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Verfahren zur Behandlung von Eisenbädern in Stahlerzeugurigsöfen Der
Frischprozeß des Eisens in Stahlerzeugungsöfen erfolgt durch die Wirkung der oxydierenden
Flamme auf die Badoberfläche und durch die Vermittlung der Schlackendecke bekanntlich
sehr langsam, wenn das Bad in Ruhe ist. Auch die Wärmeübertragung verläuft in diesem
Falle sehr träge.
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Zur Beschleunigung dieser Vorgänge hat man daher eine mechanische
Badbewegung beispielsweise durch Rühren oder Schaukeln versucht und gleichzeitig
eine verstärkte Berührung mit Sauerstoff durch Einblasen von Luft oder Wasserdampf
oder Eintragen von Erz angewendet. Das Erz verursacht überhaupt nur bei der Entkohlung
eine Badbewegung. Da es satzweise und in ungleichmäßiger Stückung zugesetzt wird,
ist eine Ausnutzung der unregelmäßig entbundenen großen Iiohlenoxydmenge durch Nachverbrennung
nicht möglich; auch wird die Führung der Schmelze beim Frischen mit Erz unsicher.
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Beim Einführen von Luft kann man mit gemessenen und gleichmäßig verteilten
Mengen arbeiten und eine ständige Badbewegung durch den Stickstoff unterhalten;
die Führung der Schmelze ist also sicherer. Die Anwendung von Luft ist jedoch auf
Arbeitsvorrichtungen beschränkt, bei denen man die Luft durch Öffnungen irn Boden
oder in der Wand durch oder auf das Bad führen kann.
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Versuche mit Rohren zum Einblasen haben gezeigt, daß auch bei sehr
hohen Luftgeschwindigkeiten und kleinen lZohrdurchmessern der Wärmeübergang vom
Bad an das Rohr zu groß ist, um es gegen ein Verbrennen schützen zu können. Ein
wassergekühltes Blasrohr entzieht aber nutzlos große Wärmemengen.
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Der Verlauf metallurgischer Umsetzungen wird nun entscheidend beeinflußt
durch die physikalischen Bedingungen, unter welchen die Stoffe - fest, flüssig oder
gasförmig - mit dem Metallbad in Berührung gebracht werden, wobei die größte Wirtschaftlichkeit
-eines Verfahrens durch weitgehendste Berührung dieser Stoffe mit dem flüssigen
Eisen herbeigeführt wird. Bezüglich des Reaktionsverlaufs bei Bindung der Fremdkörper
ist bislang in der Praxis nur bekannt gewesen, den Sauerstoff in fester Form - z.
B. als Erzsauerstoff - oder in gasförmiger Form- z. B. als molekularen Luft- oder
Dampfsauerstoff - dem Bade zuzuführen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Wasserdampf
zur Frischluft zuzusetzen, und zwar wird nach diesem bekannten Verfahren in den
Gebläsewind
für einen Konverter Wasserdampf eingeführt, indem der
Wind vorher einen mit hocherhitzten Bimsstei_nstücken gefüllten Behälter durchstreicht,
in den heißes Wasser eingetröpfelt und verdampft wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun Wasser in flüssigem Zustande
in das Bad selbst eingespritzt. Dies bietet eine Reihe von Vorteilen. Zunächst verbindet
dieses Verfahren in völlig neuer Form die günstigen Merkmale der beiden bekannten
Verfahren durch Verwendung eines gänzlich neuen hochwertigen Sauerstoffträgers in
flüssiger Form, der hinsichtlich des Reaktionsverlaufs den Sauerstoff in konzentrierter,
leicht abspaltbarer Form wie beim Erz darbietet und es hierin sogar hinsichtlich
des Volumens und des Wärmeverbrauchs für die Zersetzung weit übertrifft. Auch bietet
der flüssige Zustand des Frischmittels, ähnlich der Gasform, eine unbegrenzte Angriffsfläche.
Es bedarf somit nicht eines zonenmäßigen Abbaues wie beim Erzzusatz, außerdem wird
die Reaktionsgeschwindigkeit ganz wesentlich erhöht. Ferner wird bei genügender
Mengeund Geschwindigkeit des Wassers das Einführungsrohr geschützt und durch die
stetige starke Gasentwicklung eine ständige Badbewegung hervorgerufen und endlich
eine Beheizung des Bades ganz oder teilweise ohne fremde Wärmezufuhr ermöglicht.
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Durch die Sauerstoffabspaltung wird beim Arbeiten mit Wasser für i
kg Sauerstoff weniger Wärme als beim Arbeiten. mit Erz verbraucht. Im übrigen kann
man aber diese Wärmemenge durch Verbrennung über dem Bade restlos wieder in fühlbare
Wärme verwandeln und besonders, wenn man durch die Abhitze die Verbrennungsluft
bis 12oo ° vorwärmt, mit dem im Mittel auf 145o ° vorgewärmten Wasserstoff ein großes
Wärmenutzgefälle über dem Bade erzeugen, also einen großen Teil der Wärme für den
Vorgang wieder gewinnen.
