DE3838337A1 - Verfahren und kupolofenanlage zur erzeugung von hochwertigem eisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von hochwertigem Eisen mit Hilfe eines Kupolofens in dem eine Schmelze unter Schlackebildung entsteht.

Kupolöfen bestehen prinzipiell aus einem aufragenden Schacht und einem unter diesem Schacht angeordneten Schmelzesammelraum. In den Schacht werden das zu schmelzende Eisengut und weitere Einsatzstoffe, z.B. Koks, eingebracht und sinken unter Erwärmung nach unten, wobei in den Schacht der sogenannte Ofenwind eingeführt wird, der zur Unterstützung der Koksverbrennung und Wärmeerzeugung dient. Im Falle von gasbefeuerten Kupolöfen wird die Wärme im wesentlichen mit Hilfe von Brennern im unteren Schachtbereich zugeführt. Am unteren Ende des Schachtes unterhalb eines dort angeordneten Gitters schließt sich der Schmelzesammelraum an, in dem sich geschmolzenes Eisen und ebenfalls entstehende Schlacke ansammeln. Der Schmelzesammelraum besitzt schließlich noch Auslässe zum Abstechen von Schmelze und Schlacke.

Mit Kupolofenanlagen im Standardbetrieb kann teilweise abhängig Kohlenstoffgehalt des Einsatzmaterials - nur Roheisen geringer Qualität mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und geringem Anteil anderer Legierungsmaterialien hergestellt werden. Darüber hinaus besteht mit bekannten Kupolofenanlagen keine Möglichkeit, auf das Roheisenprodukt in bereits geschmolzenem Zustand im Kupolofen Einfluß zu nehmen. Die Herstellung von Eisensorten mit höheren Anteilen an Legierungsmaterialien oder eine Variation der bereits vorhandenen Schmelze setzt deshalb bisher einen nachgeschalteten Arbeitsgang mit zusätzlichen Behandlungseinrichtungen voraus. Dies bedeutet natürlich einen erheblichen zusätzlichen apparativen und verfahrenstechnischen Aufwand und entsprechende Kosten.

Die Aufgabenstellung der Erfindung besteht deshalb darin, in Verbindung mit der Eisenerzeugung mit einem Kupolofen eine Methode anzugeben, mit der mit möglichst geringem Aufwand hochwertiges Eisen bereits mit dem Kupolofen erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die im Kupolofen entstehende Schmelze bereits im Kupolofen mit gewünschten Materialien in gewünschter Menge legiert wird, wobei im Kupolofen Mittel vorgesehen werden, um zumindest von einem Teil der Schmelze die Schlacke abzutrennen, und wobei dann dem schlackefreien Teil des Schmelzebades die Legierungsmaterialien zugemischt werden.

Dadurch, daß man zumindest von einem wesentlichen Teil der Schmelze die Schlacke abtrennt und man ein schlackefreies Schmelzebad mit freier Oberfläche vorliegen hat, wird erreicht, daß man diesen Teil der Schmelze weiterbehandeln, insbesondere auflegieren kann. So ergibt sich die Möglichkeit, bereits im Kupolofen hochwertiges Eisen in unterschiedlichen Zusammensetzungen herzustellen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das schlackefreie, aufzulegierende Schmelzebad ständig oder zeitweise umgewälzt. Dadurch wird eine gleichmäßige Verteilung und Einmischung der beispielsweise in Pulverform über eine oberhalb der Schmelze angeordnete Zugabe­ möglichkeit zugeführten Legierungsmaterialien erreicht und ebenso eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der Schmelze aufrechterhalten.

Die Umwälzung der Schmelze kann in günstiger Weise durch Einleiten von Inertgas in die Schmelze, beispielsweise mit Hilfe eines gasdurchlässigen Wand- oder Bodeneinsatzes, erfolgen.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung werden die Legierungsmaterialien pneumatisch mit Hilfe von Inertgas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, direkt in die Schmelze eingeführt. Dadurch wird eine schnelle Verteilung der Legierungszugaben in der Schmelze unter gleichzeitiger Umwälzung der Schmelze bewirkt.

