es zweckmäßig, angesichts der möglichen Aufkohlung des Eisens mit der Kohlezuführung nach Möglichkeit gleich unmittelbar nach dem Einsetzen des Schrottes zu beginnen. Der Widerspruch kann dadurch beseitigt werden, daß man zusammen mit der Kohle, die unmittelbar nach dem Einsetzen des Schrottes aufgegeben wird, der Kohle sauerstoffhaltige Zuschläge zusetzt, bei deren Erhitzung sich Sauerstoff entwickelt. Als solche Zuschlag kann SaI-peter verwendet werden. Solche Zuschläge gewährleisten eine Entzündung der Kohle praktisch gleich nach der Aufgabe der ersten Kohlencharge in den Konverter.

Das ist darauf zurückzuführen, daß die Zersetzungsteinperatur diener Stoffe, beispiels-

weise Salpeter, üblicherweise einen Temperaturbereich von 300 bis 35O⁰C nicht übersteigt. Sie beträgt ;

.. 20

für NaNO, - 308⁰C, für KNO₅ - 536⁰C und für NH₄NO₅ - 170⁰C. Die Umsetzung des Salpeters mit dem Kohlenstoff der Steinkohle kann nach

folgender Reaktion vorlaufen: 2NaNO, + 5C = Na₂O + + N₂ .+ 5C0J)iec. bedeutet, daß die genannten Stoffe keine schädliche Wirkung auf den Verlauf der

physikalisch-chemischen Prozesse bei der Stahlerzeugung haben. Die Menge der anfallenden Oxide^ beispielsweise Na₂O oder K^O, ist mit ihrem Gehalt in konventionellen Schlacken des Stahlgießereiprozessea vergleichbar, ihr Vorhandensein beeinflußt

den Verlauf der Schlackenbildung

gewöhnlich positiv.

Erfindungsgemäß k.-mn der ersten Kohlenoharge, die in den Konverter unmittelbar nach dem Einsetzen von Schrott aufgegeben wird, Salpeter in einer Menge von ca. 1 bis 5/ä; be zogen auf die Kohlennienge_; zugesetzt

Die genannten Werte sind unter Berücksichtigung dessen gewählt, daß der Zusatz von Salpeter um mehr als ca. 5/0/OQZOSe¹¹ auf die Kohlenmenge, zu einer Explosionswechselwirkung mit der Kohle führt, was unerwünscht ist. Der Zusatz von weniger als ca. 1% Salpeter, bezogen auf die Kohlenmenge., beeinflußt den Brennprozeß praktisch nicht, das he ißt,er führt nicht zu einer früheren Entzündung der Kohle.

Der Zusatz von Salpeter führt nicht nur eine frühe Entzündung der Kohle herbei, sondern verhindert auch eine Sinterung der Kohle, wodurch eine vorteilhafte anschließende Wechselwirkung der Kohle mit dem Sauerstoff der Gasphase gesichert wird, das heißt eine effektivere Verwertung der Kohle erzielt wird. Beim Zusetzen von Salpeter zur ersten Teilmenge an Steinkohle beginnt eine intensive Entwicklung von flüchtigen Beatandteilen in ungefähr Ibis 2 «linuten nach Beginn des Einblasens von sauerstoffhalt igen Gasen

und Kohlenwasserstoffen durch die Boden-Winddüsen 2 und Seiten-Winddüsen 3 in den Konverter, das heißt genauso wie bei der Aufgabe der Kohle auf den vorher beispielsweise in einem Temperaturbereich von 800 bis 100O⁰G erhitzten Metallschrott. Ohne Zusetzen von Salpeter dagegen beginnt das Brennen der auf den nichtjdurchwärmen Metallschrott 5 aufgegebenen Kohle bedeutend später, ungefähr in 5 bis 7 Minuten^und es verläuft weniger intensiv. Eine solche Änderung des Verhaltens bei der Kohle verbrennung in der Anfangszeit der JJurchwärmung des metallischen Einsatzes wirkt sich spürbar auf die intensität der Steigerung der Schrott-Temperatur aus, da die Temperaturbedingungen für diu liVur;ueaufnahme durch den in den Konverter aufgegebenen Schrott 5 zu diesem Zeitpunkt besonders günstig sind. Hierdurch wird eine effektive Brennstoff verwertung, eine Verkürzung der Dauer des Erhitzet und als Folge eine Verkürzung der Dauerzeit des Schmelzvorganges gewährleistet.

