DE60201861T2

DE60201861T2 - Stahlherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60201861T2
Application number: DE60201861T
Authority: DE
Inventors: Hajime Toukai-shi Aichi-ken Amano; Akihiro Toukai-shi Aichi-ken Nagatanki; Atushi Toukai-shi Aichi-ken Hattori
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: US6740138B2; JP4097010B2; EP1262567A3; DE60201861D1; EP1262567A2; EP1262567B1; JP2003049216A; US20030024349A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Stahlschmelzenerzeugungsverfahren und insbesondere auf ein Verfahren, bei dem ein kohlenstoffreiches Schmelzbad in einem Sammelofen gespeichert und das gespeicherte Schmelzbad dazu verwendet wird, in einem Stahlschmelzofen eine Stahlschmelze zu erzeugen.
Diskussion des Stands der Technik
Es gibt zwei Stahlschmelzenerzeugungsverfahren, die breite praktische Verwendung finden. Das eine ist das sogenannte Hochofen-Konverter-Verfahren, bei dem Eisenerz und Koks in einen Hochofen gegeben werden, um bei hoher Temperatur geschmolzen und reduziert zu werden, und das auf diese Weise erzielte heiße Metall, dessen C-Gehalt hoch ist, zu einem Konverter weitergeleitet wird, in dem Sauerstoff in das heiße Metall geblasen wird, um das Metall zu entkohlen und eine Stahlschmelze zu erzeugen. Das andere ist ein Elektroofenverfahren, bei dem in einem Elektroofen Altmetall geschmolzen wird, um so eine Stahlschmelze zu erzeugen.
Bei dem letztgenannten Verfahren, dem Elektroofenverfahren, wird Altmetall, das beispielsweise aus Schrottautos erzielt wird, und ein schlackenbildendes Material wie Calciumoxid in einen Elektroofen, etwa einen Lichtbogenofen, gegeben und wird der Elektroofen mit elektrischer Energie versorgt, um das Altmetall zu schmelzen.
Anschließend wird üblicherweise Sauerstoff in die Stahlschmelze geblasen, um Phosphor und andere Verunreinigungen zu entfernen, und wird die Kohlenstoffkonzentration der Stahlschmelze eingestellt.
Dann wird die Stahlschmelze weiter erhitzt und der Elektroofen gekippt, um den Innen- bzw. Kernteil der Stahlschmelze abzugeben und die Schlacke auf der Stahlschmelze zu entfernen.
Bei dem erstgenannten Verfahren, dem Hochofen-Konverter-Verfahren, wird deswegen, weil für das Ausgangsmaterial (Eisenmaterial) Eisenerz verwendet wird, eine Menge Energie benötigt, um das Eisenerz bei der Erzeugung des heißen Metalls zu reduzieren. Außerdem ist eine große Anlage notwendig. Daher sind die Anlagekosten, die Wartungskosten und die Betriebskosten hoch.
Darüber hinaus erfolgt bei dem erstgenannten Verfahren der Betrieb des Hochofens kontinuierlich, wobei kontinuierlich heißes Metall aus dem Ofen abgegeben wird. Daher ist es dem Grunde nach nicht möglich, allein zu dem Zeitpunkt, wenn das heiße Metall benötigt wird, genau die benötigte Menge an heißem Metall bzw. Stahlschmelze zu erzeugen.
Da in dem letztgenannten Verfahren, dem Elektroofenverfahren, als Eisenmaterial gewöhnlich Altmetall verwendet wird, ist die zum Schmelzen des Altmetalls benötigte Energiemenge um die zum Reduzieren des Eisenerz benötigte Energiemenge geringer als die bei der Verwendung des Eisenerzes benötigte Energiemenge. Darüber hinaus ist die zur Durchführung dieses Verfahrens benötigte Anlage einfacher. Daher sind die Anlagekosten, die Wartungskosten und die Betriebskosten geringer. Da dieses letztgenannte Verfahren chargenweise erfolgt, lässt sich abhängig von den ökonomischen Umständen allein zu dem Zeitpunkt, wenn der Stahl benötigt wird, genau die benötigte Menge an Stahlschmelze erzeugen.
Schließlich kann das letztgenannte Verfahren auch zur Nachtzeit durchgeführt werden, wenn die Kosten für elektrische Energie gering sind.
Da die Kosten des mit Hilfe des Elektroofens erfolgenden Metallschmelzenerzeugungsverfahrens weitgehend von den Kosten für die elektrische Energie abhängen, lassen sich die Verfahrenskosten verringern, wenn der Elektroofen zur Nachtzeit betrieben wird.
Allerdings ist es in der Praxis schwierig, das mit Hilfe des Elektroofens erfolgende Verfahren nur zur Nachtzeit durchzuführen, und erfolgt zumindest auch ein Teil des Verfahrens zur Tagzeit, wenn die Kosten für die elektrische Energie hoch sind.
Darüber hinaus kann das mit Hilfe des Elektroofens erfolgende Stahlschmelzenerzeugungsverfahren nicht anders, als zur Erzeugung eines Endprodukts mit einer bestimmten Qualität Altmetall mit einer bestimmten Qualität zu verwenden. Das ist der Grund, warum die Kosten bei der Erzeugung von Stahlschmelze gemäß diesem Verfahren hoch sind.
Das heißt, dass es praktisch unmöglich ist, als Eisenmaterial geringwertigeres Altmetall zu verwenden, das viele Verunreinigungen enthält oder dessen Verunreinigungen stark schwanken, oder das geringwertigere Altmetall in großer Menge zusammen mit anderen Sorten Altmetall zu verwenden.
