EP0624655A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, mit einem Frischmittel - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, mit einem Frischmittel Download PDF

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EP0624655A1
EP0624655A1 EP94106573A EP94106573A EP0624655A1 EP 0624655 A1 EP0624655 A1 EP 0624655A1 EP 94106573 A EP94106573 A EP 94106573A EP 94106573 A EP94106573 A EP 94106573A EP 0624655 A1 EP0624655 A1 EP 0624655A1
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EP
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oxygen
liquid oxygen
liquid
blowing nozzle
pressure
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EP94106573A
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Paul Grohmann
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Messer Griesheim GmbH
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Messer Griesheim GmbH
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    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
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    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
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    • C21C2250/00—Specific additives; Means for adding material different from burners or lances
    • C21C2250/04—Liquid gas
    • C21C2250/042—Liquid oxygen

Definitions

  • the invention relates to a method for treating metal melts, in particular steel melts, with a coolant.
  • oxidizing gases or gas mixtures in particular gaseous oxygen
  • the conversion process is usually carried out by converting or blowing in the gases or a combination of both.
  • a number of process names are derived from the type of oxygenation, such as. B. the LD, LDAC process or the OBM process.
  • the gaseous oxygen is fed to the pig iron for reaction through a lance or a floor purging plug.
  • the invention has for its object to provide a method for increasing the fresh speed.
  • the invention uses liquid oxygen to freshen steel, which is present as a single-phase liquid at the boiling point or below the boiling point, or as a two-phase mixture of liquid and gas.
  • Liquid oxygen has a density 855 times higher than gaseous oxygen under standard conditions.
  • oxygen is offered in a concentrated form to the reaction zone, thus increasing the reaction rate.
  • the oxygen introduced in the liquid state results in a higher total amount, by influencing the fresh process with respect to a higher fresh speed, the blowing time being reduced by up to 75% through the invention.
  • the fresh process can also be influenced by influencing the ratio of gaseous to liquid oxygen and / or by influencing the oxygen pressure and the geometry of the blow nozzle higher fresh speed can be controlled.
  • the impact energy can be influenced by varying the liquid oxygen pressure and the nozzle geometry. If necessary, it can be increased to such an extent that the jet penetrates the weld pool. In addition, the yield on alloying elements and the blowing behavior are improved and the dust ejection is reduced, since on the one hand the solubility and on the other hand the mixing of the pig iron is improved by the pulsed liquid oxygen input.
  • a blowing nozzle 1 is shown schematically, from which a jet 2 of liquid oxygen emerges at a high speed of up to 90 m / s and strikes the liquid steel bath of the converter 3.
  • the liquid oxygen is supplied through an insulated line 4 from an insulated storage container 5 for liquid oxygen.
  • This storage container 5 has the usual, unspecified pipes and valves for the removal of liquid and gaseous oxygen.
  • the liquid oxygen required for the method according to the invention is removed from the insulated storage container 5 through the line 6 and - if the pressure of the storage container 5 alone is not sufficient - is increased to a pressure of up to 50 bar by the shut-off valve 7 via the liquid oxygen pump 8.
  • the line 4 can additionally be provided with a jacket made of a cryogenic medium in order to avoid premature evaporation of the oxygen.
  • the supercooling of the oxygen takes place with liquid nitrogen or with liquid oxygen. At ambient pressure, liquid nitrogen has a boiling point that is 13 ° C lower than that of oxygen and is therefore well suited as a cooling medium.
  • the cryogenic medium liquid oxygen suitable for cooling and subcooling has an equilibrium temperature which depends on the ambient pressure. At an ambient pressure of 1 bar it is -183 ° C and decreases when the pressure drops. As shown in Fig. 1, the pressurized oxygen is therefore cooled to the required extent by heat exchange with oxygen under low pressure.
  • the liquid oxygen intended for cooling is branched off from the insulated line 4 behind the shut-off valve 7 through the line 20 and is conducted into the heat exchanger 21 via the fill level detection system 22.
  • a vacuum of up to 0.1 bar absolute is generated inside the heat exchanger 21 by means of the pump 24.
