DE3722645A1 - Stahlerzeugungsverfahren und vorrichtung zu dessen durchfuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stahlerzeugungsverfahren zum Einschmelzen von Schrott, Eisenschwammpellets in vorredu­ zierter Form oder desgleichen mit Zusätzen an Kohle oder festem Roheisen in einem stationären Einschmelzgefäß mit im wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt und Sauer­ stoffbrenner-Beaufschlagung von unten, wobei das kontinu­ ierlich aus dem Einschmelzgefäß ausfließende Metall in einem ortsbeweglichen Auffanggefäß gesammelt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einem Einschmelzgefäß mit im wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt, das einen Bodenauslauf aufweist und mindestens einem orts­ beweglichem Auffanggefäß mit entsprechend angepaßter Zulauföffnung und einem Auslauf.

Bei den nach dem Stand der Technik bekannten Stahlerzeugungs­ verfahren auf Schrottbasis wird der Einsatz in stationären diskontinuierlich arbeitenden Stahlerzeugungsverfahren wie beim Elektrolichtbogen- oder SM-Ofen-Verfahren zunächst eingeschmolzen, anschließend in dem gleichen Gefäß ge­ frischt bzw. ausgekocht und gleichzeitig überhitzt. Ent­ sprechend aufgeteilt sind die Verfahrensphasen des Einschmelzens, Frischens und Fertigmachens, die zeitlich aufeinander folgen. Anschließend wird in einer Gießpfanne abgestochen und vergossen, wobei noch innerhalb der Gieß­ pfanne pfannenmetallurgische Arbeiten erfolgen können.

Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik kontinuierlich arbeitende Schrotteinschmelzverfahren bekannt, bei denen mit Sauerstoff-Brennstoffbrennern von unten in einem Schacht­ ofen der Einsatz eingeschmolzen und mit kontinuierlichem Auslauf in ein Auffanggefäß überführt wird (DE-AS 18 00 610).

Wie u. a. aus "Stahl und Eisen" 92 (1970), Nr. 11, S. 501 ff. hervorgeht, erfolgt dann in diesem Auffanggefäß durch vor­ herige Zugabe von Roheisen oder Kohle die Umsetzung mit der aus dem Einschmelzgefäß zulaufenden Mischung aus Metall und FeO-Schlacke. Im Prinzip handelt es sich bei diesem Auffanggefäß um einen Ofen, d. h. die Auskochreaktion zwischen Roheisen bzw. Kohle und der Einschmelzschlacke erfordert ein entsprechendes Ofenraumvolumen wie beim Elektro- bzw. SM-Ofen. Selbst das aus der DE-AS 18 00 610 bekannte be­ wegliche Auffanggefäß, das nach dem Füllvorgang an einem separaten Lichtbogenüberhitzungsstand zum Auskochen und zum Überhitzen dient, hat die Funktion eines Ofens, d. h. mit ausreichend bemessenem Ofenraum für die ablaufenden Kochreaktionen, die dafür notwendige Wärmezufuhr, die Schlacken­ arbeit und die Schmelzüberhitzung. Erst nach dem der Stahl in diesem Auffanggefäß ausgekocht und die Schlacke reduziert ist, wird wie üblich in die Gießpfanne abgestochen und abgegossen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das kontinuierliche Schrotteinschmelz­ verfahren und die hierzu benötigte Vorrichtung zu verbessern und weiterzuentwickeln, insbesondere soll das Verfahren bzw. die Vorrichtung unter Einsparung von Energie und Anlagenteilen kostengünstiger durchführbar bzw. zu betreiben sein.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß durch die Wahl der oxidierenden Einschmelzbedingungen und des Kohlenstoffgehaltes im Einsatz Kohlenstoffgehalte zwischen 0,002 und 0,010% im Metall in dem an das Einschmelz­ gefäß gekoppelten und als Gießpfanne ausgebildeten Auffang­ gefäß eingestellt werden und die abgeschlackte Gießpfanne anschließend in einer separaten Lichtbogenerwärmung überhitzt, legiert und direkt aus der Gießpfanne vergossen wird.

