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Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Roheisen
Es ist üblich, einen Hochofen von Zeit zu Zeit, und zwar etwa sechsmal in z4 Stunden,
abzustechen und das bei jedem Abstich ausfließende Roheisen pfannenweise einem Mischer
und von diesem gleichfalls mit Pfannen einem Konverter aufzugeben.
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Eine solche Arbeitsweise erfordert viele Transportmittel, zahlreiches
Bedienungspersonal, umfangreiche Zusatzanlagen sowie große Gebäude. Daraus ergibt
sich das Bestreben, das erschmolzene Eisen nicht chargenweise, sondern in ununterbrochenem
Fluß dem Schmelzofen zu entnehmen und fortlaufend durch mehrere aufeinanderfolgende
Behandlungszonen zu leiten. Stand der Technik ist ein Verfahren dieser Art, bei
dem die Metallschmelze in ständigem Strom einem ortsfesten Bessemerofen zugeführt
wird und in diesem .eine mit saurem Futter und eine mit basischem Futter ausgekleidete
Kammer nacheinander durchläuft. Die Kammern stehen miteinander ständig in Verbindung.
In der ersten Kammer sollen Silizium und Kohlenstoff unter Einblasen von Luft verbrennen.
Die zweite Kammer ist zum Entphosphoren mit Hilfe von Zuschlägen vorgesehen. Die
behandelte Schmelze fließt aus dem Ofen ununterbrochen wieder aus.
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Die Erfindung 'geht davon aus, daß mit einem solchen Ofen dem Gedanken
einer Stahlerzeugung
in ununterbrochenem Arbeitsgang zum praktischen
Erfolg nicht verholfen, werden kann, weil eine störende gegenseitige Beeinflussung
der Kammerinhalte auf den Reaktionsverlauf unvermeidlich ist und dieser sich zeitlich,
wenn überhaupt, nur unzulänglich beherrschen läßt.
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Die Erfindung lehrt, für eine Stufenbehandlung beim Durchlaufen mehrerer
aufeinanderfolgender 7,onen oder Abschnitte unterschiedlicher Reaktionen einen liegenden
Umlauftrommelkonverter zu verwenden und in diesem die Schmelze einer Zone von jener
der benachbarten Zone oder Zonen während der Reaktionsdauer getrennt zu halten.
Eine solche Trennung schließt die Möglichkeit einer gegenseitigen Störung aus und
schafft die Voraussetzung für eine Beherrschung der sich in den einzelnen Zonen
vollziehenden Reaktionen. Dabei bietet ein Umlauftrommelkonverter den Vorzug, daß
man mit der Umlaufbewegung den Reaktionsablauf auch zeitlich weitgehend in der Hand
hat. Zudem kann durch Ändern der Umlaufgeschwindigkeit die Behandlungsdauer den
jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden.
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Zum Stand der Technik ist noch ein Trommelofen zum kontinuierlichen
Vor- und Fertigfrischen von Roheisen zu erwähnen, dem Roheisen und Zuschläge ununterbrochen
aufgegeben werden. Dieser Ofen ist in drei Räume unterteilt, von denen der mittlere
mit Winddüsen versehen ist und die beiden seitlich anschließenden Räume zum Trennen
von Metall und Schlacke dienen. Der Ofeninhalt bildet ein zusammenhängendes Schmelzbad,
das sich in allen Räumen ausbreitet, also in voneinander getrennte Einzelbäder nicht
aufgeteilt ist. Der Ofen bleibt während der Behandlung seines Inhaltes in Ruhe und
wird nur zum Beschicken und Entleeren um etwa 9o° gedreht.
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Einzelheiten des Verfahrens gemäß der Erfindung werden an Hand der
Zeichnung erläutert, die eine nach diesem Verfahren arbeitende Anlage und den. Trommelkonverter
selbst veranschaulicht. Es zeigt Abb. i im Längsschnitt einen Kaskaden-Trommelkonverter
mit gemischt zylindrisch-konischer Außenfläche -und waagerechter Drehachse einschließlich
der zugehörigen Betriebseinrichtungen, Abb. 2 a bis 2 e Teildarstellungen eines
Trommelkonverters im Sinne von Abb.i in verschiedenen Ausführungen, Abb. 3 ra, und
3 b Querschnitte durch einen konischen bzw. zylindrischen Trommelkonverter, Abb.
