DE4315342C1

DE4315342C1 - Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, mit einem Frischmittel

Info

Publication number: DE4315342C1
Application number: DE19934315342
Authority: DE
Inventors: Paul Grohmann
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1993-05-08
Filing date: 1993-05-08
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2013-05-09
Also published as: EP0624655A1; HU9401479D0; CZ106394A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, mit einem Frischmittel.

Es ist bekannt, zum Frischen von Stählen oxydierende Gase oder Gasegemische, insbesondere gasförmigen Sauer stoff zu verwenden. Üblicherweise wird der Frischprozeß in Konvertern durch Aufblasen oder Einblasen der Gase oder einer Kombination aus beiden durchgeführt. Eine Reihe von Verfahrensbezeichnungen leiten sich aus der Art des Sauerstoffeinbringens ab, wie z. B. das LD-, LDAC-Verfahren oder der OBM-Prozeß. Dabei wird der gas förmige Sauerstoff durch eine Lanze oder einem Boden spülstein dem Roheisen zur Reaktion zugeführt.

Beim Frischen von Stählen mit gasförmigem Sauerstoff ergibt sich eine Blaszeit von 15 bis 18 min, um die im Roheisenbad enthaltenen Elemente Kohlenstoff, Silicium, Phosphor und Mangan zu oxydieren und das Eisen zu re duzieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erhöhen der Frischgeschwindigkeit zu schaffen.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 be rücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe er findungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Erfindung wird flüssiger Sauerstoff zum Fri schen von Stählen eingesetzt, der als einphasige Flüs sigkeit am Siedepunkt oder unter dem Siedepunkt unter kühlt vorliegt, oder als Zweiphasengemisch aus Flüssig keit und Gas. Flüssiger Sauerstoff hat eine 855 mal höhere Dichte als gasförmiger Sauerstoff unter Normbe dingungen. Dadurch wird Sauerstoff in konzentrierter Form der Reaktionszone angeboten und somit die Reakti onsgeschwindigkeit gesteigert. Durch den im flüssigem Zustand eingebrachten Sauerstoff ergibt sich eine hö here Gesamtmenge durch deren Beeinflussung der Frisch prozeß bezüglich einer höheren Frischgeschwindigkeit vorteilhaft gesteuert wird, wobei sich durch die Erfin dung eine Verkürzung der Blaszeit um bis zu 75% ergibt. Dabei kann der Frischprozeß durch die Beeinflussung des Verhältnisses des gasförmigen zum flüssigen Sauerstoff und/oder durch die Beeinflussung des Sauerstoffdruckes und der Geometrie der Blasdüse ebenfalls bezüglich einer höheren Frischgeschwindigkeit gesteuert werden. Durch Variation des Flüssigsauerstoffdruckes und der Düsen geometrie kann die Auftreffenergie beeinflußt werden. Sie kann gegebenenfalls soweit gesteigert werden, daß der Strahl in das Schmelzbad eindringt. Hinzu kommt, daß das Ausbringen an Legierungselementen sowie das Blasverhalten verbessert und der Staubauswurf vermin dert wird, da einerseits die Löslichkeit und anderer seits die Durchmischung des Roheisen durch den impuls reichen Flüssig-Sauerstoffeintrag verbessert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrie ben.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vor richtung, mit einer 3-Loch-Flüssig- Sauerstoffblaslanze und Wärmetauscher;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer 3-Loch-Blasdüse mit Flüssigsauer stoffkernstrahl;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Vor richtung mit einem Brausekopf und Gas phasenabscheider.

In Fig. 1 ist eine Blasdüse 1 schematisch dargestellt, aus welcher ein Strahl 2 flüssigen Sauerstoffs mit hoher Geschwindigkeit von bis zu 90 m/s austritt und auf das flüssige Stahlbad des Konverters 3 auftrifft. Die Zufuhr des flüssigen Sauerstoffs erfolgt durch eine isolierte Leitung 4 aus einem isolierten Speicherbehälter 5 für flüssigen Sauerstoff.