Um das V/esen der vorliegenden Erfindung zu erläutern, werden nachstehend

führungsbeispiele für das Verfahren zur Stahlerzeugung in einem Sauerstoff-Blaskonverter angeführt. Dieae Beispiele werden durch graphische Darstellungen in Fig. 2 bis 7 veranschaulicht, in denen

auf der Abszissenachse die Zeit in Minuten mit tf

und auf der Ordinatenachse die Zuführunggintensität

„ ζ nii τΰ>

fur sauerstoff halt ige Gase in ^-Vrnin -r bezeichnet sind.

Andere Bezeichnungen sind: 2 - Boden-Winddüsen; 3 Seiten-Winddüsen; 4 - obere wassergekühlte Sauerstoff-Winddüse; a - Dauer des Aufhebens Schrott (Einsetzen); b - Dauer des Erhitzens von Schrott; ο - Dauer des Einschmelzens von Schrott; d - Dauer des Frischen^sder Metallschmelze. Pfeile : (D) -Kalk, (F) -Metallschrott, (C) - Kohle.

- ao -

In allen Betapielen und in der Beschreibung be-

'■■■'■■■ 3

zeichnet das Symbol "Nur" den "Normkubiktneter" Gasvolumen , das heißt den auf die genormten Temperatur - (273⁰K) und Druckbedingungen (760 Torr) reduzierten Wert.

Beispiel 1 ( Fig. 2)

In einen 10-Tonnen-Konverter, versehen mit Boden-

2
und Seiten-Winddüsen '3 und mit Winddüsen vom Typ "Rohr im Rohr", weiden im BeachickungsZeitraum ungefähr 10 Minuten lang (Abschnitt "a")0,5 t Kalk (D) und 10,1 t Schrott (F) aufgegeben. Dann beginnt man bei senkrechter Konverterlage durch die Boden-Winddüsen 2 Luft ala säuerstoffhaltiges Gas mit einem Sauerstoffgehalt von ca. 20,0% zuzuführen. Die Geschwindigkeit der Zuführung von Luft P beträgt 40 Nm^/min (siehe die punktierte Linie auf dem Abschnitt "b"). Gleichzeitig strömt Erdgas durch die peripheren

Kanäle dar ßoden-'.Vtnddüsen 2 mit einar Intensität von 6 Νια-γαιίη ein. Durch die Seiten-Winddüsen 3 wird Sauerstoff (siehe die ^urcgfezogene Linie auf dem Abschnitt "b") zugeführt, der 99>5# O₂ in einer Menge P=IO Nnrymin und Erdgas P=»5 Nn^/min aufvgeist. Zum Zeitpunkt ^- =16-18min., das heißt ungefähr 6 bis 8 min nach dem Wenden des Konverters in senkrechte Lage, werden in den Konverter üOO kg Anthrazit (G) mit einem unteren Heizwert von 6200 kkal/kg und einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 3»5% aufgegeben. In ungefäh.r *L - 21 Minuten wird in den Konverter die obere wassergekühlte V/inddüse eingeführt, durch die technisch reine Sauerstoff (siehe die durchgezogene Linie auf dem Abschnitt "b") mit einer Intensität von PaIO unrYmin einströmt . Dann werden in den Konverter weitere 200 kg Anthrazit (C) aufgegeben. Nach Verlauf von γ =z28min. vom Beginn des Schmelzvorganges an wird durch die Boden-Winddüsen 2, die Seiten-Winddüsen 3