  • the boiling point of the liquid oxygen lowered in the heat exchanger 21 by up to 17 ° C so that it can serve as a cooling medium for the fresh oxygen.
  • the temperature difference between the cooling oxygen and the fresh oxygen and thus the size of the heat exchanger can be determined by the choice of the negative pressure.
  • the oxygen intended for freshening under 3 to 6 bar tank pressure (corresponds to an equilibrium temperature of -167 to -159 ° C) is passed in copper helices 25 through the heat exchanger 21 and thereby from the cooling oxygen surrounding it by 16 to 41 °, depending on the pressure ratio C cooled below its boiling temperature. As described above, this subcooling can be carried out with or without the use of a vacuum.
  • the fresh oxygen then passes through the insulated line 4 into the blowing nozzle 1, which is surrounded by insulation and a water cooling jacket 16 (FIG. 2) in order to protect it against the high heat radiation from the molten metal 3.
  • the fresh oxygen leaves the blowing nozzle 1 by being expanded.
  • the gaseous oxygen generated in the cooling of the own medium can be used for the freshening in a conventional manner or in combination with the liquid oxygen freshening.
  • 2 shows a blowing nozzle 1 designed as a 3-hole liquid oxygen blowing lance.
  • the blowing nozzle 1 has a central inflow channel 10 for liquid oxygen, which is connected to an outflow nozzle 11.
  • An outflow channel constricting the liquid oxygen is provided in the outflow nozzle 11, in which the liquid oxygen is formed into a jet before it emerges.
  • a feed 13 for is concentric with the inflow channel 10
  • Gaseous oxygen is provided, which preferably exits from three outflow openings 14 surrounding the outflow channel 12.
  • the outflow openings 14 are arranged in a nozzle block 15 which is connected to a casing tube 17 having cooling channels 16.
  • the coolant preferably water, flows in the form of a circuit cooling according to the arrows 18, 19.
  • the blowing nozzle 1 (FIG. 1) can be designed as a pure liquid oxygen blowing lance.
  • FIG. 3 shows a device for freshening up with liquid oxygen, with which the liquid oxygen is removed from the storage container 5.
  • Liquid oxygen reaches the gas phase separator 30 through the extraction line 6, the fill level detection system 31 and the insulated line 4.
  • the fill level detection system 31 automatically keeps the liquid oxygen used for freshening in the gas phase separator 30 at the desired level, for which purpose the fill level 32 is detected by means of the sensor 32.
  • the gaseous oxygen is separated from the liquid oxygen.
  • the liquid oxygen is fed via line 4 to a blowing nozzle which is designed as a multi-jet shower head. Through the shower head, the liquid oxygen is distributed in an almost pressure-free state with many jets 2 on the surface of the molten metal, thus creating a large reaction area without risk.
  • the gaseous oxygen fraction resulting from external heat is separated by the gas phase separator 30 upstream of the pump or blowing nozzle 1 and via a connected to the opening 33 line 34 in the storage container 5 or in an O2 ring line.
  • line 4 can additionally be provided with a jacket made of a cryogenic medium in order to avoid premature evaporation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, mit einem Frischmittel. Um eine Leistungssteigerung beim Frischen zu erreichen, wird als Frischmittel flüssiger Sauerstoff vorgesehen, der als einphasige Flüssigkeit oder als Zweiphasengemisch, bestehend aus Gas und Flüssigkeit, vorliegt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, mit einem Frischmittel.
  • Es ist bekannt, zum Frischen von Stählen oxydierende Gase oder Gasegemische, insbesondere gasförmigen Sauerstoff zu verwenden. Üblicherweise wird der Frischprozeß in Konvertern durch Aufblasen oder Einblasen der Gase oder einer Kombination aus beiden durchgeführt. Eine Reihe von Verfahrensbezeichnungen leiten sich aus der Art des Sauerstoffeinbringens ab, wie z. B. das LD-, LDAC-Verfahren oder der OBM-Prozeß. Dabei wird der gasförmige Sauerstoff durch eine Lanze oder einem Bodenspülstein dem Roheisen zur Reaktion zugeführt.
