LU82813A1 - Verfahren zur stahlherstellung aus festen,metallischen eisentraegern - Google Patents

Description

D. 51.226 ___ U Ίε. Ο I #AND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG Brevet N° .............................................

du 3o . septembre 193 D Monsieur le Ministre de l’Économie et des Classes Moyennes

Titre délivré................................... 2¾¾¾ Service de la Propriété Intellectuelle

“- \t0 LUXEMBOURG

% Demande de Brevet d’invention ΐ ' I. Requête . La. société ...dite:......KLÖCKliER-IfSRKE AKTIENGESELLSCHAFT,.....Klöckner- (1)

Strasse 29.,......à.....41.....DUIS3UR.G.,.....Allemagne. Fédérale.,......représentée.......................

. par..I4onsie-ar....Jacques. de....Muy.ser,.....agissant......en.....qu.alité.....de. manda- (2) ^ - ...taire-----------.-.................................................................................................—...............................................................................................................................................

- déposent) ce .—trente ...septembre 19oo .quatre-vingt........................................ (3) à......15_______________heures, au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, à Luxembourg ; 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant : "Verfahren ...zur Stahlher s tellang, aus .£esten-t -raetall isehen..................... (4) ........Eisenträgern"................................. ................... .................................... ..................................................................................— 2. la délégation de pouvoir, datée de DUISBURG............................. le 12..... juin. .198 O......

3. la description en langue...........allemande._____________________ de l’invention en deux exemplaires; 4.........//............... planches de dessin, en deux exemplaires; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le.........3o.....septembre.....12-So..........................................................................................................................................................................................

déclare(nt) en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur(s) est (sont) : .1 * -.....Ludwig. ..von. ..EÛGDAI'îD.Y ,.....Eirsehkaapstxasse 12, .à ...OBERHÄUSER,.... (5) ....................Allemagne .. Fédéra le.....................................................................................................................................................................................

. .2 :.. .Karl....BROTZMANK... .Fentsch.er.str.asse .6.,.....à. -SULÉBACH-ROSElïBERG r...........

...................Allemagne.....Fédérale-................................................................................................................................................................................

revendique(nt) pour la susdite demande de brevet la priorité d'une (des) demande(s) de (6) brevet.....................................................déposée(s) en (7) ... Allemagne ..Fédérale............................................

le . .. 2 octobre.. 19.7 9...........(Ho.. P 29 3.9 859.. 2^24 }......................................................................................... (8) au nom de . ..la....d.êpQs.anfce.................................................................................................................................................................................... (9) t élit(élisent) pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg....................................

..3.5./.....bld.......Royal..............................................................................................................................................................................................................(10) sollicite(nt) la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les »annexes susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à . .....//.............................. ..............mois. (11) ' 1 ' f. r r f îLe ...bandataire...........»,.........t... \ - v:...........-w.....................v"' v II. Procès-verbal de Dépôt

La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Économie et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Intellectuelle à Luxembourg, en date du : ^ /·**. g ar.j 1 O g q

Pr. le Ministre p T_5 heures / de l’Économie et des Classes Moyennes, p. d.

C ii c

A 6SWVT

ί D. 51.226

I BEANSPRUCHUNG DER PRIORITÄT

! . der Patent/öft/rrf/- Anmeldung

! IN: DER BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

' Vom:2. OKTOBER 1979 ________ jl- I*---- i % * I * * * r Γ' ' X. \Λ\λΛ1.\ Ι * ; *

PATENTANMELDUNG

in

Luxemburg v ,

Anmelder: KLÖCKNER-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT

ι *i

Betr.: "Verfahren zur Stahlherstellung aus festen, metallischen ^ Eisenträgern".