Schließlich ist es bei dem mit Hilfe des Elektroofens erfolgenden Stahlschmelzenerzeugungsverfahren wünschenswert, beseitigten Zunder zu verwenden, da sich der Altzunder nutzen lässt und die Kosten für die Erzeugung der Stahlschmelze gesenkt werden können. Allerdings kann der Zunder beim herkömmlichen Stahlschmelzenerzeugungsverfahren nicht als Eisenmaterial verwendet werden.
Zunder besteht im Wesentlichen aus Eisenoxiden wie Wustit, Magnetit, Hämatit usw., die beispielsweise auf den Oberflächen von Eisen oder Stahl auftreten, wenn das Eisen oder der Stahl heißgewalzt wird oder Gusseisen einer Ausgleichglühung unterzogen wird. Der Zunder wird gewöhnlich durch Säurereinigung, Abtrennen usw. von dem Eisen oder Stahl entfernt und dann beseitigt.
Der Fe-Gehalt des Zunders beträgt etwa 70 bis 80 Gew.-%. Daher könnten die Kosten für die Erzeugung von Stahlschmelze gesenkt werden, wenn sich der Zunder als Eisenmaterial zur Erzeugung einer Stahlschmelze einsetzen ließe. Allerdings besteht der Zunder im Wesentlichen aus den Eisenoxiden und kann der Elektroofen zwar den Zunder schmelzen, den Zunder aber nicht reduzieren bzw. den Fe-Bestandteil rückgewinnen. Daher kann der Zunder bei dem mit Hilfe des Elektroofens erfolgenden herkömmlichen Stahlschmelzenerzeugungsverfahren nicht eingesetzt werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Stahlschmelzenerzeugungsverfahren zur Verfügung zu stellen, das frei von den oben angegebenen Problemen ist.
Gemäß einem ersten Wesensmerkmal der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Stahlschmelze zur Verfügung gestellt, das folgende Schritte umfasst: Hineingeben eines Eisenmaterials und eines Kohlenstoffmaterials in einen ersten Elektroofen, um das Eisenmaterial und das Kohlenstoffmaterial zu schmelzen und um dadurch eine kohlenstoffreiche Eisenschmelze zu erzeugen, deren Kohlenstoffgehalt nicht weniger als 1% beträgt, Speichern einer Menge der kohlenstoffreichen Eisenschmelze, die einer Vielzahl von Füllungen des ersten Elektroofens entspricht, in einem Sammelofen, dessen Fassungsvermögen größer als das des ersten Elektroofens ist, und Verwenden eines Anteils der in dem Sammelofen gespeicherten kohlenstoffreichen Eisenschmelze, um in einem Stahlschmelzofen die Stahlschmelze zu erzeugen.
Bei der Erfindung wird ein Eisenmaterial und ein Kohlenstoffmaterial wie Grus oder Kohle in einen Elektroofen gegeben und wird in dem Elektroofen eine kohlenstoffreiche Eisenschmelze erzeugt, deren Kohlenstoffgehalt nicht weniger als 1% beträgt. Die erzeugte kohlenstoffreiche Eisenschmelze wird vorübergehend in einem Sammelofen gespeichert, wobei ein Anteil der in dem Sammelofen gespeicherten kohlenstoffreichen Eisenschmelz entnommen und dazu verwendet wird, in einem Stahlschmelzofen eine Stahlschmelze zu erzeugen.
Bei der Erfindung kann also die kohlenstoffreiche Eisenschmelze in dem Elektroofen zur Nachtzeit erzeugt werden, wenn die Kosten für die elektrische Energie gering sind, wobei die erzeugte Eisenschmelze dann in dem Sammelofen gespeichert werden kann. Die in dem Sammelofen gespeicherte kohlenstoffreiche Eisenschmelze kann dann zur Tagzeit, wenn die Kosten für die elektrische Energie hoch sind, dazu verwendet werden, die Stahlschmelze in dem Stahlschmelzofen zu erzeugen.
Gemäß einem zweiten Wesensmerkmal der Erfindung, das das erste Wesensmerkmal einschließt, umfasst der Schritt Verwenden der kohlenstoffreichen Eisenschmelze zum Erzeugen der Stahlschmelze das Hineingeben von kohlenstoffreicher Eisenschmelze und Altmetall in den Stahlschmelzofen, um die Stahlschmelze zu erzeugen.
Wenn gemäß diesem Wesensmerkmal die kohlenstoffreiche Eisenschmelze verwendet wird, um in dem Stahlschmelzofen die Stahlschmelze zu erzeugen, werden die kohlenstoffreiche Eisenschmelze und eine andere Sorte Eisenmaterial bzw. das Altmetall in den Stahlschmelzofen gegeben und als Mischung aufgeschmolzen. Da in diesem Fall die latente Wärme der kohlenstoffreichen Eisenschmelze bzw. die thermische Energie der Eisenschmelze und die beim Entkohlen der Eisenschmelze und bei der Erzeugung der CO- und CO₂-Gase entstehende Reaktionswärme wirksam genutzt werden, lässt sich die Stahlschmelze in dem Stahlschmelzofen mit weniger Energie erzeugen.
