WO2004104232A1 - Verfahren zur erzeugung einer schaumschlacke auf hochchromhaltigen schmetzen in einem elektroofen - Google Patents

Verfahren zur erzeugung einer schaumschlacke auf hochchromhaltigen schmetzen in einem elektroofen Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a foam slag on high-chromium steel melts in an electric arc furnace, a mixture of a metal oxide and carbon being introduced into the furnace, the metal oxide being reduced by the carbon in the slag and the resulting gases causing the slag foaming by bubble formation.
  • the slag fulfills its primary function, i.e. the removal of unwanted components from the melt, a protective function in the foam state.
  • the slag envelops the space between the electrode ends and the metal surface and protects the refractory lining of the furnace from the radiation energy of the electric arc. Due to the weak thermal conductivity of the foamed slag, the radiation from the arc is greatly reduced compared to the wall of the electric furnace and thus the energy input into the metallic melt is improved.
  • the foam slag is produced by simultaneously blowing carbon and oxygen onto the slag or into the steel bath. That with the ongoing reactions
  • the foamed slag envelops the electrodes and is located as a protective layer between the electric arcs and the furnace wall.
  • the blown-in carbon basically reacts as a reduction element of the chromium oxide.
  • the above Reactions are of little importance in the metallic bath.
  • the iron oxide content in the slag is too low to ensure that the slag foams up satisfactorily.
  • EP 0 829 545 B1 which relates to a process for producing a foam slag on molten stainless steel in an electric furnace, proposes that a powder is introduced into the slag, which is composed of a metal oxide, either zinc oxide or lead oxide, and carbon , The oxide contained in the powder is reduced by reacting with the carbon. Bubbles are formed in the slag, which essentially consist of carbon monoxide, the bubbles contained in the slag causing the slag to foam.
  • the powder is introduced into the slag with the aid of an injection medium, for example nitrogen.
  • the reactive mixture is therefore introduced as a powder into the slag or the melt. Due to the relatively large surface area associated with the powder form, there is a short, violent reaction. In addition, the reaction takes place locally close to the input spray or the blowing device and here in particular at the tip of the blowing lance in the melt.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a foam slag on molten high-chromium steels in an electric furnace, the processes that trigger the foam reaction should take place in a controlled manner.
  • a mixture of a metal oxide and carbon is charged into the furnace not as a powder, but rather as pressed and / or molded parts provided with a binder.
  • a binder In addition to the preferred pellet shape, another shape, for example the briquette shape, is also possible.
  • the gas development with regard to location, type and time - in particular the starting point in time, the speed, the degree of the reaction and / or the length of the Response • controllable.
  • the density properties of the pellets are adjusted via the pressing pressure and / or the type and amount of an iron carrier added, for example ferronickel, and a binder.
  • the density of the pressed parts is adjusted so that the pellets in the slag float near or directly at the metal-slag phase boundary itself.
  • the addition of the iron carrier ensures that the pellets are heavier than slag, but are lighter than the molten metal.
  • the gas evolution thus takes place in a locally defined manner, namely in the slag at the metal and slag border. In this way there is no calming tion between pellets and metal bath, which prevents carburizing of the melt.
  • the pellets should have such a density or compression that they disintegrate evenly and only slowly, the gas evolution and thus the foaming reaction taking place uniformly and for a relatively long time. With an even stronger compression, it is also possible to delay the reactions. This prevents an early reaction or only starts the reaction when the pellets are distributed in the slag.
  • the gas development can also be specifically adjusted by the size of the pellets. Because the pellets have a relatively larger diameter and thus a smaller surface area than powder, the foaming reaction can be maintained for a relatively long time with uniform gas development.
  • Waste products from steel production such as carbon from residual electrodes or waste scale parts, can be used for the mixture for producing the pellets.
  • binders is particularly recommended for such mixtures.
  • a slag former in particular limestone, is also pressed into the proposed pellet shape.
  • the desired CO / C0 2 formation is additionally enhanced due to the limestone.
  • a slag liquefier preferably CaF 2
  • a slag liquefier can also be pressed or bound. This counteracts the fact that slag containing chromium becomes increasingly viscous with increasing chromium oxide content.
  • a reducing agent such as silicon and / or aluminum
  • a reducing agent such as silicon and / or aluminum
  • These reducing agents reduce the chromium oxide content in the slag and thus lower the chromium content in the slag. Foaming of the slag is also improved.
