LU84168A1 - Verfahren zum aufkohlen von metallschmelzen - Google Patents

Description

Verfahren zum Aufkohlen von Metallsehmelzen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufkohlen von Metallschmelzen, insbesondere von Eisensohmeizen, im Rahmen von metal-5 lurgisahen Prozessen.

Es ist bekannt, dass man im Rahmen eines Sauerstoff-Aufblasverfah-rens (LD bzw. LDAC) zum Frisahen von Roheisen gewisse Mengen an Sahrott verarbeiten kann und zwar 25-27 % Sohrott/Tonne Roheisen. 10 Die hierzu erforderliche Energie entsteht duroh die beim Verbrennen des im Roheisen enthaltenen Kohlenstoffes freiwerdende Wärme im Bad. Die Anmelderin hat in ihrem luxemburgisahen Patent LU 81.207 ein Verfahren besahrieben, das es erlaubt, duroh Naehverbrennen des sieh hierbei bildenden Kohlenmonoxyds über dem Bad, zusätzliahe Energie-15 mengen freizusetzen, die es gestatten, die übliehen Sahrottzusätze auf 38-40 % Sahrott/Tonne Roheisen zu erhöhen. Obwohl dies einen erhebliehen Fortsahrltt darstellt, muss der Matallurge siah mit der Frage auseinandersetzen, ob es nicht möglich wäre, ohne besonderen Kosten- und Zeitaufwand diese Resultate zu verbessern und zwar durah 20 ein Rüekkohlen des Bades.

Will man den Kohlenstoffgehalt erhöhen, sei es nur aus qualitätsbezogenen Gründen, oder im Hinbliak auf die Entwicklung thermischer Energie beim naahträglichen Zuführen von Sauerstoff, so bietet sich 25 nur eine begrenzte Zahl von möglichen Behandlungstechniken an.

Man kann Kohlenstoff vermittels Tauahlanzen mit Hilfe von Trägergasen zuführen, oder den Einsatz von kohlenstoffhaltigen Gasen vorse- - 2 - hen, die beim Kontakt mit der Schmelze kracken und den Kohlenstoff freigeben. Solche Gase enthalten jedoch durchwegs Wasserstoff, der im Stahl unerwünscht ist. Weiter kann man Eisensahmelzen mit Kohlenstoff behandeln, indem man gemäss der DE.AS 28.38.983 einerseits 5 einen Sauerstoffstrahl von oben auf die Schmelze richtet und andererseits pulverförmigen Kohlenstoff mit Trägergas durah unterhalb des Badspiegels in der Ausmauerung des Gefässes angeordnete Düsen " zuführt. Jedoah sind Bodendüsen Aggregate, die ebenso wie Tauehlan- zen hohem Versahleiss ausgesetzt sind und die im Hinblick auf ihre 10 Haltbarkeit, welche zumindest einer Ofenreise entsprechen soll, aus entsprechend teuerem Material gefertigt werden müssen. Darüber hinaus leuchtet ein, dass Bodendüsen kontinuierlich mit Gas beliefert werden müssen, um den Eintritt flüssigen Metalls zu verhindern.

15 In der Patentanmeldung LU 83.814 hat die Anmelderin ein Aufkohlverfahren einer Metallschmelze beschrieben, bei dem man ein mit staubförmiger Kohle beladenes neutrales Trägergas auf Geschwindigkeiten von Mach 1,5 bis 2,5 bringt und diesen Strahl vertikal auf die Oberfläche der Schmelze richtet. Hierbei musste festgestellt werden, 20 dass der Kohlenstoff teilweise nutzlos über der Schmelze verbrennt. Ausserdem wird der Gasstrahl beim Austritt aus der Lanze stark unterkühlt, wodurch die Aufnahme des Kohlenstoffs durah das Metall, die bekanntlich eine endotherme Reaktion darstellt, gehemmt wird.

" 25 Ein Einbringen von Kohlenstoff in eine Schmelze durah feuerfeste

Gefässbodensteine, die mit orientierten Durchgängen solcher Art versehen sind, dass sie gleichzeitig gasdurchlässig sind, ohne den Durchtritt flüssigen Metalls zu gestatten, wurde in der Patentanmeldung LU 83.247 beschrieben. Auch bei diesem Verfahren geht ein 30 beachtlicher Teil des Kohlenstoffs verloren, vermutlich indem die Partikel in den Trägergasblasen eingefangen, die Metallschmelze durchqueren und dann das Bad verlassen.

Das Ziel der Erfindung bestand darin ein Verfahren vorZuschlägen, 35 das es erlaubt, die Kohlenstoffaufnähme durch das Bad im Vergleich zu den bekannten Verfahren zu erhöhen.

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Dieses Ziel wird erreieht durch das erfindungsgemässe Verfahren, das vorsieht, dass man eine in einem Trägergas suspendierte, kohlenstoffhaltige Substanz in das Bad einführt, wobei man zur Erleichterung der Kohlenstoffaufnähme durah das Metall die Kohlenstoff-5 zufuhr diskontinuierliah und zwar pulsierend durchführt.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unter- ? ansprüahen wiedergegeben.

