DE3720886A1

DE3720886A1 - Bodenblasverfahren fuer lichtbogenoefen zur stahlerzeugung

Info

Publication number: DE3720886A1
Application number: DE19873720886
Authority: DE
Inventors: Masahisa Tate; Makoto Watanabe; Tsutomu Kuroda
Original assignee: Toshin Steel Co Ltd
Current assignee: Toa Steel Co Ltd
Priority date: 1986-06-24
Filing date: 1987-06-24
Publication date: 1988-01-21
Also published as: KR880001173A; FR2601966A1; GB8714000D0; DE3720886C2; CA1311787C; GB2192446A; KR910001577B1; FR2601966B1; GB2192446B; US4749408A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogenofens zur Stahlerzeugung, insbesondere ein Verfahren zum Einblasen von Gas aus dem Boden des Ofens in die Schmelze und zum Frischen gewöhnlichen Stahls oder von Legierungen durch die Bogenhitze der Elektroden in einem Lichtbogenofen.

Bekanntlich werden Wechselstrom-Lichtbogenöfen zum Schmelzen und Frischen von gewöhnlichen Stählen, Legierungen oder nichtrostenden Stählen verwendet. Grundsätzlich enthält der Betrieb des Lichtbogenofens das Chargieren von Schrott als hauptsächliches Rohmaterial, das Erzeugen eines Lichtbogens zwischen dem Rohmaterial und den Elektroden, um dadurch das Rohmaterial zu schmelzen, das Zuführen von geeigneten weiteren Rohmaterialien während des Frischens, um einen geschmolzenen Stahl einer gewünschten Zusammensetzung zu erhalten, jeweils das Schwenken des Konverters und das Abstechen des Stahl sowie die Reparatur geschwächter Teile der feuerfesten Auskleidung und wiederholtes Chargieren von Schrott.

Im allgemeinen wird die Reaktion Schlacke-Metall oder der im Stahlband beweglichen Komponenten durch die Diffusionsgeschwindigkeiten bestimmt. Diese betragen z. B. für Phosphor (P) und Schwefel (S) 2 × 10^-5 cm²/s bzw. 4 × 10^-5 cm²/s im geschmolzenen Metall und 4 × 10^-6 cm²/s bzw. 2 × 10^-6 cm²/s in der Schlacke. Daher ist die Reaktionsgeschwindigkeit und die Beweglichkeit gering, der Übergang der im Lichtbogen erzeugten Energie ist begrenzt, so daß bisher die folgenden Probleme aufgetreten sind.

1) Es gibt keine Möglichkeit, die Ausbeute an Stahl (Fe) zu erhöhen. Unter der Annahme, daß z. B. der Gesamtgehalt an Stahl (Fe) in der Schlacke 20% beträgt, und der Anfall an Schlacke pro erzeugtem Stahl 50 kg/t ist, gehen 10 kg/t Stahl (Fe) mit der Schlacke verloren.
2) Die Verteilung der Temperatur und der Komponenten in einer im Ofen verbleibenden Schicht von Schlacke und Metall wird leicht uneinheitlich, es besteht die Möglichkeit, daß nichtgeschmolzene Feststoffe bis zum Ende des Frischens erhalten bleiben.
3) Da die zwischen dem Stahl und der Schlacke beweglichen Komponenten nur wenig von der Grenzfläche Schlacke/Stahl wegdiffundieren, ist die Bewegungsgeschwindigkeit gering, weiter hängt nicht nur der Gehalt an Kohlenstoff (C), sondern auch an Mangan (Mn), Phosphor (P), Schwefel (S) und Sauerstoff (O) von der Diffusionsgeschwindigkeit ab, und die Reaktionen laufen langsam ab.
4) Die Energie des Lichtbogens wird in der Schlackenschicht absorbiert und die Bogenhitze ist auf einen die Elektroden eng umgebenden Bereich begrenzt, die Wärmeübertragung ist begrenzt, so daß viel elektrische Leistung verbraucht wird.
5) Legierungsmetalle und Desoxydationsmittel für die innere Reduktion des Metalls werden durch die Schlacke oxidiert und daher in unnötigen Mengen verbraucht.

Als Maßnahme gegen die oben genannten Schwierigkeiten werden nach einem Verfahren zusätzliche Ölbrenner in der Wand des Ofens oberhalb der Schlackenlinie vorgesehen oder Sauerstofflanzen anstelle der Brenner. Dieses Verfahren ist wirksam, um das Schmelzen des Schrotts oberhalb der Schlackenlinie zu beschleunigen, nicht jedoch unter der Schlackenlinie, und da es nicht möglich ist das Stahlbad zu bewegen, ist dieses Verfahren ffür die übertragung der Bogenenergie und zur Beschleunigung der metallurgischen Reaktionen kaum wirksam.

Weiter ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem während des Betriebes des Lichtbogenofens Gas aus einem unteren Teil der Seitenwand oder des Bodenofens eingeblasen wird.

Bei beiden Verfahren treten jedoch praktische Schwierigkeiten auf, die sowohl quantitativer wie qualitativer Natur sind.

Bei einem der oben genannten Verfahren werden im unteren Teil der Ofenwand, welcher mit einer kalten Zone (nichtgegenüberliegende Teile zwischen den Elektroden, d. h., Teile der Ofenwand um die Elektroden) Röhren zum Einblasen von Gas installiert, die Gase werden bei der niedrigen Temperatur in der kalten Zone in das Stahlband eingeblasen. Das Bad mit der kalten Temperatur bewegt sich jedoch nur wenig innerhalb des Ofens, daher kann das Schmelzen und das Frischen auf diese Weise nur unwesentlich beschleunigt werden. Weiter kann dieses Verfahren nicht ausreichend durch die Durchflußmenge und den Druck des eingeblasenen Gases gesteuert werden. Da sehr viel Gas zugeführt wird, ist der Nutzgrad sehr gering.

Nach einem anderen Verfahren werden eine Vielzahl (mehr als 30) von Einzeldüsen in konzentrischen Kreisen am Boden des Ofens außer an den Teilen unter den Elektroden angebracht, während des Schmelzens wird Sauerstoff eingeblasen, während des Frischens ein Inertgas. Da die Anzahl der angebrachten Düsen groß ist, wird der Boden des Ofens im umgebenden Bereich geschwächt, und es treten extrem viele Schäden der feuerfesten Auskleidung auf, es ist viel Zeit zur Reparatur der Schäden notwendig, was zur Verlängerung der Zeit für die Stahlerzeugung führt. Oft treten gefährliche Zwischenfälle dadurch auf, daß ein Leck des Stahlbads bei den Einblasdüsen austritt. Weiter werden die Durchflußmenge und der Druck des eingeblasenen Gases nicht gesteuert, es wird zu viel Gas bei zu hohem Druck verbraucht, so daß das Stahlband unterkühlt oder an der Oberfläche in Blasen geworfen wird, der elektrische Strom wird instabil und in zu großen Mengen verbraucht, der Basisumsatz an elektrischem Strom würde dadurch vergrößert werden.

Von jedem der oben genannten Verfahren kann bis zu einem gewissen Grad eine Verbesserung der Wärmeübertragung in die der heißen Zone benachbarte kalte Zone während des Schmelzens des Schrottes erwartet werden. Die Wärmeübertragung in die obere Schicht von uneinheitlichen Schrotten, welche einen wesentlichen Raum innerhalb des Ofens einnehmen, wird jedoch nicht befriedigend verbessert. Somit sind der Verkürzung der Schmelzzeit natürliche Grenzen gesetzt.

