DE3700769A1 - Process for melting metal scrap, in particular steel scrap, in an electric arc furnace - Google Patents

Process for melting metal scrap, in particular steel scrap, in an electric arc furnace

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Abstract

In a process for melting metal scrap, in particular steel scrap, in an electric arc furnace, granular polymeric material, in particular polyolefins such as polyethylene and polypropylene, are added to the scrap in a quantity of 2 to 7 kg/t of scrap, in order to stabilise the arc and to save electric power.

Description

Der Prozentsatz des Rohstahls, der in Lichtbogenöfen her­ gestellt wird, ist seit der Jahrhundertwende ständig ge­ wachsen und beträgt heute ca. 25% der Weltrohstahlerzeugung. Der Anteil der elektrischen Energie an den Gesamtkosten des Flüssigstahls liegt bei 10 bis 15%. Da die Preise für elektrische Energie stetig ansteigen, sind verschiedene Anstrengungen gemacht worden, elektrische Energie durch Primärenergie zu ersetzen, wie Kohle, Öl oder Gas. So wurden besondere Brennstoff-Sauerstoff-Brenner entwickelt, die in den Wänden der Lichtbogenöfen installiert werden. Diese Brenner arbeiten meist in Verbindung mit besonderen Kontroll- und Regelsystemen, so daß relativ hohe Investi­ tionskosten entstehen.The percentage of crude steel that comes from in arc furnaces has been in use since the turn of the century grow and now accounts for around 25% of global crude steel production. The share of electrical energy in the total costs of the liquid steel is 10 to 15%. As the prices for electrical energy steadily increase, are different Efforts have been made through electrical energy To replace primary energy such as coal, oil or gas. So special fuel-oxygen burners were developed, which are installed in the walls of the arc furnaces. These burners usually work in conjunction with special ones Control and regulation systems, so that relatively high investment tion costs arise.

Da der Wärmeübergang Flamme - Schrott am besten ist, solange der Schrott noch relativ kalt ist, arbeiten diese Brenner nur über eine gewisse Zeit während der Einschmelzperiode. Ungefähr 30 bis 40 kWh pro Tonne Schrott werden normaler­ weise durch Brennenergie ersetzt. Unter diesen Umständen ist der Wärmewirkungsgrad der Brenner etwa 65%.Since the heat transfer flame - scrap is best for as long the scrap is still relatively cold, these burners work only for a certain time during the melting period. Around 30 to 40 kWh per ton of scrap is becoming more normal wisely replaced by burning energy. Under these circumstances the thermal efficiency of the burners is about 65%.

Es hat auch an Versuchen nicht gefehlt, den elektrischen Lichtbogen durch mechanische und physikalische Maßnahmen zu stabilisieren. Ausprobiert wurden Hohlelektroden oder Gase, Wasserdampf und feste Medien, die durch die Hohl­ elektrode oder mittels anderer Vorrichtungen in den Bereich der Lichtbögen gefördert wurden. Stabilere Lichtbögen bringen ein besseres Energieeinbringen und reduzieren die Netzrückwirkungen wie Flicker und Harmonische.There was no lack of attempts, the electrical ones Arc through mechanical and physical measures to stabilize. Hollow electrodes or Gases, water vapor and solid media through the hollow electrode or other devices in the area the arcs were promoted. More stable arcs bring better energy input and reduce the Network perturbations such as flicker and harmonics.

Von der Sauerstoffblasstahlerzeugung ist es bekannt, den Schrottsatz gegenüber dem Satz an flüssigem Roheisen durch Zugabe zusätzlicher Brennstoffe anzuheben. Als Brennstoffe werden beispielsweise Kohle, Koks oder Erdgas benutzt.
From the blowing of oxygen steel it is known to raise the scrap rate compared to the rate of molten pig iron by adding additional fuels. For example, coal, coke or natural gas are used as fuels.

Aufgabe der Erfindung ist es bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 den Lichtbogenofen zu stabili­ sieren und als Folge hiervon die Wirkleistung zu erhöhen und die Netzrückwirkungen zu verringern. Ferner soll elektrische Energie eingespart werden können.The object of the invention is in a method according to the The preamble of claim 1 stabilizes the arc furnace and increase the active power as a result and reduce the network perturbations. Furthermore should electrical energy can be saved.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter­ ansprüchen zu entnehmen.The object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the sub claims.

