DE3641216A1

DE3641216A1 - Verfahren zur kontinuierlichen reinigung fluessigen roheisens

Info

Publication number: DE3641216A1
Application number: DE19863641216
Authority: DE
Inventors: Maurizio Palchetti; Santi Palella; Adolfo Crisafulli
Original assignee: Centro Sperimentale Metallurgico SpA
Current assignee: Centro Sviluppo Materiali SpA
Priority date: 1985-12-03
Filing date: 1986-12-03
Publication date: 1987-06-04
Also published as: AU597861B2; FR2590905A1; FR2590905B1; BR8606128A; CA1297302C; JPS62133010A; GB2184459B; DE3641216C2; SE466350B; AU6600986A; US4744822A; BR8700294A; SE8605175D0; NL8603049A; SE8605175L; GB8628802D0; LU86689A1; BE905858A; GB2184459A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Reinigung flüssigen Roheisens. Insbesondere befaßt sich sie sich mit Verfahren, um sehr niedrige Phosphor- und Schwefelgehalte zu erhalten, während das flüssige Roheisen vom Hochofen zum Torpedowagen überführt wird.

Die moderne Technologie sucht natürlich nach Stählen, die für gegebene Anwendungsfälle nach Kundenwunsch hergestellt werden, insbesondere nach Stählen mit einem sehr geringen oder niedrigen Gehalt an Verunreinigungen, insbesondere an Phosphor und Schwefel. Die zur Verfügungstellung von Eisenerz sowie von fossilen Brennstoffen, die einen niedrigen Gehalt unerwünschter Elemente hat, wird zunehmend schwieriger, während der Konverter (d. h. ein LD- oder ein BOF-Ofen, d. h. ein basic oxygen furnace) mehr und mehr die Rolle eines Reaktors - insbesondere für die Entkohlung - übernimmt und daher unter genormten Bedingungen arbeiten muß. Es ist daher klar, daß das flüssige Roheisen, welches in der Konvertercharge der Hauptposten ist, eine eng gesteuerte Analyse haben muß und daß die Phosphor- und Schwefelgehalte besonders unter gegebenen spezifischen Grenzen liegen müssen.

Während also einerseits die Reinigungsvorgänge für das flüssige Roheisen somit hoch wünschenswert sind, dürfen sie nicht besonders teuer sein und vorzugsweise sollen sie nicht störend in den Zeitplan der Operationen zwischen dem Abstich des flüssigen Roheisens aus dem Hochofen und der Konverterbeaufschlagung liegen. Dieses Merkmal wird in der Zukunft umso wünschenswerter, da dann, wenn neue Anlagen gebaut und alte nachgebessert werden, die Neigung besteht, daß die Stahlverarbeitungsanlage immer näher an den Hochofen herangerückt wird, so daß Torpedowagen vermieden werden, wodurch also das flüssige Metall direkt in die Pfanne ausfließen kann.

Diese Forderungen und Trends bedeuten aber, daß die üblichen Verfahren und sogar die auf der experimentellen Stufe oder die nur in wenigen Werken installierten, basierend auf der Torpedowagenbehandlung des flüssigen Roheisens, in Zukunft nur schwierig noch benutzt werden können. Darüber hinaus sind sie an sich aufwendig und teuer, was den Betrieb des gesamten Bereiches im allgemeinen betrifft. Heutige Verfahren zur Behandlung flüssigen Roheisens sorgen für eine massive Dephosphorisierung und Desulphurierung im Torpedowagen und in gewissen Fällen in besonders ausgestatteten Konvertern. Diese Behandlungen sind aber ziemlich teuer. Beispielsweise umfaßt die Dephosphorierung im Torpedowagen zur Zeit das Einführen des Reduktionsmittels unter einem erheblichen Druck schmelzflüssigen Metalls; es wird also eine Behandlungsanlage notwendig, die bei hohen Drücken (um 10 Atmosphären) arbeiten kann, was aber wiederum ein überfließendes Schäumen der Schlache bedeutet; die Torpedowagen können also nur teilweise gefüllt laufen. Auf jeden Fall wird es unmöglich, ein gewisses Überlaufen der Schlacke zu vermeiden, selbst wenn dieses nicht groß ist. Einrichtungen müssen vorgesehen sein, um die verspritzte Schlacke zu sammeln und zu beseitigen, während die Torpedowagenbetriebszeiten beachtlich länger aufgrund der Notwendigkeit, daß der Auslauf gereinigt werden muß, werden. Die Anzahl von Torpedowagen muß daher vergrößert werden; dies kann in vielen Werken aufgrund der Größe des Schienennetzwerks aber nicht vonstatten gehen.