Nach vielen Untersuchungen und Experimenten ist die vorliegende Erfindung zur Lösung der oben genannten Schwierigkeiten entwickelt worden.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bodenblasverfahren für Lichtbogenöfen zur Stahlerzeugung zu schaffen, bei dem aus dem Boden des Ofens Gas eingeblasen wird, das Gas im geschmolzenen Stahl mit größtmöglichem Wirkungsgrad wirksam wird, die Bewegungsenergie erhöht wird, ohne das Stahlband zu unterkühlen, so daß die metallurgischen Reaktionen zwischen dem Metall und der Schlacke beschleunigt werden, eine einheitliche Temperatur richtiger Höhe im Stahlbad erzeugt wird, die Zeit für das Frischen verringert wird und die Ausnutzung der Energie erhöht wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, bei einem derartigen Verfahren zusätzlich zu der oben genannten Wirkung das Schmelzen der Schrotte zu beschleunigen, insbesondere die Wärmeübertragung durch den geschmolzenen Stahl in die Höhe des aufgetürmten Schrotts in dem Ofen zu beschleunigen, so daß der Schmelzprozeß in einer beachtenswert kurzen Zeit beendet werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, bei die Wärme des geschmolzenen Stahls durch Einblasen des Gases als dynamische Wärme genutzt wird, wobei der geschmolzene Stahl absichtlich im Ofen angestaut wird, so daß die Schmelzzeit für die Schrotte wesentlich verkürzt, die Produktion erhöht und der Grundverbrauch an Energie vermindert wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein derartiges Verfahren zu schaffen, bei dem die Lebensdauer der Einrichtungen zum Einblasen des Gases verlängert wird und die für das Auswechseln dieser Einrichtungen notwendige Zeit verkürzt wird, so daß die Ausnutzung des Ofens wesentlich verbessert wird, und weiterhin die Bewegung des geschmolzenen Stahls durch das eingeblasene Gas gerade so zu begrenzen, daß ein Verlust geschmolzenen Stahls durch die Öffnung des Ofens nach außen durch Blasenbildung vermieden wird.

Um die oben genannten Ziele zu erreichen, sind viele Untersuchungen und Experimente vorgenommen worden hinsichtlich der besten Bedingungen für das Einblasen des Gases aus dem Ofenbett in die Hitze des Lichtbogens, dies ist eine besondere Einrichtung zum Einblasen des Gases entworfen worden, die Einblasmenge und der Druck des Gases und die Anstiegshöhe des geschmolzenen Stahls sind so geregelt worden, daß sie in einem bestimmten Bereich liegen.

Gemäß der Erfindung werden Einsätze mit einer Vielzahl (nicht mehr als 50) von Öffnungen mit einem feinen Durchmesser von vorzugsweise 0,6 bis 1,5 mm voneinander beabstandet im Boden oder Bett des Ofens als Einrichtung vom Einblasen des Gases vorgesehen. Während einer Zeitdauer vom Beginn des Frischens des Stahls, wenn das Schmelzen des zugeführten Schrotts nahezu beendet ist, bis zum Abstechen des Stahls, wird das Gas kontinuierlich oder intermittierend mit einer Strömungsmenge von 1 bis 40 Nl/min (N bedeutet "unter Normalbedingungen") pro Düsenöffnung bzw. mit 20 bis 800 Nl/min pro Einsatz bei einem Druck von weniger als 10 kg/cm² (Manometerdruck) und bei einer Anstiegshöhe Δ h des Stahlbades von weniger als 1000 mm, vorzugsweise 50 ≦ωτ Δ h ≦ωτ 500 mm. Dies ist eine grundsätzliche Betriebsweise.

Die Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Gas nicht nur während des Frischens, sondern auch während des Schmelzens eingeblasen wird. Das Gas wird kontinuierlich oder intermittierend zur selben Zeit durch die Einblaseinrichtung in den Ofen eingeblasen, wie die Schrottmaterialien chargiert werden oder spätestens vom Einschalten des elektrischen Stromes an bis nahezu zur Beendigung des Schmelzens die geschmolzenen Materialien, am Boden des Ofens verbleibendes Roheisen oder Stahl werden durch das Blasen in den Schrott von unregelmäßiger Form gespritzt, wobei der Raum innerhalb des Ofens eingenommen wird, so daß die Wärmeenergie auf den Schrott übertragen wird, nach dem Schmelzen des Schrotts wird das Einblasen des Gases fortgesetzt, wobei die Bedingungen wie oben beschrieben sind.

Je nach der vorliegenden Konstruktion wird der Schmelzwirkungsgrad erhöht und als Resultat davon der Grundverbrauch an elektrischer Energie gesenkt. Dadurch daß die Schlacken früher erzeugt werden, ist vom Beginn des Schmelzens an ein Vorgang hoher Basizität möglich, und der Grundverbrauch an CaO wird reduziert. Vom Schmelzen bis zum Frischen wird die Reaktion Schlacke - Metall beschleunigt. In erster Linie wird daher die Gesamtmenge des in der Schlacke verbleibenden Stahls (Fe) vermindert, die Stahlausbeute wird erhöht. Zweitens wird der Sauerstoffgehalt des Metalls gesenkt, die Ergiebigkeit von Desoxydationsmitteln und von Legierungsstellen wird erhöht. Drittens wird der Grundverbrauch an CaO vermindert, da die Entschwefelung und die Entphosphorung verstärkt wird. Viertens können Materialien mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hergestellt werden, da der Entkohlungseffekt verstärkt wird. Fünftens können die Produktqualitäten vereinheitlicht werden, da die Temperatur des geschmolzenen Stahls ausgeglichen gemacht wird.

Weiter wird aufgrund der Bewegung durch das Einblasen des Gases der Gehalt an FeO in der Schlacke gesenkt und die Temperatur des Stahlbades wird vereinheitlicht, so daß der Schmelzverlust der feuerfesten Auskleidung des Ofens gering ist und der Grundverbrauch an Reparaturmaterialien gesenkt wird. Da die Zeit für das Frischen abgekürzt wird, wird die Ausbeute erhöht, und der Grundverbrauch an elektrischer Leistung gesenkt. Diese Wirkungen können bei einem vernüftigen Verbrauch an Gas und ohne Abblasen der Elektroden erreicht werden. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß, um die Wärmeübertragung durch das Einblasen des Gases durch die Sohle des Ofens zu erhöhen, absichtlich eine festgelegte Menge geschmolzenen Stahls, welcher in einer vorübergehenden Charge erzeugt worden ist, vorzugsweise 10 bis 30%, im Ofen verbleibt, das Gas durch die im Boden des Ofens vorgesehene Einblaseinrichtung eingeblasen wird, mit einem derartigen Druck und in einer derartigen Menge, daß der geschmolzene Stahl auf einem maximalen Stand gehalten wird und nicht ausfließt, während die Schrottmaterialien zugeführt werden, das Gas kontinuierlich oder intermittierend unmittelbar nach dem Fließen des elektrischen Stroms eingeblasen wird, um das Schmelzen der Schrottmaterialien zu beenden, das geschmolzene Roheisen, der übrige Stahl und der geschmolzene Schrott geblasen wird, um ihn in der Höhlung des Ofens zu den unregelmäßig geformten Schrottmaterialien aufsteigen zu lassen, welche den Raum des Ofens ausfüllen. Das Blasen des Gases erfolgt vom Beginn des Schmelzens des Schrottes bis zum Abstechen des geschmolzenen Stahls.

Bei der Stahlerzeugung im Lichtbogenofen verbleibt Stahl im Ofen (ein Teil des geschmolzenen Stahls, der durch die Leitung des elektrischen Stromes gefrischt worden ist, wird im Ofen behalten, es wird weiterer Schrott zugeführt, und es erfolgt ein weiteres Schmelzen-Frischen). Dabei war es nur Ziel, die Wärme eines Stahlerzeugungsofens (der den durch das Schmelzen und Frischen erzeugten Stahl enthält) mit seiner Enormen Wärmekapazität als statistische Energie zu nutzen.

