LU84547A1 - Einrichtung zur herstellung von stahl - Google Patents
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Description
--. - r
“J^RAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG
...........J.......ai.......“ du 22.....décembre.....1.9.8.2 Monsieur le Ministre de l’Économie et des Classes Moyennes
Titre délivré......................................... S2î\fl Service de la Propriété Intellectuelle
" ~ LUXEMBOURG
Demande de Brevet d’invention I. Requête
La.....soc.±.ét.é....di.te.i......VOES.T-ALP.liiE.....Ak t lang e se 11 s cba f..t.,.....,W..e.r.k.s.g.e.l.in-. (l) 4 de,......à.....4olo....im.,.....A.vLtr.i.c.h.e.^^.r.e.présen.t.é.e. ...par.....M.o.n.si.e.u.r......J.a,.c.g.w.s.s......................
â.e.....Mu.Y.a.ar./. ag.is.aan.t .en.....q.aal.i.t.ë......d.e.....roai»<3i.a.fc.ai.re............................................................................. (2) dépose(nt) ce .....Ying.t.T.de.ux....décembre.....1.9.qq......quat.r.e-y..i.n.gt.-dattx......... (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 : .üEi.nrich,tung....Äiir.....Her.Stellung...von Stahl"...·............................................................................................. (4) 2. la délégation de pouvoir, datée de........LIN.?............................................... le .....9. décembre 1981 3. la description en langue..............allemande......................de l’invention en deux exemplaires; 4...........2..................planches de dessin, en deux exemplaires; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le......2.2.....décembre.....19.8.2_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ LJaLsfaLLfaAL (Le/cMLLLèLLLaLsLLLiLiL L(L?L LaLLiLLat φ/ekL{LcLaL)L. t revendiquent) pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6)...........................br eve t___________________________________déposée(s) en (7) ...........A.U.t.r.l.C.h.e.___________________________________________________1»............................
le ......2.3.....d.éc.emhr.e.....l.9.81__________(No......A.....5.5..3.3..-81)................................................................................................................ (8) au nom de _.la „..^.é.g.o.s.an.t.e................................................................................................................................................................................. (9) eut(elisenv pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg____________________________ 3..5..,..........bld.........Rayai________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(10) sollicite(nt) la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les A annexes susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à____________LL..........................................mois. (11) V Le .^nd^.aj^.fiL...'L... \ .....
Π. 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 : ŒéHrbre_1982 . Pr. le Ministre ', g \ de l’Économie et des fclasses Moyennes, I Ê vf îæ A y D. 51.945
BLANSi uUü-iUNG DtR PRIOkl'lAT
der Patent/Gfe/r/ - Anmeldung IN: ÖSTERREICH
Vom: 23. Dezember 1981-
PATENTANMELDUNG
in
Luxemburg
Anmelder: ‘ VOEST-ÄLPINE Aktiengesellschaft . * ßetr * "Einrichtung zur Herstellung von Stahl".
•m » « * „Λ- > t VOEST-ALPINE Aktiengesellschaft Werksgelände, 4010 Linz, Österreich
Einrichtung zur Herstellung von Stahl
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung von Stahl aus festen und/oder flüssigen Einsatzstoffen, wie Roheisen, Schwerschrott und Leichtschrott, mit einem feuerfest ausgekleideten Frischge-5 faß, in dem heb- und senkbar eine Heiz-Frisch-Ein-richtung sowie gegebenenfalls eine Einrichtung zur Zuführung von weiteren Zuschlagstoffen positioniert sind.
10 Es ist bereits bekannt (AT-PS 232 531), den Einsatzstoffen fehlende Wärme mittels Brenner zuzuführen, um die Frischtemperatur zu erreichen oder den Schrottsatz zu vergrößern, wobei als Heiz-Frisch-Einrichtung ein Blasrohr mit einem Sauerstoffblasrohr und einem Brenn-15 stoffzuführungsrohr vorgesehen ist. Durch das Brennstof fzuführungsrohr wird öl oder Erdgas, also ein fossiler Brennstoff, in das Frischgefäß geleitet.