Erfindungsgemäß sollen diese Nachteile überwunden werden; das kontinuierliche flüssige Roheisenreinigungsverfahren, das zum Tragen kommt, ist einfach und billig und erfordert dabei doch keine weitere Behandlung oder Verarbeitung. Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß, obwohl flüssiges Roheisen die Hauptrinne aus dem Hochofen nach unten ziemlich langsam und ohne viel Turbulenz fließt, doch der Fall von dem Eisenabstichloch in die Rinne und dann von dieser in den Torpedowagen zu einer Vermischung führt, die verwendet werden kann, um einen innigen Kontakt mit einem Zusatzmittel sicherzustellen. Darüber hinaus bleibt das flüssige Roheisen lange genug in der Rinne, um zu garantieren, daß die daraus folgenden Reaktionen ein gutes Stück gegen ihren vollständigen Abschluß gefördert werden. Die Zuschlagsstoffe müssen jedoch stufenweise und in einer gewissen Reihenfolge zugeführt werden, um gute Ergebnisse und hohe Ausbeuten zu erreichen.

Beispielsweise findet die Entphosphorungsreaktion nicht statt, wenn mehr als 0,25 Gew.-% Silizium in dem flüssigen Roheisen vorhanden sind, Silizium muß also vor der Entphosphorung reduziert bzw. vermindert werden. Diese Reduktion hinsichtlich des Siliziums führt aber zu einer Veränderung in der Zusammensetzung der auf dem Metall treibenden Schlacke, mit dem Ergebnis, daß ein Teil des Schwefels in der Schlacke auf das flüssige Roheisen übertragen wird.

Die Aufeinanderfolge der Vorgänge muß somit optimiert werden, um eine wirksame wirtschaftlich attraktive Behandlung sicherzustellen. Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zeichnet sich die Erfindung darum aus durch die Kombination der nacheinander ablaufenden folgenden Schritte:

a) Messen des Gehalts an Silizium, Schwefel und Phosphor - nach an sich bekannten Verfahren - des flüssigen Roheisens, während dieses vom Ofen abgestochen wird;

b) Zugabe eines Schwefelreduktionsmittels an das flüssige in der Hauptrinne fließende Roheisen, vorzugsweise so nah wie möglich an dem das Eisenabstichloch verlassenden Strom;

c) Trennen der Schlacke vom flüssigen Roheisen;

d) Zugabe eines Siliziumreduktionsmittels an das schlackenfreie flüssige Roheisen, wenn der Siliziumgehalt größer als 0,25% ist;

e) Trennen der neuen Schlacke vom heißen Metall (flüssigen Roheisen);

f) Zugabe eines Phosphorreduktionsmittels zum flüssigen Roheisen, während dieses in den Torpedowagen fällt.

Die Mittel, die zum Vermindern oder Reduzieren der Schwefel-, Silizium- und Phosphorgehalte verwendet werden, werden natürlich kontinuierlich während des gesamten Abstichvorgangs zugegeben; die zur Anwendung kommenden Mengen werden abgestellt auf den wünschenswerten Effekt. Die Zuschlagsstoffe sind dann die folgenden:
- für die Schwefelreduktion: Kalziumoxid, zwischen 60 und 90 Gew.-%, wobei der Rest im wesentlichen Kalziumcarbonat ist und die verwendete Menge zwischen 4 bis 15 kg/t HM beträgt (HM = hot melt = Eisenschmelze = flüssiges Roheisen);
- für die Siliziumreduktion: Eisenoxide, zwischen 80 und 100 Gew.-%, wobei der Rest im wesentlichen Kalziumoxid ist; die verwendete Menge beträgt zwischen 10 bis 50 kg/t HM;
- zur Phosphorreduktion: Eisenoxide, zwischen 40 und 70%, Kalziumoxid zwischen 30 und 60% und Kalziumfluorid oder -chlorid bis zu 20 Gew.-%; die auf das flüssige in den Torpedowagen fallende Roheisen angewendete Menge beträgt zwischen 30 bis 70 kg/t HM.

Wie bereits erwähnt, werden die Mengen an für jede Reaktion verwendeten Zuschlagsstoffen hauptsächlich als Funktion der Menge des zu eliminierenden Elements berechnet und in zweiter Linie als eine Funtion auch der Charakteristiken der Gesamtanlage, welche die Turbulenz des flüssigen Roheisens beeinflussen, wie beispielsweise die Höhe, um die das flüssige Roheisen fällt, die Rinnen-(Zwischenpfannen), Abstichrinnen-, Querschnitte etc.

Die Menge an Zuschlagsstoff kann beispielsweise auf einer für immer geltenden Basis berechnet werden. In diesem Fall muß jedoch ein Überschuß Verwendung finden, so daß sichergestellt wird, daß die Reaktion immer mehr oder weniger vollständig wird; es kann sonst nicht mit flüssigem Roheisen konstanter Zusammensetzung gerechnet werden.