Da die kohlenstoffreiche Eisenschmelze zur Nachtzeit erzeugt werden kann, wenn die Kosten für die elektrische Energie gering sind, lassen sich die zur Erzeugung der Stahlschmelze benötigte Gesamtenergiekosten verringern, was zu einer Senkung der Kosten der zur Erzeugung der Stahlschmelze benötigten elektrischen Energie beiträgt.
Der oben angegebene Vorteil ist auf das beschriebene Stahlschmelzenerzeugungsverfahren zurückzuführen, das die besagten Schritte enthält, wonach die kohlenstoffreiche Eisenschmelze mit Hilfe des Elektroofens erzeugt wird, in dem Sammelofen gespeichert wird und dazu verwendet wird, in dem Stahlschmelzofen die Stahlschmelze zu erzeugen.
Der Grund dafür, warum der C-Gehalt der kohlenstoffreichen Eisenschmelze nicht weniger als 1% beträgt, ist der Folgende: Wenn der C-Gehalt weniger als 1% beträgt, dann ist es dem Grunde nach unmöglich, die kohlenstoffreiche Eisenschmelze vom Elektroofen zum Sammelofen zu überführen und die Eisenschmelze für eine bestimmte Zeitdauer im Sammelofen zu speichern.
Der Schmelzpunkt der kohlenstoffreichen Eisenschmelze ändert sich mit ihrem C-Gehalt, und zwar so, dass der Schmelzpunkt mit steigendem C-Gehalt sinkt und die Eisenschmelze dementsprechend schlechter erstarrt. Entsprechend nimmt die für die Speicherung in Frage kommende Zeit zu, während der die Eisenschmelze in dem Sammelofen gespeichert werden kann.
Dabei sollte die für die Speicherung in Frage kommende Zeit (die Speicherzeit einschließlich z. B. der jeweiligen Handhabungszeiten, die zur Überführung der kohlenstoffreichen Eisenschmelze vom Elektroofen zum Sammelofen und zur Überführung der Eisenschmelze vom Sammelofen zum Stahlschmelzofen (z. B. dem Elektroofen) benötigt wird) nicht weniger als 1 Stunde betragen, wobei die Untersuchungen der Erfinder ergeben haben, dass sich die kohlenstoffreiche Eisenschmelze bei einem C-Gehalt von nicht weniger als 1% für eine Dauer von nicht weniger als 1 Stunde speichern lässt.
Das ist der Grund dafür, warum die Erfindung verlangt, dass der C-Gehalt der kohlenstoffreichen Eisenschmelze nicht weniger als 1% beträgt.
Da die kohlenstoffreiche Eisenschmelze bei der Erfindung im Elektroofen geschmolzen und erzeugt wird, lässt sich die Temperatur der kohlenstoffreichen Eisenschmelze leicht steuern. Die kohlenstoffreiche Eisenschmelze kann demnach vorteilhafter Weise bei hoher Temperatur abgegeben werden.
Wenn ein heißes Metall wie eine kohlenstoffreiche Stahlschmelze zum Beispiel von einem Hochofen abgegeben wird, beträgt die Temperatur des heißen Metalls etwa 1300 bis 1350°C. Im Gegensatz dazu kann bei der Erfindung die kohlenstoffreiche Eisenschmelze von dem Elektroofen bei einer hohen Temperatur von z. B. 1500°C abgegeben werden.
Da die kohlenstoffreiche Eisenschmelze bei einer solchen hohen Temperatur abgegeben werden kann, lässt sich die für die Speicherung in Frage kommende Zeit verlängern, während der sich die Eisenschmelze speichern lässt.
Bei der Erfindung lässt sich daher der Zeitpunkt, wann und in welcher Menge eine Stahlschmelze erzeugt wird, indem die kohlenstoffreiche Eisenschmelze mit Hilfe des Elektroofens erzeugt wird, in dem Sammelofen gespeichert wird und dazu verwendet wird, in dem Stahlschmelzofen die Stahlschmelze zu erzeugen, leicht abhängig von den ökonomischen Umständen steuern.
Gemäß einem dritten Wesensmerkmal der Erfindung, das das erste oder zweite Wesensmerkmal einschließt, umfasst der Stahlschmelzofen einen Elektroofen.
Wenn die dem Sammelofen entnommene kohlenstoffreiche Eisenschmelze dazu verwendet wird, in dem Stahlschmelzofen die Stahlschmelze zu erzeugen, kann gemäß diesem Wesensmerkmal ein Elektroofen als Stahlschmelzofen verwendet werden.
Die kohlenstoffreiche Eisenschmelze kann wie gesagt in dem Elektroofen mit Altmetall gemischt und aufgeschmolzen werden, um so eine Stahlschmelze zu erzeugen. Die zur Erzeugung der Stahlschmelze benötigte Energie bzw. der elektrische Strom kann beim Elektroofen verringert werden.
Allerdings kann der Stahlschmelzofen bei der Erfindung auch einer anderen Ofenart als dem Elektroofen entsprechen. So kann zum Beispiel eine kohlenstoffreiche Eisenschmelze, deren C-Gehalt etwa 1,5% beträgt, als Keimbad (engl. seed bath) zu einem AOD-Ofen (Stahlschmelzofen) überführt werden, damit die Eisenschmelze in dem Ofen entkohlt und ausgeschmolzen wird, um einen Edelstahl zu erzeugen.
Da eine kohlenstoffreiche Eisenschmelze mit einem C-Gehalt von etwa 1,5% etwa 10 Stunden lang in dem Sammelofen gespeichert werden kann, kann die kohlenstoffreiche Eisenschmelze bei der Erfindung dazu verwendet werden, einen sich der Vorteile der Erfindung bedienenden Edelstahl zu erzeugen.