* Mit dieser bekannten Einrichtung läßt sich zwar der 20 Schrotteinsatz vergrößern, jedoch erhöht sich mit dem Schrottanteil die benötigte Chargendauer, da sich die Flamme erst durch den oberhalb des flüssigen Roheisens vorhandenen eingesetzten Schrott durcharbeiten muß. Der zugeführte Sauerstoff zündet erst, wenn die Flamme ge-25 nügend Schrott bis zum Roheisenbadspiegel aufgeschmolzen hat, was relativ lange dauert.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Schwierig- ! - 2 - \ keit und stellt sich die Aufgabe/ eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die es ermöglicht, den Schrottanteil der Einsatzstoffe zu erhöhen, wobei jedoch die Zeit bis zum Ende des Frischvorganges 5 je Charge nicht wesentlich erhöht wird. Insbesondere soll es möglich sein, auch stark verunreinigten Leichtschrott, wie beispielsweise Automobilschrott und oberflächenbeschichtete Dosen etc., einzusetzen.
Diese Aufaabe wird erfindungsqemäß dadurch gelöst, daß 10 ' die Heiz-Frisch-Einrichtung aus einem Plasmabrenner, . .. einem den· Plasmabrenner umgebenden Mantel zur Zuführung von Sauerstoff und einem diesen Mantel umgebenden Kühl- . .
mantel besteht, wobei im Boden des Frischgefäßes eine Gegenelektrode angeordnet ist. Zweckmäßig ist der Man-15 tel von einem Kranz von spaltförmigen oder runden Düsen gebildet.
Ein Plasmabrenner, bei dem eine ringförmige Kathode vorgesehen ist, von der ein Lichtbogen ausgeht, und bei 20 dem zentral zur ringförmigen Kathode Sauerstoff dem Lichtbogen zugeführt wird, ist aus der DE-OS 29 12 843 bekannt. Da bei diesem bekannten Plasmabrenner das aktive Gas in das Zentrum des Lichtbogens eingeführt wird, • ' i wäre eine chemische Reaktion mit dem aktiven Plasmagas 25 ebenfalls nur im Zentrum des Strahles möglich. Die chemische Reaktion wäre daher, wollte man diesen bekannten Plasmabrenner für ein Frischverfahren verwenden, räumlich eng begrenzt und die Ausbildung einer breiten Schmelzfront wäre behindert. Der vom Plasmagas mantel-30 förmig umhüllte Sauerstoffstrahl kann seine Funktion beim Sauerstoffblasverfahren nicht erfüllen, da er nur in sehr begrenztem Umfang mit dem Roheisen bzw. dem aufgeschmolzenen Schrott in Reaktionskontakt tritt. Es entsteht keine oder nur eine sehr geringe exotherme Reak-35 tion an der Mantelfläche zwischen Plasmastrahl und Schrott.
• v * - 3' -
Vorteilhaft ist die Heiz-Frisch-Einrichtung von einem Kranz Lanzen für die Zuführung von Zuschlagstoffen/ wie ^^O^-Staub (LD-Staub), umgeben.
5 Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Plasmabrenner eine zentrale stabförmige Elektrode und einen die Elektrode umgebenden Ringraum für die Zuführung des Plasmagases auf.
10 Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert/ wobei Fig. 1 einen Schnitt durch die Vertikalachse eines Frischgefäßes und Fig. 2 einen Schnitt durch die in dieses Frischgefäß eingesetzte Lanze zeigen. Fig. 3 ist ein 15 gemäß der Linie III-III der Fig. 2 geführter Schnitt.
Mit 1 ist ein Frischgefäß bezeichnet/ welches als kippbarer Konverter ausgebildet ist. Sein metallischer Außenmantel ist mit 2 und seine feuerfeste Auskleidung 20 mit 3 bezeichnet. In der aufrechten Stellung des Konverters ragt zentral in das Innere 4 des Konverters eine Blaslanze 5, die einen Plasmabrenner 6 beinhaltet. Diese Blaslanze 5 weist eine zentral angeordnete stab-· , förmige Elektrode 7 auf, die von einem von einem Man- 25 tel 9 begrenzten Ringraum 8 umgeben ist, durch den das Plasmagas, welches aus Ar oder Ne, He, CO, CO2, H2 oder Gemischen davon gebildet ist, zugeführt wird.
Vorzugsweise soll der Bremer mit Ar, Ar-^-Mischungen be-30 trieben werden. Die dabei sich einstellenden Bogenlängen sind durch die elektrische SpannungsVersorgung des Plasmabrenners vorgegeben.
Der Plasmabrenner 6 ist von einem weiteren Mantel 10 35 . umgeben, durch den ein weiterer, den Plasmabrenner 6 umgebender Ringraum 11 für die Zufuhr von technisch - 4 - » reinem Sauerstoff (Frischsauerstoff) gebildet wird.