  • the pellets are added at various points in the furnace via the furnace cover and / or the side walls of the furnace. This is not possible with powder, because large parts of the powder would be extracted by the oven's dedusting system. It is advisable to add the pellets in the vicinity of and directly to the hot spots of the electrodes in the slag in order to allow the foaming reaction to take place, in particular at the electrodes.
  • Figure 1 shows schematically the cross section of an electric arc furnace with addition devices for the slag foam pellets.
  • Fig. 2 seen the oven of Fig. 1 from above.
  • the electric arc furnace 1 shown in FIG. 1 is composed of an oven vessel 2 with a fireproof wall 3 and an oven lid 4. After the charging of scrap and alloy components - in this case - three electrodes 5a-c coming into the furnace from above. The solid material is melted due to the arcing. A slag layer 7 floating on the melt 6 is formed. So that a foaming reaction of the slag 7 takes place between the electrodes 5a-c and the refractory furnace wall 3, slag foam material is introduced into the furnace interior as a molded part 8, namely in the form of pellets.
  • the pellets are preferably charged via the furnace cover 4 and here via the 5th cover hole 9 and / or the side walls 10.
  • blowing systems with blowing lines or gravitational delivery systems 11, which extend through the side furnace walls 10, are provided. Blowing lances can also be used instead of the blowing lines.
  • a pneumatic conveyor system 12 consisting of ring lines is also suitable for charging the pellets.
  • This has a ring line 13 running along the cover 4, as is clear from FIG. 1, which at the same time also has ring line sections 14 running radially to the cover.
  • three charging openings 15 a-c are introduced into the ring lines 13, 14 or the corresponding cover wall.
  • the pellets are introduced into the furnace slag 7 uniformly over the furnace cross section via this system 12.
  • the charging openings 15a-c are arranged in such a way that the pellets react with the slag 7 in the vicinity of the hot spots.
  • the pellets float in the slag 7 and react there in a controlled manner according to location, time and type with regard to the desired gas development and thus the foaming reaction.
  • the setting of the density and the The size of the pellets ensures that the gas development process is as uniform as possible, relatively long and not too violent.
  • a controlled reaction on the surface of the pellets leads to an even foaming of the slag.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Erzeugung einer Schaumschlacke auf hochchromhaltigen Stahlschmelzen in einem Elektroofen, wobei ein Gemisch aus einem Metalloxid und Kohlenstoff in den Ofen eingegeben wird, in der Schlacke das Metalloxid durch den Kohlenstoff reduziert wird und die entstehenden Gase in der Schlacke Blasen bilden und diese somit die Schlacke aufschäumen, soll die Gasentwicklung und damit der Aufschäumprozess kontrollierbar sein. Hierzu wird vorgeschlagen, dass das Gemisch aus Metalloxid und Kohlenstoff und ggfs. einem Eisenträger als gepresste und/oder mit einem Bindemittel versehene Formteile, wie Pellets, eingeführt wird. Durch Einstellung der Eigenschaften, insbesondere der Dichte­und/oder Presseigenschaften der Pellets wird die Gasentwicklung hinsichtlich Ort, Art und Zeit kontrollierbar.

Description

Verfahren zur Erzeugung einer Schaumschlacke auf hochchromhaltigen Schmelzen in einem Elektroofen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Schaumschlacke auf hochchromhaltigen Stahlschmelzen in einem Elektrolichtbogenofen, wobei ein Gemisch aus einem Metalloxid und Kohlenstoff in den Ofen eingegeben, in der Schlacke das Metalloxid durch den Kohlenstoff reduziert wird und die entstehenden Gase durch Blasenbildung das Schlackenaufschäumen hervorrufen.
Beim Betreiben von Elektrolichtbogenofen werden die Charge, d.h. vor allem Schrott, und Legierungen mit den Lichtbögen der Elektroden, die von oben in das Ofengefäß ragen, aufgeschmolzen. Hierbei erfüllt die Schlacke neben ihrer Primärfunktion, d.h. der Entfernung von unerwünschten Bestandteilen aus der Schmelze, eine Schutzfunktion im schaumförmigen Zustand. In diesem Zustand umhüllt die Schlacke den Raum zwischen den Elektrodenenden und der Metalloberfläche und schützt die Feuerfest-Ausmauerung des Ofens vor der Strah- lungsenergie des Elektrolichtbogens. Aufgrund der schwachen Wärmeleitfähigkeit der aufgeschäumten Schlacke wird die Strahlung des Lichtbogens gegenüber der Wandung des Elektroofens stark reduziert und damit das Energieeinbringen in die metallische Schmelze verbessert.