  • Beim Frischen von Stählen mit gasförmigem Sauerstoff ergibt sich eine Blaszeit von 15 bis 18 min, um die im Roheisenbad enthaltenen Elemente Kohlenstoff, Silicium, Phosphor und Mangan zu oxydieren und das Eisen zu reduzieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erhöhen der Frischgeschwindigkeit zu schaffen.
  • Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Durch die Erfindung wird flüssiger Sauerstoff zum Frischen von Stählen eingesetzt, der als einphasige Flüssigkeit am Siedepunkt oder unter dem Siedepunkt unterkühlt vorliegt, oder als Zweiphasengemisch aus Flüssigkeit und Gas. Flüssiger Sauerstoff hat eine 855 mal höhere Dichte als gasförmiger Sauerstoff unter Normbedingungen. Dadurch wird Sauerstoff in konzentrierter Form der Reaktionszone angeboten und somit die Reaktionsgeschwindigkeit gesteigert. Durch den im flüssigem Zustand eingebrachten Sauerstoff ergibt sich eine höhere Gesamtmenge durch deren Beeinflußung der Frischprozeß bezüglich einer höheren Frischgeschwindigkeit vorteilhaft gesteuert wird, wobei sich durch die Erfindung eine Verkürzung der Blaszeit um bis zu 75 % ergibt. Dabei kann der Frischprozeß durch die Beeinflußung des Verhältnisses des gasförmigen zum flüssigen Sauerstoff und/oder durch die Beeinflußung des Sauerstoffdruckes und der Geometrie der Blasdüse ebenfalls bezüglich einer höheren Frischgeschwindigkeit gesteuert werden. Durch Variation des Flüssigsauerstoffdruckes und der Düsengeometrie kann die Auftreffenergie beeinflußt werden. Sie kann gegebenenfalls soweit gesteigert werden, daß der Strahl in das Schmelzbad eindringt. Hinzu kommt, daß das Ausbringen an Legierungselementen sowie das Blasverhalten verbessert und der Staubauswurf vermindert wird, da einerseits die Löslichkeit und andererseits die Durchmischung des Roheisen durch den impulsreichen flüssig-Sauerstoffeintrag verbessert wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung der Vorrichtung, mit einer 3-Loch-Flüssig-Sauerstoffblaslanze und Wärmetauscher;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung einer 3-Loch-Blasdüse mit Flüssigsauerstoffkernstrahl;
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit einem Brausekopf und Gasphasenabscheider.
  • In Fig. 1 ist eine Blasdüse 1 schematisch dargestellt, aus welcher ein Strahl 2 flüssigen Sauerstoffs mit hoher Geschwindigkeit von bis zu 90 m/s austritt und auf das flüssige Stahlbad des Konverters 3 auftrifft. Die Zufuhr des flüssigen Sauerstoffs erfolgt durch eine isolierte Leitung 4 aus einem isolierten Speicherbehälter 5 für flüssigen Sauerstoff.
  • Dieser Speicherbehälter 5 besitzt die üblichen, nicht näher bezeichneten Rohrleitungen und Ventile zur Entnahme von flüssigem und gasförmigen Sauerstoff. Der für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte flüssige Sauerstoff wird durch die Leitung 6 aus dem isolierten Speicherbehälter 5 entnommen und - falls der Druck des Speicherbehälters 5 allein nicht ausreicht - nach dem Absperrventil 7 über die Flüssigsauerstoffpumpe 8 auf einen Druck von bis zu 50 bar erhöht. Die Leitung 4 kann zusätzlich mit einer Ummantelung aus einem kryogenen Medium versehen sein, um ein vorzeitiges Verdampfen des Sauerstoffes zu vermeiden. Die Unterkühlung des Sauerstoffes erfolgt mit flüssigem Stickstoff oder mit flüssigem Sauerstoff. Flüssiger Stickstoff hat bei Umgebungsdruck einen um 13° C niedrigeren Siedepunkt als Sauerstoff und ist daher als Kühlmedium gut geeignet.
