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Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von kontinuierlich fließendem
Roheisen in Stahl durch Frischen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen
Umwandlung von flüssigem Roheisen in Stahl nach der Mlindfrischmethode. Die bisher
zur Durchführung kontinuierlicher Stahlgewinnung bekanntgewordenen Verfahren oder
Vorrichtungen erschöpfen nicht die bei dieser Arbeitsweise erzielbaren Möglichkeiten
einer rationellen Stahlerzeugung aus flüssigem Roheisen, weil sie sich von den Methoden
nicht frei machen, welche für raumgebundene Stahlerzeugung entwickelt wurden.
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In der vorliegenden Erfindungwerden Regeln gegeben zur vollen Ausnutzung
der bei einem flüssigen Eisenstrom möglichen Umwandlungsmethoden. Der Erfindung
liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einem fließendenEisenstrom diesem durch geeigneteFormgebung
des Flußbettes die für die einzeln aufeinanderfolgenden Vorgänge des Umwandlungsprozesses
günstigste Strömungsverhältnisse gegeben werden können, weil diese Vorgänge nicht
mehr wie bei räumlich gebundener Arbeitsweise nur zeitlich nacheinander, sondern
auch räumlich nacheinander durchgeführt werden können. In bisher bekanntgewordenen
Vorschlägen ist diese Erkenntnis zwar zum Teil enthalten, aber doch nur in dem durch
die bekannte raumgebundene Arbeitsweise gegebenen Umfang. Es sind gewissermaßen
nur die bisherigen einzelnen Verfahrensvorrichtungen
aneinandergereiht
worden, d. h., es sind die Vorfrische, Fertigfrische und Desoxydationsräume
durch Kanäle verbunden worden.
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Bei der Umwandlung von Eisen in Stahl nach dem Windfrischverfahren
sind folgende Betriebsvorgänge zu unterscheiden.
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. i. Das Zumischen von Zuschlägen wie Kalk, Sand, Hochofenschlacke
u. dgl.
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2. Die Zuführung von gasförmigen Zusätzen wie Luft, Sauerstoff, Wasserstoff
u. dgl.
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3. Die zeitlich nacheinander erfolgenden chemischen Umwandlungs-
bzw. Verbrennungsvorgänge.
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4. Die Abführung von flüssiger Schlacke. 5. Die Abführung von
Abgasen.
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Nach der Erfindung ist für diese verschiedenen Vorgänge die jeweils
günstigste Strömungsart des Eisenstromes zu wählen, und ferner sind die einzelnen
Vorgänge des Umwandlungsprozesses nicht nur zeitlich, sondern auch räumlich nacheinander
durchzuführen. Es ist also der Prozeß nicht nur in Vorfrischen, Fertigfrischen und
Desoxydation zu unterteilen, sondern es ist z. B. für Stahlerzeugung aus Hochofen-Roheisen
ganz oder teilweise folgende Reihenfolge zeitlich und räumlich durchzuführen.
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i. Vermischen des Vorfrischzuschlages mit dem Eisenstrom.
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2. Stufenweise Herbeiführung einer innigen Berührung zwischen Luft
bzw. Sauerstoff und strömendem flüssigem Eisen sowie räumlich getrennte Abführung
der verschiedenen nacheinander in einzelnen Blasstufen entstehende Gase.
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3. Trennung von Stahl und Schlacke und Abführung der Schlacke.
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4. Mischung des Fertigfrischzuschlages mit dem Eisenstrom.
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5. Wie ?-
6. Wie 3.
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7. Herbeiführung einer innigen Berührung zwischen Desoxydationsgas
und flüssigem Eisen.
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8. Mischung des Desoxydationszuschlages mit dem flüssigen Eisen.
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g. Trennung der Schlacke von dem flüssigen Eisen und Abführung der
Schlacke.
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Zu jedem dieser Vorgänge sind erfindungsgemäß Fließquerschnitt, Fließlänge
und Strömungscharakter des Eisenstromes so günstig als möglich zu gestalten,
d. h., es ist dem Eisenstrom bei Zugang fester Zusätze eine wirbelnde und
mischende Strömungsart aufzuzwingen, beim Blasen soll der Eisenstrom für jede Blasperiode
eine angemessene Fließhöhe und Fließlänge erhalten, bei den zwischen den Blasperioden
eingeschalteten Mischperioden eine wirbelnde und bei der Schlackenabscheidung eine
ruhige, langsame Strömungsart annehmen. Zur Erzielung der verschiedenen Strömungsarten
kann der Eisenstrom nach Bedarf horizontal, schräg oder auch vertikal geführt werden.
Zur weiteren Verbesserung des Prozesses kann dem Eisenstrom nach Bedarf ferner in
den einzelnen Etappen der Umwandlung auch Wärme zugeführt oder von ihm abgeführt
werden, d. h. es kann für jeden Teilprozeß der für ihn günstigste
Wärmezustand erzielt werden. Durch die weitgehende räumliche Unterteilung des Fließprozesses
ist es ferner möglich, eine genaue, laufende Steuerung aller Misch- und Umwandlungsvorgänge
durchzuführen, d. h. die Ergebnisse des Prozesses in seinen verschiedenen
Stadien zu kontrollieren und danach die ihn bestimmenden Faktoren zu regulieren.
