DE4433511C2

DE4433511C2 - Verfahren zur Erzeugung von Stahl

Info

Publication number: DE4433511C2
Application number: DE19944433511
Authority: DE
Inventors: Klaus Juergen Hanke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2014-09-21
Also published as: DE4433511A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Stahl aus Roheisen im Konverter und insbesondere ein Verfahren, bei dem zur Entphosphorung Kalk zugesetzt wird.

Es ist bekannt, beim Frischprozeß Kalk zur Entphosphorung einzusetzen, wobei das Abbinden des durch die Oxidation des Phosphors entstandenen Phosphorpentoxids gemäß der Reaktionsgleichung

P₂O₅ + 3CaO = 3CaO _* P₂O₅

erfolgt.

Es ist zudem, beispielsweise aus den Seiten 125 bis 130 des ersten European Oxygen Steelmaking Congress, 21. bis 23. 06. 1993, bekannt, daß bei niedrigem Siliziumgehalt im Roheisen geringe Kalkmengen zum Sicherstellen einer erforderlichen Schlackenbasizität ausreichen.

Aus der DE 36 09 153 A1 ist ein Verfahren zum Frischen von Phosphor-Roheisen bekannt, dessen Phosphor-Gehalt über 0,5% liegt, vorzugsweise zwischen 0,8 und 2%. Dieses Verfahren wird in zwei Stufen durchgeführt. Obwohl bei diesem Verfahren zu Be ginn der zweiten Blasphase der Phosphor-Gehalt nur noch ledig lich 0,077 bzw. 0,075 Gew.-% beträgt, werden 80% bzw. 100% der eingesetzten Kalkmenge erst nach der ersten Blasphase zuge setzt. Die DE 36 09 153 A1 lehrt, daß das Zusetzen des größeren Teils des Kalks zu Beginn der zweiten Blasphase die Abnutzung der feuerfesten Ausmauerung des Frischkonverters vermindert.

Aus der DE 32 16 772 C2 ist ebenfalls ein zweistufiges Ver fahren bekannt, bei dem nach der ersten Stufe ein Zwischenab schlacken stattfindet. Auch bei diesem Verfahren wird in der ersten Phase eine relativ geringe Kalkmenge von etwa 10% zu gesetzt und die restliche, größere Kalkmenge vor der zweiten Stufe. Eine Reduktion der Kalkmenge um ca. 15% ist gemäß die ser Druckschrift lediglich dadurch möglich, daß das Schlacken volumen durch das Zwischenabschlacken reduziert wird.

In "Ironmaking and Steelmaking", 1991, No. 1, Seiten 29 38, wird eine Vorentphosphorung von Roheisen beschrieben, die außerhalb des Stahlherstellungsaggregates stattfindet. Ein derartiges Verfahren dient der Vorbehandlung von Roheisen und stellt eine Alternative zu der zuvor erwähnten zweistufigen Arbeitsweise in einem Stahlherstellungsaggregat dar.

Aus der DE 30 40 630 C2 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Stahl im basischen Konverter unter Verwendung von flüssiger Konverterschlacke bekannt, bei dem nach einer ersten Schmelze eine an MgO und CaO bzw. Dikalziumsilikat gesättigte End schlacke anfällt.

Ungeachtet dieser bekannten Zusammenhänge wurden bislang Kalksätze in der Größenordnung von 40 kg/t Stahl bis hin zu 60 kg/t Stahl auch in den folgenden Fällen eingesetzt:

1. bei der Erzeugung von Stahlgüten, bei denen die Phos phorvorschrift für den zu erzeugenden Stahl < 0,015% bis hin zu < 0,035% und höher beträgt,
2. bei der Erzeugung von Stahlgüten, bei denen die Phos phorvorschrift für den zu erzeugenden Stahl so ist, daß eine Entphosphorung nicht notwendig oder sogar unerwünscht ist, da zur Einhaltung der Phosphoruntergrenze in dem zu erzeugenden Stahl Phosphoreisen legiert werden oder Phosphor in anderer Form der Schmelze zugesetzt werden muß,
3. bei der Erzeugung von Stahl im LD-Prozeß (Linz- Donauwitz-Prozeß, LDAC) mit Roheisen, bei dem der Siliziumgehalt 0,40% unterschreitet und somit wegen des Siliziumdioxidgehalts in der Schlacke die Schlackenbasizität hoch ist, und
4. bei der Erzeugung von Stahl im LD-Prozeß mit Roheisen, bei dem der Phosphorgehalt aufgrund einer Roheisen vorbehandlung oder aufgrund des Einsatzes von phosphorarmem Erz und Koks im Hochofen abgesenkt wurde, beispielsweise auf < 0,070%.

Aus der oben genannten Druckschrift ist es bekannt, bei einem Siliziumgehalt von 0,360% Kalk in der Menge 34,3 kg/t Stahl zuzusetzen und bei einem Siliziumgehalt von ca. 0,15% Kalk in der Menge von ca. 30 kg/t Stahl zuzusetzen.

Insbesondere aus wirtschaftlichen Erwägungen ist es wünschenswert, eine möglichst geringe Kalkmenge zuzusetzen. Eine Reduzierung der Kalksätze über das oben genannte Maß wurde bislang jedoch nicht vorgenommen, da mit der Absenkung des Kalksatzes eine gravierende Zunahme des Verschleißes der Konverterausmauerung beobachtet wurde.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von Stahl aus Roheisen im Konverter anzugeben, bei dem der Zusatz von Kalk reduziert werden kann, ohne daß die Konverterhaltbarkeit in nachteiliger Weise beeinflußt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird Kalk nur in dem Maß zugesetzt, wie es zur Entphosphorung aus metallurgischer Sicht notwendig ist. Die Fähigkeit der Schlacke, P₂O₅ abzubinden, hängt unter anderem von deren CaO-Gehalt ab. Es wird somit lediglich Kalk in dem Maß zugesetzt, das erforderlich ist, der Schlacke die Möglichkeit zu geben, P₂O₅ abzubinden. Insbesondere bei niedrigem Si-Gehalt des Roheisens kann daher der Kalksatz erheblich abgesenkt werden.

In solchen Fällen, in denen eine Entphosphorung nicht notwendig ist, da im Hinblick auf das eingesetzte Roheisen und die Phosphorvorschrift für die Stahlgüte des zu erzeugenden Stahls P₂O₅ nicht in der Schlacke abgebunden werden muß, wird daher gar kein Kalk zugesetzt. In gleicher Weise wird auf einen Zusatz von Kalk dann vollständig verzichtet, wenn zur Erreichung der Phosphoruntergrenze der Stahlgüte des zu erzeugenden Stahls und im Hinblick auf die analytische Zusammensetzung des Roheisens Phosphor in Form von Phosphoreisen oder in einer anderen geeigneten Art und Weise zugesetzt werden muß.

Der durch die erhebliche Reduzierung des Kalksatzes auf unter 30 kg/t Stahl bis hin zu 0 kg/t Stahl normalerweise extrem ansteigende Verschleiß der Konverterausmauerung wird durch einen zusätzlichen Einsatz von LD-Schlacke verhindert.

Die Aggressivität der (Prozeß-)Schlacke hinsichtlich der Konverterausmauerung wird durch eine Vielzahl physikalischer und chemischer Parameter bestimmt. Eine für die Aggressivität der Schlacke maßgebliche Eigenschaft ist deren Gehalt an FeO. Das pro Zeiteinheit entstehende FeO wird durch die pro Zeiteinheit geblasene Sauerstoffmenge beeinflußt und die Reduktion des FeO durch den im Eisen gelösten Kohlenstoff wird wesentlich durch die kinetische Bedingungen in der Schmelze, beispielsweise der Intensität der Konverterbodenspülung und die Teufe (Höhe der Blaslanze über dem Badspiegel) beeinflußt.