Es hat sich weiterhin als besonders günstig erwiesen, wenn dem schlackefreien Schmelzebad zusätzlich Wärme zugeführt wird. Daraus ergibt sich eine bessere Lösung der beizugebenden Legierungsmaterialien.

Besonders vorteilhaft ist eine Wärmezufuhr derart, daß dem schlackefreien Schmelzeanteil die Wärme mittels eines von oben auf die Schmelze gerichteten Brenners zugeführt wird. Dadurch erreicht man einerseits die gewünschte Erwärmung der zu legierenden Schmelze und kann andererseits die vom Brenner erzeugten heißen Verbrennungsgase, die oberhalb der Schmelze strömen, auch in andere Bereiche des Kupolofens weiterleiten bzw. weiterfließen lassen und so die zusätzlich zugeführte Wärme vollständig ausnutzen und an anderer Stelle im Kupolofen die Wärmezufuhr unter Umständen veringern.

Ein Kupolofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt in seinem Schmelzesammelraum eine Trenneinrichtung, die diesen im wesentlichen in zwei Kammern teilt, so daß Schmelze aber keine Schlacke von der einen Kammer, der Schlackenkammer, in die andere Kammer, der Behandlungskammer, gelangen kann, und darüber hinaus sind in der Behandlungskammer Mittel zur Zumischung von Legierungsmaterialien eingerichtet.

In einer geeigneten Ausführungsform ist als Trenneinrichtung eine in den Schmelzesammelraum eingepaßte massive Trennwand mit Durchlaßöffnung(en) unter der Schmelzeoberfläche vorgesehen, wobei die Trennwand soweit über die Schmelzeoberfläche reicht, daß keine Schlacke von der einen Seite auf die andere gelangen kann.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß als Trenneinrichtung ein Gasvorhang vorgesehen ist, der mittels gasdurchlässiger Einsätze erzeugbar ist, die auf einer Linie am Boden über die gesamte Breite des Schmelzesammelraumes angeordnet sind.

Ein besonders vorteilhaft ausgebildeter Kupolofen ist weiters dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise im Boden oder einer der Wände der Behandlungskammer zumindest ein gasdurchlässiger Einsatz eingesetzt ist, der mit einer Inertgasquelle in Verbindung steht und zur Umwälzung der Schmelze dient.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist über der Schmelze in der Behandlungskammer in der Behandlungskammerdecke ein Brenner, vorzugsweise ein Sauerstoff-Brennstoff-Brenner, angebracht, der auf die Schmelze zeigend orientiert ist.

Ein weiters vorteilhaft ausgestalteter Kupolofen besitzt in der Behandlungskammer eine pneumatische Eintragslanze, die mit einer Inertgasquelle und einer Einspeisevorrichtung für Legierungsmaterial verbunden ist.

Im folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft näher beschrieben.

Die Figur zeigt dazu eine Kupolofenanlage, die gemäß der Erfindung ausgestaltet ist.