Die Reihenfolge der Schwefel- und Siliziumreduktionsvorgänge kann umgekehrt werden. In diesem Fall jedoch nimmt der Verbrauch an Entschwefelungsmittel aufgrund des Resulphurierungseffekts des oben beschriebenen Siliumreduktionsvorgangs zu; der große Vorteil besteht jedoch darin, daß ein Entschlackungsvorgang eliminiert werden kann und die während der Siliziumreduktion abgegebenen Rauchgase besser entfernt werden können.

Die Zuschlagstoffe können einfach in das heiße Metall von den Förderschnecken, Förderbändern und dergleichen herabfallen. Aufgrund der Partikelgröße und des Feuchtigkeitsgehalts der Zuschlagsstoffe jedoch, kann es passieren, daß die Feeder, die im wesentlichen mit Schwerkraft arbeiten, sich zusetzen oder zumindest den Zuschlagstoff nicht regelmäßig zugeben. Somit werden am besten pneumatisch Feeder oder Beschickungsvorrichtungen verwendet.

Dies ist besonders wichtig bei der Zugabe von Stoffen nach dem ersten Entschlacken, weil das flüssige Roheisen in der Rinne hinter dieser Stelle sich ziemlich langsam bewegt; der Zuschlagstoff könnte somit einfach auf der Oberfläche verbleiben, wenn er lediglich frei hereinfallen könnte. Eine Vorrichtung, die sicherstellt, daß der Zuschlagstoff in gewisser Weise in das flüssige Roheisen eindringt, ist sicherlich vorteilhaft, wodurch die Wirksamkeit der Reaktion erheblich verbessert wird.

Das Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung schmelzflüssigen Roheisens nach der Erfindung ist daher sehr einfach. Verwendet werden technische Einrichtungen, die auch einfach und billig sind und die Durchführung der Behandlung ohne irgend welche Vorgänge ermöglichen, die nur schwierig durchzuführen sind oder die den allgemeinen Ablauf der Arbeiten stören.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden, ohne sie zu begrenzen.

Vom Herd 2 des Hochofens 1 abgestochenes flüssiges Roheisen fällt als Strom 4 in die Hauptrinne 3, die breit, tief und relativ kurz ist, wird leicht nach unten von einem Eisenabstiegsloch geführt und endet in einem Schlackenskimmer oder einer Tasche 5, wodurch die Schlacke vom Metall entfernt wird. Die Schlacke wird von der Tasche 5 durch die Abstichrinne bzw. den Runner 9 fortgetragen, während das flüssige Roheisen nach unten über 8 weiterfließt, wobei die Rinne 8 einen kleineren Querschnitt als die Hauptrinne 3 aufweist. Eine Menge an Zuschlagstoff wird aus dem Behälter 6 über die Fördereinrichtung 7 in die Hauptrinne so nahe wie möglich dem Strom 4 zugegeben. Auf diese Weise sorgt der Mischeffekt aufgrund des Fallens des heißen Metalls bzw. flüssigen Roheisens in die Rinne für eine ausgezeichnete Verteilung. Der Zuschlagstoff in dieser Stufe ist das Entschwefelungsmittel. Die Reaktionsprodukte werden in der Schlacke absorbiert und werden so von dem flüssigen Roheisen in der Tasche 5 gestrippt und über die Rinne oder den Runner 9 entfernt. Das Siliziumreduktionsmittel in dem Behälter 10 wird in die Rinne 8 über eine Zuführeinrichtung 11 eingeführt, die vorzugsweise von pneumatischer Natur sein sollte, um zu einem guten Mischen mit dem heißen Metall zu führen. Die Reaktion erzeugt neue Schlacke, die in der Tasche 12 abgetrennt und über den Runner 13 entfernt wird. Das flüssige Roheisen bzw. die heiße Schlacke fließt dann weiter durch die Rinne 14 und fällt als Strom 16 in eine Schwenkeinrichtung 15, aus der sie als Strom 19 in den Torpedowagen 20 fällt. Das im Behälter 17 enthaltene Phosphorreduktionsmittel wird durch die Einrichtung 18 in den Storm 19 geführt.

Bei durchgeführten Tests wurde eines der Eisenabstichlöcher des pro Tag 9400 t HM erzeugenden Hochofens, wie in der Skizze angegeben, ausgestattet. Man sollte dabei darauf achten, daß das flüssige Roheisen mehr oder weniger kontinuierlich von dem in den Tests verwendeten Hochofen abgestochen wird; so bestehen keine großen Veränderungen in der Zusammensetzung während der Abstichvorgänge aus einem einzigen Eisenabstichloch.