Vorteilhafterweise wird damit die Zwischenphase des Auskochens der Reaktionsfolge bzw. Umsetzung zwischen Roheisen oder Kohle und dem eingeschmolzenen Stahl mit der Einschmelzschlacke vermieden und damit gleichzeitig das Auffanggefäß mit der Funktion eines Reaktionsofens völlig eingespart.

Erfindungsgemäß wird das oxidierende Einschmelzen im Einschmelz­ gefäß so gesteuert und geregelt, daß einerseits beim Einschmelzen alle sauerstoffaffinen Begleitelemente des Schrottes fast voll­ ständig herausgefrischt werden, d. h. schon beim Einschmelzen die Frischphase erfolgt. Das gilt auch für den Kohlenstoff, wobei die Zugabe an festem Kohlenstoff bzw. festem Roheisen so auf die Ein­ schmelzbedingungen und die Schrottsorten abgestimmt sind, daß ei­ nerseits der eingeschmolzene Stahl im Auffanggefäß keine Kohlen­ stoffgehalte aufweist, die über 0,010% liegen, andererseits mit der Kohlenstoffzugabe einer weitergehenden Eisenverschlackung beim Einschmelzen entgegengewirkt wird, die sonst zu völlig un­ wirtschaftlichen Verschlackungsverlusten führen würde. Der Aus­ kochvorgang bzw. Frischvorgang findet damit gewissermaßen schon im Einschmelzgefäß statt. Das hat zur Folge, daß im Auffanggefäß keine oder nur sehr geringe Umsetzungen zwischen dem Restgehalt der Schmelze an Kohle und dem FeO-Gehalt der zufließenden Schlac­ ke stattfinden können. Da der Stahl in der Auffangpfanne damit kaum noch entkohlt und so auch dafür kein Reaktionsvolumen vorzu­ sehen ist, kann die übliche Gießpfanne nun schon als Auffanggefäß für den zulaufenden Rohstahl vorgesehen werden. Dieser Rohstahl, bei dem keine Stahlbegleitelemente mehr herausgefrischt werden müssen, ist wegen der mangelnden Überhitzungsmöglichkeiten im Ein­ schmelzgefäß noch zu kalt, um vergossen zu werden, und er muß durch Zusatz der vorher vollständig entfernten Legierungskompo­ nenten erst auf die endgültige Stahlqualität gebracht werden.

Vorzugsweise wird die Gießpfanne für jeden Füllvorgang lösbar und gasdicht an das Einschmelzgefäß gekoppelt. Diese gasdichte Kopplung hat den Vorteil, daß die Auslauföffnung für das Ein­ schmelzgefäß sehr viel größer ausgebildet werden kann, als es der Notwendigkeit für den ausfließenden Metall-Schlackenstrom entspricht.

Damit werden Auslaufverstopfungen durch Zusetzen, Einfrieren usw. wirksam vermieden.

Andererseits können nach einer Weiterbildung Reaktionsgase aus der Gießpfanne ungehindert in das Einschmelzgefäß gelangen und dort ihre Wärme abgeben. Hierbei ist zu beachten, daß bei gasdichter Kopplung die Einschmelzflammengase nicht durch die große Ausflußöffnung des Einschmelzgefäßes ausflammen können und durch den Schacht aufsteigen müssen. Die Einschmelz-Gießpfannen- Kombination besteht damit vorzugsweise während des Füllens aus einer unterteilten, quasi im Übergang von dem einen Gefäß zum anderen eingeschnürten lösbaren und zusammenkoppel­ baren Stahlerzeugungseinheit mit ineinander übergehenden Gasräumen, wobei für das Sammel- und Gießgefäß gegenüber dem Einschmelzgefäß unter der Schlacke wesentliche eingeschränkte Oxidationsbedingungen herrschen.

Bevor in der Auffangpfanne überhitzt und legiert werden kann, muß die Einschmelzschlacke vollständig aus der Gießpfanne entfernt wer­ den. Diese Schlackenentfernung erfolgt vorzugsweise während des Füllens über eine verschließbare Auslauföffnung der Gießpfanne durch Zulaufverdrängung. Die vorherige vollständige Abführung der FeO-reichen Einschmelzschlacke ist notwendig, da nur so die anschließende Überhitzung in einer vollen Gießpfanne möglich ist, wenn dort bei der Lichtbogenerhitzung keine Reaktionsraum­ erfordernden Schlacke-Bad-Reaktionen mehr ablaufen können.