4a bis 4f Teildarstellungen eines Trommelkonverters mit verschiedenen Auslaßformen,
Abb. 5 im Längsschnitt einen zweistufigenTrommelkonverter mit zylindrischer Außenfläche
und geneigter Drehachse, Abb. 6 im Längsschnitt einen Trommelkonverter, dessen zylindrischer
Hohlraum eine schraubenförmig gewundene Innenrippe in mehrere Abschnitte unterteilt,
Abb.7 einen Aufriß einer Gesamtanlage zur Stahlherstellung mit einem Hochofen und
zwei Trommelkonvertern, Abb. Seinen Schnitt gemäß VIII-VIII der Abb. 7. Ein Hochofen:
H (Abb. 7) arbeitet mit dauernd geöffnetem Abstich, also mit kontinuierlichem Roheisenausfluß.
Das Roheisen gelangt zum Entschlacken zuerst in eine stationäre Pfanne P, aus der
die Schlacke oben abfließt und in einem Schlakkenwagen W aufgefangen wird, wogegen
das entschlackteRoheisen über den Siphonausguß und eine Rinne R dem Trommelkonverter
T zugeführt wird. Ein zweiter TrommelkonverterT' kann als Reserve vorgesehen sein,
so daß eine Neuzustellung ohne Betriebsunterbrechung möglich ist.
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Der Trommelkonverter hat mehrere Arbeitskammern, in denen der Stahl
nacheinander fertiggeblasen wird. Nach Beendigung des Prozesses wird zuerst die
Schlacke und dann der Stahl abgelassen. Die Schlacke fließt in eine Schlackenpfanne
und der Stahl in die Pfanne eines Roheisenwagens.
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Da ein Dreikammerkonverter, dessen erste Kammer zum Entsilizieren,
zweite, Kammer zum Entkohlen und dritte Kammer zum Entphosphoren dient, bei einer
Blasezeit von insgesamt 15 Minuten alle 5 Minuten eine Umdrehung macht und bei jeder
Umdrehung die letzte Kammer entleert wird, ist die abfließende Stahlmenge relativ
gering. Sie beträgt z. B. bei Verarbeitung des Roheisens eines 6oo-t-Ofens alle
5 Minuten etwa z t Stahl aus flüssigem Roheisen zuzüglich etwa o,5 t Stahl aus der
Schrottzugabe, so daß eine 3o-t-Stahlpfanne in i Stunde gefüllt wird. Um ein Abkühlen
des Stahles zu vermeiden, sind an der Füllstelle des Stahlpfa=.enwagens stationäre
lieb- und senkbare Deckel mit eingebautem Brenner vorgesehen, welche die Pfannen
beim Anheizen und Füllen abdecken. Diese Deckel haben eine Öffnung für den in die
Pfanne fließenden Stahl. Der Stahl kann auch in einen kleinen, beheizten Mischer
oder in einen Mischerwagen laufen oder direkt im Wagenguß oder im Strangguß vergossen
werden.
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Es besteht ferner die Möglichkeit, das Roheisen oder Metall chargenweise
in den Trommelkonverter zu füllen und zu behandeln.
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In Abb. i ist als Beispiel ein Trommelkonverter mit waagerechter Drehachse
dargestellt, der außen einen teils zylindrischen, teils. konischen Mantel hat und
drei zylindrische Abschnitte i, z, 3 mit unterschiedlichem Durchmesser aufweist.
Zwischen dem zweiten und dem dritten Abschnitt ist eine schmale Ringkammer 4 zum
Ablassen einer Vorschlacke und hinter dem dritten Abschnitt 3 eine schmale Ringkammer
5 zum Ablassen der gesamten Endschlacke und anschließend des fertiggeblasenen Stahles
vorgesehen. Zwischenschlacken können auch über warzenartige, mit einer Abflußbohrung
6 versehene Erhöhungen 7 an der inneren Trommelseite abgezogen werden (Abb. 4a).