Die Erfindung ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass bei der Speicherung der dem Elektroofen entnommenen kohlenstoffreichen Eisenschmelze in dem Sammelofen eine Menge der kohlenstoffreichen Eisenschmelze gespeichert wird, die einer Vielzahl von Füllungen des Elektroofens entspricht, und ein Anteil der in dem Sammelofen gespeicherten kohlenstoffreichen Eisenschmelze dazu verwendet wird, in dem Stahlschmelzofen eine Stahlschmelze zu erzeugen.
Es ist möglich, in dem Sammelofen eine Menge der kohlenstoffreichen Eisenschmelze zu speichern, die genau einer Füllung des Elektroofens entspricht, und die gesamte in dem Sammelofen gespeicherte kohlenstoffreiche Eisenschmelze dazu verwenden, in dem Stahlschmelzofen eine Stahlschmelze zu erzeugen. In diesem Fall beeinflusst jedoch die Streuung bei den jeweiligen Zusammensetzungen der jeweiligen Füllungen der jeweils in dem Elektroofen erzeugten kohlenstoffreichen Eisenschmelze direkt die Qualität der in dem Stahlschmelzofen erzeugten Stahlschmelzen.
Im Gegensatz dazu wird bei der Erfindung in dem Sammelofen eine Menge der kohlenstoffreichen Eisenschmelze gespeichert, die einer Vielzahl von Füllungen des Elektroofens entspricht, weswegen sich die jeweiligen Zusammensetzungen der jeweiligen Füllungen kohlenstoffreicher Eisenschmelze in dem Sammelofen ausgleichen.
Wenn in dem Sammelofen eine Menge der kohlenstoffreichen Eisenschmelze gespeichert wird, die zum Beispiel 8 Füllungen des Elektroofens entspricht, gleichen sich die jeweiligen Zusammensetzungen der 8 Füllungen kohlenstoffreicher Eisenschmelze in dem Sammelofen aus und schwächt sich die Streuung bei diesen Zusammensetzungen ab.
Wenn daher ein Anteil der in dem Sammelofen gespeicherten kohlenstoffreichen Eisenschmelze abgegeben wird, entspricht die Zusammensetzung des abgegebenen Anteils der durchschnittlichen Zusammensetzung.
Bei der Erfindung ist es daher möglich, geringwertigeres Altmetall zu verwenden, das mit dem Problem verbunden ist, dass die jeweiligen Zusammensetzungen verschiedener Füllungen stark voneinander abweichen, und das dementsprechend nicht bei dem herkömmlichen Verfahren verwendet werden kann, oder das geringwertigere Altmetall zu einem größeren Anteil zusammen mit einer oder mehr anderen Sorten Eisenmaterial zu verwenden.
Gemäß einem vierten Wesensmerkmal der Erfindung, das eines der ersten bis dritten Wesensmerkmale einschließt, umfasst der Schritt Hineingeben des Eisenmaterials und des Kohlenstoffmaterials zum Erzeugen der kohlenstoffreichen Eisenschmelze das Hineingeben von Altmetall als dem Eisenmaterial.
Wenn mit Hilfe des Elektroofens eine kohlenstoffreiche Eisenschmelze erzeugt wird, kann gemäß diesem Wesensmerkmal Altmetall verwendet werden. Genauer gesagt kann geringwertigeres Eisenmetall verwendet werden, das mit dem Problem verbunden ist, dass die Verunreinigungen einer seiner Füllungen stark von denen anderer Füllungen abweichen, oder kann das geringwertigere Altmetall zu einem größeren Anteil zusammen mit einer oder mehr anderen Sorten Eisenmaterial verwendet werden. Auch dann, wenn im letzten Schritt in dem Stahlschmelzofen eine Stahlschmelze erzeugt wird, kann als Eisenmaterial das geringwertigere Altmetall verwendet werden oder zu einem größeren Anteil zusammen mit einem oder mehr anderen Sorten Eisenmaterial verwendet werden.
Gemäß diesem Wesensmerkmal können also die Kosten zur Erzeugung der Stahlschmelze gesenkt werden, während die Qualität der erzeugten Stahlschmelze auf einem hohen Niveau gehalten werden kann.
Gemäß einem fünften Wesensmerkmal der Erfindung, das das vierte Wesensmerkmal enthält, umfasst der Schritt Hineingeben des Eisenmaterials und des Kohlenstoffmaterials zur Erzeugung der kohlenstoffreichen Eisenschmelze das Hineingeben von Altmetall und Zunder als dem Eisenmaterial. Das heißt, dass als Material zur Erzeugung von Stahl beseitigter Zunder verwendet werden kann, was zu einer Senkung der Kosten für die zur Stahlerzeugung benötigten Materialien beiträgt.
