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Verfahren zum Verblasen von Roheisen, bei welchem Sauerstoff mit einer
Blasdüse von oben auf die Badoberfläche aufgeblasen wird Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zum Verblasen von Roheisen im Konverter oder in irgendeinem anderen
zweckmäßigen Gefäß, wobei Sauerstoff mit einer Blasdüse von oben gegen die Badoberfläche
geblasen werden und die für den Prozeß erforderliche Wärmemenge durch die Reaktion
der Gase mit dem Stahlbad erzeugt wird. Verfahren dieser Art sind an sich bekannt
und bieten die Möglichkeit, auch dort, wo das übliche Bessemer- oder Thomasverfahren
mangels der Voraussetzungen nicht anwendbar ist, wo also nicht durch einen Düsenboden
von unten durch das Roheisenbad geblasen werden kann, den Blasprozeß durchzuführen.
Alle bekannten Verfahren, bei welchen Sauerstoff oder sonstige oxydierende Gase
oder Gasgemenge von oben gegen die Badoberfläche geblasen werden, zielen darauf
ab, eine möglichst intensive Vermischung des Sauerstoffes mit dem Bad zu erreichen,
um den Stahlherstellungsprozeß in kürzester Zeit durchzuführen, und es wurde zu
diesem Zweck bereits vorgeschlagen, daß der Blasstrahl mit solcher Energie gegen
die Badoberfläche geführt wird, daß er nach Art eines festen Körpers tief in das
Bad eindringt. Bei diesen bekannten Verfahren, bei welchen der Blasstrahl gegen
die Badoberfläche geführt wird, tritt daher infolge des überangebotes an Sauerstoff
eine Überoxydation des Bades auf, welche qualitative Nachteile für den
erzeugten
Stahl ergibt, deren Beseitigung nur durch zusätzliche Maßnahmen möglich ist.
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Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein solches Überangebot von Sauerstoff
durch zielbewußte Begrenzung der Energie des auf die Badoberfläche auftreffenden
Strahles zu vermeiden und besteht im wesentlichen darin, daß der spezifische Flächendruck
des Blasstrahles auf eine Fläche, deren Entfernung von der Blasdüse der Entfernung
der Radoberfläche von der Blasdüse entspricht, unter 0,75 kg/cm2, vorzugsweise
unter o,5 kg/cm2, gehalten wird. Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus,
daß es für die Gewährleistung eines einwandfreien Reaktionsverlaufes durchaus nicht
notwendig ist, den Blasstrahl mit so hoher kinetischer Energie gegen das Bad zu
führen, daß er in das Bad eindringt, sondern daß es lediglich erforderlich ist,
daß der Strahl die blanke Metalloberfläche des Bades trifft, um die Reaktion des
Sauerstoffes mit dem Metall zu ermöglichen. Wenn die die Metalloberfläche bedeckende
Schlackenschicht durch den Sauerstoffstrahl selbst aus dem Reaktionsbereich gebracht
werden soll, so ist durch diese Aufgabe die untere Grenze für die Energie des Sauerstoffstrahles
gesetzt. Die obere Grenze für die Energie des Sauerstoffstrahles ist jedoch dadurch
gegeben, daß der Strahl nicht oder zumindest nicht tief in das Metallbad eindringen
soll, da sich, wie durch eingehende Versuche festgestellt wurde, ein Eindringen
des Blasstrahles in das Bad infolge Überangebotes an Sauerstoff schädlich auf die
Qualität -des erzeugten Stahles auswirkt. Gemäß der Erfindung soll somit die Geschwindigkeit
des auf die Badoberflläche auftreffenden Strahles ungefähr der Reaktionsgeschwindigkeit
des Sauerstoffes mit dem Bad entsprechend bemessen sein, so daß der für die Reaktion
erforderliche Sauerstoff zwar zur Verfügung steht, jedoch Überangebot an Sauerstoff
vermieden wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Bedingungen erfüllt werden, wenn
der Flächendruck des Blasstrahles auf die Badoberfläche in der oben angeführten
Weise unter 0,75 kg/cm2, vorzugsweise sogar unter 0,5 kg/cm2, gehalten wird.