: f :ü /_ ! ' ‘ ’l : ** ! *; *· !$ \\ \ ί l 1 ι . 1 j i · * * - * Λ > * < i

Verfahren zur Stahlborstcllung. aus festen, metallischen Eisenträgern i Die vorlic'gende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stahlhcr- stellung aus festen, metallischen Eisenträgern, insbesondere Schrott, Pest-Roheisen, Pellets, Eisenschwamm oder beliebige Mischungen davon, in einem SauerStoffdurchblaskonvcrter, der gleichzeitig über Sauerstoffaufblaseinrichtungen und Einleitungsdüsen für gemahlene, kohlenstoffhaltige Brennstoffe unterhalb der .Stahlbadoberfläche verfügt.

\ ' ·’

Die Stahlerzeugung aus Schrott, ohne Einsatz von flüssigem Roheisen, wird heute bevorzugt in Elektrolichtbogenöfen durchge- 1 führt. Vom Preis für die elektrische Energie hängt dabei weit- j gehend die Wirtschaftlichkeit dieses Prozesses ab. Die bekann ten Konverter-Verfahren, bei denen Sauerstoff auf- oder durch i die Schmelze geblasen wird, arbeiten im Vergleich zum Elektro- { I lichtbogenofen schneller und kostengünstiger. Zur Stahlherstel- | lung im Konverter ist jedo'ch flüssiges Roheisen erforderlich, dem in Relation zu seiner Zusammensetzung beim Frischprozeß Schrott als Kühlmittel zugesetzt wird. Üblicherweise beträgt * f Î der Schrottanteil bis zu ca. 30 bezogen auf das Stahlgewicht.

t ! . Es sind nunmehr Konverter-Verfahren zur Stahlerzeugung bekannt.

t j geworden, die es erlauben, den Schrottanteil bis hin zur Stahl-

J

I - erzeugung aus festen Eisenträgern zu steigern. Die erforderli che Wärme bringt man dabei durch das Vorheizen des Schrottes und über die Zufuhr von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in dio Schmelze ein. Der wärmetechnische Wirkungsgrad der eingesetzten Brennstoffe bestimmt bei dieser Verfahrensweise im wesentlichen die Wirtschaftlichkeit.· • » / ~ · · « • » · , * .....· - 2 » · ·· ’ · bereits in den alten deutschen Patenten 508 966 und 537 781 aus den Jahren 1924 und 1929 wird ein Konverterverfahren zum Ein-, schmelzen von Erz beschrieben, bei dem inan der Schmelze Kohle— staub und Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft zuführt.

Die Zufuhr der Brennstoffe und die erforderliche Wärme an die Schmelze zu übertragen, erwies sich offenbar als schwierig, denn in dem Zusatzpatent 537 .781 wird vorgeschlagen, das Verfahren gemäß Patent 508 966 in einem elektrisch beheizten Kon- . 1

> I

verter durchzuführen.· > . - — - - Die deutsche Patentanmeldung r P 28 38 983 -"Verfahren zur Wärmezufuhr bei der Stahlerzeugung im Konverter", beschreibt eine vorteilhafte Arbeitsweise, um den Schrottsatz im Konverter beliebig zu steigern und schließlich nur aus festen Eisenträgern eine Stahlschmelze zu erzeugen. Nach dem Verfahren dieser Patentanmeldung wird der Schrott in den Konverter chargiert und etwa 10 Minuten vorgeheizt. Während der Vorheizphase arbeiten die im Konverterböden angeordneten Sauerstoffeinleitungsdüsen als Brenner. Nach dem Vorheizen chargiert man entweder flüssiges Roheisen in den Konverter oder arbeitet ohne Zu- m· gäbe von Roheisen weiter. Sobald sich Schmelze im Konverter befindet, wird durch die Düsen unterhalb der Badoberfläche gemahlener, kohlenstoffhaltiger Brennstoff., hauptsächlich Koks oder Kokspulver, und Sauerstoff mit Ummantelung eines kohlenwasserstoffhaltigen Schutzmediums eingeblasen. Ungefähr die gleiche Sauerstoffmengedie unterhalb der Badoberfläche eingeleitet wird, bläst man gleichzeitig durch den freien Konverterraum auf die Dad-- Oberfläche.