Da bei dem mit Hilfe des Elektroofens erfolgenden, eine kohlenstoffreiche Eisenschmelze erzeugenden Verfahren das Kohlenstoffmaterial zusammen mit dem Eisenmaterial eingespeist wird, kann der als Eisenoxide vorliegende Zunder durch das Kohlenstoffmaterial reduziert werden, weswegen der Fe-Bestandteil wirksam rückgewonnen werden kann. Dies ist ein weiterer Vorteil der Erfindung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein besseres Verständnis der obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie ihrer technischen und industriellen Bedeutung ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Es zeigen:
1A einen ersten Schritt eines die Erfindung umsetzenden Stahlschmelzenerzeugungsverfahrens;
1B einen zweiten Schritt des Stahlschmelzenerzeugungsverfahrens;
1C einen dritten Schritt des Stahlschmelzenerzeugungsverfahrens;
2 einen vierten Schritt des Stahlschmelzenerzeugungsverfahrens;
3 als grafische Darstellung den Zusammenhang zwischen der Kohlenstoffkonzentration einer in dem in 1B gezeigten Sammelofen gespeicherten kohlenstoffreichen Stahlschmelze und der für die Speicherung in Frage kommenden Zeit;
4 als grafische Darstellung den jeweiligen Eisenrückgewinnungsindex eines erfindungsgemäßen Beispiels, bei dem als Eisenmaterial Zunder verwendet wurde, und eines Vergleichsbeispiels;
5A als grafische Darstellung die Verteilung von jeweiligen Cu-Konzentrationen einer Vielzahl von in einem Stahlschmelzenerzeugungsversuch ermittelten Stahlschmelzefüllungen; und
5B als grafische Darstellung die Verteilung jeweiliger Cu-Konzentrationen einer Vielzahl von Stahlschmelzefüllungen, die durch gemischtes Aufschmelzen von kohlenstoffreicher Stahlschmelze und Altmetall erzielt wurden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
1 zeigt einen Lichtbogenofen (d. h. einen Elektroofen) 10, in den Altmetall als Eisenmetall und ein Kohlenstoffmaterial (z. B. Grus oder Kohle) gegeben und dann im Lichtbogen geschmolzen werden, um eine kohlenstoffreiche Eisenschmelze bzw. ein Bad 12 zu erzielen, dessen C-Gehalt (C: Kohlenstoff) nicht weniger als 1% beträgt.
Von dem Gestell des Lichtbogenofens 10 aus wird ein Inertgas wie Stickstoffgas oder Argongas in das kohlenstoffreiche Schmelzbad 12 geblasen, damit sich selbiges bewegt.
Bei der Erzeugung des kohlenstoffreichen Schmelzbads 12 in dem Lichtbogenofen 10 kann als Altmetall geringwertiges Altmetall zusammen mit Zunder verwendet werden, deren Verunreinigungen sich nennenswert ändern können.
Darüber hinaus kann die Erzeugung des kohlenstoffreichen Schmelzbades 12 in dem Lichtbogenofen 10 zur Nachtzeit erfolgen, wenn die Kosten für elektrische Energie gering sind.
Das gesamte auf diese Weise in dem Lichtbogenofen 10 erzeugte kohlenstoffreiche Schmelzbad 12, das einer Füllung kohlenstoffreicher Eisenschmelze entspricht, wird aus dem Ofen 10 in eine Pfanne 14 entnommen, wobei die eine Füllung Eisenschmelze, wie in 1B gezeigt ist, von der Pfanne 14 zu einem Sammelofen 16 überführt wird, dessen Fassungsvermögen größer als das des Lichtbogenofens 10 ist, so dass in dem Sammelofen 16 eine Vielzahl von Eisenschmelzefüllungen gespeichert wird.
Der Sammelofen 16 kann einer Bauart mit einem Fassungsvermögen entsprechen, das 8 Füllungen Eisenschmelze entspricht, die jeweils in dem Lichtbogenofen 10 als das kohlenstoffreiche Schmelzbad 12 erzielt werden.
Die Temperatur dieser in dem Sammelofen 16 gespeicherten Eisenschmelzefüllungen lässt sich bei Bedarf z. B. mit Hilfe eines Brenners halten. Das Halten der Temperatur bedeutet dabei die Zugabe externer Energie zum Sammelofen 16, um die von dem Ofen 16 abgestrahlte Wärme auszugleichen.
Da als der Ofen, mit dem das kohlenstoffreiche Schmelzbad 12 erzeugt wird, der Lichtbogenofen 10 verwendet wird, lässt sich die Temperatur der dem Schmelzbad 12 entnommenen kohlenstoffreichen Eisenschmelze leicht steuern. Genauer gesagt kann die Temperatur der dem Lichtbogenofen 10 entnommenen Eisenschmelze auf z. B. hohe 1500°C gesteuert werden.
Da die Temperatur der dem Lichtbogenofen 10 entnommenen kohlenstoffhaltigen Eisenschmelze auf eine solche hohe Temperatur gesteuert werden kann, lässt sich die für die Speicherung in Frage kommende Zeit bzw. Zeitdauer erhöhen, während der die kohlenstoffreiche Eisenschmelze in dem Sammelofen 16 gespeichert werden kann.
Der Sammelofen 16 wird dazu verwendet, gleichzeitig eine Vielzahl von Eisenschmelzefüllungen zu speichern, die in dem Lichtbogenofen 10 als kohlenstoffreiches Schmelzbad 12 erzielt werden.
Aus dem Sammelofen 16 wird dann ein Anteil der in dem Ofen 16 gespeicherten kohlenstoffreichen Eisenschmelze in eine andere Pfanne 22 entnommen und wird dieser Anteil, wie in 1C gezeigt ist, zusammen mit Altmetall 20 zum gemischten Aufschmelzen in einen anderen Lichtbogenofen (Elektroofen) 18 gegeben.
Hierbei ist es vorzuziehen, die kohlenstoffreiche Eisenschmelze 12 aus der Pfanne 22 zu einem Zeitpunkt in den Lichtbogenofen 18 einzugießen, zu dem der Prozentanteil des Altmetalls 20, der in dem Lichtbogenofen 18 aufgeschmolzen worden ist, weniger als 30% beträgt.