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Man erhält ferner die Möglichkeit der bewußten Führung der Schmelze
durch eine geregelte gleichmäßig verteilte Wasserzufuhr. Es ist weder im Konverter
möglich - außer in ganz unbedeutenden Grenzen, die eine Änderung der Luftmenge um
etwa 1/4 gestatten-; schneller oder langsamer zu frischen, noch im Martinofen die
Frischgeschwindigkeit zu erhöhen. Im Konverter würde beim langsameren Blasen das
Bad durch den Boden in den Windkasten fließen. Auch ist eine größere Steigerung
der Windmenge ohne Einfluß auf die Frischdauer, da bei der geringen Badhöhe in der
Birne nur eine begrenzte Luftmenge beim Durchdringen des Bades in Reaktion treten
kann.
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Beim Erzfrischen liegt wieder der bekannte Nachteil dieses Verfahrens
vor, daß nämlich trotz möglichst hoher Erzzugabe die Frischgeschwindigkeit nicht
über eine bestimmte Stärke von etwa 5 bis 7 kg/Min. C-Entfernung gesteigert werden
kann. Ein größerer Erzzusatz erhöht nur in uizerwünschtem Maße die Schlakkenmenge.
Insbesondere diesem Erzfrischverfahren gegenüber bietet das Arbeiten mit einem flüssigen
Mittel, das unmittelbar die Eisenbegleiter entfernt ohne prozentual größeren Anteil
der Reaktionen auf dem Umwege über die Schlacke, den großen Vorteil, daß die Frischung
in jedem Augenblick an- und abgestellt werden kann'und sich unbedenklich auf ein
Vielfaches der minutlichenFrischwirkung desErzes steigern läßt. Bei dem Frischen
mit Wasser kann also die Gasbildung in jeder beliebigen Stärke eingestellt werden,
so daß eine Verwertung der Gase ohne weiteres erfolgen kann, während beim Erzfrischen
nur anfangs eine heftige Reaktion und Gasentwicklung stattfindet, die aber nach
wenigen Sekunden nachläßt, worauf die weitere Frischung nur noch über die Schlacke
vor sich geht. Es ist also eine Verwertung der gebildeten gasförmigen brennbaren
Reaktionsprodukte nicht möglich.
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Auch kann die Wasserverteilung im Bade durch entsprechende Neigung
und Eintauchtiefe des Rohres so vorgenommen werden, daß wohl eine starke Badbewegung
infolge der Umwandlung von j e i m3 Wasser in 124o m3 Gas im Bade erfolgt, ohne
daß jedoch bei der geringen Menge eine nennenswerte Frischwirkung eintritt. Würde
Dampf eingeführt, so wäre kein merklicher Unterschied zwischen Dampf- und Luftzuführung
erkennbar. i kg Dampf entspricht 1,24 m3 Gas und würde im Bade auch nach der Zersetzung
nur 1,24 m3 HZ bis höchstens 2,48 m3 - also das Doppelte - bei CD-Bildung ergeben;
dagegen nimmt eine Einheit Wasser bei der Zersetzung das 124o- bis 248ofache Volumen
ein, ist also geeignet, aus sich heraus eine sehr große Verdrängungsarbeit zu leisten.
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Die Einführung des Wassers kann durch die Badoberfläche vom Gewölbe
oder den Seitenwänden her, aber auch durch den Boden von der Badsohle aus erfolgen.
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Man kann mit Bädern beliebiger Tiefe arbeiten, jede beliebige Stelle
eines Bades zum Kochen bringen, das Verfahren also auch beim Siemens-Martin-Ofen
dann anwenden, wenn die. Charge nicht loskochen will. Man kann aber auch beim Thomas-
oder Bessemerverfahren die Charge beliebig lange führen, indem man das Bad durch
-die Nachverbrennung der entwickelten Gase bei entsprechend eingestellter Verbrennungsluftmenge
beheizt.' Man erhält hierbei eine wesentlich höhere Arbeitstemperatur, als etwa
fei der Nachverbrennung des Kohlenoxydes bei einem Windfrischverfahren theoretisch
möglich wäre, weil die Verdünnung des Gases durch den Stickstoff der frischenden
Luft fortfällt.
Die Verbrennungsluft ist dabei so zu führen, daß
sie mit dem aus der ganzen Badoberfläche austretenden Gase wirksam in Berührung
kommt. ' Ein besonderer Vorteil ist die.bewußt nach Menge und Zeit geregelte Zufuhr,
so daß man den Verlauf des rrischens und der Nachverbrennung genau einregeln und
nach der Gasentwicklung den Verlauf der Schmelze genau beobachten kann.
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Ein fehlender Wärmebedarf kann durch Zusatz von Brennstoffen ausgeglichen
werden.