Die vorliegende Erfindung ist hierdurch nicht begrenzt, nur einfach "statisch" die Wärme zu nutzen, sondern zeigt ein "dynamisches" Bodenblasverfahren zur Stahlerzeugung, so daß der Wirkungsgrad bei der Stahlherstellung durch synergistische Effekte stark erhöht wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Lichtbogenofens zur Durchführung der Erfindung;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt längs II-II in Fig. 1;

Fig. 2a und 2b Querschnitte einer Ofensohle mit Beispielen von erfindungsgemäßen Gaseinblasvorrichtungen;

Fig. 3 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt der Gaseinblasvorrichtung in derselben senkrechten Ebene des Ofens der Fig. 3;

Fig. 5 einen Vertikalschnitt, welcher schematisch einen Vorgang während einer Schmelzperiode gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 6 einen Vertikalschnitt, welcher schematisch einen Vorgang während einer Frischperiode zeigt;

Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 6;

Fig. 8 und 9 vertikale Schnitte, die stufenweise schematische Vorgänge von anderen Ausführungsbeispielen zeigen;

Fig. 10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Durchmesser der Düsenöffnung und der Grenzmenge der Gasströmung in die Düsenöffnungen für geschmolzenen Stahl zeigt;

Fig. 11 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Druck und der Gasströmungsmenge zeigt;

Fig. 12 und 13 Diagramme, welche die Beziehungen zwischen der Länge der Düsenöffnungen und der Gasströmungsmenge zeigen;

Fig. 14 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Tiefe des Bades, der Bewegungsenergie und der Aufstiegshöhe des geschmolzenen Stahls darstellt;

Fig. 15 ein Diagramm, das die erfindungsgemäßen Betriebsabläufe darstellt;

Fig. 16 Darstellungen, in denen die Oxydationszeit, die Basizität, die Schlackenzusammensetzung und die Temperaturen für die Erfindung und den Stand der Technik verglichen werden;

Fig. 17 ein Diagramm, das die Standardabweichung des Cu-Gehalts von untersuchten Erzeugnissen nach dem Einschmelzen darstellt;

Fig. 18 ein Diagramm, das die Veränderung des Verhältnisses des P-Gehalts in Schlacke-Stahl in Abhängigkeit von der Zeit seit dem Einschmelzen darstellt; und

Fig. 19 ein Diagramm, das die Veränderung des Verhältnisses des S-Gehaltes von Schlacke-Stahl in Abhängigkeit von der Zeit seit dem Einschmelzen zeigt.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen einen Lichtbogenofen, wie er zur Durchführung der Erfindung verwendet wird, Fig. 2a und 2b zeigen vergrößerte Ausschnitte der Ofenböden.

(1) bezeichnet eine Ofenkörper, der durch eine Seitenwand aus feuerfesten Steinen innerhalb einer Eisenschale (4) und durch ein Ofenbett (3) an seinem unteren Teil gebildet wird. Die Seitenwand (2) ist mit einer Arbeitsmündung (13) und einem Auslaß (14) versehen, welche sich im wesentlichen symmetrisch gegenüberliegen, die erstere dient zum Entleeren von Schlacken oder zum Austausch von Subrohmaterialien. Das Ofenbett (3) enthält, wie in den Fig. 2a und 2b gezeigt, permanente Steine (30) und trocken gestampfte Materialien (31) darüber.

(5) bezeichnet einen Hilfsbrenner, der an der Seitenwand oberhalb der Schlackenlinie angebracht ist, wofür eine Sauerstofflanze und/oder ein Ölbrenner verwendet werden können. (6) bezeichnet die Elektroden.

(7 a, 7 b und 7 c) sind eine Mehrzahl von Gasblaseeinrichtungen, welche durch die Dicke des Ofenbettes (3) hindurchreichen, die, wie in den Fig. 2a und 2b gezeigt, kegelförmige, aus einem feuerfesten Material bestehende Einsätze (8), feine Düsenöffnungen (9), welche mit vorgegebenen Abständen durch die Höhe der Ensätze verlaufen, und Gasverteiler (10) enthalten. Der Einsatz (8) ist in einen Düsenstein (32) eingepaßt, der in dem Ofenbrett (3) angebracht ist, der Düsenstein ist an einem Baustein (33) befestigt. Das Gasverteiler (10) kann innerhalb der Eisenschale (4), wie in Fig. 2a gezeigt, oder außerhalb derselben, wie in Fig. 2b gezeigt, anngeordnet sein und ist über eine Rohrleitung (12) mit einer (nicht dargestellten) Gasversorgung verbunden.

Die Feindüsenöffnungen (9) werden bei der Erfindung verwendet, da das Gas mit einer gewünschten Durchdringungskraft einwirken, jedoch moderat verteilt werden soll.

Was die Düsenöffnungen (9) betrifft, so sollen im allgemeinen nicht mehr als 50 verwendet werden, z. B. zwischen 10 und 50, der Durchmesser beträgt 0,6 bis 1,5 mm, vorzugsweise 0,6 bis 0,9 mm.

Die untere Grenze für den Durchmesser ist auf 0,6 mm festgelegt, denn bei einem geringeren Durchmesser würde ein höherer Druck notwendig sein, um das Gas aktivierend in den Ofen zu pressen. Die obere Grenze ist auf 1,5 mm festgelegt, was dadurch bedingt ist, daß diese Größe begrenzt ist, um die Anstiegshöhe Δ h für den geschmolzenen Stahl so zu steuern, daß sie 1000 mm nicht übersteigt gemäß einer Abhängigkeit zwischen einem später beschriebenen Gasstrom und -druck. Ein Durchmesser von nicht mehr als 0,9 mm ist vorteilhaft, da der geschmolzene Stahl nicht in die Düse eintritt, wenn das Gas nicht durch diese hindurchströmt, so daß während einer Ruhezeit bei intermittierendem Gasblasen keine Schwierigkeiten auftreten. Diese Tatsache ist experimentell bestätigt worden. Die Düsenöffnungen können durch direktes Lochen der Einsätze angebracht werden, jedoch vorzugsweise durch Einbringen von Düsen aus hitzebeständigem Material im Hinblick auf eine leichtere Herstellung. Im letzteren Fall sind Vorkehrungen vorzusehen, um das Auftreten von induzierten elektrischen Strömen zu verhindern, da dies jedoch keinen Bezug hat zur vorliegenden Erfindung, wird eine Darstellung vermieden.

Bei üblichen Anwendungen werden vorzugsweise drei Gaseinblaseinrichtungen (7 a, 7 b und 7 c) verwendet. Denn, wenn die Anzahl der Düsenöffnungen geringer ist, ist die Aufwirbelung unzureichend, wenn es jedoch zu viele sind, wird die umgebende feuerfeste Auskleidung des Ofens beschädigt, und es ist viel Zeit zu deren Reparatur notwendig, außerdem wird das Bad übermäßig bewegt, der Wirkungsgrad der elektrischen Leistung wird verschlechtert. Wenn die Kapazität des Ofens gering ist, dann ist eine Anzahl von zwei genügend, wenn sie jedoch über 100 Tonnen beträgt, dann können etwa 5 installiert werden.

Im Hinblick auf eine effektive Ausnutzung der Hitze sollten die Einrichtungen (7 a, 7 b und 7 c) in einer heißen Zone angeordnet sein, mit Ausnahme der Teile unter den Elektroden. Im Beispiel der Fig. 1 sind die Einrichtungen (7 a, 7 b) und (7 c) im wesentlichen äquidistant auf einem konzentrischen Kreis um eine Achse (11) des Ofens angeordnet, die Ausführungsform ist darauf jedoch nicht beschränkt.

D. h. die Einrichtungen können auch nicht-äquidistant auf einem nicht-konzentrischen Kreis angeordnet sein.

In den Fig. 3 und 4 sind mehr als zwei Gaseinblaseinrichtungen in einem Bereich angeordnet, der einem Schlackenniederschlag ausgesetzt ist. Wenn das Ofenbett in der Ebene in zwei Abschnitte eines Einlaßbereiches (3 a) und eines Auslaßbereiches (3 b) mit einer Linie A-A, welche durch die Mitten eines Einlasses (13) und eines Auslasses (14) verläuft und mit einer Querlinie B-B, welche durch die Ofenachse (11) verläuft, d. h., wenn die drei Einrichtungen (7 a, 7 b) und (7 c) verwendet werden, dann werden die zwei Einrichtungen (7 a) und (7 b) im Auslaßbereich (3 b) angeordnet und die eine Einrichtung (7 c) wird im Einlaßbereich (3 a) angeordnet.