Die einzusetzenden Polyolefine bestehen im wesentlichen aus Polyethylen und Polypropylen in geringeren Anteil­ mengen. Dieses Material enthält etwa 85% C und 15% H2. Die Schwefel- und Aschegehalte sind vernachlässigbar gering. Sie fallen u. a. als Abfall bei der Kunststoffproduktion an oder auch im Recycling. Somit kann eine sinnvolle Nutzung dieser Abfälle auch zum Umweltschutz beitragen.The polyolefins to be used essentially consist of polyethylene and polypropylene in small amounts. This material contains approximately 85% C and 15% H 2 . The sulfur and ash levels are negligible. Among other things, they are generated as waste in plastic production or in recycling. A sensible use of this waste can also contribute to environmental protection.

Versuche, Polyolefine als Schmelzhilfe und zur Stabilisierung des Lichtbogens in Lichtbogenöfen einzusetzen, zeigten unerwartete Ergebnisse. Wichtig ist, daß dieses Material gut über den Schrott verteilt ist und die Bedingungen im Ofenraum nicht zu kalt (kalter Ofen nach langen Zwischenzeiten) oder zu heiß sind (größeres flüssiges Bad vorhanden). Eine weitere Voraussetzung für eine gute Verteilung ist die Korngröße. Ein feineres Material von 3-10 mm ⌀ brachte bessere Ergebnisse als größere Kugeln von 50 mm ⌀ oder Kuben von 130 mm Seitenlänge. Unter diesen Bedingungen konnte ein Wärmewirkungsgrad von größer 80% und ein Ansteigen des mittleren Leistungspegels um 4% erreicht werden. Die Stabilisierung des Licht­ bogens kann auf den Wasserdampf zurückgeführt werden, der bei der Verbrennung von Polyolefine entsteht.Attempts to use polyolefins as a melting aid and for stabilization Using the arc in arc furnaces showed unexpected results Results. It is important that this material is good about the scrap is distributed and the conditions in the oven space are not too cold (colder Oven after long split times) or are too hot (larger liquid bath available). Another requirement for a good one Distribution is the grain size. A finer material of 3-10 mm ⌀ brought better results than larger balls of 50 mm ⌀ or Cubes of 130 mm side length. Under these conditions, one could Thermal efficiency greater than 80% and an increase in the average Power levels can be reached by 4%. Stabilizing the light arc can be traced back to the water vapor generated by the Combustion of polyolefins occurs.

Wenn das Material vor dem Chargieren der Schrottkörbe oben auf die Schrottschicht geladen wird, wird es beim Chargiervorgang fein verteilt. So werden keine zusätzlichen Investitionen erforderlich. If the material is on top before loading the scrap baskets the scrap layer is loaded, it becomes fine during the charging process distributed. So no additional investments are required.  

Das feine Material kann aber auch kontinuierlich in den Ofen trans­ portiert werden, beispielsweise mit einer normalen Flickmaschine. Diese Arbeitsweise ist insbesondere bei kalten Ofenzuständen anzu­ wenden. Das Material wird dann bevorzugt in die Einschmelzkrater geblasen.The fine material can also be continuously trans in the oven ported, for example with a normal patching machine. This mode of operation is particularly useful when the furnace is cold turn. The material is then preferred in the melting crater blown.

Eine andere denkbare Zugabemethode ist das Fördern durch Hohlelek­ troden.Another conceivable method of addition is the conveying by Hohlelek tread.

Es ist auch möglich, die Polyolefine mit anderen festen Brennstoffen zu mischen oder diese in die Polyolefine einzubinden.It is also possible to mix the polyolefins with other solid fuels to mix or incorporate them into the polyolefins.

Die Polyolefine verbrennen im Ofen mit dem Sauerstoff der Luft und/ oder mit dem Sauerstoff, der häufig als Einschmelzhilfe (durch die Ofentür) in den Ofen geblasen wird.The polyolefins burn in the furnace with the oxygen in the air and / or with the oxygen, which is often used as a melting aid (through the Oven door) is blown into the oven.