  • Das für die Kühlung und Unterkühlung geeignete kryogene Medium flüssiger Sauerstoff hat eine Gleichgewichtstemperatur die vom Umgebungsdruck abhängig ist. Beim Umgebungsdruck von 1 bar beträgt sie -183° C und sinkt bei Druckabsenkung ab. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird daher der Drucksauerstoff durch Wärmeaustausch mit Sauerstoff unter niedrigem Druck im erforderlichen Maß gekühlt. Von der isolierten Leitung 4 wird hinter dem Absperrventil 7 durch die Leitung 20 der zum Kühlen bestimmte flüssige Sauerstoff abgezweigt und über das Füllstandserfassungssystem 22 in den Wärmetauscher 21 geleitet.
  • Im Innern des Wärmeaustauschers 21 wird mittels der Pumpe 24 ein Unterdruck bis zu 0,1 bar absolut erzeugt. Hierdurch wird die Siedetemperatur des flüssigen Sauerstoffes im Wärmeaustauscher 21 um bis zu 17° C gesenkt, so daß er als Kühlmedium für den Frischsauerstoff dienen kann. Durch die Wahl des Unterdruckes kann die Temperaturdifferenz des Kühlsauerstoffes zum Frischsauerstoff und somit die Größe des Wärmeaustauschers bestimmt werden.
  • Der zum Frischen bestimmte unter 3 bis 6 bar Tankdruck (entspricht einer Gleichgewichtstemperatur von -167 bis -159° C) stehende Sauerstoff wird in Kupferwendeln 25 durch den Wärmeaustauscher 21 geführt und dabei von dem ihn umgebenden Kühlsauerstoff je nach vorliegendem Druckverhältnis um 16 bis 41° C unter seine Siedetemperatur gekühlt. Diese Unterkühlung ist wie oben beschrieben mit - oder auch ohne Verwendung eines Unterdruckes durchführbar. Danach gelangt der Frischsauerstoff durch die isolierte Leitung 4 in die Blasdüse 1, die von einer Isolation und einem Wasserkühlmantel 16 (Fig. 2) umgeben ist, um sie gegen die hohe Wärmestrahlung durch die Metallschmelze 3 zu schützen. Der Frischsauerstoff verläßt die Blasdüse 1, indem er entspannt wird.
  • Der bei der Eigenmediumkühlung anfallende gasförmige Sauerstoff kann für das Frischen auf herkömmliche Art oder in Kombination mit dem flüssigen Sauerstofffrischen verwendet werden. In Fig. 2 ist hierzu eine als 3-Loch-Flüssig-Sauerstoffblaslanze ausgebildete Blasdüse 1 dargestellt. Die Blasdüse 1 weist einen zentrischen Zuströmkanal 10 für flüssigen Sauerstoff auf, der mit einer Ausströmdüse 11 verbunden ist. In der Ausströmdüse 11 ist ein den flüssigen Sauerstoff einschnürender Ausströmkanal vorgesehen, in dem der flüssige Sauerstoff vor seinem Austritt zu einem Strahl geformt wird. Konzentrisch zum Zuströmkanal 10 ist eine Zuführung 13 für gasförmigen Sauerstoff vorgesehen, der vorzugsweise aus drei, den Ausströmkanal 12 umgebenden Ausströmöffnungen 14 austritt. Die Ausströmöffnungen 14 sind in einem Düsenblock 15 angeordnet, der mit einem Kühlkanäle 16 aufweisenden Mantelrohr 17 verbunden ist. Das Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, strömt in Form einer Kreislaufkühlung entsprechend den Pfeilen 18, 19.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsvariante kann die Blasdüse 1 (Fig. 1) als reine Flüssig-Sauerstoffblaslanze ausgeführt sein.
