DE4434369C2 - Verfahren und Vorrichtung zum metallurgischen Behandeln von Eisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum metallurgischen Behandeln von Eisen, insbesondere zur Erzeugung von Stahlschmelzen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine dazugehörige Stahlwerkseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

Der Markt stellt an die Inhaber von Elektrostahlwerken immer höhere Anforderungen an die Qualität, sowohl bezüglich des Levels wie auch der Kontinuität und des Preisniveaus der Stahlprodukte. Aufgrund schwankender Rohstoffpreise beabsichtigen immer mehr Produzenten neben Schrott auch größere Mengen Roheisen - flüssig oder in Massen - im Elektrostahlwerk einzusetzen.

Bislang war das Verblasen von Roheisen mit hohen Sauerstoffraten dem Konverter vorbehalten. So ist aus der DE-OS 28 03 960 eine Anlage zum Frischen von Roheisen mittels Sauerstoff oder sauerstoffangereicherten Gasen bekannt, bei dem zum Erfassen der während des Frischvorgangs entweichenden Abgase eine Hauptabzugshaube vorgesehen ist. Die Abgase werden über ein an die Hauptabzugshaube angeschlossenes Abzugsrohr, das zu einer Entstaubungsanlage führt, abgesaugt. Im Abzugsrohr ist eine Öffnung vorgesehen, durch die üblicherweise die Sauerstoffaufblaslanze führbar ist.

Die Hauptabzugshaube ist mit einer unabhängig vom metallischen Gefäß angeordneten Decke verbunden, mit der sie als Einheit zur Seite verfahrbar ausgestattet ist.

Elektrolichtbogenöfen werden üblicherweise mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom betrieben. So ist aus der DE 43 02 285 A1 eine Doppelofeneinrichtung mit Zweiofengefäßen und ein Verfahren zum Betreiben dieser Einrichtung bekannt, die durch Deckel verschließbar sind, welche über Rauchgaskrümmer mit einer Gasreinigungsanlage in Verbindung stehen. Wie in der Fig. 2 dieser Schrift erkennbar, sind einmal durch den Deckel drei Elektroden eines mit Drehstrom betriebenen Ofens und einmal durch den Deckel eine Elektrode und im Boden des Gefäßes die Gegenelektrode eines mit Gleichstrom betriebenen Ofens dargestellt. Beide Öfen werden in der Weise betrieben, daß der eine Ofen zum Einschmelzen der darin befindlichen Charge mit elektrischer Energie versorgt wird und der andere vollständig vom elektrischen Netz getrennt ist und nach dem Chargieren mit den warmen Rauchgasen des anderen Ofens belegt wird. Metallurgisch handelt es sich hier um einen einstufigen Prozeß.

Es sind auch bereits metallurgische Gefäße vorgeschlagen worden. So ist aus der DE 34 19 030 C1 ein metallurgisches Reaktionsgefäß, insbesondere ein Stahlwerkskonverter bekannt, das für jeden Verfahrensabschnitt eines Prozesses und für über und/oder unter dem Reaktionsgefäß angeordnete Betriebseinrichtungen entsprechenden Funktionsanteil um eine vertikale Drehachse dreheinstellbar erreichbar ist. Zu den Betriebseinrichtungen zählen z. B. Abgasrohr, Chargiereinrichtung, Meßlanze, Blaslanze und Bodenabstiegseinrichtung. Diese sind fest installiert, während das Reaktionsgefäß über die vertikale Drehachse in die entsprechende Position verdreht wird.

Das Reaktionsgefäß ist jeweils für ein Verfahren geeignet. So dient es der Erzeugung von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, sowie der Erzeugung von Gasen wie z. B. von CO-Gasen aus Kohle und einem Stoff, der durch seine Anwesenheit eine Reaktion unterstützt und sich dabei nur wenig oder überhaupt nicht verbraucht, wie z. B. von Roheisenschmelze.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine hierzu geeignete Einrichtung zu schaffen, mit denen energiesparend, umweltschonend und kostengünstig die metallurgische Behandlung von Eisen, insbesondere zur Erzeugung von Stahlschmelzen, durchführbar ist.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 8. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen dargelegt.

Erfindungsgemäß werden sämtliche metallurgischen Arbeiten in einem Gefäß durchgeführt, wobei dieses Gefäß einmal die Funktion eines Konverters und unmittelbar anschließend ohne Umfüllen des Schmelzproduktes die Funktion eines Lichtbogenofens übernimmt. In besonders vorteilhafter Weise läßt sich dieses Verfahren in zwei in ihren Arbeitstakten um 50% überschneidenden metallurgischen Gefäßen gestalten.