Um diese Steuerung möglichst zu vereinfachen, ist erfindungsgemäß dafür Sorge zu
tragen, daß dem Umwandlungsprozeß in der Zeiteinheit stets gleiche Mengen Eisen
von gleicher Temperatur zugeführt werden, so daß nur bei Änderungen der chemischen
Zusammensetzung des Eisenstromes ein Eingreifen zwecksÄnderungder einzelnenVorgängeerforderlich
ist.
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In den Zeichnungen sind verschiedene Anlagen und Vorrichtungen zur
Durchführung des Verfahrens dargestellt.
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Fig. i und 2 zeigen eine einfache Anlage in Aufriß und Grundriß, welche
z. B. für Stahlgießereien verwendbar ist. Bei diesen kann auf das Vorfrischen verzichtet
werden und das Desoxydieren z. B. nur durch flüssige Desoxydationsmittel vorgenommen
werden.
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In Fig. 2 bedeutet i einen Eisenausgleichsbehälter, in welchen das
im Kupolofen geschmolzene Eisen einfließt. Dieser Ausgleichsbehälter muß so groß
sein, daß er die mögliche Ungleichheit der Eisenerzeugung ausgleicht. Bei Kupolöfen
mit kippbarem Vorherd kann dieser Vorherd als Ausgleichsbehälter verwendet werden.
Er ist um die Drehgelenke 2 kippbar. In der Drehachse der Drehpunkte 2 ist auch
der Ausguß 3
des Behälters angeordnet. Der Ausgleichsbehälter ist mit einer
regulierbaren Heizung versehen, durch welche Temperaturschwankungen des Roheisens
ausgeglichen werden. Eventuell läßt sich der Ausgleichsbehälter auch nach Art eines
Induktionsofens ausführen. Durch diese Bauart kann sowohl eine Temperaturregelung
sowie auch eine Durchmischung des Bades erreicht werden. Der Ausgleichsbehälter
kann offen oder geschlossen ausgeführt und mit einem Heiz- oder Schutzgas gefüllt
werden. Die Zuführung des Eisens kann z. B. durch Drehgelenke 2 erfolgen. Durch
den Ausguß fließt das Eisen in den Regulierbehälter 4, welcher einen absteigenden
Einguß 5, einen aufsteigenden Meßraum 6 und einen Überlauf
7 erhält und eventuell durch eine Haube abgedeckt wird. Durch Beobachtung
der Höhenlager des Metallspiegels im Meßraum (6) kann kontrolliert werden,
ob in der Zeiteinheit die gleiche Metallmenge durch den Meßraum fließt. Falls Änderungen
eintreten, kann alsdann die Hubvorrichtung 8 des Ausgleichsbehälters in Betrieb
gesetzt werden und der Eisenzufluß verringert oder verstärkt werden. Es kann auch
auf dem Metallspiegel ein Schwimmer 9 angeordnet werden und eventuell durch
dessen Bewegung die Hubvorrichtung des Ausgleichsbehälters selbsttätig reguliert
werden. Der Regulierbehälter 4 kann auch auf einer Druckmeßvorrichtung io angeordnet
werden, welche Gewichtsänderungen anzeigt und Regulierbewegungen des Ausgleichsbehälters
auslöst. Von dem Regulierbehälter fließt das Eisen in die Stahlerzeugungsanlage,
und zwar gelangt der Eisenstrom zunächst in die Mischkammer 12. Die Mischung kann
z. B. durch Herabströmen des Eisens über eine Kaskadenwand ii erfolgen. Beim Herabströmen
über die Kaskadenwand entstehen Eisenstrudel und Wirbel, in welche durch eine kontinuierlich
arbeitende Zubringer- oder Einblasevorrichtung
13 die Zuschläge
in geeigneter Form zugeführt werden. Statt der Kaskadenwand kann zur Durchmischung
z. B. auch eine Wirbeldüse nach Fig. 3 verwendet werden. Diese Düse besteht
aus einer Röhre 15, in welche das Eisen tangential einfließt, so daß sich
in der Röhre ein Strudel bildet, durch welchen der einfallende Kalk intensiv mit
dem Eisen vermischt wird. Die Mischkammer 12 wird durch eine Wand 16 begrenzt und
durch eine Haube 17 abgedeckt. In die Mischkammer kann ein heißes Schutzgas (z.