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An beiden Trommelenden sind als Verschlußdeckel dienende Trommelköpfe
8, 9 angeordnet, die ausgefahren werden können. In den Trommelköpfen befinden sich
verschließbare Öffnungen zum Entnehmen von Proben und Beobachten der Chargen. Die
Blasmittel, z. B. Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, Sauerstoff oder andere
Gase, wie z. B.
Kohlensäure, Dampf usw., werden durch Rohre io zugeführt
und auf die Oberfläche aufgeblasen oder in das Bad eingeblasen. Diese Rohre sind
in ein horizontales Kühlrohr i i eingebettet, dem ausreichende Mengen Kühlmittel
zugeführt werden. In dieses Kühlrohr können zusätzlich zum Kühlen besonders temperaturgefährdeter
Stellen weitere Kühlleitungen eingeführt werden. Das Hauptkühl.-rohr ist leicht
auswechselbar in einem Trommelkopf 9 gelagert und kann sich ungehindert ausdehnen.
Die Blasmittel können getrennt, entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Blasleitungen
jedes für sich oder gemeinsam gesteuert werden. Den einzelnen Behandlungsabschnitten
können verschiedene Blasmittel in verschiedener Konzentration und Menge zugeführt
werden.
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Durch die Trommelköpfe 8, 9 werden außerdem Schrott, Zuschlagstoffe
und gegebenenfalls Kühlmittel am Anfang, während oder am Ende der Behandlung aufgegeben.
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DieAbb. 2 a bis 2 e veranschaulichen weitereAusführungsbeispiele einer
Trommelunterteilung, die noch beliebig vermehrt werden können.
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Die Ausmauerung der einzelnen Trommelabschnitte kann je nach Bedarf
sauer, basisch oder neutral sein, z. B. für das Entsilizieren sauer, für das Entkohlen
und Fertigblasen basisch oder neutral. Die Abschnitte sind mit ihren waagerecht
verlaufenden Mantellinien kaskadenartig angeordnet. Für den Übertritt des flüssigen
Einsatzes aus einem Abschnitt in den folgenden sind die-Abschnitte gegen, einander
abgrenzende Rippen oder Wülste 12 bei 13 ausgespart (Abb. 3).
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Die Aussparungen i3 sind so angeordnet, daß der Inhalt des vorgeschalteten
Abschnittes erst weiterfließen kann, wenn die Aussparung des nachgeschalteten, gerade
entleerten Abschnittes bereits den unteren Totpunkt genügend überschritten hat.
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Es können auch mehrere Aussparungen mit verschiedenen Überlaufhöhen
in der gleichen Rippe oderWulst angeordnet werden, so daß zunächst nur die Badoberfläche
abgezogen und dann beim Weiterdrehen der betreffende Abschnitt ganz entleert wird
(Abb. 4c). Do, sich die; Aussparungen: 13 beim Drehen der Trommel in Auslaufstellung
von der Badoberfläche aus nach unten bewegen, kann sogar mit derselben Aussparung
zuerst die Schlacke und dann das flüssige Metall abgelassen werden.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch eine Trommel nach
Abb. 5 mit zylindrischer oder nur schwach konischer Außenfläche, geneigter Umlaufachse,
und den entsprechend konischen Innenabschnitten.
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Die einzelnen Trommelabschnitte können verschiedene axiale Ausdehnung
haben, so daß sich unterschiedliche Oberflächen und Badtiefen ergeben. Dadurch und
durch Beaufschlagen mit verschiedenen Blasmittelmengen können die Reaktionen in
den einzelnen Behandlungsphasen bei gleicher Dauer verschieden schnell verlaufen
und aufeinander abgestimmt werden. Gegebenenfalls werden einzelne Behandlungsphasen
über mehrere Abschnitte und damit mehrere Konverterumdrehungen ausgedehnt oder auf
nur eine Teildrehung beschränkt.