Nach dem schlackefreien Abstechen der Eisenschmelze aus dem Lichtbogenofen befindet sich im Boden des Gefäßes ein Sumpf, der beim üblichen Lichtbogenschmelzen zum erneuten Starten des Prozesses erforderlich war. Um heftige Reaktionen mit dem flüssigen Metall beim vorliegenden Verfahren zu unterbinden, wird AL/SI zum Desoxidieren des flüssigen Metallsumpfes eingebracht. Nachfolgend werden kohlenstoffarme Eiseneinsatzstoffe z. B. in Form von Schrott chargiert.

Anschließend wird Sauerstoff aufgeblasen, hierbei wird der Siliciumgehalt reduziert und die Charge wird insgesamt aufgeheizt. Während des Frischens wird gleichzeitig Roheisen als Kühlmaterial zugegeben, um die Stahltemperatur auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Gleichzeitig wird zur Einstellung der Basizität Kalk zugegeben. Während dieser ganzen Zeit ist keinerlei elektrische Arbeit erforderlich. Zwischenzeitig wird etwa 50% der mit SiO₂ angereicherten Schlacke abgeschlackt.

Während des Frischens werden die Abgase abgesaugt. Nach Beendigung des Aufblasens wird die P₂O₅-haltige Schlacke abgeschlackt.

An dieser Stelle wird ein Austausch von Betriebseinrichtungen vorgenommen, und zwar werden die Lanze und der Abgaskrümmer entfernt, statt dessen werden die Elektroden eingesetzt und die Rauchgasleitung geöffnet, um anschließend die Schmelzarbeit über den elektrischen Lichtbogenofen durchzuführen. Am Ende des Prozesses wird die Restschlacke abgeschlackt und die Flüssigschmelze über den Bodenabstich abgestochen unter Belassung eines Sumpfes.

Anstelle des Aufblasens von Sauerstoff über eine Sauerstofflanze wird vorgeschlagen, zum Entkohlen des Roheisens Sauerstoff-Erdgas- oder Sauerstoff-Ölbrenner einzusetzen und diese mit überlanger Flamme und überstöchiometrischer Fahrweise zu betreiben.

Beim Einsatz von flüssigem Metall weist dieses eine Temperatur von über 1300° auf. Es werden verschiedene Metallmixe vorgeschlagen. Als kostengünstig hat sich ein Verhältnis des flüssigen Roheisens zum flüssigen Eiseneinsatzstoff von etwa 50 : 50 erwiesen. Weiterhin wird vorgeschlagen, ein Verhältnis von Schrott:-Roheisen von um die 30 : 70 zu fahren. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, Schrott:Rohreisen:flüssiger Einsatzstoff im Bereich eines Verhältnisses von 10.60 : 30 bis 10-40 : 50 einzusetzen.

Nach jedem kompletten Verfahrensablauf wird der Bodenabstich gereinigt und wieder geschlossen, das entsprechende Material wird chargiert, der Deckel des Ofengefäßes geschlossen, die Lanze bzw. der Brenner und der Abgaskrümmer in Position gebracht und der Prozeß kann erneut gestartet werden.

Während des Blasprozesses findet beim Einsatz einer Zweiofenanlage ein Schmelzprozeß mittels Elektroden im anderen Ofengefäß statt. Diese Rauchgase werden über einen Rauchgaskrümmer in eine Mischkammer geleitet und mischen sich dort mit den Abgasen aus dem Blasprozeß. Da der Blasprozeß durch Nachverbrennen des CO sehr hohe Abgastemperaturen erlaubt, ist somit sichergestellt, daß evtl. kältere Abgase aus dem Elektroofenbetrieb sicher nachverbrannt werden. Hierdurch wird eine evtl. Geruchsbelästigung und ggf. noch andere Kohlenwasserstoffverbindungen wie etwa Furane und Dioxine sicher verhindert.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Stahlwerkseinrichtung mit einem metallurgischen Gefäß vorgeschlagen, bei dem Deckel zum Einsatz kommen, deren Deckelherzen entfernbar sind. Auf die Deckelherzöffnung wird die Mündung eines Abgaskrümmers gesetzt, durch diesen Krümmer und die Öffnung im Deckel wird mindestens eine Lanze oder mindestens ein Brenner in den Innenraum des Oberteils des metallurgischen Gefäßes gebracht.