Die Gründe und Vorteile sind im folgenden erläutert. Bei dieser Art von Lichtbogenofen steigt die Schlackenlinie, da während des Frischens ein Schlackenbildungsmittel zugesetzt wird, die Schlacke wird am Ende ungefähr zur Hälfte entfernt, aber beim Abstechen des Stahls nimmt eine auf dem geschmolzenen Stahl geschwemmte Schlacke eine Lage, wie mit 15 in Fig. 4 bezeichnet, an. Es ist ersichtlich, daß ein Einsatz (8 c) der Einrichtung (7 c) nicht mit Schlacke bedeckt ist und bloß liegt, und der Einsatz (8 a) und (8 b) mit Schlacke bedeckt sind. Wenn der Körper (1) des Ofens wieder bis zur Betriebsstellung gefüllt wird, bewegt sich die Schlacke auch in ihre ursprüngliche Lage. Jedoch infolge des Absinkens der Temperatur nach dem Abstechen, der Verfestigung der Schlacke oder der Zunahme der Viskosität, bleibt Schlacke, wie mit (16) bezeichnet, im Ofenbett haften. Der Einsatz (8 c) liegt daher an einer Grenze zwischen einem Bereich mit einer Schlackeschicht und einem Bereich ohne Schlackeschicht. Die Gaseinblaseinrichtungen sollten so weit wie möglich in dem Auslaßbereich (3 b) angeordnet sein, der mit Schlacke bedeckt wird, da eine derartige Anbringung wichtig ist für die Verlängerung der Lebensdauer des Einsatzes und vorteilhafterweise Zeit für das Auswechseln der Einsätze erspart. Wenn ein aufwendiger Einsatz verwendet werden soll, ist es ausreichend, diesen als Einsatz (8 c) nur auf der Einlaßseite zu verwenden.

Fig. 3 zeigt, daß zwischen der Gaseinblaseinrichtung (7 c) des Einlasses (8 c) im Einlaßbereich (3 a) und der Ofenachse (11) ein Abstand (l ₁) besteht, und daß zwischen den Einrichtungen (7 a) und (7 b) der Einsätze (8 a) und (8 b) und der Ofenachse (11) Entfernungen (l ₂) bzw. (l ₃) bestehen. Die Entfernung (l ₁) muß geringer sein als die letztgenannten. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren das Gas so stark eingeblasen wird, daß das geschmolzene Metall aufgewirbelt wird, und der Auslaß höher angeordnet ist als der Einsatz, fließt der geschmolzene Stahl aufgrund von Blasenbildung durch den Einlaß (13) nach außen, sofern die Einsätze auf der Einlaßseite nicht auf einen Radius in Richtung auf das Ofenbett versetzt sind.

Bei dem vorliegenden Beispiel werden drei Gaseinblaseeinrichtungen (7 a, 7 b) und (7 c) verwendet, vorzugsweise sollten auf der Einlaßseite (b) der Anzahl nach mehr Einrichtungen angebracht sein als auf der Einlaßseite (a), wenn z. B. vier Gaseinblaseinrichtungen vorgesehen sind, sollten sie 3 : 1 verteilt sein, wenn fünf vorgesehen sind, 4 : 1 oder 3 : 2, und wenn zwei vorgesehen sind, sollte eine Einrichtung im Auslaßbereich vorgesehen sein und die andere ebenfalls im Auslaßbereich in der Nähe der Linie B-B.

In den Fig. 3 und 4 bezeichnet (19) eine Auslaßschütte. Gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 2 tragen die gleichen Bezugsziffern.

In den Fig. 5 bis 7 sind einzelne Vorgänge der erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Beim Betrieb wird, wie bekannt, Schrott (17) durch einen (nicht dargestellten) Korb dem Ofen zugeführt, durch einen Deckel des Ofens verlaufende Elektronen (6) werden elektrisch in Betrieb genommen und der Schrott wird durch die Hitze des Lichtbogens geschmolzen. Gleichzeitig wird Sauerstoff oder eine Kohlenwasserstoffverbindung durch einen Hilfsbrenner (5) an der Seitenwand eingeblasen.

Aus den Gaseinblaseinrichtungen (7 a, 7 b) und (7 c) wird Gas kontinuierlich oder intermittierend in den geschmolzenen Stahl (18) eingeblasen, während der gesamten Zeitspanne vom Beginn des Frischens, wenn das Schmelzen des Schrottes im wesentlichen beendet ist, bis zum Abstechen des Stahls. Das Gas wird von der Versorgung über die Rohrleitung (12) zugeführt, der Druck wird durch den Gasverteiler (12) ausgeglichen und das Gas wird aus den Düsenöffnungen (9) im Einsatz (8) gepreßt.

Als Gas wird vorzugsweise ein Inertgas, Stickstoff (N₂), Argon (Ar) oder ähnliches verwendet, um Beschädigungen der Einsätze oder des Ofenbettes zu vermeiden. Je nach dem Material der Einsätze oder des Ofenbettes kann ein oxidierendes Gas, wie Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft, ein reduzierendes Gas, wie Propangas, zusammen mit dem Inertgas verwendet werden, wahlweise in Abhängigkeit von den Betriebsphasen.

Für das Einblasen der Gase gelten jeweils folgende Bedingungen:

1) Die Strömungsmenge des eingeblasenen Gases muß für eine Düsenöffnung 1 bis 40 l/min (unter Normalbedingungen) betragen und 20 bis 800 l/min (unter Normalbedingungen) pro Einsatz, unabhängig von der Kapazität des Ofens.
2) Der Druck des eingeblasenen Gases muß weniger als 10 kg/cm² (Manometerdruck) betragen.
3) Unter den obengenannten Bedingungen 1) und 2) muß die Anstiegshöhe des Schmelzbades, d. h. die in Fig. 7 gezeigte Entfernung Δ h von der Oberfläche bis zur Spitze der Aufwirbelung so gesteuert werden, daß sie nicht mehr als 1000 mm, vorzugsweise 50 ≦ωτ Δ h ≦ωτ 500 mm beträgt.

Die oben genannten Bedingungen sind notwendig, um das Stahlbad mit einer geringen Menge Gases aufzuwirbeln und den höchsten Wirkungsgrad des Lichtbogenofens zu erhalten, wobei der Ofen ein verhältnismäßig geringe Tiefe (ungefähr 1500 mm) aufweist, um die Elektroden in der Frischungsperiode nicht unnötig anzublasen oder den geschmolzenen Stahl nicht unnötig abzuschrecken. Diese Bedingungen sind charakteristisch für die Erfindung.

Was die Menge des eingeblasenen Gases betrifft, gibt es Gründe, daß der Durchmesser der Düsenöffnungen 0,6 bis 1,5 mm beträgt und nicht mehr als 50 Düsenöffnungen pro Einsatz vorgesehen sind, wenn der Durchmesser 0,9 mm überschreitet, ist es unmöglich, feste Fremdkörper, geschmolzenes Material oder geschmolzenen Stahl daran zu hindern, in die Düsenöffnungen (9) einzudringen, und wenn der Durchsatz geringer ist als 1 l/min (unter Normalbedingungen), dabei ein Verstopfen und eine Leckbildung nach außen auszuschließen. Wenn bei jedem der Durchmesser während der Zeitspanne des Frischens die Anstiegshöhe Δ h nicht ausreicht, so wird an den Stahl und an die Schlacke nicht genügend Bewegungsenergie übertragen.

Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Düsenöffnungsdurchmesser und der Grenze für das Eindringen geschmolzenen Stahls hinsichtlich der Tiefe (H) des Bades von 1000 mm und dem Gaseinblasedruck von 1 kg/cm² und 6 kg/cm², woraus ersichtlich ist, daß eine Gasdurchflußmenge von mehr als 1 l/min (unter Normalbedingungen) notwendig ist.

Die obere Grenze von 40 l/min (unter Normalbedingungen) wird dadurch bestimmt, daß, obwohl feste Fremdkörper, geschmolzenes Material oder geschmolzener Stahl bei dieser Durchflußmenge nicht in die Düsenöffnungen eindringen, das geschmolzene Metall extrem gegen die innere Oberfläche der Ofenabdeckung und gegen die Seitenwand spritzt und die Anstiegshöhe Δ h des geschmolzenen Metalls 1000 mm überschreitet, so daß das geschmolzene Metall sehr stark gegen die Elektroden spritzt und ein mit großen Schwierigkeiten verbundenes Anblasen der Elektroden hervorgerufen wird.

Die Festlegung der Durchflußmenge auf 20 bis 800 l/min (unter Normalbedingungen) pro Einsatz ist dadurch bedingt, daß die gesamte eingeblasene Gasmenge sonst zu groß ist und das geschmolzene Metall unnötig abkühlt und mehr Gas verbraucht wird, zusätzlich zu den bereits genannten Gründen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Gasdruck auf weniger als 10 kg/cm² begrenzt ist. Die untere Grenze liegt im allgemeinen bei 1 kg/cm², wobei mit diesem Druck der geschmolzene Stahl daran gehindert werden kann, in die Düsenöffnungen einzudringen, wenn der Durchmesser der Öffnungen klein ist, und der durch die Erfindung versprochene Effekt kann bereits bei diesem Druck erhalten werden. Als obere Grenze werden 10 kg/cm² angegeben, da ein befriedigender Effekt bei niedrigem Druck erhalten werden kann und eine stärkere als die notwendige Bewegung nicht hervorgerufen werden muß.

Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen dem Druck und dem Gasstrom für eine Dicke des Ofenbettes von 700 mm (ungefähr gleich der Länge der Düsenöffnung) für jeden der Lochdurchmesser. Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen der Düsenlänge und dem Gasstrom bei einem Gasdruck von 2 kg/cm². Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen der Düsenlänge und dem Gasstrom für einen Gasdruck von 9,8 kg/cm². Die Bedingungen, unter denen das Gas eingeblasen wird, können aus den Fig. 10 bis 13 entnommen werden.

Bei der Erfindung wird die Menge des eingeblasenen Gases und der Druck so gesteuert, daß die Anstiegshöhe Δ h des geschmolzenen Metalls nicht mehr beträgt als 1000 mm, vorzugsweise 50 ≦ωτ Δ h ≦ωτ 500 mm in jeder Zeitspanne des Betriebs. Die Anstiegshöhe h wird bestimmt durch

h = K · H ^α · E ^β.

Hier bedeutet H die Tiefe des Bades in Meter (m), E die Verwirbelungsenergie in Watt (W), die an das Stahlbad übertragen wird, und K, α, β sind durch das Experiment gegebene Konstanten.

Die Tiefe des Bades im Lichtbogenofen beträgt bis zu 1500 mm, in diesem Fall sind für die Konstanten K, , β experimentell die Werte 1,9 K 2,9, -1,40 α -1,46 und β = 2/3 gegeben. Die Bewegungsenergie ergibt sich durch die Steuerung der Menge des eingeblasenen Gases und des Trogs. Wenn von den oben genannten Faktoren abweichende verwendet werden, z. B., wenn eine Formal für eine verschiedene Aufwirbelungsenergie verwendet wird, liegt der optimale Bereich für die Anstiegshöhe bei 50 bis 500 mm, die maximale Höhe sollte 1000 mm nicht überschreiten.

Fig. 14 ist ein Diagramm zur Umwandlung der Tiefe H des Bades - Verwirbelungsenergie E - Badanstiegshöhe Δ h - Gasströmung pro Einsatz, wobei die Temperatur des Bades konstant gehalten ist (1550°C). Bei tatsächlichem Betrieb wird für jede Temperatur des Bades ein Umwandlungsdiagramm wie in Fig. 14 gezeigt, vorbereitet oder die Daten werden in einer elektronischen Steuereinheit, wie in einem Mikrokomputer programmiert, so daß es einfach ist, den Strom des eingeblasenen Gases und dessen Druck zu bestimmen.

Weiter umfaßt die Erfindung das Einblasen des Gases in der Zeitspanne des Schmelzens und nicht nur beginnend zu dem Zeitpunkt, zu dem das Einschmelzen des Schrottes nahezu beendet ist, bis zum Abstechen des geschmolzenen Stahls. Das Gas wird kontinuierlich oder intermittierend durch die Gaseinblaseinrichtungen (7 a, 7 b) und (7 c) eingeblasen, vorzugsweise gleichzeitig mit dem Beginn der Chargierens des Schrottes (17) oder spätestens ab dem Zeitpunkt, zu dem das Chargieren des Schrottes beendet ist und die Elektroden (6) elektrisch in Betrieb gesetzt werden und mit dem Schmelzen des Schrottes begonnen wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Auflösung des Schrottes nahezu beendet ist.

Der Schrott wird in den Ofen chargiert, regellos aufgehäuft, um die Elektroden (6) geschmolzen und am Boden des Ofens gesammelt. Das geschmolzene metall (18) wird in Form von Spritzern, wie durch die Pfeile in Fig. 5 dargestellt, am Schrott (17) entlang durch den Gasdruck aus den Einrichtungen (7 a, 7 b) und (7 c) nach oben geblasen oder durch die Zwischenräume oder Öffnungen im Schrott zu den obersten leichten Materialien wie Eisen bewegt, und tropft dann durch die Zwischenräume. Das geschmolzene Metall (18) wird wiederum nach oben gespritzt und gibt seine Wärmeenergie an den rohen Schrott ab. Durch diese wiederholten Vorgänge erfolgt sehr schnell ein Ausgleich der Wärme im Ofen.

Während der Schrott noch zu einem großen Teil fest bleibt, bleiben die chargierten Materialien in Zwischenräumen innerhalb der Schlackenlinie, des Ofendeckels und der Seitenwand. Wenn daher das Gas mit einem höheren Druck eingeblasen wird als beim Frischen, erreichen die Spritzer nicht den oberen Bereich des chargierten Rohmaterials und gelangen nicht zu den Elektroden, deren Öffnungen, der inneren Oberfläche des Deckels und den oberen Teilen der Seitenwand.

Daher ist es nicht notwendig, die Bedingungen, unter denen das Gas eingeblasen wird (Menge und Druck), in besonderer Weise zu regulieren, wie es bei dem Frischen nötig ist. Das Gas wird so stark eingeblasen, daß das geschmolzene Metall vom Boden des Ofens hochgeschleudert wird, solange die Innenseite des Ofens nicht durch übermäßiges Einblasen von Gas abgekühlt wird. Eher tritt ein Problem in Bezug auf die untere Grenze der Bedingungen, unter denen das Gas eingeblsen wird, auf. Wenn der Strom des Gases weniger als 1 l/min (unter Normalbedingungen) pro Düsenöffnung beträgt, ist es nicht möglich, Fremdkörper oder geschmolzene Materialien daran zu hindern, in die Düsenöffnungen einzudringen. Daher sollte die untere Grenze höher liegen. Aus dem gleichen Grund sollte der Gasstrom pro Einsatz mehr als 20 l/min (unter Normalbedingungen) betragen.

Hinsichtlich der unteren Grenze für den Druck des eingeblasenen Gases sollte diese im allgemeinen 1 kg/cm² betragen, um das geschmolzene Metall daran zu hindern, in die Düsenöffnungen einzudringen und um den durch die Erfindung versprochenen Effekt zu erreichen. Die obere Grenze ist hinsichtlich der Handhabung nicht besonders festgelegt, jedoch sind 10 kg/cm² oder mehr ausreichend.