Bei nicht rostfreien Stählen bzw. Stählen mit niedrigem Chrom-Gehalt wird die Schaumschlacke durch gleichzeitiges Einblasen von Kohlenstoff und Sauerstoff auf die Schlacke bzw. in das Stahlbad erzeugt. Das bei den ablaufenden Reaktionen
2 [C] + {02} • 2 {CO}
2 {CO} + {02} • 2 {C02} entstehendes Gas führt zu einem Aufschäumen der Schlacke. Zudem reduziert der Kohlenstoff das Eisenoxid zu Eisen und ebenfalls zu Kohlenmonoxid laut
(FΘO) + [C] • [Fe] + {CO}.
Die aufgeschäumte Schlacke hüllt die Elektroden ein und befindet sich als Schutzschicht zwischen den elektrischen Lichtbögen und der Ofenwandung.
Bei hochchromhaltigen Schmelzen reagiert der eingeblasene Kohlenstoff prin- zipiell als Reduktionselement des Chromoxids. Die o.g. Reaktionen haben in dem metallischen Bad geringe Bedeutung. Zudem ist auch der Gehalt an Eisenoxid in der Schlacke zu gering, um eine Aufschäumung der Schlacke zufrieden stellend zu garantieren. Insgesamt ist es bei hochchromhaltigen Schmelzen wegen der erwähnten Unterschiede schwierig, in der Überhitzungsphase eine schäumende Schlacke zu erzeugen.
Hierzu schlägt die EP 0 829 545 B1 , die ein Verfahren zur Herstellung einer Schaumsschlacke auf schmelzflüssigen rostfreiem Stahl in einem Elektroofen betrifft, vor, dass in die Schlacke ein Pulver eingeführt wird, das sich aus einem Metalloxid, entweder Zinkoxid oder Bleioxid, und Kohlenstoff zusammensetzt. Das in dem Pulver enthaltene Oxid wird reduziert, indem es mit dem Kohlenstoff reagiert. In der Schlacke werden Blasen gebildet, die im Wesentlichen aus dem Kohlenmonoxid bestehen, wobei die in der Schlacke enthaltenen Blasen die Schlacke aufschäumen lassen. Das Pulver wird hierzu mit Hilfe eines Injek- tionsmediums, beispielsweise Stickstoff, in die Schlacke eingeführt.
Nach dem Stand der Technik wird demnach das reaktionsfähige Gemisch als Pulver in die Schlacke bzw. die Schmelze eingeführt. Aufgrund der mit der Pulverform verbundenen relativ großen Oberfläche kommt es zu einer kurzen, hef- tigen Reaktion. Zudem findet die Reaktion örtlich begrenzt in der Nähe der Ein- spritz- bzw. der Einblasvorrichtung und hier insbesondere an der Spitze der Einblaslanze im Schmelzbad statt.
Ausgehend von einem derartigen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung einer Schaumschlacke auf schmelzflüssigem hochchromhaltigen Stählen in einem Elektroofen zu schaffen, wobei die Vorgänge, die die Schaum reaktion auslösen, kontrolliert ablaufen sollen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nach der Erfindung wird ein Gemisch aus einem Metalloxid und Kohlenstoff nicht als Pulver, sondern als gepresste und/oder mit einem Bindemittel verse- hene Formteile in den Ofen chargiert. Neben der bevorzugten Pelletform ist beispielsweise auch eine andere Form, wie die Briquettform, möglich. Durch gezielte Einstellung der Eigenschaften der Formteile, nachfolgend als Pellets konkretisiert, wird im Gegensatz zu einem Einsatz in Pulverform die Gasentwicklung hinsichtlich Ort, Art und Zeit - insbesondere des zeitlichen Start- punkts, der Geschwindigkeit, des Grads der Reaktion und/oder der Länge der Reaktion • kontrollierbar.
Insbesondere werden die Dichteeigenschaften der Pellets über den Pressdruck und/oder die Art und Menge eines beigemischten Eisenträgers, beispielsweise Ferronickel, und eines Bindemittels eingestellt. Hierbei wird nach einer bevorzugten Variante die Dichte der Pressteile so eingestellt, dass die Pellets in der Schlacke nahe oder unmittelbar an der Phasengrenze Metall-Schlacke selbst schwimmen. Durch die Zugabe des Eisenträgers wird sichergestellt, dass die Pellets schwerer sind als Schlacke, aber leichter sind als die Metallschmelze. Die Gasentwicklung läuft somit örtlich definiert ab, nämlich in der Schlacke an der Grenze Metall und Schlacke. Auf diese Weise kommt es zu keiner Beruh- rung zwischen Pellets und Metallbad, wodurch ein Aufkohlen der Schmelze verhindert wird. Es ist auch möglich, die Pelleteigenschaften so einzustellen, dass sie eine unterschiedliche Platzierung zwischen dem Schmelzebad und der Schlacke annehmen können. Dann wird gewährleistet, dass die Schaum auslösenden Vorgänge nur in der Schlacke ablaufen, um somit die Effektivität zu er- höhen.