Anders ausgedrückt, die Turbulenz und somit die intensive Durchmischung von Metallbad und Schlacke hat wesentlichen Einfluß auf den momentanen FeO-Gehalt. Bei einer gegebenen eingeblasenen Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit und bei konstanten kinetischen Bedingungen in der Schlacke kann der Gehalt an FeO in der Schlacke und somit ihr Angriff auf die Konverterausmauerung nur durch die Zusammensetzung der Schlacke, d. h. durch Zugabe weiterer Schlackenkomponenten positiv beeinflußt werden.

Die Zugabe von LD-Schlacke stellt ein hierfür geeignetes Mittel dar. Die im Einzelfall zuzugebende Menge hängt von den jeweiligen Prozeßparametern ab und kann durch entsprechende Versuche ermittelt werden. Insbesondere ist eine Kosten- /Nutzenabwägung zwischen der mit steigendem Zusatz an LD-Schlacke grundsätzlich sich verbessernden Konverterhaltbarkeit und den mit dem Einsatz von LD-Schlacke verbundenen Aufwendungen, insbesondere der größeren Energiemenge pro erzeugter Tonne Stahl durchzuführen. Die Ermittlung der gewünschten Menge an LD-Schlacke stellt somit eine dem Fachmann geläufige Einstellung der Prozeßparameter dar.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Vorteile auf.

Durch die erhebliche Absenkung des Kalksatzes ergeben sich große wirtschaftliche Vorteile, da für die Stahlerzeugung erheblich weniger Kalk bereitgestellt werden muß. Der mit der Absenkung des Kalksatzes bisher einhergehende zunehmende Konverterverschleiß wird durch den Einsatz von LD-Schlacke verhindert.

Zudem ergibt sich eine Ausbringensverbesserung infolge der Nutzung des in der LD-Schlacke enthaltenen Eisenoxids. LD-Schlacke enthält im Mittel 20% Fe in Form von Eisenoxid, Maximalwerte können bis zu 30% betragen. Wird LD-Schlacke beim Frischprozeß zugegeben, so muß für das sich zwangsläufig einstellende Gleichgewicht weniger Eisen verbrannt werden, da ein Teil des durch das Gleichgewicht geforderten Eisenoxids aus der zugegebenen LD-Schlacke gedeckt wird. Bei Überdeckung wird Eisenoxid zu Eisen reduziert und wirkt somit ebenfalls in Richtung Ausbringenserhöhung. Das in der LD-Schlacke enthaltene metallische Eisen (ca. 1,5%) stellt ein zusätzliches Einbringen dar. Es kommt somit zu einer Substitution von teuren Eisenträgern wie Roheisen, Schrott oder Erz durch die quasi kostenlos zur Verfügung stehende LD-Schlacke.

Schließlich liegt ein bedeutender Vorteil der Erfindung darin, daß Schlacke somit als Kreislaufstoff beim Frischprozeß benutzt werden kann, wodurch das Aufkommen von Schlacke als Abfallstoff reduziert wird. Zudem werden die Eigenschaften der Schlacke in einer Art und Weise verändert, die ihre Weiterverwendung begünstigt. So ist beispielsweise die Verwertung von Schlacke mit hohem CaO-Gehalt (Freikalkgehalt) im Straßenbau nur eingeschränkt möglich, da es nach längerem Ablagern zum Aufquellen und Aufbrechen des Straßenbelags kommen kann. Auch beim Wasserbau führt die Verwendung von Schlacke mit hohem CaO-Gehalt zu einer unerwünschten und für die Natur schädlichen Basizität des Wassers. Die diesbezügliche vorteilhafte Wirkung der Erfindung besteht darin, daß mit steigendem Einsatz von LD-Schlacke die Basizität der nach Ende des Blasprozesses anfallenden Schlacke abnimmt. Der SiO₂-Anteil steigt, während der CaO-Anteil sinkt.