Bei der praktischen Anwendung dieses Verfahrens hat es sich gezeigt, daß bei starker Herabsetzung des Roheisensatzes, definiert als Roheisenanteil bezogon auf das Stahlgewicht, und beim Einsatz • · * » · t • - 3 - • · · - % • · ausschließlich fester Eisenträger, sich die Einschmclzzeit für die festen Eisenträger übo^proportional verlängert. Die Chargen!olgo- zeit nimmt demgemäß zu. Weiterhin schwankt der Energieverbrauch während dieser Einschmelzphase und steigt im Mittel etwas an. Das • · bekannte Verfahren läßt sich demzufolge ohne den Einsatz von flüssigem Roheisen nicht so betriebssicher in Hinblick auf seine Wirtschaftlichkeit durchführen, wie beim Einsatz einer Mindestmonge von Roheisenschmelze. Es ist mit einer verlängerten -Chargenfolge-i zeit zu rechnen, und es ergeben sich Schwankungen im wärmetechni- 1 sehen Wirkungsgrad der eingesetzten Brennstoffe während der Schrott . einschmelzzeit. .. · * ‘ . :

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nunmehr darin, ein Stahlerzeugungsverfahren zu schaffen, das es betriebssicher ermöglicht, Stahl aus festen Eisenträgern ohne Bedarf von flüssigem Roheisen mit hoher Energieausnutzung, dih. mit einem Energiebedarf wie beim Einsatz einer Mindestmenge von flüssigem Roheisen, in relativ kurzer Chargenfolgezeit und somit in wirtschaftlicherer Weise als bisher bekannt zu erzeugen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß in dem Konverter gegenüber der gewünschten Stahlabstichmenge 10 bis 30% mehr Stahl hergestellt werden und daß nach erfolgtem Abstich dieser gewünschten Stahlabstichmenge die Zusatzstahlmenge in ein gesondertes Gefäß, vorzugsweise eine entsprechende Stahltransportpfanne, eine sogenannte Hilfspfanne, abgestochen wird. 1

Das erf indungsgeinäße Verfahren wird bevorzugt in einem weiter- entwickelten Sauerstoffdurchblaskonverter durchgeführt, gemäß der deutschen Patentanmeldung P 28 38 983· Dieser Konverter weist Sauerstoffeinleitungsdüsen unterhalb der Stahlbadoberfläche auf, die dazu dienen, sauerstoffenthaltende Frischmittel, vorzugsweise üblicher Sauerstoff, mit Kohlenwasserstoffummantelung zum Düsenschutz, in die Schmelze zu leiten. Gleichzeitig verfügt der Konverter über Sauerstoffeinblasvorrichtungen oberhalb der Dad-oberflache, durch die Sauerstoff auf das Bad geblasen wird. Die- - 'à - sc SauerstoffaufblasVorrichtungen können Düsen in der feuerfesten Ausmauerung im oberen Konvertex'bereich sein, oder es kann sich um die bekannten, wassergekühlten Lanzen handeln. Zwischen 20 bis [ » 80 % der Gesamtsauerstoffmenge führt man dem Frischprozeß von oben durch einen oder mehrere auf die Badoberflache gerichtete Gasstrahlen, die über einen wesentlichen Teil des Frischprozes-; ses als in einem Gasraum blasende Frcistrahlen wirken, zu, gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 27 55 165- Weiterhin verfügt ' der Konverter noch über Einleitungsdüsen für kohlenstoffhaltige | Brennstoffe unterhalb der Badoberfläche. Diese Düsen werden wie | nach dem Verfahren der bisher nicht veröffentlichten deutschen i , - i ’ Patentanmeldung P 29 3¾ 333»7 betrieben. Als Brennstoffe kommen i · ; Koks, Braunkohlenkoks, Graphit, Kohle verschiedener Qualitäten und Mischungen davon infrage.