- ζί -

und die obere Winddüse 4 insgesamt etwa 400 Nnr Sauerstoff zugeführt, das heißt, daß je Tonne Schrott ungefähr 40 Nnr Sauerstoff verbraucht werden. Zu diesem Zeitpunkt bon i .n nt man, durch die Bod en-Winddüsen 2 an-

stelle von Luft technisch reinen Sauerstoff

(siehe die gezogene Linie auf dem Abschnitt "o") mit einer Intensität von P-15 NmVmin und Erdgaamit

P= 7 Nmvmin zuzuführen. Durch die Seiten-Winddüsen 5 ström en P₌6 Nm^/min Sauerstoff und P=4 Nm*/min Erdgas ein. Die Zuführungsintensitat für den Sauerstoff durch die obere Winddüse 4 ändert sich nicht, das heißt, sie ° ^rar;' P-IO Nm^/min. In den Konverter worden zusätzlich 200 kg Anthrazit (C) aufgegeben. Nach Verlauf von 8 min, daß heißt zum Zeitpunkt ^L. =36 min vom Beginn des Prozesses an, schmilzt der feste Metallschrott vollständig herunter. Die Temperatur der Betragt ° _o

Metallschmelze 1530 C. Zu diesem Zeitpunkt

w rden 656 Nmr Sauerstoff oder ungefähr 65,0 Nnr Sauerstoff je Tonne Schrott verbraucht. Daraufhin wird

die Zufuhr von Erdgas und Sauerstoff durch

die Seiten-Winddüsen 3 sowie von Sauerstoff durch die obere wassergekühlte Winddüse 4 eingestellt und zum Frischen der Schmelze mit Sauerstoff übergegangen, der durch die Boden-Winddüsen 2 in einer Hülle aus Brdgas (siehe den Abschnitt "d") zugeleitet wird. Die Zufuhrungsintensität für den Sauerstoff ist P«3O NmVmin und für das Erdgas P=3»5 Nm^/min. Nach Beendigung des Frischvorganges, der in ungefähr 9 min abläuft , weistdas Metall 0,04% C, 0,04% Mn, 0,021% S und 0,00 8% P auf. Die Abstichtemperatur des Metalls beträgt1630⁰C. Die Metallmenge in der Gießpfanne beträgt 9,2t.

Beispiel 2 (siehe Fig. 3)

In denselben Konverter wie in Beispiel 1 werden hintereinander zum Zeitpunkt "a" 0,5 t Kalk (D) und

10,5 t Schrott (F) aufgegeben. In der ersten Stufe wird durch die Boden-Winddüsen 2 ein Sauerstoffhaiti-' ges"Gas, das 50# Sauerstoff enthält _f mit einer Intensität von P==30 Unr/min (punktierte Linie auf dem Abschnitt "b"-) sowieErdgas mit P-7 NmVrain zugeführt.Durch die Seiten-Winddüsen 3 wird Sauerstoff C^U' gezogene Linie) P=Q,5 Mir/min und Erdgas

P=5 Nmvmin zugeführt. Zum Zeitpunkt t- =15-16 min wird die obere wassergekühlte Winddüse 4- in den Konver-XO ter. gesenkt, durch die man Sauerstoff (durchgezogene

Linie) P=IO NmVmin zuführt . Zum Zeitpunkt ΐ »29 min wenden insgesamt 525 Nmr Sauerstoff verbraucht, das heißt, je 1 Tonne Schrott ungefähr 50 Wm^ Sauerstoff aufgewendet. Von diesem Zeitpunkt _Oj_l ^bo^¹-^rmi: rnan durch die üoden-'iVinddüsen 2 anstelle des aaueret off halt igen Gases mit 50% Sauerstoff technisch reinen Sauerstoff in einer Menge von ZZ Mir/min (siehe die riureh-

nu.f dom Abnchnj-tt;

gezogene Linie "c") zuzuführen. Der Verbrauch an Erdgas durch die Boden-Winddüsen auf dem Abschnitt ^lfc" be^ trägt p₌7 Nm^/min. Durch die Seiten-Winddüsen 3 führt man 8NmVmIn Sauerstoff und 4 NmVmin Erdgas zu. Die Zuführungsintensität für den Sauerstoff durch die obere Winddüse 4 bleibt unverändert und ißt P₌10 KmVmin. Nach Verlauf von ungefähr 8 Minuten auf der Stufe "c" ( . £" =37 min) vcrden ungefähr noch 30 Nm^ Sauerstoff je Tonne Schrott und insgesamt auf den Stufen "b" und "c" etwa 80 Nm^ Sauerstoff je Tonne des in den Konverter aufgegebenen Schrotts verbraucht. Dabei werden in den Konverter 600 kg fester kohlenstoffhaltiger

