EP0946760A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von siliziumreichen giessereiroheisen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von siliziumreichen giessereiroheisen

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EP0946760A1
EP0946760A1 EP97918880A EP97918880A EP0946760A1 EP 0946760 A1 EP0946760 A1 EP 0946760A1 EP 97918880 A EP97918880 A EP 97918880A EP 97918880 A EP97918880 A EP 97918880A EP 0946760 A1 EP0946760 A1 EP 0946760A1
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/08Manufacture of cast-iron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/02Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
    • C21B13/023Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces wherein iron or steel is obtained in a molten state
    • C21B13/026Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces wherein iron or steel is obtained in a molten state heated electrically

Definitions

  • the invention relates to a method for producing silicon-rich foundry iron and a direct current furnace with a centrally arranged electrode protruding into the furnace vessel and brought into the vicinity of the bottom, and a counter electrode arranged in the bottom of the furnace vessel, for carrying out the method.
  • Foundry iron rich in silicon is an alloy of iron, about 3% carbon and up to 20% silicon. It is melted in foundries, for example with a silicon content of approximately 2.5%, in order to produce centrifugally cast pipes essentially for water pipes.
  • Foundry iron is usually melted in a cupola furnace and then adjusted to the appropriate composition by alloying with ferrosilicon.
  • the disadvantage of this procedure is the high price of the FeSi.
  • the aim of the invention is to provide a method and a corresponding device in which the final alloy of the silicon-rich foundry iron is melted directly with simple means and inexpensively.
  • the invention achieves this goal by the characterizing features of method claim 1 and device claim 7.
  • it is proposed to charge silicon oxides and iron-containing feedstocks such as scrap, iron sponge, briquetted iron sponge, etc. and carbon-containing feedstocks to reduce the silicon oxides and carburize in a shaft furnace, to pass the batch through an annular shaft, to keep it in a strongly reducing atmosphere and to keep it to be melted by the radiant heat, in particular by a transmitting arc.
  • the radiated energy of the arc melts the feed materials that are forced through the inner vessel to the edge of the furnace and provides the energy required for the reduction of the silicon oxide.
  • the melting process conducted by electrical energy is independent of the electrical conductivity of the starting materials and of their angle of repose. Furthermore, there are no special requirements for the size of the input materials. For example, scrap pieces can be used, which are only limited by the clear width of the ring shaft.
  • silicon oxides it is proposed to carry the silicon oxides directly and independently of the normal column of material. Material feed lances or a hollow electrode are used for this. This makes it possible to melt precisely metered amounts of silicon oxide of sufficiently fine grain size in the shortest possible time. This silicon oxide condenses on the relatively cold coal further up the shaft. It undergoes a transformation and is melted when the batch sinks further.
  • a downhole furnace which has an annular shaft which has a combustion chamber which is kept free during the entire process, taking into account the angle of repose of the feed material, so that the radiant heat can be transferred to the material without hindrance.
  • the inner shaft is conical, so that the feed materials can be guided towards the furnace floor without hindrance.
  • the ring shaft has a size that allows the feed materials to be melted down safely.
  • a closed furnace vessel is used to carry out the process, in which a strongly reducing atmosphere is maintained. This makes it possible to safely reduce the silicon oxide.
  • the silicon content of the feed materials can be up to 20%.
  • Iron carriers are used: 80% shredders, 10% turns, 5% tin cans and 5% Iran turns.
  • the iron carriers mentioned can be replaced in a further step by iron ore or sponge iron.
  • FIG. 1 shows the diagram of a furnace provided with a central electrode, which has an annular, tapered inner gutter shaft.
  • Figure 2 The diagram of a shaft furnace with an electrode, which is surrounded by an annular sleeve and a material feed lance, which is guided parallel to the sleeve.
  • Figure 3 A material feed sleeve that envelops the protective sleeve for the central electrode.
  • the electrode 21 corresponds to a counter electrode 22 provided in the base 13.
  • the sleeve surrounding the electrode is closed with a cover 15.
  • the sleeve is designed conically, tapering at an angle ⁇ in the direction of the furnace bottom.
  • feed means 31 are provided, here on the conveyor belt 33, which can be fed via a lock 32.
  • the sleeve 14 can be displaced vertically by displacement elements 41. Furthermore, a lance 34 is provided in FIG. 2 as material supply means 31, at the entry end of which a lock wheel 35 is arranged. Furthermore, the lance 34 is connected to a pump 36, via which the supplied material can be conveyed pneumatically.
  • the sleeve 14 is enveloped by a double sleeve 17.
  • the space between the sleeves 14 and 17 is used as a material feed into which the batch is fed via feed means 31, here a conveyor belt 33, which can be conveyed onto the belt 33 via a lock 32.
  • a pump 36 is also connected to the feed device.