Der Heizwert von Polyethylen beträgt etwa 12 kW/kg. Die zweck­ mäßige Zugabemenge beträgt 2 bis 7 kg/t Schrott.The calorific value of polyethylene is about 12 kW / kg. The purpose moderate addition amounts to 2 to 7 kg / t scrap.

Verschiedene Versuchsserien wurden an 120t-Lichtbogenöfen mit einem durchschnittlichen Energieeinbringen von 27 MW durchgeführt. Es wurden 2 bis 3 Körbe Schrott chargiert.Various test series were carried out on 120t arc furnaces an average energy input of 27 MW. Two to three baskets of scrap were loaded.

In einer ersten Versuchsserie wurden 2,5 kg Polyethylen pro Tonne des gesamten chargierten Schrottes (130 t) in 15 kg Säcken auf den Schrott im ersten Schrottkorb gegeben. Beim Char­ gieren brachen die Säcke auf und die Polyolefine wurden gut über den chargierten Schrott verteilt. Wegen längerer Zwischenzeiten war der Ofen jedoch zu kalt, so daß die Verbrennung stark verzö­ gert eintrat. Der Wärmewirkungsgrad betrug nur 50%. Der Energie­ pegel stieg jedoch um 1 MW (ca. 4%) an, so daß 7 Min. an Einschmelz­ zeit gespart werden konnten.In a first test series, 2.5 kg of polyethylene per Ton of the total loaded scrap (130 t) in 15 kg Bags placed on the scrap in the first scrap basket. With Char greed the sacks broke open and the polyolefins were well over distributed the scrap. Because of longer split times however, the stove was too cold, so that the combustion was delayed entered. The thermal efficiency was only 50%. The energy However, the level rose by 1 MW (approx. 4%), so that 7 minutes of melting time could be saved.

So wurden in einer zweiten Versuchsreihe 2,5 kg Polyethylen pro Tonne des gesamten chargierten Schrottes (130 t) in Säcken auf den Schrott im zweiten Chargierkorb gegeben. Es wurde darauf ge­ achtet, daß der zweite Korb so früh chargiert wurde, daß noch kein wesentlicher flüssiger Sumpf im Ofen vorhanden war (Nach­ chargieren nach 310 bis 320 kWh/t Schrott im ersten Korb). So waren die Temperaturverhältnisse im Ofen in der Art, daß das Polyethylene mit mäßiger Flammenbildung verbrannte. Zudem wurde Sauerstoff als Einschmelzhilfe durch die Ofentür geblasen. Unter diesen Bedingungen wurden Wärmewirkungsgrade größe 80 bis nahe­ zu 100% erreicht. Der Energiepegel stieg wiederum um 1 MW an. Insgesamt konnten 10 Min. an Einschmelzzeit eingespart werden.In a second series of tests, 2.5 kg of polyethylene per Ton of the total scrap (130 t) in bags put the scrap in the second charging basket. It was followed make sure that the second basket was loaded so early that it was still there was no significant liquid sump in the furnace (after load after 310 to 320 kWh / t scrap in the first basket). So were the temperature conditions in the furnace in such a way that Polyethylene with moderate flame formation burned. In addition,  Blown oxygen through the furnace door as a melting aid. Under These conditions were heat efficiency size 80 to close 100% achieved. The energy level rose again by 1 MW. A total of 10 minutes of melting time could be saved.

Eine weitere Versuchsreihe wurde mit 2 kg Polyethylen pro Tonne Gesamteinsatz Schrott im ersten Korb und 2,5 kg Polyethylen pro Tonne Gesamteinsatz im zweiten Korb gefahren. Der Gesamtwärme­ wirkungsgrad war 70%; der Anstieg der Leistung betrug wiederum 1 MW, die Verkürzung der Einschmelzzeit 13 Min.Another series of tests was carried out with 2 kg of polyethylene per ton Total scrap used in the first basket and 2.5 kg of polyethylene per Tonnage driven in the second basket. The total heat efficiency was 70%; the increase in performance was again 1 MW, the shortening of the melting time 13 min.