In der Phase des Schmelzens können die Gasdurchflußmenge und der Druck unter den oben genannten Bedingungen während der gesamten Dauer des Einblasens konstant gehalten werden. Beim Chargieren des Schrotts oder kurz nach Beginn des Schmelzens kann vorzugsweise eine solche Durchflußmenge und ein solcher Druck eingestellt werden, der Fremdkörper oder geschmolzene Materialien daran hindern, in die Düsenöffnungen einzudringen, d. h. eine Durchflußmenge und ein Druck in der Nähe der unteren Grenzen. Nachdem gewartet worden ist, bis eine gewisse Menge geschmolzen ist, werden beide erhöht und weiter in Abhängigkeit von der Menge des geschmolzenen Guts steigend oder stufenweise.

Wenn das am Boden des Ofens gesammelte geschmolzene Metall (18) vollständig an dem rohen Schrott (17) haftet, wird die Menge des eingeblasenen Gases wieder bis zur unteren Grenze reduziert. Wenn sich weiter geschmolzenes Material sammelt, wird wieder mehr Gas eingeblasen. Dies wird mit der weiteren Zugabe von Schrott wiederholt. Für den Fall, daß der Durchmesser der Düsenöffnungen 0,6 bis 0,9 mm beträgt, wird das Einblasen des Gases wie oben beschrieben, beendet.

Nachdem der Schrott eingeschmolzen ist, wird die Durchflußmenge und der Druck des eingeblasenen Gases weiter erhöht, um die Anstiegshöhe h des Schmelzguts, wie in Fig. 7 gezeigt, zu steuern und einen ausreichenden Durchwirbelungseffekt zu erreichen, so daß die Reaktion des Metalls und der Schlacke beschleunigt und die Temperatur des Bades ausgeglichen werden können.

Fig. 15 zeigt ein Beispiel des Arbeitsablaufs einer Charge (Badtiefe, Menge des eingeblasenen Gases und Anstiegshöhe), wobei eine gesamte Bewegungsenergie von 0,166 kWh/t bei einer verwendeten Gasmenge von 41,5 m³/Charge (unter Normalbedingungen) aufgebracht worden ist. Bei diesem Beispiel wird das Gas nach dem Chargieren der Hauptmenge maßvoll bis zum ersten Schmelzen nach dem Einschalten des elektrischen Stromes eingeblasen, in der zweiten und dritten Schmelzphase wird das Gas dagegen stark eingeblasen, danach wird das starke Einblasen des Gases in der Frischphase fortgesetzt und ist schließlich am Ende der Frischphase wieder reduziert.

Die Fig. 8 und 9 zeigen andere Vorgänge. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Vorgang wird das Gas beim Chargieren des Schrotts oder spätestens nach dem Einschalten des elektrischen Stromes von der Ofensohle eingeblasen, da jedoch beim Beginn des Einschmelzens des Schrottes kaum geschmolzenes Metall vorliegt, erfolgt das Aufspritzen des Metalls erst später. Daher wird bei diesem Beispiel nicht die Gesamtmenge des geschmolzenen Stahls (18) abgestochen, sondern ein Teil wird absichtlich im Ofen zurückgehalten.

Der Schrott (17) wird während des Einblasens des Gases durch die Gaseinblaseinrichtung (7) chargiert. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt das Einblasen des Gases zumindest unter solchen Bedingungen, daß der Stahl daran gehindert wird, in die Düsenöffnungen einzudringen, d. h. mit den unteren Grenzwerten für die Schmelzphase (mehr als 1 l/min (normal), mehr als 20 l /min (normal) pro Einsatz und bei einem Druck von mehr als 1 kg/cm²). Die obere Grenze ist so gewählt, daß der verbleibende geschmolzene Stahl (18) nicht aus dem Ofen herausgeschleudert wird. Wenn der Schrott (17) chargiert ist, und der elektrische Strom zu fließen begonnen hat, werden Menge und Druck des eingeblasenen Gases erhöht und kontinuierlich oder intermittierend in den Ofen eingeblasen.

Fig. 9 illustriert einen Anfangszustand in der Einschmelzphase, die Elektrode (6) reicht nur in den oberen Bereich des Schrottes (17), während dessen Unterbereich in das verbleibende geschmolzene Metall (18) eingetaucht ist. Unmittelbar nach dem Einschmelzen des Schrottes wird das verbleibende geschmolzene Metall (18) nach oben gespritzt, oder es steigt konkavförmig in die Höhe bis zum Schrott (17) durch starkes Einblasen von Gas durch Einrichtungen (7 a, 7 b) und (7 c), es kommt in Kontakt mit dem Schrott (17) oder steigt durch die Zwischenräume oder Öffnungen innerhalb des Schrotts, ein Teil der Spritzer kommt in Kontakt mit dem Schrott (17) und der Rest tropft durch die Zwischenräume oder Öffnungen. Durch ein derartiges starkes Einblasen von Gas wird die Wärme im Ofen schnell in ein Gleichgewicht ausgeglichen, so daß das Schmelzen beschleunigt wird. Durch dieses Verfahren ist es möglich, die Zeit für die Stahlerzeugung zu verkürzen und den Wirkungsgrad zu erhöhen. Für den Fall, daß weniger geschmolzenes Metall (18) verbleibt, würde der synergistische Effekt durch das Einblasen des Gases durch den Boden nicht erreicht werden, wenn die Menge zu groß wäre, würde die Ausbeute bei der Stahlerzeugung (Tonnen/Stunde) nicht erhöht werden. Daher ist es von Vorteil, wenn die Menge des verbleibenden Stahls 10 bis 30% beträgt. Nachdem das Einschmelzen des Schrottes beendet worden ist, erfolgt bei diesem Verfahren das Einblasen des Gases entsprechend den oben beschriebenen Verfahrensbedingungen.

Weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im folgenden dargestellt:

1) Die Gaseinblaseinrichtungen (7) blasen nicht alle in senkrechte Richtung, sondern weisen bestimmte Winkel auf. Die Einrichtungen können jeweils einen anderen Einblaswinkel aufweisen.
2) Die Gaseinblaseinrichtungen weisen unterschiedliche Einblasmengen und -drücke auf, diese können unterschiedlich sein und auch null.
3) Die Menge des eingeblasenen Gases und der Druck werden durch Verfahrensmittel, wie Ventile eines Meßgerätes für die Einblasmenge und eines Druckdetektors, welche in einer Schaltung von der Versorgung zu den Gaseinblaseinrichtungen vorgesehen sind, oder durch die Arbeit einer automatischen Steuerung und einer Sensoreinrichtung mit einem Mikrokomputer, gesteuert werden, wenn notwendig, in Abhängigkeit von jedem der Verfahrensschritte und von den Bedingungen im Ofen.

Im folgenden werden Beispiele für die Erfindung dargestellt.

Beispiel 1

In einem Lichtbogenofen mit einer Kapazität von 50 t wird gewöhnlicher Stahl hergestellt.

I. Die Gaseinblaseinrichtungen sind mit Einsätzen mit zwanzig Düsenöffnungen von 0,8 mm Durchmesser versehen und mit Abständen von 120° im heißen Bereich der Ofensohle angeordnet.
II. Ab dem Zuführen des Schrotts wird Stickstoffgas mit einem solchen Druck zugeführt, daß die Düsenöffnungen nicht durch Fremdkörper oder anderes verstopft werden, wenn die Charge mehr oder weniger eingeschmolzen ist, wird das Stickstoffgas mit 1,5 l/min (normal) pro Düsenöffnung bzw. 30 l/min (normal) pro Einsatz eingeblasen und bei einem Druck von 1 kg/cm². In Abhängigkeit von der steigenden Menge des eingeschmolzenen Metalls wird die Durchflußmenge verändert. Der maximale Einblasdruck beträgt 9 kg/cm² (Manometerdruck), das Gas wird jedes Mal eingeblasen, wenn sich das Schmelzgut am Boden gesammelt hat.
III. Wenn das Einschmelzen des Schrottes beendet ist, wird das Stickstoffgas mit 200 l/min (normal) pro Einsatz und bei einem Druck von 6 kg/cm² (Manometerdruck) eingeblasen und die Anstiegshöhe des Schmelzguts wird so kontrolliert, daß sie bei 120 bis 480 mm liegt. Dementsprechend werden die Elektroden nicht verschlissen. Die Parameter des Schmelzbades sind für verschiedene Zeiten in Tabelle 1 dargestellt.