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von siliziumreichen Gießereiroheisen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von siliziumreichen Gießereiroheisen sowie einen Gleichstromofen mit einer zentrisch angeordneten ins Ofengefäß hineinragenden bis in die Nähe des Bodens geführten Elektrode und eine im Boden des Ofengefäßes angeordnete Gegenelektrode, zur Durchführung des Verfahrens.
Siliziumreiches Gießereiroheisen ist eine Legierung aus Eisen, etwa 3% Kohlenstoff und bis zu 20 % Silizium. Es wird in Gießereien erschmolzen, beispielsweise bei einem Siliziumgehalt von etwa 2,5 % um Schleudergußrohre im wesentlichen für Wasserleitungen herzustellen.
Üblicherweise wird Gießereiroheisen im Kupolofen erschmolzen und dann anschließend durch Zulegieren von Ferrosilizium auf die entsprechende Zusammensetzung eingestellt. Nachteil dieser Verfahrensweise ist der hohe Preis des FeSi.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine dazu entsprechende Vorrichtung zu schaffen, bei der unmittelbar mit einfachen Mitteln und kostengünstig die Endlegierung des siliziumreichen Gießereiroheisens erschmolzen wird.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 7. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in einem Schachtofen Siliziumoxide und eisenhaltige Einsatzstoffe wie Schrott, Eisenschwamm, brikettierter Eisenschwamm u.s.w. und kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe zum Reduzieren der Siliziumoxide und zum Aufkohlen zu chargieren, die Charge durch einen Ringschacht zu führen, sie dabei unter stark reduzierender Atmosphäre zu halten und sie durch die Strahlungswärme, insbesondere durch einen übertragenden Lichtbogen, zu schmelzen.
Durch das Führen der Einsatzstoffe in einem Ringschacht gelingt es, einen Kontakt zwischen Einsatzmaterialien und Elektrode zu verhindern. Würde es zu einem Kontakt zwischen den elektrisch gut leitenden Einsatzmaterialien wie Schrott, Eisenschwamm, brikettierter Eisenschwamm und Kohle/Koks und der Elektrode kommen, hätte dies einen Kurzschluß zur Folge, und es wäre nicht möglich, die für den Prozeß benötigte elektrische Leistung aufzubringen. Wird eine Elektrode eingesetzt, so gelingt es einmal das Material von dieser Wärmequelle fernzuhalten. Es wird durch den entstandenen Freiraum der Lichtbogen ungehindert zwischen der Graphitelektrode und dem
Schmelzbad aufrechterhalten. Durch die abgestrahlte Energie des Lichtbogens werden die durch das Innengefäß zum Ofenrand gedrängten Einsatzstoffe aufgeschmolzen und die für die Reduktion des Siliziumoxids benötigte Energie bereitgestellt.
Der durch elektrische Energie geführte Schmelzprozeß ist dabei unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit der Einsatzstoffe wie auch von ihrem Schüttungswinkel. Weiterhin werden keine besonderen Anforderungen an die Größe der Einsatzstoffe gestellt. So können beispielsweise Schrottstücke eingesetzt werden, die nur noch durch die lichte Weite des Ringschachtes begrenzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, die Siliziumoxide direkt und unabhängig von der normalen Materialsäule zu führen. Hierzu kommen Materialzuführlanzen zum Einsatz oder auch eine Hohlelektrode. Hierdurch wird es möglich, exakt dosierte Mengen an Siliziumoxid von ausreichend feiner Körnung in möglichst kurzer Zeit aufzuschmelzen. Dieses Siliziumoxid kondensiert an der weiter oben im Schacht befindlichen relativ kalten Kohle. Es erfährt dabei eine Umwandlung und wird beim weiteren Niedersinken der Charge mit aufgeschmolzen.
Kommen gesonderte Zuführmittel für das Siliziumoxid nicht zum Einsatz, so wird das gesamte Einsatzmaterial vor dem Einbringen in den Ofen sorgfältig durchmischt. Zur Durchführung des Verfahrens kommt ein Niederschachtofen zum Einsatz, der einen Ringschacht aufweist, welcher einen Brennraum besitzt, der unter Berücksichtigung des Schüttwinkels des Einsatzmateriales während des gesamten Prozeßes freigehalten wird, so daß ungehindert die Strahlungswärme auf das Material übertragen werden kann.
In vorteilhafter Weise ist der innere Schacht konisch ausgeführt, so daß die Einsatzstoffe ohne Behinderung in Richtung Ofenboden führbar sind. Der Ringschacht weist dabei eine Größe auf, die ein sicheres Einschmelzen der Einsatzstoffe erlauben.
Zur Durchführung des Verfahrens wird ein geschlossenes Ofengefäß eingesetzt, in dem eine stark reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten wird. Hierdurch wird es möglich, das Siliziumoxid sicher zu reduzieren. Der Siliziumgehalt der Einsatzstoffe kann dabei bis zu 20% betragen.
Als Eisenträger kommen zum Einsatz: 80 % Shredder, 10 % Turnings, 5 % Tin Cans und 5 % Iran Turnings.