Durch die erfindungsgemäße Führung des Blasprozesses wird eine Nachbehandlung des
Bades zur Qualitätsverbesserung im allgemeinen überflüssig gemacht, wodurch eine
Ersparnis an Kosten und Zeit erreicht wird. Die Einwirkung des Strahles auf die
Badoberfläche wird durch die Form des Blasstrahles, die Entfernung der Düse von
der Badoberfläche und die Austrittsgeschwindigkeit des Strahles aus der Düse bestimmt.
Durch die Ausbildung der Blasdüse als Laval-Düse kann die Strahlgeschwindigkeit
in weiten Grenzen über die Schallgeschwindigkeit gesteigert werden, jedoch ist dies
für das erfindungsgemäße Verfahren keineswegs erforderlich und auch nicht erwünscht.
Die Schallgeschwindigkeit wird jedoch meistens ohne besondere Formgebung der Düse
erreicht.
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Der Strahl kann in Form eines Kegels gegen die Badoberfläche geführt
werden, dessen Querschnitt in der Höhe der ruhenden Badoberfläche einen Durchmesser
hat, der wenigstens das Dreifache, zweckmäßig wenigstens das Fünffache, des lichten
Durchmessers der Düse beträgt. Bei einem solchen Durchmesserverhältnis ergeben sich
insofern günstigere Bedingungen, als, je größer der Durchmesser des Strahles an
der Auftrefffläche im Verhältnis zum lichten Durchmesser der Düsenmündung ist, um
so gleichmäßiger auch die Druckverteilung an der Auftrefffläche wird.
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Die Begrenzung der Energie des auf die Badoberfläche auftreffenden
Blasstrahles kann aber auch durch Vergrößerung der Entfernung der Blasdüse von der
Badoberfläche erreicht werden. Die Blasdüse kann so angeordnet werden, daß die Entfernung
ihrer Mündung von der ruhenden Badoberfläche wenigstens r5o mm, vorzugsweise sogar
über 25o mm, beträgt. Durch diese Maßnahme wird ermöglicht, mit größerer Gasgeschwindigkeit
zu blasen, ohne den mit 0,75 kg/cm2 bzw. o,5 kg/cm2 begrenzten spezifischen
Flächendruck auf die Badoberfläche zu überschreiten. Es kann daher unter Aufrechterhaltung
der gleichen Ausströmmenge pro Zeiteinheit der Düsenquerschnitt kleiner bemessen
sein, so daß kleinere Kühlwassermengen für die Kühlung der Düse ausreichen. Hierbei
wird einerseits die Kühlung der Düse durch Verringerung der Kühlwassermenge erleichtert
und andererseits auch wegen der größeren Düsenentfernung von der Badoberfläche eine
geringere Kühlleistung erforderlich, wobei die Düse durch den größeren Abstand von
der Badoberfläche weitgehend geschont wird. Versuche haben ergeben, daß, im Gegensatz
zu den bisherigen Annahmen, das Konverterfutter oberhalb der Radoberfläche auch
bei solchen größeren Düsenentfernungen nicht übermäßig beeinträchtigt wird und auch
eine völlig ausreichende Einwirkung des Blasstrahles auf die Badoberfläche gesichert
erscheint, ohne daß größere Verluste an Sauerstoff in Kauf genommen werden müssen.