Darüber hinaus ist es vorzuziehen, die kohlenstoffreiche Eisenschmelze 12 so in den Lichtbogenofen 18 zu gießen, dass die eingegossene Eisenschmelze, wie in 1C gezeigt ist, von dem Altmetall 20 umgeben ist.
Das Altmetall 20 wird entlang einer Seitenwand und/oder Bodenwand des Lichtbogenofens 18 in den Lichtbogenofen 18 hineingegeben. Wahlweise kann die kohlenstoffreiche Eisenschmelze 12 auch dann, wenn ein zentraler Teil des in den Lichtbogenofen 18 gegebenen Altmetalls 20 durch den Lichtbogen aufgeschmolzen worden ist, in den aufgeschmolzenen zentralen Teil des Altmetalls 20 gegossen werden.
Auf diese Weise kann die thermische Energie der kohlenstoffreichen Eisenschmelze 12 wirksam für das gemischte Aufschmelzen genutzt werden. Darüber hinaus kann eine Schädigung der feuerfesten Materialien des Lichtbogenofens 18 vermindert werden.
Der Lichtbogenofen 18 wird mit elektrischer Energie versorgt, um durch den Lichtbogen Wärme zu erzeugen und dadurch das gemischte Aufschmelzen durchzuführen.
Wie in 2 gezeigt ist, wird während des gemischten Aufschmelzens zu einem geeigneten Zeitpunkt eine Blas lanze 24 tief in die Stahlschmelze eingeführt und durch die Blaslanze 24 hindurch Sauerstoffgas in die Stahlschmelze geblasen, um die Entkohlung der Stahlschmelze zu unterstützen.
Das gemischte Aufschmelzen in dem Lichtbogenofen 18, d. h. der Stahlschmelzenerzeugungsvorgang, erfolgt gewöhnlich zur Tageszeit, wenn die Kosten für elektrische Energie hoch sind. Da bei dem beschriebenen Stahlschmelzenerzeugungsvorgang jedoch die kohlenstoffreiche Eisenschmelze 12 selbst eine Menge thermische Energie hat und da außerdem die Reaktionswärme wirksam genutzt werden kann, die entsteht, wenn durch die Entkohlung CO und CO₂ entstehen, kann die von außen hinzuzugebende Energiemenge minimiert werden.
Das gemischte Aufschmelzen bzw. der Stahlschmelzenerzeugungsvorgang kann daher mit minimierter Energiemenge durchgeführt werden.
3 zeigt den Zusammenhang zwischen dem C-Gehalt der kohlenstoffreichen Eisenschmelze und der für die Speicherung in Frage kommenden Zeit, der sich unter den folgenden Bedingungen ergibt, wenn die Füllungen kohlenstoffreicher Eisenschmelze 12, die einem Lichtbogenofen 10 mit etwa 80 t Fassungsvermögen entnommen werden, (ohne Wärmezugabe) in einem Sammelofen 16 mit etwa 700 t Fassungsvermögen gespeichert werden:
Bedingungen

Größe Sammelofen: 7 m Durchmesser × 8,8 m Länge
Dicke feuerfeste Materialien: 880 mm
Vom Ofen abgestrahlte Wärme: 15,1 Gcal/Tag
Temperatur der Stahlschmelze im Ofen: 1500°C
Fassungsvermögen Sammelofen: 700 t
Spezifische Wärme: 0,2 Mcal/t·°C

Der Schmelzpunkt der kohlenstoffreichen Eisenschmelze 12 ändert sich mit ihrem C-Gehalt, und zwar so, dass der Schmelz- bzw. Erstarrungspunkt mit steigendem C-Gehalt sinkt. Dieser Zusammenhang ergab sich aus den folgenden Ergebnissen:
C-Gehalt (Gew.-%) und für Speich. in Frage komm. Zeit
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass unter Berücksichtigung der Handhabungszeit, die vor allem dazu benötigt wird, die kohlenstoffreiche Eisenschmelze 12 in den Sammelofen 16 zu geben und dem Ofen 16 die Eisenschmelze 12 zu entnehmen, die Eisenschmelze 12 in dem Ofen 16 noch für eine nennenswerte Zeit gespeichert werden kann, wenn der C-Gehalt der Eisenschmelze 12 nicht weniger als 1% beträgt.
So zeigt 3, dass die Eisenschmelze 12 in dem Sammelofen 16 zum Beispiel etwa 10 Stunden lang gespeichert werden kann, wenn der C-Gehalt der kohlenstoffreichen Eisenschmelze 12 1,5% beträgt. Während dieser Zeitdauer kann daher die Eisenschmelze 12 zu einem geeigneten Zeitpunkt oder zu geeigneten Zeitpunkten dem Sammelofen 16 entnommen werden, um in einem Stahlschmelzofen zur Erzeugung einer Stahlschmelze verwendet zu werden.
Eine kohlenstoffreiche Stahlschmelze 12, deren C-Gehalt etwa 1,5% beträgt, kann als ein Keimstahl zur Erzeugung eines Edelstahls verwendet werden. Die kohlenstoffreiche Eisenschmelze 12, deren C-Gehalt etwa 1,5% beträgt, kann daher bei Bedarf dem Sammelofen 16 entnommen werden, um sie zur Erzeugung eines Edelstahls durch z. B. einen AOD-Ofen auszuschmelzen oder zu entkohlen.