Dieser Speicherbehälter 5 besitzt die üblichen, nicht näher bezeichneten Rohrleitungen und Ventile zur Ent nahme von flüssigem und gasförmigen Sauerstoff. Der für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte flüssige Sauerstoff wird durch die Leitung 6 aus dem isolierten Speicherbehälter 5 entnommen und - falls der Druck des Speicherbehälters 5 allein nicht ausreicht - nach dem Absperrventil 7 über die Flüssigsauerstoffpumpe 8 auf einen Druck von bis zu 50 bar erhöht. Die Leitung 4 kann zusätzlich mit einer Ummantelung aus einem kryo genen Medium versehen sein, um ein vorzeitiges Verdam pfen des Sauerstoffes zu vermeiden. Die Unterkühlung des Sauerstoffes erfolgt mit flüssigem Stickstoff oder mit flüssigem Sauerstoff. Flüssiger Stickstoff hat bei Umgebungsdruck einen um 13°C niedrigeren Siedepunkt als Sauerstoff und ist daher als Kühlmedium gut geeignet.

Das für die Kühlung und Unterkühlung geeignete kryogene Medium flüssiger Sauerstoff hat eine Gleichgewichtstem peratur die vom Umgebungsdruck abhängig ist. Beim Um gebungsdruck von 1 bar beträgt sie -183°C und sinkt bei Druckabsenkung ab. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird daher der Drucksauerstoff durch Wärmeaustausch mit Sauerstoff unter niedrigem Druck im erforderlichen Maß gekühlt. Von der isolierten Leitung 4 wird hinter dem Absperrventil 7 durch die Leitung 20 der zum Kühlen be stimmte flüssige Sauerstoff abgezweigt und über das Füllstandserfassungssystem 22 in den Wärmetauscher 21 geleitet.

Im Innern des Wärmeaustauschers 21 wird mittels der Pumpe 24 ein Unterdruck bis zu 0,1 bar absolut erzeugt. Hierdurch wird die Siedetemperatur des flüssigen Sauer stoffes im Wärmeaustauscher 21 um bis zu 17°C gesenkt, so daß er als Kühlmedium für den Frischsauerstoff dienen kann. Durch die Wahl des Unterdruckes kann die Tempera turdifferenz des Kühlsauerstoffes zum Frischsauerstoff und somit die Größe des Wärmeaustauschers bestimmt wer den.

Der zum Frischen bestimmte unter 3 bis 6 bar Tankdruck (entspricht einer Gleichgewichtstemperatur von -167 bis -159°C) stehende Sauerstoff wird in Kupferwendeln 25 durch den Wärmeaustauscher 21 geführt und dabei von dem ihn umgebenden Kühlsauerstoff je nach vorliegendem Druckverhältnis um 16 bis 41°C unter seine Siedetem peratur gekühlt. Diese Unterkühlung ist wie oben be schrieben mit - oder auch ohne Verwendung eines Unter druckes durchführbar. Danach gelangt der Frischsauer stoff durch die isolierte Leitung 4 in die Blasdüse 1, die von einer Isolation und einem Wasserkühlmantel 16 (Fig. 2) umgeben ist, um sie gegen die hohe Wärmestrah lung durch die Metallschmelze zu schützen. Der Frisch sauerstoff verläßt die Blasdüse 1, indem er entspannt wird.

Der bei der Eigenmediumkühlung anfallende gasförmige Sauerstoff kann für das Frischen auf herkömmliche Art oder in Kombination mit dem flüssigen Sauerstofffrischen verwendet werden. In Fig. 2 ist hierzu eine als 3-Loch- Flüssig-Sauerstoffblaslanze ausgebildete Blasdüse 1 dar gestellt. Die Blasdüse 1 weist einen zentrischen Zu strömkanal 10 für flüssigen Sauerstoff auf, der mit ei ner Ausströmdüse 11 verbunden ist. In der Ausströmdüse 11 ist ein den flüssigen Sauerstoff einschnürender Aus strömkanal vorgesehen, in dem der flüssige Sauerstoff vor seinem Austritt zu einem Strahl geformt wird. Kon zentrisch zum Zuströmkanal 10 ist eine Zuführung für gasförmigen Sauerstoff vorgesehen, der vorzugsweise aus drei, den Ausströmkanal 12 umgebenden Ausströmöffnungen 14 austritt. Die Ausströmöffnungen 14 sind in einem Düsenblock 15 angeordnet, der mit einem Kühlkanäle 16 aufweisenden Mantelrohr 17 verbunden ist. Das Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, strömt in Form einer Kreislaufküh lung entsprechend den Pfeilen 18, 19.

