WO2023110375A1 - Schmelzaggregat zur stahlerzeugung mit einem abstichgewicht zwischen 60 t und 350 t - Google Patents

Schmelzaggregat zur stahlerzeugung mit einem abstichgewicht zwischen 60 t und 350 t Download PDF

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WO2023110375A1
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top lance
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process gas
lance
furnace
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Hans-Jürgen ODENTHAL
Andreas Schüring
Peter Starke
Thomas Henkel
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Sms Group Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a melting unit for steel production with a tapping weight between 60 t and 350 t and a method for operating the same.
  • Steel is usually produced from raw materials such as pig iron by removing the excess carbon, adding alloys and refining the melt (metallurgical work).
  • the molten pig iron is filled into a converter and then oxygen is blown onto or into the melt using a top lance and/or bottom or side wall nozzles (refining of the melt).
  • DRI iron can also be melted down in an electric arc furnace and this feedstock used as molten pig iron. The melt is then adjusted to the desired final alloy with alloying materials.
  • DRI iron is increasingly being melted down and refined in a melting unit.
  • a smelting unit that can perform both smelting and metallurgical work is known, for example, from publication EP 0 717 115 A1.
  • electrical energy can be introduced into one of the vessels by means of the graphite electrodes, or an operating state with chemical energy or refining can be switched to by changing the cover.
  • the smelting unit is thus able to produce a metallic melt starting from solid input materials, while changing the energy sources required for this and performing metallurgical work.
  • oxygen is blown onto the surface of the molten bath or onto the hot charge materials using a blowing lance guided through the cover.
  • the oxygen reacts with the liquid melt or the raw materials and releases energy in the process.
  • the oxygen is usually blown in at high pressure or volume flow in order to achieve thorough mixing of the reactants.
  • the disadvantage of the above-mentioned procedures is that steel and/or slag is spattered in the melting unit (splashing) due to the high volume flows and the associated impulse of the gas jet when blowing in.
  • the process gas blown in through the side wall injector hits the surface of the molten bath at a certain angle and causes an elliptically shaped, oscillating blow mould.
  • the size and depth of the blow mold depend on the distance between the side wall injector and the surface of the melt pool, the angle of inclination of the side wall injector and the amount of process gas or process gas volume flow.
  • the object of the invention is therefore to provide a smelting unit and a method for operating the smelting unit, which uses chemical and electrical energy to produce a metallic melt from solid charge materials and performs metallurgical work without splashing and slagging occurring.
  • the object of the invention is achieved by a melting unit with the features of claim 1 and a method with the features of claim 13.
  • the melting unit has a top lance for blowing in a process gas and/or solid, it being possible for the top lance to be brought into a working position through an opening in the first cover.
  • the top lance can be rotated around the axis of the top lance on the one hand and around a vertical axis on the other.
  • the top lance can be pivoted about a horizontal axis.
  • the operation of the melting unit includes both the treatment of a melt located in the melting unit and the sequence of several melts one after the other.
  • the vertical pivot axis is parallel to the axis of rotation of the top lance and allows the top lance to move in a circular arc segment about the vertical axis.
  • the horizontal axis lies in a plane perpendicular to the axis of rotation of the top lance. Pivoting the top lance around this axis makes it possible to set different angles of the top lance in relation to the melt pool surface.
  • a large number of side wall injectors are arranged radially circumferentially in the upper furnace for blowing in a process gas and/or solid material, the side wall injectors being pivotable horizontally and/or vertically by up to ⁇ 5°.
  • Process gases within the meaning of the invention are gases that react with the input materials, the melt and/or the furnace atmosphere.
  • process gases in the sense of the invention can be oxygen, nitrogen, C x Hy (eg methane, ethane, etc.), hydrogen or inert gases.
  • Solids within the meaning of the invention are alloying materials, slag-forming materials and/or solid energy carriers. For example, fine-grained coal, lime, chrome ore or the like can be used as solids.