Versuchsbeispiele

1. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Erzeugung eines Stahls, dessen Phosphorgehalt < 0,035% sein soll, kann der Kalksatz auf unter 30 kg/t Stahl bis hin zu 10 kg/t Stahl abgesenkt werden.
2. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Stahls, dessen Phosphoranteil < 0,015% betragen sollte, kann der Kalksatz ebenfalls auf unter 30 kg/t Stahl bis hin zu 10 kg/t Stahl abgesenkt werden.
3. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Erzeugung eines Stahls, bei dem aufgrund der Phosphor vorschrift für den zu erzeugenden Stahl keine Entphosphorung notwendig ist oder zur Einhaltung der Phosphoruntergrenze des zu erzeugenden Stahls Phosphoreisen legiert werden muß, kann der Kalksatz auf 0 kg/t Stahl abgesenkt werden, d. h., es kann vollständig auf den Zusatz von Kalk verzichtet werden.
4. Bei Anwendung des Verfahrens zur Erzeugung von Stahl, wobei der Siliziumgehalt im Roheisen < 0,40% beträgt, kann der Kalksatz auf unter 30 kg/t Stahl bis hin zu 10 kg/t Stahl abgesenkt werden.
5. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Stahl, wobei der Phosphorgehalt im Roheisen < 0,070% beträgt, kann der Kalksatz auf unter 30 kg/t Stahl bis hin zu 0 kg/t Stahl abgesenkt werden.

Die genannten Versuchsbeispiele sind bei der Erzeugung des Stahls im LD-Prozeß reproduzierbar.

Der zur Erhöhung der Konverterhaltbarkeit bzw. zur Ver minderung des Konverterverschleißes zugesetzte Anteil an LD-Schlacke liegt bei den genannten Beispielen im Bereich von 4 bis 150 kg/t Stahl, bevorzugterweise im Bereich von 8 bis 65 kg/t Stahl. Die vorstehend und nachfolgend genannten Werte für den Zusatz an LD-Schlacke sind jedoch rein exemplarisch und hängen von zahlreichen Prozeßparametern sowie der angestrebten Konverterhaltbarkeit unter Berücksichtigung insbesondere der Wirtschaftlichkeit des Prozesses ab.

Hinsichtlich der Zusammenhänge zwischen dem maximalen Phosphorgehalt des zu erzeugenden Stahls (P_max), des Siliziumgehalts des Roheisens (Si_RE), des bisher üblichen Zusatzes an Kalk (Kalk_alt), des erfindungsgemäß reduzierten Zusatzes an Kalk (Kalk_neu) und der erfindungsgemäß zuge setzten Menge an LD-Schlacke wird im übrigen auf die nachfolgende Tabelle verwiesen, die in beispielhafter Form diese Zusammenhänge zeigt, wobei für diese Beispiele der Phosphoranalysenbereich des Roheisens etwa bei 0,045 bis 0,065% anzusiedeln ist.

Beispieltabelle

(Mengenangaben für 220 t Stahlabstichgewicht)

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Stahl aus Roheisen im Konverter im einstufigen LD-Prozeß, bei dem der Phosphorgehalt des eingesetzten Roheisens zwischen 0,045% und 0,065% liegt, der Siliziumgehalt der eingesetzten Roheisens 0,70% ist und bei dem eine einzuhaltenden Phosphorvorschrift der zu erzeugenden Stahlgüte von P_max 0,012% gilt und der Charge ein Kalksatz von 34,5 kg/t Stahl oder darunter sowie zur Erhöhung der Konverterhaltbarkeit LD-Schlacke im Bereich von 4 bis 150 kg/t Stahl zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Siliziumgehalt der eingesetzten Roheisens 0,50% ist und der Charge ein Kalksatz von 30,0 kg/t Stahl zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Siliziumgehalt der eingesetzten Roheisens 0,20% ist und der Charge ein Kalksatz von 20,5 kg/t Stahl zugesetzt wird.