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante kann die Blas düse 1 (Fig. 1) als reine Flüssig-Sauerstoffblaslanze ausgeführt sein.

Dargestellt ist in Fig. 3 eine Vorrichtung zum Frischen mit flüssigem Sauerstoff, mit der der flüssige Sauer stoff dem Speicherbehälter 5 entnommen wird. Flüssiger Sauerstoff gelangt durch die Entnahmeleitung 6, das Füllstandserfassungssystem 31 und die isolierte Leitung 4 in den Gasphasenabscheider 30. Das Füllstandserfas sungssystem 31 hält den zum Frischen dienenden flüssigen Sauerstoff im Gasphasenabscheider 30 automatisch auf dem gewünschten Niveau, wozu mittels des Fühlers 32 der Füll stand erfaßt wird.

Im dem Gasphasenabscheider 30 wird der gasförmige Sauer stoff von dem flüssigen Sauerstoff getrennt. Der flüs sige Sauerstoff wird über Leitung 4 einer Blasdüse zu geführt, die als vielstrahliger Brausekopf ausgebildet ist. Durch den Brausekopf wird der flüssige Sauerstoff in nahezu drucklosen Zustand mit vielen Strahlen 2 auf der Oberfläche der Metallschmelze verteilt und damit eine große Reaktionsfläche gefahrlos erzeugt.

Der durch äußeren Wärmeanfall entstehende gasförmige Sauerstoffanteil wird durch den Gasphasenabscheider 30 vor der Pumpe bzw. Blasdüse 1 separiert und über eine mit der Öffnung 33 verbundene Leitung 34 in den Spei cherbehälter 5 bzw. in eine O₂-Ringleitung zurückge führt.

Leitung 4 kann wie im Zusammenhang mit der Fig. 1 be schrieben, zusätzlich mit einer Ummantelung aus einem kryogenen Medium versehen sein, um ein vorzeitiges Ver dampfen zu vermeiden.

Dem Sauerstoff können bei Bedarf auch andere Medien wie z. B. Argon oder Feststoffe beigefügt werden.

Claims

1. Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, insbe sondere Stahlschmelzen, mit einem Frischmittel, dadurch gekennzeichnet, daß als Frischmittel flüssiger Sauerstoff oder ein Zweiphasengemisch aus flüssigem und gasförmigen Sauerstoff verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sauerstoff mit einer Blasdüse (1) in oder auf die Schmelze (3) geblasen wird, wobei der Sauer stoff über die zur Blasdüse (1) führende Zuleitung (4) und/oder über die Blasdüse (1) so gekühlt wird,
daß der Sauerstoff eine Temperatur aufweist, die an oder unter der Siedetemperatur des Sauerstoffes bei Umgebungstemperatur liegt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Sauerstoff durch flüssigen Stick stoff oder durch flüssigen Sauerstoff im Siedezu stand gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Sauerstoff in einem Wärmeaustauscher mit flüssigem Sauerstoff gekühlt wird, dessen Druck niedriger ist als der Druck des zum Frischen verwen deten flüssigen Sauerstoffes.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Kühlung dienende flüssige Sauerstoff unter einem Druck unterhalb des Umgebungsdruckes steht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Sauerstoff mit einer Flüssigsauer stoffpumpe (8) auf einen Druck von 6 bis 50 bar ge bracht wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Versorgungs einrichtung für Sauerstoff und einer mit der Ver sorgungseinrichtung verbundenen Blasdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung ein isolierter Spei cherbehälter (5) für flüssigen Sauerstoff ist und die Blasdüse (1) als Flüssigsauerstoffblasdüse oder als kombinierte Flüssig-Gassauerstoffblasdüse (10) ausgebildet ist, welche über mindestens eine iso lierte Zuleitung (4) und eine Flüssigsauerstoff pumpe (8) mit dem Speicherbehälter (5) für flüssigen Sauerstoff in Verbindung steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierte Zuleitung (4) mit einer Ummante lung aus flüssigem Stickstoff oder flüssigem Sauer stoff versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse (1) mit mindestens einem Kühlkanal (16) versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Pumpe (8) und der Blasdüse (1) in der Leitung (4) ein Wärmeaustauscher angeordnet ist, der mit einer Unterdruckpumpe (24) verbunden ist.