  • the first working position of the top lance is defined by the fact that a gas jet emerging from the top lance at this position penetrates into the furnace chamber and interacts with the furnace atmosphere or the melt.
  • the movement and/or rotation about one or more axes of the top lance is carried out by means of one or more drives, which are preferably connected to the furnace control. These can be electric, pneumatic or hydraulic drives.
  • the tip of the top lance is the area of the top lance closest to the melt surface. It is not necessary for an outlet opening for the gas jet to also be arranged at this point.
  • Known designs for top lances typically have between 3 and 7 Laval nozzles, with the individual Laval nozzle itself being inclined at between 7° and 25° with respect to the axis of the top lance.
  • Multi-hole top lances are also known, for example, from publication DE 20 2007009 161 U1.
  • Sidewall injectors allow a jet of gas and/or a solid to enter the furnace chamber. In the sense of the invention, these can also be gas mixtures or solid/gas mixtures. The above definitions apply to the possible gases or solids.
  • the ability to pivot the side wall injectors by up to ⁇ 5° is based on a central installation position of the respective individual injector. As a result, the orientation of the side wall injector and thus the blow mold it creates in the melt pool surface can be adapted to a small extent to different operating states and filling levels in the melting unit.
  • a possible design of a side wall injector as a burner is disclosed by publication DE 603 05321 T2.
  • Such a melting unit in connection with the operating method according to the invention minimizes the shearing forces of the gas jets acting on the surface of the melt and thereby reduces the number of steel and/or slag droplets produced inside the furnace, on the furnace cover and in the furnace elbow.
  • the possibility of using the gases and/or solids to carry out metallurgical work or to introduce chemical energy into the melting unit is retained.
  • a gas jet directed obliquely from above onto the edge region of the blast trough induced by the side wall injector reduces the oscillation width of the blast trough of the side wall injector and disrupts or prevents and ultimately reduces the tearing of the metal droplets at the edge of the side wall injector's blow cavity.
  • the top lance is preferably designed as a multi-hole top lance and has more than 2 outlet openings, preferably more than 5 outlet openings, for a process gas and/or a solid.
  • An increased number of outlet openings in the top lance makes it possible to influence a larger area of the molten bath surface.
  • the number, size and shape of the outlet openings and the inclination of the outlet openings are adapted to the side wall injectors.
  • Outlet openings can be designed, for example, as simple openings in the surface of the top lance.
  • a nozzle shape is preferred for the design of an outlet opening.
  • a Laval nozzle or a Venturi nozzle is preferred for a nozzle shape.
  • the top lance can preferably be rotated through an angle of at least +/- 15°, more preferably at least +/- 30°, even more preferably +/- 45° around the axis of the top lance.
  • the axis of the top lance is defined by the tip of the top lance and the point at which the top lance penetrates the furnace lid.
  • the top lance can be rotated around the vertical axis by an angle of at least +/- 15°, preferably at least +/- 30°, more preferably +/- 45°.
  • the vertical axis is an axis parallel to or coincident with the axis of the top lance. This allows the top lance to be swung in or out of the melting unit. To a small extent, limited by the opening in the furnace lid, such a pivoting movement can be used to adjust the position of the point of impact of the gas jet with respect to the blast troughs induced by the side wall injectors.
  • the top lance can preferably be pivoted about the horizontal axis by an angle of at least +/-10°, more preferably at least +/-20°, even more preferably +/-30°.
  • Horizontal axes are axes that lie in a horizontal plane. A rotation of the top lance about such an axis increases the movement space of the tip of the top lance in the melting unit. A particularly large area of movement for the tip is created when the horizontal axes of rotation are in the area of the lid opening.
  • the top lance preferably has at least one supersonic nozzle.
  • Supersonic nozzles make it possible to apply a high momentum of the gas jet to the surface of the molten bath.
  • the volume flow of the process gas flowing through this nozzle can preferably be regulated separately from the volume flows of the other outlet openings. This makes it possible to refresh the melt in a targeted manner and if necessary, but also to reduce or increase the impulse input into the melt.