Durch diese angepaßten Bauteile ist mit wenigen Handgriffen und denkbar konstruktiv einfachen Mitteln das metallurgische Gefäß vom Elektrolichtbogenofen auf einen Konverter umbaubar. Die durch den Abgaskrümmer geführte Lanze ist an eine Verfahreinrichtung angeschlossen, die den Lanzenkopf vorgebbar tief in das Gefäß eintauchen läßt. Die eingesetzte Lanze kann als reine Sauerstofflanze, als reiner Brenner, aber auch als Multifunktionslanze ausgestaltet sein. Der für den Elektrolichtbogenofen übliche Rauchgaskrümmer weist Absperrorgane auf, die während der Blasphase und des Absaugens über den Abgaskrümmer verschlossen werden.

Zum Chargieren von flüssigen Eiseneinsatzstoffen bzw. flüssigem Roheisen wird vorgeschlagen, am unteren Teil des Gefäßes eine Ausbuchtung zum einfachen Zuführen der Flüssigcharge vorzusehen.

Beim Einsatz einer Stahlwerkseinrichtung mit zwei metallurgischen Gefäßen ist insgesamt nur eine Lanze bzw. Brennereinrichtung und ein Abgaskrümmer sowie auch nur eine elektrische Zuführung über Tragarm und Elektrode bzw. Elektroden erforderlich. Durch kollisionsfreie Anordnung des Elektrodentragarmes und des Rauchgaskrümmers einschließlich der Lanzen bzw. Brennereinrichtung können durch einfaches und kurzzeitiges Schwenken die jeweiligen Funktionen der Gefäße geändert werden. Das nachteilige Öffnen der Deckel entfällt ebenso wie ein evtl. Umfüllen der in den Gefäßen befindlichen Schmelze.

Die Schwenkpunkte der Elektrodenschwenkeinrichtung und der Drehvorrichtung des Abgaskrümmers sind auch bei einer E-Ofenanlage mit nur einem Ofengefäß auf einer Trennlinie angeordnet, die exakt das erste Ofengefäß von dem zweiten (Erweiterungs)- Ofengefäß trennt.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen die

Fig. 1 eine Draufsicht,

Fig. 2 eine Seitenansicht des metallurgischen Gefäßes.

Die Fig. 1 zeigt die Draufsicht einer Einofenanlage mit der Möglichkeit, sie als Doppelofenanlage auszubauen. In der Draufsicht ist vom Ofengefaß außer der Ausbuchtung 18 (28) und der Abstichöffnung 19 (29) <hier die Schlacketür< der an die Deckelschwenkeinrichtung 14 (24) angehängte Deckel 13 (23) zu erkennen, und zwar in ausgeschwenkter und in Betriebsposition. Bei dem möglicherweise eingesetzten zweiten Ofen ist darüber hinaus noch deutlich das Deckelherz 25 erkennbar. An die Deckel 13 (23) sind Rauchgaskrümmer 51 (52) angeschlossen, die über ein Absperrventil 53 (54) mit einer Rauchgashauptleitung 55 in Verbindung stehen. n die Rauchgashauptleitung 55 sind darüber hinaus die Absaugungen 56 (57) der Ausbuchtungen 18 (28) angeschlossen.

Der Deckel 13 ist lösbar verbunden mit einem Abgaskrümmer 61, der über eine Drehvorrichtung 63 schwenkbar ist. Die Rauchgashauptleitung 55 und eine Abgashauptleitung 64 werden in einer Nachbrennkammer 71 zusammengeführt. Durch den Abgaskrümmer 61 ist eine Lanze 41 geführt, die von einem Lanzentragarm 42 gehalten wird.

Durch das Deckelherz 25 ist eine Elektrode 31 geführt, die über einen Elektrodentragarm 32 an eine Elektrodenschwenkeinrichtung 33 angeschlossen ist.

Die Fig. 2 zeigt schematisch die beiden Betriebszustände, und zwar einmal das metallurgische Gefäß in der Funktion eines Konverters und zum anderen als Lichtbogenofen. An einem Lanzentragarm 42 ist eine Lanze 41 befestigt, die koaxial zur Gefäßhauptachse durch einen Abgaskrümmer 61 und die Deckelherzöffnung 16 in den Innenraum des Gefäßoberteils 12 geführt ist. Das Oberteil 12 und das Unterteil 17 bilden zusammen das Ofengefäß 11, das durch einen Deckel 13 verschlossen ist.

Der Deckel 13 besitzt eine Deckelherzöffnung 16, gegen das die Mündung 62 des Abgaskrümmers 61 sich anlehnt. Der Abgaskrümmer 61 ist über eine Drehvorrichtung 63 verschwenkbar.