:' Die eingesetzten festen, metallischen Eisenträger, insbesondere

Schrott, Festroheisen, Pellets, Eisenschwamm oder beliebige Mischungen davon, werden zunächst in dem genannten Konverter vorgeheizt. Während dieser Vorheizphase betreibt man die Düsen un- i terhalb der Stahlbadoberfläche als Brenner, gemäß der deutschen j

Patentanmeldung P 28 16 5^3-7* Als Brennstoffe dienen flüssige und/oder gasförmige Kohlenwasserstoffe, bevorzugt Erdgas oder 01· ζ Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Einschmelzzeit und der wârmetechnisché Vrirkungsgrad der eingesetzten Brennstof-* fe für das Schrottschmelzen bei einer Erhöhung der Einsatzmengo Λ. e fester, metallischer Eisenträger in einem 30 t-Konverter bis zu „ einem Anteil von ca. 30 $ Schmelze, in einem 60 t-Konverter bis zu einem Flüssiganteil von ca. 20 % und in einem 200 t-Konver-! ter bis zu einem Gewicht der chargierten Schmelze von ca. 10 % ungefähr konstant bleiben. Bei Chargen aus 100 % festen Eisenträgern, z.B. Schrott, verlängert sich die Einschmelzzcit, d.h, die Zeit nach dem Vorheizen bis sich Schmelze im Düsenbereich am Konverterboden befindet, mehr als erwartet, und die Energie- ! . * * m- m Λ -5- ' .

• · # • * ·

Ausnutzung der eingesetzten Brennstoffe streut während dieser. .

Zeit relativ stark und liegt im Durchschnitt niedriger als bei Verglcichsschmelzen onit einem Anteil von flüssigem Einsatz· \ Vermutlich besteht eine Erklärung für diese Verlängerung der Ein schmelzephase und den teilweise erhöhten Energiebedarf bei der Arbeitsweise ohne Plüssigeinsatz darin, daß der Übergang vom vor-gewärraten Schrott zu einem flüssigen Sumpf mit ausreichendem Yo-lumen, in dem die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe gelöst und un-, ter Wärmegewinnung zu CO verbrannt werden, durch die verhältnis mäßig stark streuenden Betriebsbedingungen während dieser Prozeßphase unterschiedlich abläuft. Die wechselnden Betriebsbedingun-(_ gen können beispielsweise durch verschiedene Schrottsorten, deren

Packung im Konverter, den erreichten Oxidationsgrad beim Vorbei-zen der festen Eisenträger und den daraus resultierenden Veränderungen beim Wärmeübergang Ijervorgerufen werden. Darüber hinaus • sind Schwankungen beim Aufschmelzen und der Anfangslage des Bades im Konverter, insbesondere in bezug auf die Düsenanordnung, zu erwarten. ·’

Gemäß der Erfindung werden in dem genannten Konverter 10 bis 30 % mehr Stahl erzeugt--als für das Abstichgewicht, d.h. für die Weiterverarbeitung im Stahlwerk, vorgesehen .ist. Beispielsweise werden in einem 100 t-Konverter ungefähr 120 t Stahl ge-^ frischt und davon 100 t für die "Weiterverarbeitung im Stahlwerk abgestochen.

Erfindungsgemäß wird die Zusatzstahlmenge von ca. 10 bis 30 %, nach erfolgtem Abstich der Stahlschmelze/ in ein Aufbewahrungsgefäß ausgeleert, beispielsweise in eine entsprechende Stahlpfanne, im folgenden Hilfspfanne genannt. In dieser Hilfspfanne wird der Stahlrest zunächst aufbewahrt und der nächsten Schmelz« nach dem Schrottvorheizen wieder zugeführt.