Da die Legierungseinstellung des Stahls, vor allem die Überhit­ zung, erst in der Gießpfanne selbst vorgenommen wird, d. h. der Stahl unmittelbar aus der Gießpfanne abgegossen wird, spart man bei dieser Arbeitsweise einen wesentlichen Anteil der sonst üb­ lichen Überhitzungswärme, mit der sonst ein großer Teil der Tem­ peraturverluste, die beim Eingießen in die Gießpfanne zu decken sind, eingespart werden. Der ganz entscheidende Vorteil dieser Verfahrensweise ist aber die eigentliche Einsparung eines Ofen­ gefäßes für die üblicherweise vorgesehene Kochreaktion, dessen Kosten und Unterhaltung einen ganz entscheidenden wirtschaftli­ chen Vorteil ergeben. Auf die in der Erfindung vorgeschlagene Weise gelingt es, ein kontinuierliches Einschmelzgefäß als Aus­ gangsstufe für den direkt in der Gießpfanne fertig erzeugten Stahl anzusehen.

Damit wird zum erstenmal ein kontinuierlich arbeitendes Schrott- Einschmelz-Verfahren direkt mit der Gießpfanne gekoppelt, in der die Endeinstellung des bereits während des Einschmelzens gefrisch­ ten Rohstahles erfolgt.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß das kontinuierliche Einschmelzgefäß direkt mit der Gießpfanne gekoppelt und letztlich nur aus zwei metallurgischen Gefäßen besteht, bei der die jeweils optimalen Funktionseigen­ schaften des Schachtofenprinzips im kombinierten Einschmelzgefäß genutzt werden und die Gießpfanne nicht nur wie üblich zum Ab­ gießen und der üblichen Pfannenmetallurgie, sondern während des Füllens die Entschwefelung und das Abschlacken erfolgen, bevor nach dem Abkoppeln in der gleichen Pfanne an einem anderen Ort die Überhitzung, Legierung und Stahleinstellung vorgenommen wird.

Die mittlere Verweilzeit zwischen Chargieren des festen Einsatzes und Abgießen als Fertigstahl ist bei dieser Verfahrenskombination außerordentlich kurz; sie hängt im Prinzip nur noch von der Ein­ schmelzgeschwindigkeit und dem im Prinzip frei wählbaren Füllvo­ lumen der Gießpfanne ab. Mit der bei kontinuierlichen Gegenstrom- Einschmelzgefäßen ohnehin optimalen Energieausnutzung und dem ebenfalls geringstmöglichen Zustellungs- und ff.-Aufwendungen von Durchlaufgefäßen wird durch die Direktkopplung mit dem Gießgefäß der sonst übliche Energie- und ff.-Aufwand für die "eigentliche Stahlerzeugung" eingespart.

Weitere vorzugsweise verwendete Verfahrensmerkmale ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen 7 bis 10.

Die Aufgabe wird ferner bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß das Einschmelzgefäß über eine Hub- und Senk­ einrichtung mit dem mit einem verschließbaren Deckel und einer vorzugsweise verschließbaren Überlauföffnung versehenen und als Gießpfanne ausgebildeten Auffanggefäß lösbar verbindbar ist, daß eine Abdichtung zwischen dem Einschmelzgefäß und der Gießpfanne vorgesehen ist und daß die Gießpfanne die Einrichtungen zum direkten Abgießen aufweist. Durch die Verwendung des Auffanggefäßes als Gießpfanne erspart man den bei kontinuierlich arbeitenden Vorrichtungen bisher notwendigen Reaktionsofen für das Auffanggefäß.

Erfinderische Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 12-16 beschrieben. Die jeweiligen Vorteile er­ geben sich wie bereits oben bezüglich des Verfahrens darge­ legt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung sind skizzenhaft in der Zeichnung dargelegt, die ein Einschmelzgefäß mit einem hieran angekoppelten und als Gießpfanne ausgebildeten Auffanggefäß darstellt.