Des Weiteren sollen die Pellets eine solche Dichte bzw. Verpressung aufweisen, dass sie gleichmäßig und nur langsam zerfallen, wobei die Gasentwicklung und damit die Auf schäum reaktion gleichmäßig und relativ lange abläuft. Über eine noch stärkere Pressverdichtung ist es darüber hinaus möglich zu erreichen, dass die Reaktionen zeitverzögert ablaufen. Dies verhindert eine zu frühzeitige Reaktion bzw. gewährleistet den Start der Reaktion erst dann, wenn die Pellets in der Schlacke verteilt sind.
Die Gasentwicklung kann des Weiteren auch durch die Größe der Pellets gezielt eingestellt werden. Dadurch, dass die Pellets einen im Verhältnis größeren Durchmesser und damit eine kleinere Oberfläche im Vergleich zu Pulver haben, kann die Aufschäumreaktion relativ lange bei gleichmäßiger Gasentwicklung aufrechterhalten bleiben.
Bei den Grundbestandteilen Metall- (Me) oxid und Kohlenstoff laufen folgende Reaktionen ab:
(MexOn)+ [C] • x [Me] + {CO} 2 {C0} + {02}» 2 {CO2}
Für das Gemisch zur Herstellung der Pellets können Abfallprodukte aus der Stahlherstellung verwendet werden, wie beispielsweise Kohlenstoff von Restelektroden oder Abfallzunderteile. Insbesondere bei solchen Gemischen emp- fiehlt sich der Einsatz von Bindemitteln. Neben den Grundelementen Metalloxid und Kohlenstoff wird zusätzlich ein Schlackenbildner, insbesondere Kalkstein, in die vorgeschlagene Pelletform verpresst. Aufgrund des Kalksteins wird die gewünschte CO/C02-Bildung zusätzlich verstärkt.
Des Weiteren kann zusätzlich einen Schlackenverflüssiger, vorzugsweise CaF2, mit verpresst bzw. gebunden werden. Damit wird dem Umstand entgegen gewirkt, dass chromhaltige Schlacken mit steigendem Chromoxidgehalt immer zähflüssiger werden.
Auch empfiehlt es sich, ein Reduktionsmittel, wie Silizium und/oder Aluminium, in einen Teil der Pellets, insbesondere zusammen mit Kalkstein, einzupressen, um den Chromoxidgehalt in der Schlacke zu kontrollieren. Diese Reduktionsmittel reduzieren den Chromoxidgehalt in der Schlacke und senken damit den Gehalt des Chroms in der Schlacke. Zudem wird das Schäumen der Schlacke verbessert.
Im Gegensatz zu Pulver, das lokal eingespritzt werden muss, werden die Pellets an verschiedenen Stellen des Ofens über den Ofendeckel und/oder die Seitenwände des Ofens zugegeben. Dies ist mit Pulver nicht möglich, weil gro- ße Teile des Pulvers von der Entstaubungsanlage des Ofens abgesaugt würden. Es empfiehlt sich, zusätzlich die Pellets gerichtet in die Nähe und unmittelbar an die Hot Spots der Elektroden in die Schlacke einzubringen, um die Aufschäumreaktion insbesondere an den Elektroden ablaufen zu lassen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.
Es zeigen hierbei:
Fig. 1 schematisch den Querschnitt eines Elektrolichtbogenofens mit Zugabevorrichtungen für die Schlackschäumpellets; Fig. 2 den Ofen der Fig. 1 von oben gesehen.