JJO Brennstoff, u.z. Anthrazit (C) aufgegeben. Nach dem Verbrauch der genannten Sauerstoffmenge, das heißt, bezogen auf eine Tonne Schrott, von etwa 80 Nm , geht man zum .Frischen der angefallenen eisen- und kohlenstoffhaltigen Schmelze (Stufe "d") über. Das irischen

führt man durch Zuführung von Sauerstoff P=i25 Nm^rnin

(siehe die gezogene Linie auf dem Abschnitt "d")

durch die Boden-Winddüsen 2 durch. Erdgas wird

mit einer Intensität von P-35,2 NmVmin zugeführt. Die Temperatur des Metalls nach Beendigung des Frisohvorsanges^betri:iG^t 1640⁰G. Die..Masse des flüssigen Metails in der Gießpfanne ^{e Γβε} 9,5 t. Die chemische Zusammensetzung des Metalls istwie folgt: 0,05% C, 0,05% Mn,- 0,026% S und 0,008% P.. Beispiel 3 (siehe Flg. 4)

In denselben Konverter wie in den Beispielen 1 und 2 worden 0,5 t Kalk (D) und 9,8 t Schrott (F) aufgegeben. Durch die Boden-Winddüsen 2 wird während der Erhitzung (siehe Abschnitt "b") ein sauerstoffhaltiges Gas P=25 NmVmin (punktierte Linie auf dem Abschnitt "b") mit einem Sauerstoffgehalt von 70% zugeführt. Die Zuführungsintensität für das Erdgas durch die Boden-Winddüsen 2 istP=»6 NmVmin. Durch die Seiten-Wind düsen 3 wird fcechniaoh relne^rSauerstoff P=8 Nm^/min und Erdgas P₌7 Nm^/min zugeführt. Nach Verlauf von T =15-16 min vom Beginn des Prozesses an ^eC^lnn man, durch die obere wassergekühlte Winddüse 4 Sauerstoff mit einer Intensität von P=IO NmVmin zuzuführen. Nach ungefähr 9 Minuten, das heißt zum Zeitpunkt- £ »25 min werden Insgesamt 441 Nur Sauerstoff oder 45 Nnr je Tonne Schrott ver-

braucht. Die nächste Stufe führt man bei Sauerstoff zuführung durch die Boden-Winddüsen 2 mit einer Intensität von P=20 Nm^/mln (^durSiizogemLinie auf dem Abschnitt "o") und Erdgaszuführung durch. Die Zu-

fübrtngvon Sauerstoff durch die obere Winddüse 4 bleibt auf dergleichen Hohe von P-IO NmVmin. Während des Erhitzens und Einschmelzens, das heißt auf den Abschnitten "b" und "c^H, werden in den Konverter insgesamt VOO kg Anthrazit (C) aufgegeben. Der Zeitpunkt des Einschmelzens von Schrott (Ende des Abschnitts ^Mc^l? entspricht L -32. min vom Beginn des Prozesses an)

wird duroh Verbrauch von 706 Nm* Sauerstoff oder etwa 72 Nur je Tonne Schrott festgelegt. Nach dem Einschmelzen wird das Frischen des flüssigen Metalls während 11 min (Abschnitt "d") bei Sauerstoffzu-