Der Schrott bzw. entsprechend fester metallischer Einsatz 3 und Kohlenstoffträger 4 werden kontinuierlich bzw. in ratier­ lichen Mengen von oben in das schachtofenähnliche Einschmelz­ gefäß 1 chargiert. Der Anteil der Kohlenstoffträger richtet sich nach dem Schrotteinsatz, speziell nach dem der Schrott­ sortenauswahl und liegt größenordnungsmäßig zwischen 30 und 100 kg/ Einsatz.

Der Schrott wird von unten mittels Brennstoff-Sauerstoff-Ein­ schmelzbrenner 2, vorzugsweise Ringspaltbrenner gemäß DE-PS 25 04 946 eingeschmolzen. Die Energie im Einschmelzgefäß wird vorzugsweise durch die gestufte Nachverbrennung 14 gemäß DE-PS 25 04 945 optimiert. Das eingeschmolzene Metall läuft am Boden über eine große Auslauföffnung 8 ab. Die Auslauföffnung 8 teilt und verbindet wie bei einer Gesamtgefäßeinschnürung das stationäre Einschmelzgefäß und das ortsbewegliche Gießgefäß 7. Die durch die Auslauföffnung 8 und den Zulauf 9 der Gießpfanne gegebene Übergangsöffnung muß groß sein, so daß sich kein flüssiges Metall 5 aus dem Einschmelzgefäß anstauen kann, der kontinuierliche Ablauf sich nicht zusetzt und außerdem die sich in der Gießpfanne bildenden Gase 11 ins Einschmelzgefäß über­ geleitet werden. Während des Füllens werden über einen Boden­ spülstein 15 inerte Gase zugeführt, um die Schmelze zu rühren bzw. um Ungleichgewichte zwischen Schlacke und Bad zu ver­ meiden. Am Ende des Füllvorganges wird die sich ansammelnde Badschlacke 6 über eine verschließbare Pfannenöffnung 12 durch Zulaufverdrüngung abgeschlackt.

Anschließend wird die Gießpfanne, die vorzugsweise über die angedeutete hydraulische Heb- und Senkvorrichtung 13 gasdicht 10 mit dem Einschmelzgefäß verbunden ist, abgekoppelt und zu einer stationären Lichtbogenüberhitzungseinrichtung gebracht. Dort wird die Pfanne entsprechend der Pfannenofenpraxis um 30 bis 100°C überhitzt, gleichzeitig wird in herkömmlicher Weise über die Zulauföffnung 9 des Gießpfannendeckels legiert und wenn nötig zusätzlich über die Lichtbogenschlacke entschwefelt und gespült. Während des Aufheizens bzw. Überhitzens und Spülens erfolgt die Analysenfeineinstellung durch Probenahme und Le­ gierungskorrekturen sowie die Temperaturendeinstellung. Anschlie­ ßend wird die Pfanne in herkömmlicher Weise über Schieber 16 vergossen. Nach dem Gießen wird die leere Pfanne mit Pfannen­ brennern auf Temperatur gehalten. Vor dem ersten Ankoppeln an das Einschmelzgefäß wird Kalk in die leere Pfanne gegeben, damit sich mit der zufließenden FeO-Einschmelzschlacke eine basische, Schwefel aufnehmende und zugleich die Pfannenzustellung schonende Schlacke ergibt.

Die im Zyklus umlaufenden Gießpfannen sind vorzugsweise basisch zugestellt, mit üblichen Gießschieberausgüssen versehen und mit Spüleinrichtung ausgerüstet sowie abweichend von der Normalität mit verschließbaren Schlackenüberlauf- und Gieß­ pfannendeckeln versehen.

Claims (16)

1. Stahlerzeugungsverfahren zum Einschmelzen von Schrott, Eisen­ schwamm-Pellets in vorreduzierter Form oder desgleichen mit Zusätzen an Kohle oder festem Roheisen in einem stationären Einschmelzgefäß mit im wesentlichen gleichbleibendem Quer­ schnitt und Sauerstoffbrenner-Beaufschlagung von unten, wobei das kontinuierlich aus dem Einschmelzgefäß ausfließende Metall in einem ortsbeweglichen Auffanggefäß gesammelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wahl der oxidierenden Einschmelzbedingungen und des Kohlenstoffgehaltes im Einsatz Kohlenstoffgehalte zwischen 0,002 und 0,010% im Metall in dem an das Einschmelzgefäß ge­ koppelten und als Gießpfanne ausgebildeten Auffanggefäß einge­ stellt werden und die abgeschlackte Gießpfanne anschließend in einer separaten Lichtbogenerwärmung überhitzt, legiert und direkt aus der Gießpfanne vergossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießpfanne zum Füllen vorzugsweise gasdicht an das Einschmelzgefäß gekoppelt wird, um ein Ausflammen der Ein­ schmelzgase aus dem Auslauf zu verhindern.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die Zulauföffnung gleichzeitig der aus dem Einschmelz­ gefäß abfließende Metallstrom und die aus der Gießpfanne aus­ tretenden Reaktionsgase in gegenseitiger Richtung ungehindert passieren.