  • the blow molds of one or more side wall injectors can be ideally influenced by a gas jet from the top lance.
  • the upper furnace preferably has more than 4, more preferably more than 5, even more preferably more than 6, side wall injectors.
  • side wall injectors With an increasing number of sidewall injectors, the resulting blow molds on the surface of the melt can be better distributed and the volume flow through the individual sidewall injector decreases in relation to the total volume flow required for the process.
  • At least one side wall injector can preferably be switched between injector operation and burner operation.
  • injector operation of the side wall injector a blowing operation for gases and a conveying operation for powdered solids can be carried out through the side wall injector.
  • a single side wall injector can also be used at the beginning of the melting process, for example as a gas burner or solid fuel burner.
  • the top lance and the side wall injectors can preferably be operated at the same time and in a coordinated manner with volume flows that are coordinated with one another for a respective process gas.
  • Operable in a coordinated manner within the meaning of the invention includes a manual, partially manual or automatic adjustment and setting of all volume flows entering the melting unit through the top lance or side wall injector.
  • the coordination is preferably carried out by adjusting the pressure and/or the volume flow of the process gas for each individual side wall injector or for side wall injectors connected together and the top lance.
  • the gas jets exiting through the respective outlet opening can be operated individually or in groups in a coordinated manner.
  • the prevailing pressure and the volume flow for each outlet opening can be adjusted individually or in groups.
  • the first furnace cover preferably has a furnace manifold for discharging the exhaust gas produced in the melting unit with an exhaust gas flow rate of VAG 50 m/s at an exhaust gas temperature of TAG 800° C., the furnace manifold having an average diameter of 1.20 m to 3.50 m .
  • the furnace elbow is preferably inclined in relation to the vertical in a range of up to ⁇ 30° and preferably has a flow-through length of >2.0 m.
  • the object of the invention is achieved by a method having the features of claim 13.
  • the steps are carried out: a. Creating an at least partially liquid bath surface b. Injecting a process gas onto the bath surface using the side wall injectors c. lowering the top lance into a first operating position and blowing in a process gas onto the bath surface d. Aligning the top lance by rotating, changing the distance and/or pivoting the top lance to a second operating position, so that
  • the at least one core of the blowing trough that can be produced by the top lance lies between two adjacent blowing troughs of the side wall injectors, or
  • the at least one core of the blow mold that can be produced by the top lance lies within the area of one of the blow molds of the side wall injectors. e. Setting and tuning the volume flows of the process gases of the side wall injectors and the top lance, so that the total amount or the total volume flow of the required process gas on the Bath surface brought to reduce or avoid splashing.
  • the core of an individual blow mold is the deepest point in the melt pool surface caused by the gas jet.
  • the shape and size of the blow mold changes over time.
  • the volume flows are adjusted in such a way that the surface movement of the melt bath surface and the tearing of melt droplets out of the blow mold as a result of the shearing forces are reduced. This reduces the depth of an individual blow cavity.
  • the ratio of the volume flows of the process gas from the top lance VTL to two adjacent side wall injectors Vsi is preferably between and In this Adjustment range can effectively reduce the ripple of the molten pool surface and the splashing.
  • the steps of the method are preferably carried out in the order a) to e), steps d) and e) preferably being carried out several times. This sequence of work steps a) to e) allows the necessary top lance position to be set very quickly. By repeatedly adjusting the top lance and coordinating the volume flows, it is possible to react to different operating states of the melting unit.
  • the volume flow of the process gas through the side wall injectors (15) is preferably set as a function of the volume flow of the process gas through the top lance (12) and the addition of the volume flows gives the currently required total volume flow.
  • the current total volume flow is the one at the process time or process phase Related volume flow that is required for the metallurgical work at this point in time or phase.
  • the total volume flow can also be formed by different gases. This ensures, for example, that the melt is not overrefreshed or overheated in relation to the point in time.