Die Ergebnisse zeigen eindeutig, daß gute Wärmewirkungsgrade dann erreicht werden, wennThe results clearly show that good thermal efficiency then be achieved when

  • - die Polyolefine gut über die Schrottcharge verteilt werden,- The polyolefins are well distributed over the batch of scrap will,
  • - die Polyolefine in feineren Teilchen zwischen 2 und 20 mm ⌀ vorliegen,- The polyolefins in finer particles between 2 and 20 mm ⌀ are present
  • - die Ofentemperatur weder zu niedrig (lange Zwischen­ zeiten, Fahren ohne flüssigen Sumpf) noch zu hoch ist (spätes Nachchargieren).- the oven temperature is neither too low (long interval times, driving without a liquid swamp) is still too high (late recharge).

Selbstverständlich können außer den Polyolefinen wie Polyethylen und Polypropylen auch ähnliche Kunststoffe verwendet werden, wenn sie einen hinreichend hohen Heizwert besitzen und keine schädlichen oder giftigen Stoffe enthalten oder solche Verbrennungsprodukte ergeben.Of course, in addition to the polyolefins, such as polyethylene and polypropylene also use similar plastics if they have a sufficiently high calorific value and no harmful ones or contain toxic substances or such combustion products surrender.

Claims (9)

1. Verfahren zum Schmelzen von Metallschrott, insbesondere Stahlschrott in einem Lichtbogenofen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Lichtbogenofen körniges polymeres Material, insbesondere Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen in einer Menge von 2 bis 7 kg/t Schrott zugeführt werden.1. Process for melting metal scrap, in particular steel scrap in an arc furnace, characterized in that granular polymeric material, in particular polyolefins, such as polyethylene and polypropylene, are fed to the arc furnace in an amount of 2 to 7 kg / t scrap. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein Teil des polymeren Mate­ rials auf den vollen Schrottkorb geladen und beim Chargieren in den Lichtbogenofen fein über den Schrott verteilt wird.2. The method according to claim 1, characterized records that at least a portion of the polymeric mate rials loaded onto the full scrap basket and while charging is finely distributed over the scrap in the arc furnace. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein Teil des polymeren Materials pneumatisch oder mechanisch in den Ofen gefördert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that at least a portion of the polymer Materials conveyed pneumatically or mechanically into the furnace becomes. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des polymeren Materials in die Einschmelzkrater der Elektroden gefördert wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that at least part of the polymeric material in the melting crater of the electrodes is promoted. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des polymeren Materials durch Hohlelektroden in den Ofen ge­ fördert wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that at least part of the  polymeric material through hollow electrodes in the furnace is promoted. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material mit anderen festen Zusatz- und/oder Zuschlagstoffen ge­ mischt dem Lichtbogenofen zugeführt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the polymeric material with other solid additives and / or additives mixes is fed to the arc furnace. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die anderen festen Zusatz- und/ oder Zuschlagstoffe in das polymere Material eingebunden sind.7. The method according to claim 6, characterized records that the other fixed additional and / or additives in the polymeric material are. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die festen Zusatz- und/oder Zuschlagstoffe Brennstoffe, wie Kohle sind.8. The method according to claim 6 or 7, characterized ge indicates that the fixed additional and / or Aggregates are fuels such as coal. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als polymeres Material wenigstens einer der folgenden Stoffe eingesetzt wird:
Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyester, Polyamide, Polycarbonat, Phenole, Polyacrylnitril, Polybutadien, Poly-m-Divinylbenzol, Poly-1-Hexen, Polyinden, Polyisobu­ tylen, Polyisopren, Poly-1-Penten, Polyvinylacetat, Polyvinylcyclohexen, Polymaleinsäure, Polymethacrylsäure, Polyvinyl-n-Butyrat, Polyvinylencarbonat, Polyvinylformat und Melamine.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that at least one of the following substances is used as the polymeric material:
Polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyester, polyamides, polycarbonate, phenols, polyacrylonitrile, polybutadiene, poly-m-divinylbenzene, poly-1-hexene, polyinden, polyisobutylene, polyisoprene, poly-1-pentene, polyvinyl acetate, polyvinylcyclohexene, polymaleic acid, polymethacrylic acid , Polyvinyl n-butyrate, polyvinylene carbonate, polyvinyl format and melamine.
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