4. Verfahren nach Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeinhalt der beim Füllen in der Gießpfanne entste­ henden Gase nach der Überführung im Einschmelzgefäß wärmemä­ ßig genutzt wird.

5. Verfahren nach Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich während des Füllens in der Gießpfanne ansammelnde Schlacke vorzugsweise durch Zulaufverdrängung über eine ver­ schließbare Überlauföffnung in der Gießpfanne abgeschlackt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Füllen Kalk in die Gießpfanne in der Menge zuge­ geben wird, daß während des Füllens der Gießpfanne aus dem Einschmelzgefäß einfließende FeO-Schlacke mit dem Kalk eine basische Schlacke zum Schutz der Metallschmelze vor weiterer Oxidation, zum Schutz der ff.-Zustellung der Pfanne und zur Entschwefelung gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Gießpfanne einfließende Metall während der Fül­ lung durch eine an sich bekannte Pfannenspüleinrichtung, vor­ zugsweise über einen Bodenspülstein durch inerte Gase, umge­ rührt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der verwendeten Gießpfannen nach dem Füllen vom Ein­ schmelzgefäß abgekoppelt und durch eine leere, vorgewärmte Gießpfanne ersetzt wird, während die volle abgeschlackte Gieß­ pfanne zur stationären Lichtbogenerwärmung überführt wird, wo überhitzt, legiert, gespült und die Endanalyse eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen Einschmelzgefäß und der Gießpfanne über hydraulische Heb- und Senkeinrichtungen für die Gieß­ pfanne erfolgt und nach der Kopplung das Einschmelzgefäß und die Gießpfanne gasdicht miteinander verbunden werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhitzung des Metalls in der Gießpfanne durch sili­ konthermische bzw. aluminothermische Reaktionen zwischen der zulaufenden FeO-Schlacke und der Gießpfannenzugabe von FeSi oder Al erfolgt.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10, bestehend aus dem Einschmelzgefäß mit im wesentlichen gleich­ bleibendem Querschnitt, das einen Bodenauslauf aufweist und mindestens einem ortsbeweglichen Auffanggefäß mit ent­ sprechend angepaßter Zulauföffnung und einem Auslauf, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschmelzgefäß über eine Hub- und Senkeinrichtung (13) mit dem mit einem verschließbaren Deckel und einer vor­ zugsweise verschließbaren Überlauföffnung (12) versehenen und als Gießpfanne (7) ausgebildeten Auffanggefäß lösbar verbind­ bar ist, daß eine Abdichtung (10) zwischen dem Einschmelzge­ fäß (1) und der Gießpfanne (7) vorgesehen ist, und daß die Gießpfanne die Einrichtungen zum direkten Abgießen aufweist (16).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine hydraulische Hub- und Senkeinrichtung (13).

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschmelzgefäß (1), insbesondere dessen Auslaufbe­ reich (8), und die Gießpfanne (6) über nach dem Stand der Technik bekannter Einrichtung basisch zustellbar sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenüberhitzung vorzugsweise über die im Deckel vorgesehene Deckelöffnung (9) erfolgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gießpfannenüberhitzung vorzugsweise eine an sich bekannte stationäre Lichtbogenüberhitzungsvorrichtung vorge­ sehen ist, die von der ortsbeweglichen, gefüllten Gießpfanne (7) angefahren werden kann.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießpfanne mit einer Schiebergießeinrichtung (16) und/oder einer Spülvorrichtung (15), vorzugsweise einem Bo­ denspülstein, ausgestattet ist.