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Da der Sauerstoff zum Eisen eine sehr hohe Affinität besitzt, bewirkt
das Zusammentreffen des Sauerstoffes mit dem Bad eine rasche Verbindung von Sauerstoff
mit Eisen und den das Eisen begleitenden Elementen zu Oxyden, wodurch eine kräftige
Erwärmung des Bades eintritt. Das gebildete Fe0 setzt sich dann mit dem Kohlenstoff
zu Fe und CO um, und die CO-Bildung führt zu einem kräftigen Aufschäumen des Bades,
so daß in der Folge der Sauerstoffstrom auf eine Emulsion von Bad- und Schlackenbestandteilen
trifft und daher sich die Reaktionen auf eine große Eisenoberfläche verteilen und
nun rasch verlaufen. Durch das Entstehen dieser Emulsion wird dank ihrer großen
Oberfläche der rasche Prozeßablauf ermöglicht, obwohl der Blasstrahl nicht in das
Metallbad eindringt.
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Infolge der hohen Affinität des Sauerstoffes zum Eisen und seinen
Begleitern im Roheisen wird der erfindungsgemäß geführte Blasstrahl, bevor er in
das Metallbad eindringen kann, dadurch aufgezehrt, daß er seine Oxydationsarbeit
verrichtet, wobei durch die Bildung der Oxyde lokal außerordentlich
hohe
Temperaturen entstehen. Die bei diesen hohen Temperaturen ablaufenden Reaktionen
sind wissenschaftlich noch nicht eindeutig geklärt. Versuche haben gezeigt, daß
zu Anfang des Blasprozesses eine Verbrennung des Eisens zu Fe0 eintritt. Die Bildung
der Emulsion tritt hierbei nicht zu Beginn des Blasens ein, was dadurch nachweisbar
ist, daß sich das Badniveau zunächst nicht erhöht. Sie erfolgt erst dann, wenn bei
steigender Temperatur die Verbrennung des Kohlenstoffes einsetzt und somit der ganze
Prozeß erst seinen raschen und rasanten Ablauf zu nehmen. beginnt. Ein Überangebot
an Sauerstoff wirkt sich daher in erster Linie beim weiteren Ablauf und in den Endphasen
des Blasprozesses schädlich aus, da einerseits erst dann die zur Reaktion zur Verfügung
stehende Badoberfläche sich durch die Bildung der Emulsion vergrößert und andererseits
eine nur anfängliche Überoxydation des Bades im weiteren Verlauf des Blasens möglichst
weitgehend wieder ausgeglichen werden kann. Es kann daher gemäß der Erfindung gegebenenfalls
die Reaktion zwischen dem Sauerstoff des Blasstrahles und dem Bad kräftig eingeleitet
und hierauf erst die Energie des Blasstrahles derart verringert werden, daß der
Flächendruck des Blasstrahles auf die Badoberfläche unter 0,75 kg/cm2 bzw.
unter o,5 kg/cmz sinkt.
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Es kann aber gemäß der Erfindung eine solche kräftige Einleitung der
Reaktion auch in einfacher und wirksamer Weise dadurch erfolgen, daß zu Beginn der
Charge Gase, insbesondere oxydierende Gase, wie z. B. Sauerstoff, durch eine unter
der Badoberfläche angeordnete Mündung, zweckmäßig durch ein in das Bad eintauchendes
Strahlrohr, in das Bad eingeblasen werden, da sich gezeigt hat, daß die Reaktion
des mit geringer Energie auf die Badoberfläche auftreffenden Blasstrahles zu Beginn
der Charge durch eine noch nicht genügend dünnflüssige Schicht von Schlackenbildnern,
wie z. B. Kalk, Zunder, Flußmittel usf., beeinträchtigt bzw. verzögert werden kann.