An der Spitze des Plasmabrenners 6 geht der Ringraum 11, durch den der Sauerstoff zugeführt wird, in sich verjüngend ausgebildete radial-symmetrische Öffnungen 5 12, zweckmäßig Laval-Düsen, des vorteilhaft aus Kupfer bestehenden Kopfes 13 der Blaslanze 5 über. Die Aus-trittsöffnungen 12 für den Sauerstoff sind parallel zur Achse 14 des Brenners bzw. in einem kleinen spitzen Winkel zur Achse 14 geneigt, so daß der Sauerstoffstrahl 10 ' entweder zylinderförmig oder kegelförmig nach außen di vergierend aus dem Ringraum 11 austritt. Dies hat den Zweck, daß sich der Sauerstoff erst in einem möglichst großen Abstand vom Blaslanzenkopf 13 mit dem Plasmastrahl 15 vermischt. Dadurch wird die Lebensdauer der 15 Kathode 7, insbesondere ihrer aus Wolfram-Metall gebildeten Spitze 16, wesentlich erhöht. Die die Kathode haltenden Isolierungen 17 weisen Durchlaßöffnungen 18 für ein ungestörtes Durchtreten des Plasmagases auf.
20 Außenseitig ist die Blaslanze von einem Doppelkühlmantel 19 umgeben, in dem in bekannter Weise ein Kühlmittelumlauf aufrecht erhalten wird.
• , Im Konverterboden 20 ist ebenfalls zentral eine Boden- 25 elektrode 21 eingesetzt, die einen Verschleißteil 22 aus Stahl und eine wassergekühlte Kupferstromzuführung 23 aufweist.
Zur Zugabe von Zusatzstoffen ist die zentral ange-30 ordnete Blaslanze 5 von zwei oder mehreren parallel angeordneten Lanzen 24, die radial symmetrisch zur Blaslanze 5 angeordnet sind, umgeben. Durch diese selbstverzehrenden Lanzen 24 können LD-Staub, Feinerz, Kalk oder andere pulverförmige Zusatzstoffe zugegeben 35 werden.
« ;i.
- 5 - ' %
Der Plasmabrenner ist vorzugsweise als direkter Gleich-strombogenbrenner ausgebildet. Die Versorgung des Brenners erfolgt über thyristorbestückte Stromrichter 25. Die elektrische Ansteuerung ist im Prinzip in 5 einphasiger Darstellung in Fig. 1 gezeigt.
Im Boden 20 des Konverters 1 sind Bodenmanteldüsen 26 zur Zuführung von Sauerstoff (als Mantel) und Kohlenstaub (zentral) sowie poröse Steine 27 zur Zuführung 10 · von Argon eingesetzt, um eine weitreichende Prozeßsteuerung zu ermöglichen.
Die Funktion der Einrichtung ist folgende: ** » 15 Nach dem Chargieren des Konverters 1 mit Roheisen 28, Schwerschrott 29 und Leichtschrott 30 wird der Plasmabrenner 6 zwischen der zentralen Wolfram-Kathode 7, 16 und dem Schrott 29, 30, der sich in leitender Verbindung über das Roheisen 28. mit der Bodenelektrode 21 be-20 findet, gezündet. Der Plasmabogen 15 schmilzt einen zentralen Kegel in den Schrott, wodurch günstige Bedingungen für das Zünden des aus der Blaslanze 5 strömenden SauerstoffStromes ermöglicht werden.
' ' I
25 Das sich einstellende Schmelzprofil 31 ist in Fig. 1 mit strichlierten Linien dargestellt. Es bildet sich, wie ersichtlich - sofort nach Zünden des Plasmabrenners -, eine trichterförmige Höhlung 32 im Schrott .. - 30, die allmählich - durch stufenweises oder kontinu- 30 ierliches Senken der Blaslanze 5 - immer tiefer und, in radialer Richtung gesehen, immer breiter wird. Die Wärmeübertragung vom zentralen Plasmastrahl zum Schrott geht ohne bemerkenswerte Absorption durch den ihn umhüllenden Sauerstoffmantel hindurch.
35 I Die Temperatur des Plasmastrahles 15 liegt je nach ‘ - 6 »
Plasmagas zwischen 5.000 und 30.000°K. Gleichzeitig mit dem Zünden des Plasmabrenners 6 wird Sauerstoff durch die Blaslanze zugeführt.