Das Untergefäß 17 weist eine Abstichöffnung 19, hier den Bodenabstich, für die Metallschmelze auf.

Der in der linken Bildhälfte dargestellte Ofen zeigt einen Elektrodenarm 32, an dem im vorliegenden Fall drei Elektroden 31 befestigt sind, die durch das Deckelherz 25, welches die Deckelherzöffnung 16 verschließt, geführt sind.

Claims (14)

1. Verfahren zum metallurgischen Behandeln von Eisen, insbesondere zur Erzeugung von Stahlschmelzen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Einbringen von Al/Si zur Desoxidation des metallischen Sumpfes am Gefäßboden,
• - Chargieren von kohlenstoffarmen Eiseneinsatzstoffen,
• - Einbringen von nichtelektrischer Wärmeenergie durch Zufuhr von Sauerstoff,
• - Durchführen der Frischens bei gleichzeitigem Chargieren von Roheisen und Zugabe von Kalk,
• - zwischenzeitiges Abschlacken von bis zu 50% der SiO₂-haltigen Schlacke,
• - während der Aufblasphase Absaugen der Abgase,
• - am Ende des Frischens Abschlacken der phosphorhaltigen Schlacke,
• - Einbringen von Wärmeenergie über einen elektrischen Lichtbogen,
• - Absaugen der Rauchgase,
• - Abschlacken der Restschlacke und abschließend
• - Abstechen der Flüssigschmelze unter Belassung eines Sumpfes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffarmer Eiseneinsatzstoff Schrott zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Frischen mittels Aufblasen von Sauerstoff durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Frischen durch Verbrennen eines Sauerstoff-Erdgas- oder Sauerstoff-Öl-Gemisches mit überlanger Flamme in überstöchiometrischer Fahrweise durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis flüssiges Roheisen:flüssigem Eiseneinsatzstoff auf etwa 50 : 50 eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Schrott-Roheisen auf Werte im Bereich von 20-80 bis 40 : 60 eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Schrott:Roheisen- flüssiger Eiseneinsatzstoff auf Werte zwischen 10 : 60:30 bis 10 : 40 : 50 eingestellt wird.

8. Stahlwerkseinrichtung mit mindestens einem metallurgischen Gefäß, welches durch einen verschwenkbaren Deckel verschließbar ist, der über einen Rauchgaskrümmer mit einer Gasreinigungsanlage in Verbindung steht und durch dessen Deckelherz mindestens eine Elektrode führbar ist, und mit einer Vorrichtung zum Befüllen des Gefäßes mit Chargiergut, sowie einer Schlackenabzugs- und einer im Boden angeordneten Schmelzenabstichsöffnung versehen ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 dadurch gekennzeichnet,
daß das Deckelherz (15 bzw. 25) von dem Deckel (13 bzw. 23) entfernbar ist, daß an die Deckelherzöffnung (16 bzw. 26) die Mündung (62) eines Abgaskrümmers (61) ansetzbar ist und
daß über den Abgaskrümmer (61) durch die Deckelherzöffnung (16 bzw. 26) mindestens eine Lanze (41) in den Innenraum des Oberteils (12 bzw. 22) des metallurgischen Gefäßes (11 bzw. 21) bringbar ist.

9. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (41) koaxial zur Gefäßhauptachse (1) führbar und in ihrer Eintauchtiefe in das Gefaß (11 bzw. 21) einstellbar ist.

10. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (41) an eine Sauerstoffversorgungsstation und zusätzlich an eine Versorgungsstation für Brennstoffen wie Erdgas oder Öl angeschlossen und als Brenner ausgestaltet ist.

11. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskrümmer (61) an eine Nachbrennkammer (71) angeschlossen ist, die mit der Rauchgashauptleitung (55) in Verbindung steht.

12. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Unterteil (17 bzw. 27) des metallurgischen Gefäßes (11 bzw. 21) eine Ausbuchtung (18 bzw. 28) zur Zuführung von Flüssigchargen vorgesehen ist.

13. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei durch Deckel (13, 23) verschließbare metallurgische Gefäße (11, 21) vorgesehen sind, die an nur eine elektrische Energieversorgung und an nur eine Sauerstoff, sowie Brennstoffstation angeschlossen sind.

14. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskrümmer (61) auf einer, beide Gefäße (11, 21) trennenden Linie (II) angeordnet, in einer Drehvorrichtung (63) in der Weise gelagert ist, daß die Mündung (62) des Abgaskrümmers (61) alternativ auf eine der Deckelherzöffnungen (15, 25) ansetzbar ist.