Es ist sowohl für die praktische Durchführung wie für die wirtschaftliche Betriebsweise des neuen Verfahrens wichtig, daß die für die nächste Schmelze bestimmte flüssige Stahlmenge ß m ! ' · v . ' * * , • » - 6 - * · aus dem Konverter entfernt und nach dem Chargieren und Vorheizen des Schrottes der folgenden Charge dem Konverter wieder zugeführt wird. Eine im Konverter verbleibende .restliche Stahlmenge hätte zwei entscheidende Nachteile. Wenn eine flüssige Stahlmenge im Konverter verbleibt, ist es jiicht möglich, den Schrott durch im Konverterboden angebrachte Brenner vorzuheizen. Dann muß jedoch die erforderliche flüssige Stahlmenge mindestens doppelt so groß sein wie bei der Arbeitsweise mit vorgeheiztem Schrott. Außerdem ist es immer , problematisch, in eine Stahlschmelze, besonders wenn diese

Menge groß ist, Schrott zu chargieren, weil üblicherweise das Einleeren des Schrottes mit Manipulationen am Konverter verbunden ist und außerdem zusätzliche Reaktionen zwischen dem Schro.tt und dem flüssigen Bad auf treten können.

Gemäß der Erfindung hat es .sich als vorteilhaft erwiesen, den zu repetierenden Stahlrest, d.h. die Zusatzstahlmenge von 10 bis 30 %, auf einen Kohlenstoffgehalt > 1 %, vorzugsweise zwischen 2 bis 3 aufzukohlen. Durch die Aufkohlung kommt es zwar zur Abkühlung der Stahlmenge in der Hilfspfanne, aber durch die Erniedrigung der Erstarrungstemperatur der kohlenstoffreicheren Schmelze verringert sich die Gefahr, daß die repetierte Schmelze teilweise erstarrt, sobald sie mit dem Schrott beim Chargiervorgang in Berührung kommt. Letztlich wird durch das Einblasen von Sauerstoff über die Verbrennung des in der Schmelze enthaltenen Kohlenstoffs Energie gewonnen, die zu einer gewünschten, Ç . schnellen Aufheizung des Sumpfes im Konverter beiträgt und den

Anteil von Schmelze im Konverter vergrößert·

Um beim Vorheizen der in den Konverter chargierten festen, metallischen Eisenträger, beispielsweise Schrott, einen möglichst günstigen wärmetechnischen Wirkungsgrad zu erzielen, ist man bestrebt, keinen Stahlrest im Konverter zu belassen. Beim vollständigen Ausleeren der Stahlschmelze aus dem Konverter ist C3 jedoch unvermeidbar, daß ein Anteil flüssiger Schlacke mitläuft· Zwischen dieser eisenoxidreichen Schlacke und der aufgekohlten Stahlschmelze kann es in der Hilfspfanne zu unerwünschten, « - 7 - #

Reaktionen kommen. Erf indungsgcinüß werden «nus diesem Grund Des-oxidntionsiuittol, z.B. Silizium bis zu Gehalten zwischen 0.1 bis 1.5 dem Stahlrcst zugegeben. Damit lassen sich die genannten »

Reaktionen zwischen Schlacke und Stahlrest weitgehend unterdrük-k en .

9

Gemäß der Erfindung hat es sich als besonders wirtschaftlich erwiesen, die Kohle ganz oder teilweise bereits im Konverter dem t ; flüssigen Stahlrest zuzugeben, bevor er in die Hilfspfanne aus geleert wird. Die Aufkohlung erfolgt in einfacher Weise durch die kohlenstoffhaltigen, gemahlenen Brennstoffe, beispielsweise t ,

Koks, den man über die vorhandenen Einleitungsdüsen im Konver-• terboden einbläst.