Das heißt, dass bei der Erfindung als Stahlschmelzofen nicht nur ein Elektroofen, sondern auch andere Ofenarten wie der AOD-Ofen verwendet werden können.
Wenn die kohlenstoffreiche Eisenschmelze 12 in dem Lichtbogenofen 10 erzeugt wird, werden wie gesagt das Altmetall als Eisenmaterial und das Kohlenstoffmaterial in den Lichtbogenofen 10 gegeben und unter einer reduzierenden Bedingung aufgeschmolzen. Daher kann als Eisenmaterial nicht nur das Altmetall, sondern auch Zunder verwendet werden, der als Hauptbestandteil Eisenoxide enthält.
In diesem Fall kann Zunder, der normalerweise beseitigt wird, wirksam als stahlerzeugendes Material genutzt werden, was zur Senkung der Gesamtkosten für das Stahlmaterial beiträgt.
4 zeigt unter der Annahme, dass der Eisenrückgewinnungsindex einer Stahlschmelze (Vergleichsbeispiel), die mit Hilfe eines Lichtbogenofens in einem herkömm lichen Verfahren unter Verwendung von Altmetall als Eisenmaterial erzielt wurde, 1 beträgt, den Eisenrückgewinnungsindex einer Stahlschmelze bei der Erfindung, der unter Verwendung von Zunder als Eisenmaterial erzielt wurde.
Genauer gesagt wurde der in 4 gezeigte Fe-Rückgewinnungsindex des erfindungsgemäßen Beispiels unter den folgenden Bedingungen erzielt: Es wurde eine Füllung Eisenschmelze erzeugt, indem 70 t Altmetall, 30 t Zunder und 1.500 kg Kohlenstoffmaterial in den Lichtbogenofen 10 gegeben wurden und der Lichtbogenofen 10 so betrieben wurde, dass eine kohlenstoffreiche Eisenschmelze 12 erzeugt wurde, deren C-Gehalt zwischen 2 und 4 Gew.-% betrug.
Der Fe-Rückgewinnungsindex (d. h. 1) des Vergleichsbeispiels wurde unter den folgenden Bedingungen erzeugt: Es wurde eine Füllung Eisenschmelze erzielt, indem 90 t Altmetall in einen Lichtbogenofen gegeben wurden und der Lichtbogenofen auf herkömmliche Weise betrieben wurde.
4 zeigt, dass sich der Eisenrückgewinnungsindex bei der Erfindung auf das 1,5-fache erhöht, wenn als Eisenmaterial Zunder verwendet wird.
Der Sammelofen 16 speichert wie gesagt gleichzeitig eine Vielzahl von (z. B. 8) Füllungen kohlenstoffreicher Eisenschmelze 12, die jeweils dem Lichtbogenofen 10 entnommen wurden. Da diese Eisenschmelzefüllungen in dem Sammelofen 16 gespeichert werden, schwächen sich daher auch dann, wenn sich die in einer Füllung Eisenschmelze enthaltenen Verunreinigungen stark von denen anderer Eisenschmelzefüllungen unterscheiden, die Unterschiede zwischen den jeweiligen Verunreinigungen der jeweiligen Füllungen Eisenschmelze ab bzw. gleichen sich aus.
Im Folgenden wird dieses Merkmal ausführlicher anhand von tatsächlich erzeugten Stahlschmelzen erläutert.
Hierbei wurden die Altmetallmarke H2 Kozan als ein Beispiel geringwertigen Altmetalls und die Altmetallmarke Shindachi als ein Beispiel höherwertigen Altmetalls, die beide in Tabelle 1 aufgeführt sind, verwendet, um unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen 15 Füllungen kohlenstoffreiche Eisenschmelze 12 zu erzeugen, und wurde als jeweilige Verunreinigung der Cu-Gehalt gemessen, den die auf diese Weise erzeugten 15 Füllungen Eisenschmelze 12 jeweils enthielten.
Tabelle 3 zeigt jeweils die Messergebnisse zusammen mit den jeweiligen Altmetallanteilen.
Dabei bezeichnet der Altmetallanteil den Prozentanteil an H2 Kozan Altmetall in einem Altmetallgemisch, das außerdem das Shindachi Altmetall, Schnittaltmetall, in einer Fabrik erzeugtes Altmetall usw. enthielt.
TABELLE 1 Verunreinigungsgrad typischer Altmetallmarken
TABELLE 2 Bedingungen für Erzeugung der Eisenschmelze
TABELLE 3 Messungen bei erzeugten Füllungen Eisenschmelze
5A zeigt den Zusammenhang zwischen der Cu-Konzentration und der Anzahl an Füllungen (Häufigkeit) kohlenstoffreicher Eisenschmelze, wie er sich aus Tabelle 3 ergibt. Tabelle 3 und 5A zeigen, dass sich die Konzentration an Cu als Verunreinigung stark zwischen den jeweiligen Füllungen kohlenstoffreicher Eisenschmelze ändert, wenn H2 Kozan Altmetall als die geringwertige Altmetallmarke verwendet wird.
Wie sich aus Tabelle 3 ergibt, zielt der beschriebene Versuch darauf ab, mit Hilfe des Lichtbogenofens 10 Füllungen kohlenstoffreicher Eisenschmelze 12 zu erzeugen, deren C-Gehalt etwa 4% beträgt.
Wie sich aus 3 ergibt, kann eine kohlenstoffhaltige Eisenschmelze 12 mit einem C-Gehalt von 4% etwa 50 Stunden lang in dem Sammelofen 16 gespeichert werden.