* 10 Der Grundgedanke der zur Erfindung führte geht von der bekannten

Tatsaohe aus, dass die Aufnahme von Kohlenstoff durah ein Eisenbad am besten, d.h. mit dem höahsten Wirkungsgrad dann vonstatten geht, wenn der Kohlenstoffgehalt des Bades sieh zwischen 0.8 und 2.2 Gew.-% bewegt. Die übliahe Vorgehensweise, die instinktiv die Anwendung 15 hoher Überschüsse an Kohlenstoff vorsieht, berücksichtigt allerdings nicht die Tatsache, dass bei einer lokalen Übersättigung an Kohlenstoff die Aufnahme weiterer Kohlenstoffmengen unterbunden wird.

Genau dies spielt sich nämlich ab, wenn man mittels einer Aufblas-20 oder einer Tauahlanze kohlenstoffhaltige Substanzen, die in einem Trägergas suspendiert sind, in ein Bad einzutragen versucht und zwar wird das Metall lokal aufgekohlt und mit Kohlenstoff übersättigt, wobei die lokale hohe Kohlenstoffkonzentration die Aufnahme weiterer Kohlenstoffmengen unterbindet.

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Geht man hingegen erfindungsgemäss so vor, dass man die Zufuhr pulsierend durohführt, so kann eine durah Diffusion bedingte, laufende Verdünnung der Kohlenstoffkonzentration eintreten, so dass jeder neue in das Bad eintretende Kohlenstoffsahub in ein nicht mit 30 Kohlenstoff übersättigtes Medium eintritt, in das er sieh verhältnismässig leicht integrieren kann.

Die Fachliteratur gibt Aufschluss über das Verhalten von Eisen-sohmelzen beim Aufkohlen, und zwar liegen Versuohsergebnisse vor, 35 die zeigen, dass in einem Konzentrationsbereioh von 0.8 - 2.2 % C die Sauerstoffaktivität minimal ist, so dass eine Entkohlung durch ? - 4 - CO-Bildung nur in sehwaahem Masse zu erwarten ist. Steigt die Kohlenstoffkonzentration über die obere Grenze, so erhöht siah auoh die Sauerstoffaktivität und das Bad wird wieder entkohlt. Dieser Effekt tritt unweigerlieh ein, wenn man im Rahmen eines Sauerstoff-5 blasverfahrens eine durah kontinuierliahe Kohlenstoffzugabe bewirkte Aufkohlung durahführen will, ohne dem eingetragenen Kohlenstoff Zeit zum Wegdiffundieren von der Eintrittszone zu lassen.

M

Auah über die Gesahwindigkeit der Auflösung von Kohlenstoff in , 10 Eisensahmelzen liegen Versuohsergebnisse vor die zeigen, dass diese oberhalb von Kohlenstoffkonzentrationen von 2 Gew.-% stark abnimmt, • wobei die Badtemperatur keine wesentliahe Rolle zu spielen seheint.

In der Tat liegt die Kohlenstoffaktivität unterhalb der Raoult'sehen Gerade sofern die Kohlenstoffkonzentration unter rund 2 Gew.-% C 15 liegt. Oberhalb von dieser Grenze steigt die Kohlenstoffaktivität stark an und liegt über der Raoult'sahen Gerade.

Was die Pulsfrequenz anbelangt, mit welcher man erfindungsgemäss die kohlenstoffhaltige Substanz schubweise in das Bad befördert, so 20 richtet diese siah naah der Art der gewählten Zufuhr, sowie nach den lokalen Gegebenheiten wie der Konfiguration des Trägergasstroms, der wiederum von der Lanze abhängt, sowie von der Menge und der Intensität dieses Stroms. Eine weitere Variable die bei der Wahl der Pulsfrequenz eine Rolle spielt ist selbstverständlich in der jeweiligen 25 Kohlenstoffkonzentration zu suchen, die gerade im Bad vorliegt und zwar wird man die Pulsfrequenz zu Beginn der Aufkohlung hoch ansetzen und sie bei steigendem Kohlenstoffgehalt der Schmelze wenn möglich progressiv herabsetzen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Aufkohlen von Metallschmelzen, insbesondere von Eisensohmeizen, im Rahmen von métallurgieohen Prozessen, welohes 5 vorsieht, dass man eine in einem Trägergas suspendierte, kohlenstoffhaltige Substanz in das Bad einführt, dadurch gekennzeiahnet dass man zur Erleiahterung der Kohlenstoffaufnahme duroh das - Metall die KohlenstoffZufuhr diskontinuierlieh und zwar pulsierend durahführt. I

2. Verfahren naah dem Anspruah 1, dadurah gekennzeichnet, dass man den Trägergasfluss konstant hält und dass man das Trägergas stossweise mit kohlenstoffhaltiger Substanz belädt*

3. Verfahren nach den Ansprüehen 1 und 2, dadurah gekennzeiahnet, dass man die Kohlenstoffzufuhr durah Auf- bzw. Einblasen von oben mittels Aufblas- bzw. Tauehlanzen durahführt.

4. Verfahren naah den Ansprüehen 1 und 2, dadurah gekennzeichnet, 20 dass man eine zusätzliche Kohlenstoffzufuhr durah Einblasen durah den Boden bzw. durah den Mantel des raetallurgisahen Gefässes durahführt.

5. Verfahren naah den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass * 25 man die Pulsfrequenz zu Beginn der Aufkohlung hooh ansetzt und dass man sie bei steigendem Kohlenstoffgehalt der Schmelze wenn möglich progressiv verringert.