Die erfindungsgemäße Aufkohlung des Stahlrestes im Konverter hat besonders Vorteile, wenn der Stahl nach der sogenannten Zweischlackenpraxis gefrischt wird. Bei der Zweischlackentechnik zieht man die erste Schlacke nach der Hauptfrischperiode möglichst vollständig ab. Diese Schlacke enthält die wesentlichen Anteile der zu entfernenden Elemente beim Frischprozeß, wie Phosphor und Schwefel. Beim sogenannten Nach- oder Fertigblasen wird im Konverter eine zweite Schlacke gebildet, deren Eiseuoxidgchalt normalerweise zwischen 15 bis 20 % beträgt, i ( Wird nun in den zu repetierenden Stahlrest im Konverter Kohle cingcblasen, so reduziert man gleichzeitig den Eiscnoxidgeluilt k « : _ dieser Zweitschlacke, die sich noch im Konverter befindet. Die ; Schlacke wird dadurch viskos bis krümelig und läßt sich in die- ί sein Zustand leichter im Konverter zurückhalten, wenn der Stahl rest in die Hilfspfanne abgestochen wird. Diese Schlacke beläßt man als Kalkträgcr für die nächste Schmelze im Konverter. Auf diese Weise verringert sich der.Kalkverbrauch, und gleichzeitig verbessert sich der Wärmehaushalt, da weniger Kalk aufzuheizen ist. Weiterhin hat sich gezeigt, daß diese zum Teil krümeligo f · « t f i I · .-···· j , « , . .

» »I I I

’ - 8 - »

Schlacke den wärmctechnischen Wii'kungsgrad beim Vorwärmen verbessert im Vergleich zu einer flüssigen Schlacke. Der Grund'liegt wahrscheinlich darin, daß flüssige Schlacke leichter auf dem me- % ; ‘ tallischen Einsatz, beispielsweise Schrott, erstarrt und den Wär meübergang verschlechtert. Wie bereits gesagt, ist es außerdem schwierig, den Stahlrest vollständig aus dem Konverter zu entleeren, solange die Schlacke dünnflüssig vorliegt. Ein Stahlrest im Konverter wiederum führt aber beim Vorheizen zu einer deutlichen Verminderung des wärmetechnischen Wirkungsgrades der eingesetzten Brennstoffe.

i / ;. Es liegt inx Sinne der Erfindung, ihr wesentliches Merkmal, näm lich das Repetieren einer Reststahlmenge bei der nächsten Charge, den Betriebsbedingungen in den verschiedenen Stahlwerken anzupassen. Dabei können sowohl die Reststahlmengen, der Zugabe- i Zeitpunkt und die Legierungssätze, insbesondere Kohlenstoff und

Silizium, in weiten Grenzen unter Beibehaltung des Erfindungsgedankens, die Erzeugung von Stahl ohne flüssiges Roheisen, variiert werden.

« ( *

Claims (5)

1. Verfahren zur Stahlherstellung aus festen, metallischen \ Eisenträgern, insbesondere Schrott, Fest-Roheisen, Pellets, v Eisenschwamm oder beliebige Mischungen davon, in einem Sauer stof fdurchblaskonver ter, der gleichzeitig über Sauerstoffauf-blaseinrichtungen und Einleitungsdüsen für gemahlene, kohlenstoffhaltige Brennstoffe unterhalb der Stahlbadoberfläche / verfügt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Konverter gegen- über der gewünschten Stahlabstichmenge 10 bis 30 % mehr Stahl hergestellt werden und daß nach erfolgtem Abstich dieser gewünschten Stahlabstichmenge die Zusatzstahlmenge in ein gesondertes· Gefäß, vorzugsweise eine entsprechende Stahltrans-portpfanne, eine sogenannte Hilfspfanne, abgestochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zusatzstahlmenge mit oder ohne LegierungsZusätze bei der nächsten Charge nach erfolgtem Vorheizen der eingesetzten festen, metallischen Eisenträger in den Konverter chargiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgtem Abstich der gewünschten Stahlabstichmenge die Zusatzstahlmenge im Konverter aufgekohlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß * nach dem Hauptfrischen die Schlacke aus dem Konverter weit gehend entfernt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu repetierende Stahlrest (Zusatzstahlmenge) mit siliziumhaltigen Legierungsmitteln auf Siliziumwerte zwischen 0.1 bis 1.5 % eingestellt wird. t · ' !>}·, ) Λ ·