5 Durch die oben beschriebene, parallele bzw. divergierende Zufuhr des Sauerstoffes wird die Zone der maximalen . Wärmeabgabe des Plasmastrahles an die Umgebung ausgenützt. Der Sauerstoff tritt dort in Reaktionskontakt, wo er in erster Linie benötigt wird: im vom Plasma- * 10 brenner 6 vorerhitzten Schrott 30.
Nach dem Zünden des SauerstoffStrahles an der Roheisenbadoberfläche entstehen zwei SchmelzZentren für den Schrott, deren Abstand sich während des fortlaufenden 15 Blasbetriebes verringert, d.h. das SchmelzZentrum des Plasmabogens auf dem Schrott wandert in Richtung Brennfleck 33 (der Reaktionszone zwischen 02 und dem Roheisen 28) des Sauerstoffaufblasbereiches.
20 Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist vor allem darin zu sehen, daß die Wärmeübertragung der elektrisch eingebrachten Energie, durch Strahlung des Plasmastrahles 15, und die Wärmeerzeugung, durch exo-• , therme Reaktion des Roheisens und/oder Schrotts mit 25 reinem Sauerstoff, in optimaler Weise kombiniert wird, wobei durch die Verwendung des Plasmabrenners 6 kürzeste Einschmelzzeiten erreichbar sind.
Durch das Eindüsen von LD-Staub durch die selbstver-30 zehrenden Lanzen 24 gelangt der LD-Staub in den Strahlungsbereich des Plasmabogens, u.zw. in jenen Bereich der größten CO-Gas-Entwicklung, wodurch auch die reduzierenden Komponenten ausgenützt werden und der Abbrand durch Sauerstoff verhindert wird. Durch die 35 starke, vorwiegend radial nach außen wirkende Wärmestrahlung des Plasmastrahles 15 werden diese Zuschlag- «
Stoffe sehr schnell erwärmt. Bei diesem Reduktionsprozeß dampfen auch metallische Verunreinigungen des LD-Staubes, insbesondere Zink, ab, das oberhalb des Tiegels im Bereich der Abhitzeeinrichtung 34 niedergeschlagen 5 werden kann und damit eine Wiederverwertung von verunreinigtem LD-Staub ermöglicht.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern sie “ 10 kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. Bei spielsweise ist es möglich, zusätzlich mehrere Brenner vorzusehen, wobei die Blaslanze 5 radial symmetrisch von weiteren Plasmabrennern umgeben ist. Hierdurch er-folgt das Schmelzen des Schrottes in einem etwas 15 größeren Volumsbereich, jedoch unter grundsätzlich gleichem Ablauf wie oben beschrieben.
Weiters kann die Blaslanze 5, wie an sich bekannt, am oberen Ende gelenkig aufgehängt sein, um während des 20 Betriebes eine Kreisbewegung (Präzisionsbewegung) zur Vergrößerung der Reaktionszone 33 zu erreichen bzw. um eine Badbewegung herbeizuführen.
Anstelle der den Mantel bildenden Düsen 12 kann als
' I
25 Austrittsöffnung für den Sauerstoff ein Ringspalt vorgesehen sein.
*
Claims (4)
1. Einrichtung zur Herstellung von Stahl aus festen und/oder flüssigen Einsatzstoffen, wie Roheisen (28), Schwerschrott (29) und Leichtschrott (30), mit einem feuerfest ausgekleideten Frischgefäß (1), 5 in dem heb- und senkbar eine Heiz-Frisch-Einrich- tung (5) sowie gegebenenfalls eine Einrichtung (24) zur Zuführung von weiteren Zuschlagstoffen posi- m tioniert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz-, Frisch-Einrichtung (5) aus einem Plasmabrenner (6), 10 einem den Plasmabrenner (6) umgebenden Mantel (10) zur Zuführung von Sauerstoff und einem diesen Mantel (10) umgebenden Kühlmantel (19) besteht, wobei im Boden (20) des Frischgefäßes (1) eine Gegenelektrode (21) angeordnet ist. 15
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz-Frisch-Einrichtung (5) von einem Kranz Lanzen (24) für die Zuführung von Zuschlagstoffen, wie Fe203_staub (LD-Staub), umgeben ist. 20
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabrenner (6) eine zentrale stabförmige Elektrode (7) und einen die Elektrode umgebenden Ringraum (8) für die Zuführung des
25 Plasmagases aufweist.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Mantel (10) von einem Kranz von spaltförmigen oder runden Düsen (12) gebildet 30 ist.
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