Der in Fig. 1 dargestellte Elektrolichtbogenofen 1 setzt sich aus einem Ofengefäß 2 mit feuerfester Wandung 3 sowie einem Ofendeckel 4 zusammen. Nach der Chargierung von Schrott und Legierungsbestandteilen werden - in diesem Fall -drei Elektroden 5a-c von oben kommend in das Ofeninnere gefahren. Aufgrund der sich bildenden Lichtbögen wird das feste Material aufgeschmolzen. Es bildet sich eine auf der Schmelze 6 schwimmende Schlackenschicht 7 aus. Damit eine Aufschäumreaktion der Schlacke 7 zwischen den Elektroden 5a-c und der feuerfesten Ofenwandung 3 stattfindet, wird Schlackschäummaterial als Formteil 8, nämlich in Form von Pellets, in das Ofeninnere eingegeben. Vorzugsweise werden die Pellets über den Ofendeckel 4 und hier über das 5. Deckelloch 9 und/oder die Seitenwände 10 chargiert. Hierzu sind Einblassysteme mit Einblasleitungen bzw. Gravitationsfördersysteme 11 , die sich durch die seitlichen Ofenwände 10 erstrecken, vorgesehen. Anstelle der Einblasleitungen können auch Einblaslanzen verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich eignet sich zum Chargieren der Pellets auch ein pneumatisches Fördersystem 12 aus Ringleitungen. Dieses weist eine entlang des Deckels 4 verlaufende Ringleitung 13 auf, wie sie aus Fig. deutlich wird, die gleichzeitig auch radial zum Deckel verlaufende Ringleitungsabschnitte 14 aufweist. In den Ringleitungen 13, 14 bzw. der entsprechenden Deckelwand sind bei dem gezeigten Beispiel drei Chargieröffnungen 15 a-c eingebracht. Über dieses System 12 werden die Pellets gleichmäßig über den Ofenquerschnitt in die Ofenschlacke 7 eingebracht. Die Chargieröffnungen 15a-c sind hierbei so angeordnet, dass die Pellets in die Nähe der Hot Spots mit der Schlacke 7 reagieren.
Die Pellets schwimmen in der Schlacke 7 und reagieren dort kontrolliert nach Ort, Zeit und Art hinsichtlich der gewünschten Gasentwicklung und damit Aufschäumreaktion. Insbesondere wird über die Einstellung der Dichte und der Größe der Pellets erreicht, dass der Gasentwicklungsprozess möglichst gleichmäßig, relativ lange und nicht zu heftig abläuft. Eine kontrollierte Reaktion an der Oberfläche der Pellets führt zu einem gleichmäßigen Schäumen der Schlacke.
Bezugszeichenliste:
1 Elektrolichtbogenofen
2 Ofengefäß
3 Feuerfeste Wandung
4 Ofendeckel
5 Elektroden
6 Schmelze
7 Schlacke
8 Formteile (Pellets)
9 5. Deckelloch
10 Seitenwände des Ofens
11 Einblasleitung
12 Pneumatisches Fördersystem
13 Ringleitung
14 Ringleitungsabschnitte
15 Chargieröffnungen

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Erzeugung einer Schaumschlacke (7) auf hochchromhalti- gen Stahlschmelzen (6) in einem Elektrolichtbogenofen (1 ), wobei ein
Gemisch aus einem Metalloxid und Kohlenstoff in den Ofen (1 ) eingegeben wird, wobei in der Schlacke (7) das Metalloxid durch den Kohlenstoff reduziert wird und die entstehenden Gase in der Schlacke Blasen bilden und diese somit die Schlacke aufschäumen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Metalloxid und Kohlenstoff als gepresste und/oder mit einem Bindemittel versehene Formteile (8), wie Pellets, in den Ofen eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Formteile (8) so eingestellt wird, dass sie in der Schlacke (7) schwimmen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Formteile (8) so eingestellt wird, dass sie in der Schlacke nahe der Phasengrenze Schmelze (6) und Schlacke (7) schwimmen.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Formteile (8) durch Zusatz eines Eisenträgers einge- stellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Formteile (8) so eingestellt wird, dass sie in der Schlacke (7) gleichmäßig und langsam zerfallen und die Gasentwicklung gleichmäßig und relativ lange abläuft.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Formteile (8) so eingestellt wird, dass sie zeitverzögert zerfallen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch zusätzlich ein Schlackenbildner, vorzugsweise Kalkstein, zugegeben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch zusätzlich ein Schlackenverflüssiger, vorzugsweise CaF2, zugegeben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch zusätzlich ein Reduktionsmittel, vorzugsweise Silizium und/oder Aluminium, zugegeben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (8) über die Seitenwände (10) und/oder den Ofendek- kel (4) des Elektroofens (1) eingegeben werden.
1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (8) gerichtet in die Nähe oder unmittelbar an die Hot Spots der Elektroden (5a-c) in die Schlacke (7) eingeführt werden.
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