  • Fig. 2 Injection molds of the side wall injectors and inflation areas of the top lance
  • Fig. 4 Schematic overview of the possible movements of the top lance
  • FIG. 1 shows a melting unit 1 according to the invention.
  • the smelting unit 1 consists of a refractory-lined lower furnace 2 with a tap hole 3, an upper furnace 4 and two different furnace covers 9, 13.
  • the vessel bottom 4 of the lower furnace 2 has a "spherical radius" of 10 m, with a melt weight of approx. 90 t sets a melt pool height of approx. 1 m.
  • the water-cooled upper furnace 8 is essentially cylindrical and has a height ho of about 4.5 m and a radius ro of about 3 m.
  • 6 side wall injectors 15 are arranged around the upper furnace 8 .
  • the central orientation of the side wall injectors 15 is set in such a way that six blow molds 26 are formed on a melt pool surface 6 .
  • the side wall injectors 15 are inclined by 40° to 50°, preferably by 45°, relative to the horizontal onto the surface 6 of the melt bath.
  • the side wall injectors 15 can be inclined by up to 15° in the lateral direction. This induces a counter-clockwise circular movement of the molten pool in the melt 7 .
  • Three side wall injectors 15 can be switched from injector operation to burner operation.
  • Three further side wall injectors 15 can blow in solids such as coal dust, slag-forming material and/or alloy by means of a conveying gas.
  • the cooling of the upper furnace 8 and the refractory lining of the lower furnace 2 are designed with regard to the cooling capacity and the thickness and type of the refractory bricks for both the melting operation and the metallurgical operation.
  • the first cover 9 has an exhaust pipe 10 and an opening 11 for inserting a top lance 12 into the melting unit 1 .
  • the exhaust pipe 10 is inclined by about 30° to the vertical.
  • the diameter is 1.45 m and the length is 2.80 m.
  • the second cover 13 has an opening 14 in the center with a cover heart for three electrodes 27 .
  • the exhaust pipe 29 has a smaller diameter than the exhaust pipe 10 of the first cover 9.
  • a gas station 28 or process gas control 16, not shown here, is connected to the side wall injectors 15 and the top lance 12 and controls the pressure and the volume flow of the process gases.
  • the gas station 28 or process gas control 16 itself is integrated into the control of the melting unit 1 in terms of control technology.
  • the top lance 12 is attached to another swivel arm. This can be moved relative to the cover by means of a large number of hydraulic drives. In this example, the top lance 12 can be rotated by ⁇ 45° about the top lance 12's own axis 17 .
  • the top lance 12 can be pivoted about the horizontal axis 19 by ⁇ 30°, the pivot point being about 0.5 m above the cover opening 11 .
  • the top lance 12 In a working position, the top lance 12 can be swiveled about the pivot point of the swivel arm by approx. ⁇ 10°.
  • the tip of the top lance 20 can be approached to within 0.5 m of the melt bath surface 6 by the hydraulic drives.
  • the swivel arm also makes it possible to remove the top lance 12 completely from the cover or the melting unit 1.
  • the top lance 12 itself has seven outlet openings 21 in the area of the tip 20, six of which are attached circumferentially to the outer surface.
  • a seventh orifice is positioned at the tip of the lance 20; this is in operation when the top lance is inactive in order to prevent the lance from warping.
  • This seventh opening can be designed as a Venturi nozzle or supersonic nozzle 22 .
  • the six outer nozzles are jointly controlled by the gas station 28 in terms of pressure and flow rate.
  • the central seventh nozzle 22 is adjusted separately.
  • FIG. 2 shows the melt bath surface 6 at different points in time during the process.
  • a metallic melt 7 has been produced in the melting unit 1 .
  • the side wall injectors 15 produce 6 circumferential blow molds 26, which are approximately oval.
  • the top lance 12 is brought into the first working position 23 and the pressure and the volume flow of the six circumferential outlet openings 21 are adjusted.
  • the top lance 12 is then positioned by lowering, turning and pivoting in such a way that the six blowing troughs 25 of the peripheral outlet openings 21 of the top lance 12 each touch two adjacent blowing troughs 26 of the side wall injectors 15 .