Die Resultate des oben beschriebenen Verfahrens (Mittelwerte der Charge) werden mit dem Verfahren ohne Einblasen durch den Boden (übliches Verfahren) in Tabelle 2 verglichen. Die Menge des geschmolzenen Stahls beträgt 45 450 kg.

In Tabelle 2 enthält die Schmelzphase die zweite und die dritte Charge. Es ist ersichtlich, daß die Einschmelzzeit und die Zeit des Frischens verkürzt worden sind und daß die Ausbeute bei der Erzeugung erhöht worden ist.

Fig. 16 zeigt den Vergleich der Daten für die Zeitdauer der Oxydationsphase, die Basizität, die Schlackenzusammensetzung und die Temperaturen, woraus ersichtlich ist, daß es möglich ist, früher Schlacke zu erzeugen, und die hohe Basizität wird für eine lange Zeit aufrechterhalten.

Fig. 17 zeigt die Standardabweichungen des Cu-Gehalts im Erzeugnis nach dem Einschmelzen. Nach dem Stand der Technik war der Cu-Gehalt im geschmolzenen Metall nicht einheitlich, Beispiele zeigen gegeneinander große Abweichungen. Andererseits wird durch die Erfindung schnell eine einheitliche Mischung erreicht, wie die stabilen Werte zeigen.

Fig. 18 zeigt die Veränderung des P-Gehalts in der Schlacke und des P-Gehalts im geschmolzenen Metall für die Zeit nach dem Einschmelzen. Fig. 19 zeigt die Änderung des S-Gehalts in der Schlacke und des S-Gehalts im geschmolzenen Metall. Durch die Erfindung erreichen beide Gehalte nach kurzer Zeit ein Gleichgewicht.

Beispiel 2

Das Verfahren wird in einem Lichtbogenofen mit einer Kapazität von 50 t unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Die drei Gaseinblaseinrichtungen sind im heißen Bereich der Ofensohle nicht-konzentrisch bezüglich der Ofenachse derart angeordnet, daß zwei von ihnen mit einem Abstand von 925 mm von der Achse der Ofensohle in Richtung auf den Auslaß angeordnet sind, und daß eine mit einem Abstand von 685 mm von der Achse der Ofensohle zum Einlaß hin angeordnet ist. Ungefähr 10 t geschmolzenen Metalls (ungefähr 20% der gesamten Schmelze) einer vorhergehenden Charge sind im Ofen zurückgehalten, der Schrott wird chargiert, während das Gas mit 50/min (normal) pro Einsatz und bei einem Druck von 2 kg/cm² (Manometerdruck) eingeblasen wird, das Stickstoffgas wird mit 20 bis 800/Einsatz (normal) unter Beachtung der Bedingungen im Ofen mit dem Beginn des Einschaltens des elektrischen Stromes eingeblasen. Auch nachdem das Einschmelzen beendet ist, wird das starke Einblasen des Gases fortgesetzt, die Anstiegshöhe wird auf 50 bis 500 mm geregelt, und das Frischen wird zur Beschleunigung der chemischen Reaktionen durchgeführt.

Tabelle 3 zeigt Vergleiche der Verfahrensparameter für jeweils 6 Chargen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren (A) unter Verwendung zurückbehaltenen geschmolzenen Metalls und mit der Gaseinblasung, des erfindungsgemäßen Verfahrens (B) mit Gaseinblasung ohne Zurückbehaltung von geschmolzenem Metall und des Verfahrens (C) mit Zurückhalten von geschmolzenem Metall ohne Gaseinblasung.

Tabelle 4 zeigt zahlenmäßige Gesamtabschätzungen. O₂ bedeutete die verbrauchte Menge an Sauerstoff, wenn oberhalb der Schlackenlinie Sauerstoff mit einer Sauerstofflanze von der Ofenwand eingeblasen wird.

Die Resultate zeigen, daß der erfindungsgemäße Prozeß (A) sowohl in Bezug auf die Ausnutzung der elektrischen Energie als auch auf die Stahlausbeute pro Zeiteinheit herausragt. Nachdem 339 Chargen gefrischt worden sind, wurden die Verluste für jede der Einblasstellungen gemessen. Die Resultate zeigten, daß diese für die Einsätze im Auslaßbereich 0,35 mm/Charge bzw. für den Einsatz im Einlaßbereich 0,85 mm/Charge betrugen. Daraus ist ersichtlich, daß, wenn die Gaseinblaseinrichtungen so weit wie möglich in dem selbstbedeckenden Bereich angebracht sind, die Lebensdauer der Einsätze verlängert und Zeit für das Auswechseln der Einsätze eingespart werden kann.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogenofens zur Stahlerzeugung durch Einblasen von Gas aus einer Sohle des Ofens unter Verwendung der Hitze des Lichtbogens von Elektroden, wobei der Lichtbogenofen beabstandet voneinander angebrachte Einsätze mit einer Mehrzahl von Düsenöffnungen als Gaseinblaseinrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gas aus jeder der Gaseinblaseinrichtungen kontinuierlich oder intermittierend in einer Menge von 1 bis 40 Nl/min (N = "unter Normalbedingungen") pro Düsenöffnung, 20 bis 800 Nl/min pro Einsatz und mit einem Druck von weniger als 10 kg/cm² (Manometerdruck) in ein geschmolzenes Metall eingeblasen wird, anfangend mit dem Beginn des Frischens, wenn das chargierte Rohmaterial geschmolzen wird, bis zum Abstechen des geschmolzenen Stahls, und
daß die Anstiegshöhe Δ h des geschmolzenen Stahls so gesteuert wird, daß sie 1000 mm, vorzugsweise 50 ≦ωτ Δ h ≦ωτ 500 mm nicht übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als eingeblasenes Gas ein Inertgas verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als eingeblasenes Gas ein Inertgas, ein oxidierendes Gas ein reduzierendes Gas gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtung nicht mehr als 50 Düsenöffnungen pro Einsatz aufweist, wobei eine Düsenöffnung einen Durchmesser von 0,6 bis 1,5 mm aufweist, und daß die Einrichtungen in einem heißen Bereich der Sohle des Ofens voneinander beabstandet, nicht jedoch unterhalb der Elektrode angebracht sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtungen konzentrisch um eine Achse des Ofens angeordnet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtungen nicht-konzentrisch um die Achse des Ofens angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder mindestens zwei der Gaseinblaseinrichtungen in Bereichen der Ofensohle angeordnet sind, die durch Schlacke bedeckt werden, wobei diese Bereiche Auslaßbereiche sind, die dadurch erhalten werden, daß die Mitte des Auslasses durch eine die Achse des Ofens und eine quer zur Achse des Ofens verlaufende Linie kombinierende Linie in zwei Bereiche unterteilt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gaseinblaseinrichtungen in Auslaßbereichen angeordnet sind, die gebildet werden, indem die Ofensohle durch eine horizontal durch die Chargierungsöffnung und die Mitte des Auslasses verlaufende Linie in einen Einlaßbereich und in einen Auslaßbereich unterteilt wird und daß die Entfernung zwischen den Gaseinblaseinrichtungen im Chargierungsbereich und der Ofenachse geringer ist als die Entfernung zwischen den Gaseinblaseinrichtungen im Auslaßbereich und der Ofenachse.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der Einsätze mindestens eine der beiden Düsen Menge und Druck des eingeblasenen Gases verschieden ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingungen unter denen das Gas eingeblasen wird, aus den Größen: Badtiefe - Verwirbelungsenergie - Badanstiegshöhe - Menge des eingeblasenen Gases pro Einsatz für jede Badtemperatur abgeleitet werden.

11. Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogenofens zur Stahlerzeugung durch Einblasen von Gas aus einer Sohle des Ofens unter Verwendung der Hitze des Lichtbogens von Elektroden, wobei der Lichtbogenofen voneinander beabstandete Einsätze mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen als Gaseinblaseinrichtungen enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gas kontinuierlich oder intermittierend aus den Gaseinblaseinrichtungen in ein geschmolzenes Metall eingeblasen wird, um das geschmolzene Metall zu Schrottmaterial hinaufzuspritzen, das in unregelmäßiger Form einen Raum innerhalb des Ofens einnimmt, daß dann noch das Gas kontinuierlich oder intermittierend aus den Einsätzen in einer Menge von 1 bis 40 Nl/min (N = "unter Normalbedingungen") pro Düsenöffnung, 20 bis 800 Nl/min pro Einsatz und mit einem Druck von weniger als 10 kg/cm² (Manometerdruck) in die Schmelze eingeblasen wird, vom Beginn des Frischens bis zum Abstechen des geschmolzenen Stahls, und
daß die Anstiegshöhe Δ h des geschmolzenen Stahls so geregelt wird, daß sie 1000 mm, vorzugsweise 50 ≦ωτ Δ h ≦ωτ 500 mm nicht überschreiten.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als eingeblasenes Gas ein Inertgas verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als eingeblasenes Gas ein Inertgas, ein oxidierendes Gas oder eine reduzierendes Gas gewählt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtungen nicht mehr als 50 Düsenöffnungen mit einem Durchmesser von 0,6 und 1,5 mm aufweisen und daß sie voneinander beabstandet in einem heißen Bereich einer Sohle des Ofens angeordnet sind, nicht jedoch unterhalb der Elektrode.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtungen konzentrisch um eine Achse des Ofens angeordnet sind.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtungen nicht-konzentrisch um die Achse des Ofens angeordnet sind.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder mindestens zwei der Gaseinlaßeinrichtungen in Bereichen der Ofensohle angeordnet sind, welche mit Schlacke bedeckt werden, wobei die Bereiche Auslaßbereiche sind, die gebildet werden, indem eine Mitte eines Auslasses durch eine eine Achse des Ofens und eine quer zur Achse des Ofens verlaufende Linie kombinierte Linie in zwei Bereiche unterteilt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Gaseinblaseinrichtungen in Auslaßbereichen angeordnet sind, die gebildet werden, indem die Sohle des Ofens durch eine horizontal durch die Chargierungsöffnung und die Mitte des Auslasses verlaufende Linie in einen Einlaßbereich und einen Auslaßbereich unterteilt wird, und daß die Entfernung zwischen der Gaseinlaßeinrichtung im Chargierungsbereich und der Achse des Ofens kürzer ist als die Entfernung zwischen der Gaseinblaseinrichtung im Auslaßbereich und der Achse des Ofens.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblasen des Gases in einer Einschmelzphase erfolgt, derart, daß Fremdkörper oder geschmolzene Materialien nicht in die Düsenöffnungen eindringen und der geschmolzene Stahl nicht abgekühlt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren mit einem Gasdurchsatz von mehr als 1 Nl/min (N = "unter Normalbedingungen") pro Düsenöffnung, mehr als 20 Nl/min pro Einsatz und bei einem Druck von mehr als 1 kg/m² (Manometerdruck) durchgeführt wird, und daß der Durchsatz und der Druck des eingeblasenen Gases mit dem Anwachsen der Menge des geschmolzenen Metalls erhöht wird, jedoch ohne daß das Bad abgekühlt wird.

21. Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogenofens zur Stahlerzeugung durch Einblasen von Gas aus einer Sohle des Ofens unter Verwendung der Hitze des Lichtbogens von Elektroden, wobei der Lichtbogenofen voneinander beabstandete Einsätze mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen als Gaseinblaseinrichtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß Rohmaterial chargiert wird, während das Gas aus den Gaseinblaseinrichtungen eingeblasen wird, wobei ein Teil des durch eine frühere Charge erzeugten geschmolzenen Stahls an der Sohle des Ofens zurückgehalten wird, mit einer Obergrenze, daß der Stahl nicht aus dem Ofen geschleudert wird,
daß das Gas kontinuierlich oder intermittierend aus den Gaseinblaseinrichtungen eingeblasen wird nach dem Einschalten des elektrischen Stromes und vom Chargieren des Schrottes an, bis zum Ende des Einschmelzens des Schrottes, derart, daß das geschmolzene Metall zu dem unregelmäßig einen Raum innerhalb des Ofens ausfüllenden Schrott säulenförmig ansteigt oder hinaufgespritzt wird,
daß das Gas kontinuierlich oder intermittierend aus jeder der Gaseinblaseinrichtungen in einer Menge von 1 bis 40 Nl/min (N = "unter Normalbedingungen") pro Düsenöffnung, 20 bis 800 Nl/min pro Einsatz und bei einem Druck von weniger als 10 kg/cm² (Manometerdruck) in das geschmolzene Metall eingeblasen wird, vom Beginn des Frischens bis zum Abstechen des geschmolzenen Stahls, und
daß die Anstiegshöhe Δ h des geschmolzenen Stahls derart gesteuert wird, daß sie 1000 mm, vorzugsweise 50 ≦ωτ Δη ≦ωτ 500 mm nicht übersteigt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß als eingeblasenes Gas ein Inertgas verwendet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß als eingeblasenes Gas ein Inertgas, ein oxydierendes Gas oder ein reduzierendes Gas gewählt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zurückgehaltenen Bades 10 bis 30% beträgt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtungen nicht mehr als 50 Düsenöffnungen pro Einsatz mit einem Durchmesser zwischen 0,6 und 1,5 mm aufweisen und voneinander beabstandet in einem heißen Bereich einer Sohle des Ofens angeordnet sind, nicht jedoch unterhalb der Elektroden.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtungen konzentrisch um eine Achse des Ofens angeordnet sind.

27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinblaseinrichtungen nicht-konzentrisch um die Achse des Ofens angeordnet sind.

28. Verfahren nach Anspruch 27, daß alle oder mindestens zwei der Gaseinblaseinrichtungen in Bereichen der Sohle des Ofens angeordnet sind, welche mit Schlacke bedeckt werden, wobei die Bereiche Auslaßbereiche sind, die gebildet werden, indem eine Mitte des Auslasses durch eine eine Achse des Ofens und eine quer zur Achse des Ofens verlaufende Linie kombinierende Linie in zwei Bereiche unterteilt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der Gaseinblaseinrichtungen in Auslaßbereichen angeordnet sind, die gebildet werden, indem die Sohle des Ofens durch eine horizontal durch die Chargierungsöffnung und die Mitte des Auslasses verlaufende Linie in einen Einlaßbereich und einen Auslaßbereich unterteilt wird, und daß die Entfernung zwischen den Gaseinblaseinrichtungen im Chargierungsbereich und der Achse des Ofens kleiner ist als die Entfernung zwischen den Gaseinblaseinrichtungen im Auslaßbereich und der Achse des Ofens.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblasen des Gases in einer Einschmelzphase erfolgt derart, daß Fremdkörper oder andere Materialien nicht in die Düsenöffnungen eindringen und das Bad nicht unterkühlt wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Gases mehr als 1 Nl/min pro Düsenöffnung, mehr als 20 Nl/min pro Einsatz und bei einem Druck von mehr als 1 kg/cm² (Manometerdruck) erfolgt, und daß Menge und Druck des eingeblasenen Gases mit der Zunahme der Menge des geschmolzenen Metalls erhöht werden, ohne daß das Bad abgekühlt wird.