Der Kupolofen besteht aus einem Schacht 10 und einem damit verbundenen Schmelzesammelraum 11, welcher durch eine massive Trennwand 14 mit einer Durchlaßöffnung 15 in eine Schlackenkammer 12 und eine Behandlungskammer 13 aufgeteilt ist. Am unteren Ende des Kupolofenschachtes 10 ist ein Rost 19 angebracht, auf dem der im Kupolofen befindliche Einsatz, im wesentlichen bestehend aus Schrott und Koks, aufliegt. Der Einsatz wird durch eine Zugabeöffnung 1 in den Kupolofenschacht 10 eingeführt. Unterhalb des Rostes 19 ist ein Grundlastbrenner 9 angeordnet, der den Hauptteil der für den Schmelzprozeß notwendigen Wärme in den Kupolofen einbringt (gasbefeuerter Kupolofen). Im Schmelzesammelraum 11 ist einerseits im oberen Bereich der Schlackenkammer 12 eine Abstichöffnung 2 und andererseits im tiefer liegenden Bereich der Behandlungskammer 13 eine Abstichöffnung 3 angebracht. Eine Linie 4 zeigt etwa den höchstmöglichen Schmelzestand im Schmelzesammelraum an, der etwa bis in Höhe der Abstichöffnung 2 reicht. In der Schlackenkammer 12 ist über der Linie 4 auf der Schmelze 5 schwimmend die ebenfalls entstehende Schlacke 6 angedeutet. Im Bereich über der Schmelze ist in der Behandlungskammer 13 darüber hinaus ein auf die Schmelze gerichteter Brenner 16 und eine Lanze 17 angebracht, die bis in das Schmelzebad hineinreicht. Im Boden der Behandlungskammer 13 ist schließlich ein gasdurchlässiger Einsatz 8 eingesetzt.

Beim Betreiben der gasbefeuerten Kupolofenanlage wird das Einsatzgut, beispielsweise Schrott und Koks etwa in einer Gewichtszusammensetzung von 90 bis 100% Schrott zu 0 bis 10% Koks, über die Zugabeöff­ nung 1 in den Ofen eingeführt. Nach Absinken im Schacht 10 unter Erwärmung im Gegenstrom zum Ofenwind gelangt geschmolzenes Eisen und Schlacke in die Schmelzesammelkammer 11. Diese ist mit einer Trennwand in die zwei Kammern 12, 13 abgeteilt, wobei aber unterhalb der Schmelzeoberfläche über die Öffnung 15 Schmelze aus der einen Kammer in die andere fließen kann. Oberhalb der Schmelze reicht die Trennwand so weit aus der Schmelze heraus, daß keine Schlacke 6, die auf der Schmelze 5 schwimmt, aus der Schlackenkammer 12 in die Behandlungskammer 13 gelangen und andererseits Gas oberhalb der Schmelze strömen kann. In der Behandlungskammer 13 werden der Eisenschmelze die gewünschten Legierungsmaterialien, beispielsweise Kohlenstoff in Form von Kohlestaub, in gewünschter Menge zugesetzt. Ebenso können andere Legierungsmaterialien, wie beispielsweise Mangan und Silizium, zugegeben werden. Die Zugabe der Legierungsmaterialien erfolgt pneumatisch mit der Lanze 17, d.h. die in Pulverform vorliegenden Materialien werden über die Lanze 17 mit einem Inertgasstrom in die Schmelze eingetragen. Zur besseren Lösung der Legierungsmaterialien in der Schmelze wird eine zusätzliche Erwärmung der Schmelze im Behandlungsraum 13 ausgeführt, die vorteilhaft ist oder z.B. bei Hartguß sogar notwendig sein kann. Dazu ist ein Brenner 16 direkt über der Schmelze im Behandlungsraum 13 und auf diese ausgerichtet angeordnet. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere die Verwendung eines Sauerstoff- Brennerstoff-Brenners, mit dem besonders hohe Temperaturen und somit ein hoher Wärmeeintrag bei geringem Abgasvolumen erreicht werden. Über die gesamte Behandlung hinweg wird darüber hinaus über den Einsatz 18 Inertgas mit Druck in die Schmelze eingeleitet, wodurch eine Umwälzung und Homogenisierung der Schmelze erreicht wird.

Zur Erzeugung eines Abstichs eines gewünschten, hochwertigen Eisenmaterials wird also mit der eben beschriebenen Vorgehensweise die gewünschte Menge Legierungsmaterial unter Wärmezufuhr und gleichzeitiger Umwälzung der Schmelze in der Behandlungskammer 13 zugeführt.