fuhr durch die Boden-Winddüsen 2 mit einer Intensität von P=22 Narymin und von Erdgas als Schutzmediuni mit . P=3. Nnr/min durchgeführt. Die Zufuhr von Sauerstoff durch die obere Winddüse 4 "bleibt in der Menge unti-eändert - 10 Nm-ymin. Nach Beendigung des Prozesses erhält man 8,9 t flüssigen Stahl, der 0,04% C, 0,03$ »'-In, 0,024% S und 0,015% P aufiieist. Die Abstichtemperatur des Metalls betrügt 1GGO⁰C. Beispiel 4 (siehe Fig. 5)
In einen Konverter wurden 0,5 t Kalk (D) und 10 t Schrott (F) aufgegeben. Als kohl engt of f halt ige"* Brennstoff setzt man Fettkohle mit einem unteren Heizwert von 5500 kkal/kg und einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 31»0% ein. Nach Beendigung der Schrottaufgabe (Abschnitt "a") vifcjcden In den Konverter 100 kg Kohle (C) aufgegeben und dieser Kohlencharge setzt man 5iO kg Natronsalpeter NaNO, zu, das heißt 5»0% bezogen auf die Kohlenmenge. Durch die Boden- und die Seiten-Winddüsen '3 beginnt man zu Beginn der Erhitzung (auf dem Abschnitt "b") Sauerstoff und Erdgas zuzuführen. Dabei strömt durch die Boden-Winddüsen ein sauer st off halt iges Gas P=23 NmVmin mit 70% Sauerstoffgehalt ein. Durch die Seiten-Winddüsen führt man Sauerstoff in einer Menge von P=IO Nmνmin zu. Durch Zusetzen von Salpeter^er Steinkohle beginnt in anderthalb Minuten eine intensive Entwicklung von flüchtigen Bestandteilen, für deren Verbrennung von oben zusätzlich Sauerstoff in einer Menge von P=IO NmVmin zum Zeitpunkt L -12 min zugeführt wird. Der Sauerstoff wird durch die obere Winddüse 4 während zwei Minuten zugeführt, nach derea Verlauf

seine Zuführung eingestellt und erst zum Zeit-

wir-d.» punkt = 15-16 wie üblich wieder aufgenommen - "Ie

nächste Kohlencharg3 (C)in einer Menge von 2uO kg wird bereits auf den durchwärmten metallischen Einsatz (zum Zeitpunkt C ₌15-16 min) aufgegeben, deshalb setzt. aian dieser und den nächstfolgenden Kohlechargen keinen Salpeter zu. Nach Beginn einer intensiven Entwicklung von flüchtigen Bestandteilen in 2 min von der Aufgabe der genannten Kohlecharge an, das heißt zum Zeitpunkt L =17-18 min/wird zur Verbrennung der flüchtigen Bestandteile der Verbrauch an Sauerstoff durch die obere Winddüse 4 bis auf P=s20 Nar/min vergrößert, das heißt, bezogen auf eine Tonne Metallsatz, um 2 NmVt min. Die Entwicklung von flüchtigen Bestandteilen erfolgt innerhalb von 3,5 min, deshalb fällt die um 2 NmVfr min erhöhte

Zufuhrungsintensität für den Sauerstoff in diesen Zeitabschnitt. Das nachfolgende Zusetzen von Kohle (C)^vojeweils 150 kg in den Konverter erfolgt nach Ablauf von zwei .Minuten nach ihrer Aufgabe, das heißt zum Zeitpunkt ¹T =25,5 min und ^L =30,5 rain. Zu diesem Zeitpunkt, das heißt am Ende des Abschnitts "b", geht man bereits dazu über, durch die Boden-Winddüsen anstatt sauerstoffhalt igen Gases mit 70/5 Sauerstoffgehalt reinen Sauerstoff in einer Menge von

ρ - 20 jsflrmln zuzuführen. Eine intensive Entwicklung von flüchtigen Bestandteilen beginnt ungefähr .1 Minute nach dem Zusetzen der entsprechenden Kohlenchargen und wird während ungefähr 2,5 min fortgesetzt. Zu diesen Zeitpunkten d.h. von