  • Dargestellt ist in Fig. 3 eine Vorrichtung zum Frischen mit flüssigem Sauerstoff, mit der der flüssige Sauerstoff dem Speicherbehälter 5 entnommen wird. Flüssiger Sauerstoff gelangt durch die Entnahmeleitung 6, das Füllstandserfassungssystem 31 und die isolierte Leitung 4 in den Gasphasenabscheider 30. Das Füllstandserfassungssystem 31 hält den zum Frischen dienenden flüssigen Sauerstoff im Gasphasenabscheider 30 automatisch auf dem gewünschten Niveau, wozu mittels des Fühlers 32 der Füllstand erfaßt wird.
  • Im dem Gasphasenabscheider 30 wird der gasförmige Sauerstoff von dem flüssigen Sauerstoff getrennt. Der flüssige Sauerstoff wird über Leitung 4 einer Blasdüse zugeführt, die als vielstrahliger Brausekopf ausgebildet ist. Durch den Brausekopf wird der flüssige Sauerstoff in nahezu drucklosen Zustand mit vielen Strahlen 2 auf der Oberfläche der Metallschmelze verteilt und damit eine große Reaktionsfläche gefahrlos erzeugt.
  • Der durch äußeren Wärmeanfall entstehende gasförmige Sauerstoffanteil wird durch den Gasphasenabscheider 30 vor der Pumpe bzw. Blasdüse 1 separiert und über eine mit der Öffnung 33 verbundene Leitung 34 in den Speicherbehälter 5 bzw. in eine O₂-Ringleitung zurückgeführt.
  • Leitung 4 kann wie im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben, zusätzlich mit einer Ummantelung aus einem kryogenen Medium versehen sein, um ein vorzeitiges Verdampfen zu vermeiden.
  • Dem Sauerstoff können bei Bedarf auch andere Medien wie z.B. Argon oder Feststoffe beigefügt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, mit einem Frischmittel, dadurch gekennzeichnet,
    daß als Frischmittel flüssiger Sauerstoff oder ein Zweiphasengemisch aus flüssigem und gasförmigen Sauerstoff verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Sauerstoff mit einer Blasdüse (1) in oder auf die Schmelze (3) geblasen wird, wobei der Sauerstoff über die zur Blasdüse (1) führende Zuleitung (4) und/oder über die Blasdüse (1) so gekühlt wird, daß der Sauerstoff eine Temperatur aufweist, die an oder unter der Siedetemperatur des Sauerstoffes bei Umgebungstemperatur liegt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der flüssige Sauerstoff durch flüssigen Stickstoff oder durch flüssigen Sauerstoff im Siedezustand gekühlt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der flüssige Sauerstoff in einem Wärmeaustauscher mit flüssigem Sauerstoff gekühlt wird, dessen Druck niedriger ist als der Druck des zum Frischen verwendeten flüssigen Sauerstoffes.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der zur Kühlung dienende flüssige Sauerstoff unter einem Druck unterhalb des Umgebungsdruckes steht.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der flüssige Sauerstoff mit einer Flüssigsauerstoffpumpe (8) auf einen Druck von 6 bis 50 bar gebracht wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Versorgungseinrichtung für Sauerstoff und einer mit der Versorgungseinrichtung verbundenen Blasdüse,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Versorgungseinrichtung ein isolierter Speicherbehälter (5) für flüssigen Sauerstoff ist und die Blasdüse (1) als Flüssigsauerstoffblasdüse oder als kombinierte Flüssig-Gassauerstoffblasdüse (10) ausgebildet ist, welche über mindestens eine isolierte Zuleitung (4) und eine Flüssigsauerstoffpumpe (8) mit dem Speicherbehälter (5) für flüssigen Sauerstoff in Verbindung steht.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die isolierte Zuleitung (4) mit einer Ummantelung aus flüssigem Stickstoff oder flüssigem Sauerstoff versehen ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse (1) mit mindestens einem Kühlkanal (16) versehen ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen der Pumpe (8) und der Blasdüse (1) in der Leitung (4) ein Wärmeaustauscher angeordnet ist, der mit einer Unterdruckpumpe (24) verbunden ist.
EP94106573A 1993-05-08 1994-04-27 Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, mit einem Frischmittel Withdrawn EP0624655A1 (de)

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DE4315342 1993-05-08

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