In der Praxis wird die Zusammensetzung des flüssigen Roheisens bei Beginn des Abstechens bestimmt und so wird die benötigte Menge an Zuschlagstoffen festgelegt.

In einem der Tests waren die Verunreinigungen im flüssigen Roheisen; ausgedrückt in Gew.-%, die folgenden: S zwischen 0,021 und 0,027, Si zwischen 0,46 und 0,20 und P zwischen 0,075 und 0,065. Die folgenden Tabellen zeigen die mittleren Verringerungen oder Reduktionen an Verunreinigungen, die mit unterschiedlichen Mengen an Zusatzmitteln erreicht wurden.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Nach dem speziellen Beispiel wurde flüssiges Roheisen, das, ausgedrückt in Gew.-%, enthielt: S 0,027, Si 0,23 und P 0,068, mit 5 kg Schwefelreduktionsmittel, 24 kg Siliziumreduktionsmittel und 55 kg Phosphorreduktionsmittel pro Tonne flüssigen Roheisens behandelt. Der Endgehalt betrug S 0,008, Si 0,05 und P 0,026, wieder ausgedrückt in Gew.-%.

Am Eintritt in das Stahlwerk bzw. die Stahlverarbeitungshalle hatte der Phosphorgehalt des flüssigen Roheisens weiter auf 0,023% abgenommen. Die Ausbeute an Zuschlagstoffen, ausgedrückt als (Anfangsprozentsatz des Elements minus Endprozentsatz des Elements)/(kg Zuschlagstoff/t heißen Metalls) betrug zwischen 2 × 10^-3 und 5 × 10^-3 für Schwefel, zwischen 1 × 10^-3 und 5 × 10^-3 für Silizium und zwischen 1 × 10^-3 und 8 × 10^-4 für Phosphor.

Selbstverständlich sind Verfahren und Materialien, wie sie verwendet werden, äußerst einfach und wirkungsvoll, wobei die Kosten wesentlich niedriger als bisher notwendig liegen. Insbesondere sind die eingesetzten Materialien, die für diese Zwecke natürlich bekannt sind, äußerst wirtschaftlich und stehen ohne weiteres in Stahlwerken zur Verfügung; beispielsweise können die Eisenoxide bestehen aus Walzzunder, (rotem) bzw. braunem Konverterrauch oder ähnlichen Abfall- oder Altmaterialien.

Durch die Erfindung wird also ein Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung heißen Metalls, während dieses vom Rohofen läuft, vorgeschlagen; es werden Phosphor- und Schwefelniveaus in einfacher und preiswerter Weise erreicht, so daß das so behandelte Metall geeignet ist, anschließend in einem Konverter zur Herstellung von Stählen mit niedrigem oder sehr niedrigem Verunreinigungsgehalt verwendet zu werden.

Claims

1. Kontinuierliches Verfahren zum Reinigen flüssigen Roheisens, gekennzeichnet durch die Aufeinanderfolge nachstehender Schritte:
- Messung des Silizium-, Schwefel- und Phosphorgehalts nach bekannten Verfahren des heißen Metalls, während es vom Hochofen abgestochen wird;
- Zugabe von Schwefelreduktionsmittel zum heißen Metall, das in der Hauptrinne fließt, vorzugsweise so nahe wie möglich dem das Eisenabstichloch verlassenden Strom;
- Entschlacken des flüssigen Roheisens;
- Zugabe von Siliziumreduktionsmittel zum heißen Metall, wenn der Siliziumgehalt mehr als 0,25% beträgt;
- Trennen von neuer Schlacke und heißem Metall;
- Zugabe des Phosphorreduktionsmittels zum in den Torpedowagen fallenden flüssigen Roheisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von Schwefel-, und Silizium- und Phosphorreduktionsmitteln kontinuierlich während des gesamten Abstichvorgangs vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoff für die Schwefelreduktion zwischen 60 und 90 Gew.-% Kalziumoxid enthält, wobei der Rest im wesentlichen Kalziumcarbonat ist und die in das heiße Metall eingeführte Menge zwischen 4 und 15 kg/t HM beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoff für die Siliziumreduktion zwischen 80 und 100 Gew.-% an Eisenoxiden enthält, wobei der Rest im wesentlichen Kalziumoxid ist und die zum flüssigen Roheisen zugesetzte Menge zwischen 10 und 50 kg/t HM beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoff für die Phosphorreduktion zwischen 40 und 70 Gew.-% an Eisenoxiden, zwischen 30 und 60 Gew.-% an Kalziumoxid und bis zu 20 Gew.-% Kalziumfluorid und -chlorid enthält, wobei die dem heißen Metall bzw. flüssigen Roheisen zugegebene Menge zwischen 30 und 70 kg/t HM beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Durchführung der Schwefelreduktions- und Siliziumreduktionsreaktionen umgekehrt wird.