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Gegebenenfalls wird der Umlauf des Trommelkonverters vorübergehend
kurzzeitig unterbrochen, wenn z. B. Schrott oder sonstige feste Zuschlagstoffe zugegeben
werden, die während eines Trommelumlaufes noch nicht geschmolzen sind, was für den
Durchtritt durch die Aussparungen 13 in den Ringwülsten 12 erforderlich ist.
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Die Schmelze eines Abschnittes oder einer Zone wird von jener der
benachbarten Zone(n) während der Reaktionsdauer auch in einem Trommelkonverter nach
Abb. 6 getrennt gehalten, der an Stelle mehrerer Ringwülste eine schrauben- oder
wendelförmige Wulst i2' aufweist. Diese fördert die an einem Trommelende zufließende
Schmelze durch die ganze Trommel langsam zum Auslauf und unterteilt die Trommel
nach Maßgabe der Windungszahl in mehrere Abschnitte oder Zonen, in denen die Schmelze
beim Durchgang durch die Trommel nacheinander behandelt wird. Gibt man den Windungen
auf der Trommellänge verschie dene Steigungen, so werden die einzelnen Behandlungsabschnitte
verschieden lang, so daß sie verschiedene Badoberflächen, verschiedene Badtiefen
und verschiedene Blaszeiten haben. In diesem- Falle können Schlacken entweder durch
die bereits erwähnten warzenartigen Erhöhungen 7 mit Ausflußbohrung 6. (Abb.. 4a)
oder über, die an der Schlakkenabzugsstelle niedriger gehaltene Wulst abgezogen.
werden, so daß sie überfließen und durch ein an dieser Stelle im Trommelmantel befindliches
Loch abfließen. Im Abstand; von. dieseirn Loch ist die zulaufseitig benachbarte
Windung der Wendel unterbrochen. Auf der anderen Seite des Abflußloches beginnt
mit einer etwa der Breite des Badspiegels entsprechenden Überlappung eine neue Windung
(Abb. 4e, 4f).
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Die Wendel 12 erstreckt sich bis kurz vor_das Trommelende. Die Charge
fließt an der Badoberfläche beginnend aus, so daß auch hier Schlacke und Schmelze
getrennt abgezogen werden können. Durch Formgebung des Endes der Wendel kann das
Abfließen von Schlacke und flüssigem Metall zeitlich verlängert oder getrennt werden.
Auch ein solcher Trommelkonverter kann auf der ganzen Länge mit verschiedenen Futtern
ausgekleidet werden.
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Um das Anblasen der Windungswulst beim Durchlaufen unter einer Blasöffnung
zu vermeiden, kann das Blasmittel beim Durchlaufen selbsttätig abgeschaltet werden,
indem das Blasmittelventil durch Gestänge oder Nocken zwangläufig vom Trommelantrieb
oder von der Trommel aus vorübergehend geschlossen wird. Hierzu sei bemerkt, daß
der Stand der Technik eine Frischtrommel mit Düsengruppen ist; die mit verschiedenen
Blasmitteln arbeiten und sich je nach Umlauf der Trommel ein- und ausschalten.
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Zuschlagstoffe werden, wie beim Kaskaden-Konverter eingangs beschrieben,
aufgegeben.
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Die erfindungsgemäße Stufenbehandlung in einem Trommelkonverter eignet
sich für die verschiedensten
Metallschmelzen, z. B. solche, die
aus Hochöfen, Kupolöfen, Schachtöfen, Niederschachtöfen, Flammöfen, Trommelöfen,
Drehtrommelöfen, Schaukelöfen kommen, um einen Vor-- oder Fertigstahl oder ein Metall
oder Mineral oder sonstiges, z. B. chemisches Produkt zu erzeugen.
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Im Vergleich zu einem normalen Konverter wird die Ausmauerung weniger
beansprucht, da sich die Schmelze im Konverter bei dessen Umlauf ständig verlagert,
die Abgastemperatur niedriger als die Badtemperatur ist, Ansätze hei jeder Umdrehung
wieder abschmelzen und die Futterdurchschnittstemperatur wenig schwankt.