^=25,5 bis t =28 min und von Γ =30,5 bis

^ =33 min wird der Verbrauch an Sauerstoff duroh die obere wassergekühlte Winddüse 4 von P=IO auf P=20 Nnr^min

erhöht ι das heißt um 1 NmVt minNach Beendigung des Prischens der eisen- und kohlenstoffhaltigen Schmelze, die beim Einschmelzen von Schrott gewonnen worden

ist, erhält man flüssigen Stahl, der 0,0?% C, 0,06% Mn, 0,008% P und 0,023% S aufweist.Die Temperatur der Metallschmelze nach dem Friachen^betraßt 165O⁰C. Die Dauer des Windfrischen, daa heißt von L ₌10 min bis T =42 min,beträgt 32 min. Für den Schmelzvorgang werden 700 kg Kohle verbrauoht. Beispiel 5 (siehe Fig. 6)

Das Aufgeben von Schrott (F) und Kalk (D) erfolgt wie bei den vorangegangenen Schmelzen (Abschnitt "a"). Die Zuführungsbedingungen für sauerstoffhaltige Gase

durch die Boden- und die Seiten-Winddüsen 2,3 bleiben ebenfalls gleich.Für die Schmelze wird Gaskohle mit einem unteren Heizwert von 5900 kkal/kg und einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von etwa 40% verunmittelbar nach Beendigung der Aufgabe von

Schrott werden in den Konverter 150 kg Kohle

(C) aufgegeben, die mit 4,5 kg Natronsalpeter (3% bezogen auf die aufgegebene Menge der Steinkohle) vermischt ist. Infolge der Wechselwirkung der Koh-Ie mit dem Salpeter ist bereits nach 1,5 min eine merkliche Entwicklung von flüchtigen Bestandteilen zu beobachten, weshalb in den Konverter die obere wassergekühlte Winddüse 4 eingeführt und damit begonnen wird, Sauerstoff P=IO NmVmin zuzuführen oder im Vergleich zum vorhergehenden Zeitpunkt die spezifische

Zuführungsintensität für den Sauerstoff um 1 Nmv t.min zu erhöhen. -Eine derartige Zuführung von Sauerstoff erfolgt für ungefähr 4 min und bis zur Aufgabe der nächsten Charge wird der Verbrauch an Sauerstoff nicht verringert, da zum Zeitpunkt T =1^-16 min bereits die obere Winddüse in Betrieb gesetzt wird. Das nachfolgende Zusetzen der Steinkohle (C) erfolgt jeweils zum Zeitpunkt *T =16,5 min, 't =26 min und

*L =32 min. Die zuzusetzende Menge beträgt entsprechend 200 kg, 200 kg und 100 kg. Insgesamt werden für den

--Ö7-

Schmelzvorgang 650 kg Kohle verbraucht. Dabei ändern sich die Zeitabstände vom Aufgeben der Kohle bia zum Beginn einer Intensiven Entwicklung der flüchtigen Bestandteile In einem Bereich von 16,5 bis 1,0 min. Infolge einas erhöhten Gehaltes an flüchtigen Bestandteilen in der zum Einsatz kommenden steinkohle wird die Zuführung von Sauerstoff durch die obere Winddüse 4 zu den Zeltpunkten ¹T =18,5 min und

L ₌27 min im Vergleich zur vorgehendenden Menge um 3.5 NmVmIn, das heißt um 1,5 NmVt. min erhöht. Die Zuführungsintensität für den Sauerstoff durch die obere Sauerstoff-Winddüse betrügt dabei P«25 NmVmIn. Die Dauer der Zeitabschnitte mit vergrößerter Intensität der Sauerstoffzuführung ist entsprechend 4 und 3 min. Zu Beginn des Frischprozesses (Abschnitt "d") wird In den Konverter noch eine geringe Kohlencharge in einer Menge von 100 kg aufgegeben. Dabei zum

Wachbrennen der flüchtigen Beatandteile die Zuführung von Sauerstoff durch die obere Winddüse 4 . 1 Minute nach dem letzten Zusatz der Kohle auf P=20 Nm^/min oder um 1 NmVt. min vergrößert. Nach Beendigung des Frischvorganges (Abschnitt "d") wird ein Stahl mit 0,04% C, 0,07% Un₁ 0,009% P und 0,030% S gewonnen. Die Temperatur des Metalls beträgt naoh Beendigung des Frisch-