Zum Entleeren des Kupolofens wird zuerst über die Abstichsöffnung 2 die Schlacke aus der Schlackenkammer 12 entnommen. Danach kann die Schmelze aus der Behandlungskammer über die Abstichsöffnung 3 abgelassen werden, wobei zur exakten Aufrechterhaltung der Zusammensetzung des Eisenprodukts und seiner Homogenität die Öffnung 15 zwischen der Schlackenkammer und der Behandlungskammer während der Entnahme geschlossen wird oder es werden oder sind durch geeignete Ausführung des Verfahrens die Schmelzen aus der Schlackenkammer und der Behandlungskammer vor der Entnahme bereits gründlich gemischt.

Mit dem geschilderten Verfahren ist die wirtschaftliche Erzeugung von hochwertigen Eisenmaterialen mit Kupolöfen, insbesondere auch mit gasbefeurten Kupolöfen, möglich. Beispielsweise können Gußeisen mit hohen Kohlenstoffgehalten und verschiedene Stahlsorten hergestellt werden.

Das Verfahren ermöglicht neben der Verbesserung der Eisenqualität in vielen Fällen, daß an den Kupolofenbetrieb sich anschließenden Verfahren zur Roheisenveredelung vollständig eingespart werden können.

Claims (12)

1. Verfahren zur Erzeugung von hochwertigem Eisen mit Hilfe eines Kupolofens in dem eine Schmelze unter Schlackebildung entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze bereits im Kupolofen mit gewünschten Materialien in gewünschter Menge legiert wird, wobei im Kupolofen Mittel vorgesehen werden, um zumindest von einem Teil der Schmelze die Schlacke abzutrennen, wobei dann dem schlackefreien Teil des Schmelzebades die Legierungsmaterialien zugemischt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schlackefreie Schmelzebad umgewälzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schlackefreie Schmelzebad durch Einleiten von Inertgas, vorzugsweise Stickstoff oder Argon, umgewälzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem schlackefreien Schmelzebad die Legierungsmaterialien pneumatisch zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem schlackefreien Schmelzebad zusätzlich Wärme zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem schlackefreien Schmelzebad die Wärme mittels eines von oben auf die Schmelze gerichteten Brenners zugeführt wird.

7. Kupolofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Schmelzesammelraum (11), dadurch gekennzeichnet, daß im Schmelzesammelraum eine Trenneinrichtung (14) angeordnet ist, die diesen im wesentlichen in zwei Kammern (12, 13) teilt, so daß Schmelze aber keine Schlacke von der einen Kammer, der Schlackenkammer (12), in die andere Kammer, der Behandlungskammer (13), gelangen kann, wobei in der Behandlungskammer (13) Mittel zur Zumischung von Legierungsmaterialien eingerichtet sind.

8. Kupolofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung aus einer in den Schmelzesammelraum eingepaßten massiven Trennwand mit Durchlaßöffnung(en) (15) unter der Schmelzeoberfläche besteht, wobei die Trennwand soweit über die Schmelzeoberfläche reicht, daß keine Schlacke von der einen Seite auf die andere gelangen kann.

9. Kupolofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Trenneinrichtung ein Gasvorhang vorgesehen ist, der mittels gasdurchlässiger Einsätze im Boden des Schmelzesammelraumes erzeugbar ist, die auf einer Linie über die gesamte Breite des Schmelze­ sammelraumes verteilt sind.

10. Kupolofen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er in der Behandlungskammer (13) zumindest einen gasdurchlässigen Einsatz (8) besitzt, der mit einer Inertgasquelle in Verbindung steht.

11. Kupolofen nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß über der Schmelze in der Behandlungskammer in der Behandlungskammerdecke ein Brenner (16) angebracht ist.

12. Kupolofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bandlungskammer eine pneumatische Eintragslanze (17) angeordnet ist, die mit einer Inertgasquelle und einer Einspeisevorrichtung für Legierungsmaterialien verbunden ist.