Die genannten Eisenträger können in einem weiteren Schritt durch Eisenerz oder Eisenschwamm ersetzt werden.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen die Figur 1 Das Schema eines mit einer Mittenelektrode versehenen Ofens, der einen ringförmigen, konisch zulaufenden Innenrinnschacht aufweist. Figur 2 Das Schema eines Schachtofens mit einer Elektrode, die von einer ringförmigen Hülse umgeben ist und eine Materialzuführlanze, die parallel zur Hülse geführt ist. Figur 3 Eine Materialzuführhülse, die die Schutzhülse für die zentrale Elektrode umhüllt.
In den Figuren 1 bis 3 ist jeweils ein Ofengefäß 11 dargestellt, das einen Ofenboden 12 aufweist, in dem eine Bodenöffnung 13 vorgesehen ist. Weiterhin besitzen die in den Figuren dargestellten Ofengefäße einen Gasabzug 19. Der Außendurchmesser der Hülse ist mit d bezeichnet und der Innendurchmesser des Ofengefäßes 11 mit D.
In das Ofengefäß ragt eine Hülse 14, die eine Elektrode 21 umhüllt. Die Elektrode 21 korrespondiert mit einer im Boden 13 vorgesehenen Gegenelektrode 22.
Die Elektrode umgebende Hülse ist jeweils mit einem Deckel 15 verschlossen.
In der Figur 1 ist die Hülse konisch ausgeführt, wobei sie sich unter einem Winkel α in Richtung des Ofenbodens verjüngt. Im Bereich des Ofenkopfes sind Zufuhrmittel 31 vorgesehen, hier an dem Förderband 33, das über eine Schleuse 32 beschickbar ist.
In der Figur 2 ist die Hülse 14 durch Verschiebeelemente 41 vertikal verschiebbar. Weiterhin ist in der Figur 2 als Materialzufuhrmittel 31 eine Lanze 34 vorgesehen, an deren Eintrittsende ein Schleusenrad 35 angeordnet ist. Weiterhin ist die Lanze 34 mit einer Pumpe 36 verbunden, über die das zugeführte Material pneumatisch förderbar ist.
In der Figur 3 ist die Hülse 14 von einer Doppelhülse 17 umhüllt. Der Zwischenraum zwischen den Hülsen 14 und 17 wird als Materialzufuhr benutzt, in das die Charge über Zuführmittel 31 , hier ein Förderband 33 zugeführt wird, welches über eine Schleuse 32 auf das Band 33 förderbar ist. Darüber hinaus ist noch eine Pumpe 36 an die Zufuhreinrichtung angeschlossen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung von siliziumreichen Gießereiroheisen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) In einen Schachtofen werden Siliziumoxide und Eisen-Kohlenstoff- Metalle chargiert. b) Dabei wird die Charge unter stark reduzierender Atmosphäre gehalten. c) Mindestens in der Nähe des Gefäßbodens wird die Materialsäule ringförmig geführt und d) der Strahlungswärme einer im freien Raum im Mündungsbereich der ringförmigen Materialsäule oberhalb des Ofenbodens befindlichen Wärmequelle ausgesetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle ein übertragender Lichtbogen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Charge folgende Fe-Träger aufweist: 80 % Shredder 10 % Turnings 5 % Dosenblech 5 % Eisenschrott.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Charge aus den Fe-Trägern Shredder, Turnings, Dosenblech und Eisenschrott durch Eisenerze ersetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Charge mit den Fe-Trägem Shredder, Turnings, Dosenblech und Eisenschrott durch Eisenschwamm ersetzt werden. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumoxide direkt in den freien Raum gefördert und der Strahlungswarme ausgesetzt werden
Gleichstromofen mit einer zentral angeordneten, ins Ofengefäß hineinragende, bis in die Nähe des Bodens geführten Elektrode und einer im Boden des Ofengefäßes angeordneten Gegenelektrode, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die ins Gefäß hineinragende Elektrode von einer koaxial geführten Hülse umgeben ist, deren Außendurchmesser (d) sich zum Innendurchmesser (D) des
Ofengefäßes verhält wie d D = 1 4 und deren Mundung vom Ofengefäßboden im Abstand (a) beabstandet ist mit
2 x d < a ≤ 4 x d .
Gleichstromofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse eine konische in Richtung des Ofenbodens sich vernngende Form aufweist mit einem Konuswinkel α = 4 bis 6 °
Gleichstromofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse in vertikaler Richtung in ihrem Abstand zum Gefäßboden verschiebbar ist
Gleichstromofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Zufuhrmittel vorgesehen sind, die bis an die Mündung der Hülse ragen
Gleichstromofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrmittel Materiallanzen sind, die an eine Förderrichtung angeschlossen sind.
12. Gleichstromofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrmittel ein rohrförmiger Mantel ist, der die Hülse umhüllt.
13. Gleichstromofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ins Gefäß hineinragend Elektrode eine Hohlelektrode ist.
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