Vorganges 165O⁰C. -

Beispiel 6 (siehe Flg. 7)

Der Schmelzvorgane wird In demselben Konverter nach der gleichen Technologie wie In vorhergehenden Beispielen durchgeführt. Es wird eine Langflaramenkohle mit einem unteren Heizwert von 5300 kkal/kg und einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 43% eingesetzt. Unmittelbar nach Beendigung des Aufgebens von Schrott (F), das heißt nach Beendigung des Zeltraumes V, werden in den Konverter 200 kg Kohle

(C) im Gemisch mit 2,0 kg Natronsalpeter (1,0%

. 30

der Kohlenmenge) aufgegeben. Zum Verbrennen der flüchtigen Bestandteile wird In 1,5 min nach Beginn der Etappe "b" die Zuführung von Sauerstoff durch die obere Sauerstoff-Winddüse 4 in einer Menge von P=15 NmVt.min eingestellt. Nach Verlauf von 4

Minuten wird der Verbrauch an Sauerstoff durch die V/inddüse 4 bis auf die während des Zeitraumes "b" verwendete Menge von P-IO Nnr/min reduziert. Das nachfolgende Zusetzen von Kohle (C) im Zeitraum des Erhitzens ^Mb" und des Einschmelzens ("c") von Schrott fallen auf die Zeitpunkte Γ =16 min (200 kg), t =23 min (150 kg) und t =29 min (150 kg). Aua Pig. 7 ist zu ersehen, daß nach diesem Zusetzen von Kohle (C) der Verbrauch an Sauerstoff durch die Winddüse 4 vergrößert wird. Die Zeitabstände nach dem Zusetzen von Kohle (C) bis zu Beginn der intensiven Zuführung von Sauerstoff betm^en entsprechend 2,0; 1,5 und 1,0 min. Infolge einer starken Entwicklung von Brenngasen wird der Verbrauch an Sauerstoff duroh die Winddüse 4 um 1,5 bis 2,0 Nm^/t. min vergrößert. Eine derartige intensive Zuführung von Sauerstoff durch die Winddüse Λ dauert nach Zugabe der zweiten Kohlencharge 3 min, nach der dritten und vierten Charge je 2 min. Insgesamt werden für den Schmelzvorgang 700 kg Kohle verbraucht. Nach Beendigung des Frischvorganges weistder flüssige Stahl folgende Zusammensetzung auf: 0,05% C, 0,04% Mn, 0,010% P und 0,031% S. Die Temperatur beträgt 1640⁰C. Industrielle Anwendbarkeit

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Stahlerzeugung

In einem Sauerstoff-Blaskonverter ermöglicht es, aus festen metallischen eisenhaltigen Materialien ein hochwertiges Metall bei einem im Verrelativ gegleich zu konventionellen Verfahren zur Stahlerzeugung s^e^^ffischen Energieaufwand zu erzeugen. Dabei wird

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durch rationelle Zuführungsbedingungen für sauerstoffhaltlge Gase in den Konverter ein intensives Erhitzen und Einschmelzen von verschiedenartigem Schrott mit unterschiedlicher Stückgröße gewährleistet. Infolge- όο3:5ΰη nähert sich die Dauer dö3 Konverter-Schinelzvorganges der Dauer eines üblichen Schmelzvorganges unter Verwendung von flüssigem Roheisen. Der Prozeß zeichnet sich durch einen geringen Verlust an Metall mit Flugstaub, Schlacke und Auswurf aus.