B. das Verbrennungsgas der nachfolgenden Blaskammer) eingeführt werden. In der Wand
16 der Mischkammer befindet sich eine Abflußöffnung 18, durch welche das Eisen in
die Blaskammer ig einfließt. Die Blaskammer hat, wie in Fig. 4 im Querschnitt dargestellt
ist, die Form einer oben offenen Rinne. In den Boden der Blasrinne sind Düsensteine
2o eingesetzt, durch welche Luft oder Luft und Sauerstoff oder andere Gase in den
Eisenstrom eingeblasen werden. Eventuell kann auch durch Düsensteine 21 in den Seitenwänden
der Blasrinne Luft eingeblasen werden. Die Blasrinne wird im oberen Teil durch Zwischenwände
22 unterteilt und durch Pralldeckel 23 abgedeckt. Die Deckel sind so gestaltet,
daß die von dem Luftstrom mitgerissenen Metallteile zurückgeworfen werden.
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Zur Regelung der Verbrennungs- bzw. Umwandlungsvorgänge können in
die Luftzuführungen zu den Düsensteinen Schieber oder Hähne 24 eingebaut werden.
Zwischen den Düsensteinen können zur Durchmischung des Eisenstromes in dem Rinnenboden
Hindernisse, z. B. Vorsprünge 25, angebracht werden. An diesen Mischstellen
können durch darüberliegende Offnungen weitere Zusätze eingebracht werden. Es ist
also möglich, zwischen den räumlich getrennten Umwandlungsperioden besondere Zuschläge
zu geben. Die aus den einzelnen Abteilungen der Blasrinne austretenden Mündungsflammen
gestatten eine Beurteilung der räumlich und zeitlich nacheinander erfolgenden Verbrennungsvorgänge.
Die Verbrennungsgase können aber auch durch Kaminzug oder künstlichen Zug abgesaugt
und fortlaufend anylisiert werden.
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Am Ende derBlaskammer befindet sich der Schlackenabscheideraum --;,6.
Querschnitt und Länge des Raumes werden so groß gewählt, daß die Strömungsgeschwindigkeit
des Eisens gering ist und ein Abschneiden der Schlacke stattfinden kann. Das Ausscheiden
der Schlacke kann durch Einblasen neutraler Gase z. B. von Verbrennungsgasen durch
Düsen 27 verbessert werden. Für den Abfluß der Schlacke sind Ausflußöffnungen
28 vorgesehen. Die Kammer ist so gestaltet, daß Schlacke und Eisen verschiedene
Strömungen annehmen, Aus dem Schlackenabscheideraum fließt das Eisen durch die Öffnung
29 in diel Desoxydationskammer 30. In dieser wird der Eisenstrom an einer
Stelle 31 zu einer wirbelnden Strömung gezwungen und an dieser Stelle z. B. Ferromangan
und Spiegeleisen in flüssiger oder Staubform durch die Mischdüse 32 zugesetzt.
Die Desoxydationskammer wird von den durch die Öffnung 33 zur Öffnung 34
strömenden Verbrennungsgasen erhitzt. In der Desoxydationskammer sind Schlackenabflüsse
35 vor einer Stauwand angebracht. Die in der Desoxydationskammer entstehenden
Gase werden durch Kaminzug oder künstlichen Zug abgesaugt. Von der Desoxydationskammer
gelangt das Eisen in den Sammel-Warmhalteraum 36,
der geheizt sein oder mit
Schutzgas gefüllt werden muß.
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Die Blaskammern können auch, wie in Fig. 5 und 6
dargestellt,
mit treppenförmig angeordneten Düsenrinnen 37 ausgerüstet werden. Durch diese
Anordnung wird zwischen den einzelnen Blasperioden eine gute Durchmischung erzielt.
Die Düsenrinnen werden durch die auf und ab beweglichen Hahnkörper 38, welche
mit Regulierhähnen 24 ausgestattet sind, mittels der Schrauben 39 gegen die
Kammerwände gedrückt. Nach Absenken der Hahnkörper können die Düsenrinnen seitlich
herausgezogen und neu eingeschoben werden. Die für das Auswechseln erforderliche
Zeit ist so kurz, daß die notwendige Unterbrechung des Eisenstromes durch das Ausgleichsgefäß
i ausgeglichen werden kann.
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Damit während Betriebsunterbrechungen die anschließende kontinuierliche
Gießanlagen 42 weiter arbeiten können, werden am Ende der kontinuierlichen Stahlerzeugungsanlage
ein oder mehrere Ausgleichsbehälter 40 und Regulierbehälter 41: angeordnet, die
ähnlich gebaut sein können wie die am Anfang der Anlage vorgesehenen Ausgleichsbehälter
i mit Regulierbehälter 4. Auch diese Ausgleichsbehälter werden heizbar eingerichtet,
damit den Gießanlagen 42gleichbleibende Eisenmengen mit gleichbleibender Temperatur
zufließen.
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Um bei größeren Betriebsunterbrechungen der Umwandlungsanlage weiter
arbeiten zu können, lassen sich vor dem Ausgleichsbehälter i zwei oder mehr Mengenregler
und Umwandlungsanlagen und hinter diesen wiederum zwei oder mehr Ausgleichsbehälter
mit Mengenreglern und Gießanlagen anordnen.