Tabelle 4 zeigt die jeweilige gemessenen Cu-Konzentrationen der abgegebenen Bäder, die jeweils dem Sammelofen 16 entnommen wurden, der gleichzeitig 6 Füllungen (Fü) kohlenstoffreicher, jeweils in dem Lichtbogenofen 10 erzeugter Metallschmelze 12 speicherte.
Wie sich aus Tabelle 4 ergibt, wichen zwar die jeweils gemessenen Cu-Konzentrationen der jeweiligen Füllungen kohlenstoffreicher Eisenschmelze (hineingegebener Bäder) stark voneinander ab, doch sind die jeweils gemessenen Cu-Konzentrationen der jeweiligen Füllungen kohlenstoffhaltiger Eisenschmelze 12 (abgegebener Bäder), die dem Sammelofen 16 entnommen wurden, im Wesentlichen gleich.
Das heißt, dass zwar jeweils die Cu-Konzentrationen der jeweiligen Füllungen kohlenstoffreicher Eisenschmelze stark voneinander abweichen können, dass sich diese Unterschiede der Cu-Konzentrationen jedoch ausgleichen, wenn in dem Sammelofen 16 gleichzeitig eine Vielzahl von (z. B. 6) Füllungen kohlenstoffreicher Eisenschmelze gespeichert wird.
TABELLE 4 [%Cu] ein- und abgegebene Bäder zu und von Sammelofen
5B zeigt die Verteilung der jeweiligen Cu-Konzentrationen von Stahlschmelzen, die durch gemischtes Aufschmelzen der kohlenstoffreichen Eisenschmelze 12 und des Altmetalls 20 erzielt wurden.
In 5B ist die Streuung der Cu-Konzentrationen gering, da in dem Sammelofen 16 gleichzeitig eine Vielzahl von Füllungen kohlenstoffreicher Eisenschmelze 12 gespeichert wurde und sich die jeweiligen Cu-Konzentrationen dieser Eisenschmelzefüllungen ausglichen.
Wie aus 5B hervorgeht, kann bei dem beschriebenen Vorgang (dem Stahlschmelzenerzeugungsverfahren) die Streuung der jeweiligen Cu-Konzentrationen in den Endprodukten auch dann stark verringert werden, wenn als geringwertiges Altmetall das H2 Kozan Altmetall verwendet wird.
Mit anderen Worten kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Stahlschmelze hervorragender Qualität erzeugt werden, indem als geringwertiges Altmetall H2 Kozan verwendet wird, das sich bei herkömmlichen Verfahren nur schwer verwenden ließ oder das sich bei herkömmlichen Verfahren nur schwer in einer großen Menge verwenden ließ.
Die Erfindung wurde zwar ausführlich unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, doch versteht sich, dass die Erfindung keinesfalls auf die Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und mit verschiedenen, dem Fachmann ersichtlichen Änderungen ausgeführt werden kann, ohne vom Prinzip und Schutzumfang der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.
Verfahren zur Erzeugung einer Stahlschmelze, mit den Schritten Hineingeben eines Eisenmaterials und eines Kohlenstoffmaterials in einen Elektroofen (10), um das Eisenmaterial und das Kohlenstoffmaterial zu schmelzen und eine kohlenstoffreiche Eisenschmelze (12) zu erzeugen, deren Kohlenstoffgehalt nicht weniger als 1% beträgt, Speichern einer Menge der kohlenstoffreichen Eisenschmelze, die einer Vielzahl von Füllungen des Elektroofens entspricht, in einem Sammelofen, dessen Fassungsvermögen größer als das des Elektroofens ist, und Verwenden eines Anteils der in dem Sammelofen gespeicherten kohlenstoffreichen Eisenschmelze, um in einem Stahlschmelzofen (18) eine Stahlschmelze zu erzeugen.

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Stahlschmelze, mit den Schritten: Hineingeben eines Eisenmaterials und eines Kohlenstoffmaterials in einen ersten Elektroofen (10), um das Eisenmaterial und das Kohlenstoffmaterial zu schmelzen und eine kohlenstoffreiche Eisenschmelze (12) zu erzeugen, deren Kohlenstoffgehalt nicht weniger als 1% beträgt, Speichern einer Menge der kohlenstoffreichen Eisenschmelze, die einer Vielzahl an Füllungen des ersten Elektroofens entspricht, in einem Sammelofen (16), dessen Fassungsvermögen größer als das des ersten Elektroofens ist, und Verwenden eines Anteils der in dem Sammelofen gespeicherten kohlenstoffreichen Eisenschmelze, um in einem Stahlschmelzofen (18) die Stahlschmelze zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt Verwenden der kohlenstoffreichen Eisenschmelze zum Erzeugen der Stahlschmelze das Hineingeben von kohlenstoffreicher Eisenschmelze und Altmetall (20) in den Stahlschmelzofen umfasst, um die Stahlschmelze zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Stahlschmelzofen einen zweiten Elektroofen (18) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schritt des Hineingebens des Eisenmaterials und des Kohlenstoffmaterials zum Erzeugen der kohlenstoffreichen Eisenschmelze das Hineingeben von Altmetall als dem Eisenmaterial umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Hineingebens des Eisenmaterials und des Kohlenstoffmaterials zum Erzeugen der kohlenstoffreichen Eisenschmelze das Hineingeben von Altmetall und Zunder als dem Eisenmaterial umfasst.