Das Verfahren ermöglicht den Betrieb unter Verwendung von konventionellen festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen ohne besondere Auf bereitung tjeiepielsweise Feinzerkleinerung, die für ein Einblasen in den Konverter, beispielsweise im Strom eines Trä gergases erforderlich ist· Im Prozeß können verschiedenartige feste kohlenstoffhaltige Bienaatoftetbeispielsweise verschiedene Sorten von Kohle, eingesetzt

solche ■'■■.■■

werden, darunter mit erhöhtem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, und nicht nur solche zu Engpaßmaterialien gehörige Brennstoffarten wie Anthrazit mit einem niedrigen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen oder wie Hüttenkoks. Das erweitert die Möglichkeiten des Verfahrens und gestattet es, eine Art von Brennstoff zu wählen, die minimale Betriebskosten gewährleistet.

Durch die genannten Vorteile erlaubt es das erfind ungsgemäße Verfahren, die Leistung von Ausrüstungen im Vergleich zu den bekannten Verfahren zur Stahlerzeugung aus festen eisenhaltigen Materialien wesentlich zu erhöhen sowie den Energieaufwand je Tonne erzeugten Stahls bedeutend zu reduzieren.

Claims (1)

1. cm i/UNWALT Dipl.-Phys. RICHARD LUYKEN

   PM 93 501-M-61 * 33,' 16.04.1984

   - 33 - ^L/IB

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Stahlerzeugung in einem Sauerstoff-- Blas konverter ausgehend von festen metallischen eisenhaltigen Materialien, Insbesondere von Metall-

   schrott, bei dem Aufgeben dieeer Materialien -

   in den Konverter und anschließendes Erhitzen und

   Einschmelzen dieser Materialien durch Verbrennen eines kohlenwasserstoff halt igen und eines festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes, die im Prozeßablauf richtig zugeführt werden, mit einem säuerstoffhaltigen Gas, das in den Konverter von unten und von der ° ν erfolgt

   Seite zugeführt wird, wonach ein Frischen der eisen- - und kohlenstoffhaltigen Schmelze vorgenommen v/ird, d ad u r ch gekennzeichnet, daß das Erhitzen des festen eisenhaltigen metallischen Materials durch eine Zuführung des sauerstoffhalt igen Gases, das mit Sauerstoff angereicherte Luf r-

   stellt, von unten und eine seitliche Zuführung νυα Sauerstoff erfolgt, und während des Schmelzvorganges der Gehalt an Sauerstoff im sauerstoffhalt igen Gas, das von unten einströmt, auf ca.100% erhöht wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Sauerstoff angereicherte Luft je Tonne aufzugebenden festen

   metallischen eisenhaltigen Materials In den Konverter zuerst mit einem Gehalt an Sauerstoff von ca. 20 bis 70% zugeleitet und nach dem Verbrauch von ca. 40 bis 50 Nm* Sauerstoff der Gehalt an Sauerstoff auf

   oa« 100% erhöht und das Einschmelzen bis zu einem Sauer-

   -cLurch stoff-Gesamtverbrauoh von ca. 65bis 80 Nur⁷ geführt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des sauerstoffhaltlgen Gases von oben zugeführt wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche

   1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

   ■. 33-

   daß bei der Verwendung von Steinkohle als festen kohlenstoffhaltigen Brennstoff nach dem Aufgeben einer Steinkohleteilmenge die Zuführung von Sauerstoff von oben erhöhL wird· 5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennze lehnet, daß nach dem Aufgeben von Je einer Steinkohleteilmenge die Zuführung von Sauerstoff erst nach Verlauf von ungefähr 1 bis 2 min vergrößert wird und eine derartige Zuführung innerhalb von ungefähr

   4-. bis nin erfolgt, wonach die Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas bis auf den ursprüngliche Wert reduziert wird.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennze Io h η β t, daß zu Beginn der Aufgabe des festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffes, insbesondere Steinkohle, zusammen damit sauerstoffhalt ige Zuschläge aufgegeben werden, bei deren Verbrennung sich Sauerstoff entwickelt.

   7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennze lehnet, daß Salpeter als sauerstoffhaltiger Zuschlag eingesetzt wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, d a d u r ο h gekennze ichnet, daß Salpeter in einer Menge von ca. 1 bis 5%,bezogen auf die Menge der ersten Teilmenge des festen kohlenstoffhaltigen Brennst offΘ3_; aufgegeben wird.