Wenn nun in einem solchen Fall zu Beginn der Charge Gase unterhalb der Badoberfläche
in das Bad eingeblasen werden, wird einerseits durch den Gasstrom die Schlackenschicht
von unten mechanisch aufgebrochen und andererseits, wenn oxydierende Gase verwendet
werden, das Bad aufgeheizt. Gemäß der Erfindung kann in einem solchen Fall das Einblasen
der Gase in das Bad wenigstens so lange geschehen, bis die Schlackendecke aufgebrochen
ist und Teile der metallischen Badoberfläche freigelegt sind. Um dies zu erreichen,
ist es nicht unbedingt erforderlich, oxydierende Gase unterhalb der Badoberfläche
in das Bad einzublasen, sondern es kann dieser mechanische Aufbruch der Schlackendecke
auch durch Gase erfolgen, welche nicht mit dem Bad in Reaktion treten. Zweckmäßig
jedoch werden oxydierende Gase, welche die Reaktion des Sauerstoffes mit dem Bad
bereits kräftig einleiten, unter der Badoberfläche in das Bad eingeblasen und das
Einblasen so lange fortgesetzt, bis die Schlacke so dünnflüssig geworden ist, daß
der von oben gegen das Bad gerichtete Blasstrahl den metallischen Badspiegel erreichen
kann. Da hierbei das Einblasen solcher oxydierender Gase in das Bad unterhalb der
Badoberfläche nur zu Beginn der Charge durchgeführt wird, wirkt sich eine gegebenenfalls
zu diesem Zeitpunkt auftretende Überoxydation des Bades nicht weiter schädlich aus.
Diese kann im weiteren Verlauf des Prozesses weitgehend wieder ausgeglichen werden.
Durch das mechanische Aufbrechen der Schlackendecke, welche den Beginn der Reaktion
sichert und insbesondere durch die kräftige und durch die höhere Viskosität der
Schlacke nicht beeinträchtigte Einleitung der Reaktion kann eine Verkürzung der
Chargendauer erreicht und dadurch auch eine Ersparnis an Sauerstoff erzielt werden,
wodurch das Verfahren wirtschaftlicher gestaltet wird. Es kann hierbei zu Beginn
der Charge das Blasen von oben ausgesetzt und nur mit den unterhalb der Badoberfläche
eingeblasenen oxydierenden Gasen gearbeitet werden, oder es kann auch die Wirkung
des bereits zu Beginn der Charge auf die Badoberfläche aufgeblasenen Gasstrahles
durch das Einblasen der oxydierenden Gase in das Bad unterstützt werden. Sobald
dann die Schlackenschicht die erforderliche Dünnflüssigkeit erreicht hat, so daß
sie die Reaktion des auf die Badoberfläche aufgeblasenen Strahles mit dem Bad nicht
mehr behindert, wird das Einblasen beendet. Das Einsetzen der Reaktion bzw. das
Ausmaß derselben wird hierbei durch den sich entwickelnden Rauch angezeigt.
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Es genügt, wenn die Reaktion zu Beginn der Charge nur während einiger
Minuten durch Einblasen der oxydierenden Gase in das Bad eingeleitet wird und hierauf
mit dem auf die Badoberfläche aufgeblasenen Sauerstoffstrahl allein gearbeitet wird,
und es hat sich als zweckmäßig ergeben, das Einblasen der oxydierenden Gase in das
Bad nur ungefähr während des ersten Drittels, vorzugsweise sogar nur während des
ersten Fünftels der gesamten Chargendauer, durchzuführen.
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Wenn die oxydierenden Gase zu Beginn der Charge durch ein in das Bad
von oben eingetauchtes Strahlrohr eingeblasen werden, so wird dieses nach Beendigung
des Einblasens, d. h. also, sobald der direkte Kontakt des aufgeblasenen Sauerstoffstrahles
mit dem Bad möglich geworden ist, zurückgezogen. Der bei der Verwendung solcher
Tauchrohre üblicherweise auftretende Nachteil des Abbrennens des Rohres in der Schmelze
und des durch das Auswechseln des abgebrauchten Rohres entstehenden Zeitverlustes
fällt hierbei nicht ins Gewicht, da dieses Rohr nur kurzzeitig in das Bad eingetaucht
wird. Dagegen bietet ein solches Tauchrohr wesentliche Vorteile in konstruktiver
Beziehung, da es unabhängig von der Ausbildung des Konverters oder sonstigen Gefäßes
anwendbar ist.