  • the volume flow of the Venturi nozzle 22 is then adjusted in such a way that a flat blast trough is formed in the center of the melt bath surface 6 .
  • Figure 3 shows the time course of the height of the melt bath surface (fluctuation value) in the edge area of a blow trough 26 of a side wall injector 15 and the time-averaged course of the height of the melt bath surface 6 at the edge of a blow trough 26 of a side wall injector 15.
  • area A of the diagram there is a large Movement around the average melt pool height ds of 1 m can be seen. From a deviation of approx. ⁇ 0.10 m upwards and downwards, spatters of slag and/or steel occur, which detach from the surface 6 of the molten bath.
  • area B of the diagram a gas jet from the top lance 12 acts on this area. This reduces the fluctuation range of the melt pool height ds by approx. 50%.
  • FIG. 4 shows, by way of example, the different swiveling and rotating possibilities of the top lance 12 in relation to the melt bath surface 6 and different axes 17, 18, 19. Possible movements are indicated schematically by the arrows.
  • FIG. 5 shows different variants of the positioning of the blow molds relative to one another.
  • Figure 1) there are six blow molds of the side wall injectors on the melt bath surface.
  • the six blow troughs of the top lance are positioned in such a way that one of the blow troughs of the top lance is in contact with one blow trough of a side wall injector.
  • the contact point of the two blow molds is on the side of the blow mold facing away from the side wall injector.
  • blowing troughs of the top lance are larger compared to the blowing troughs of the top lance according to Figure 1). Furthermore, the blow molds of the top lance are pushed outwards and cover part of the blow molds of the side wall injectors.
  • a change in the positioning of the Blasmulden Top lances from Figure 1) to 2) can be achieved, for example, by increasing the distance between the top lance and the melt pool surface.
  • the blow troughs of the top lance are positioned in such a way that one blow trough of the top lance is in contact with two blow troughs of two side wall injectors or partially covers them. Such a positioning can take place, for example, by rotating the top lance about the axis of the top lance from a positioning according to figure 2).
  • Figure 4) shows an arrangement of blowing troughs with a three-hole blowing lance. In the case shown, one blowing trough of the top lance covers partial areas of two adjacent blowing troughs of the side wall injectors.
  • three side wall injectors are arranged or active in the melting unit. The blow troughs of the six-hole top lance are positioned in such a way that two of the blow troughs touch or cover a blow trough of a side wall injector.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schmelzaggregat zur Stahlerzeugung mit einem Abstichgewicht zwischen 60 t und 350 t und ein Verfahren zum Betrieb desselben. Durch eine im Betrieb des Schmelzaggregates bewegliche Toplanze und das abgestimmte Einblasen von Prozessgasen durch Seitenwandinjektoren und die Toplanze werden die Wellenbewegungen der Schmelzbadoberfläche reduziert. Dadurch lösen sich weniger Tropfen aus der Schmelzbadoberfläche und eine Verschmutzung des Obergefäßes und des Abgaskrümmers wird dadurch erheblich vermindert.

Description

Schmelzaggregat zur Stahlerzeugung mit einem Abstichgewicht zwischen 60 t und 350 t
Gebiet:
Die Erfindung betrifft ein Schmelzaggregat zur Stahlerzeugung mit einem Abstichgewicht zwischen 60 t und 350 t und ein Verfahren zum Betrieb desselben.
Stand der Technik:
Üblicherweise wird Stahl aus Einsatzstoffen wie beispielsweise Roheisen durch Entfernen des überschüssigen Kohlestoffs, Zugabe von Legierungsstoffen und Raffinieren der Schmelze erzeugt (metallurgische Arbeit). Dazu wird das flüssige Roheisen in einen Konverter gefüllt und dann mittels einer Toplanze und/oder Boden- bzw. Seitenwanddüsen Sauerstoff auf oder in die Schmelze geblasen (Frischen der Schmelze). Alternativ dazu kann auch DRI-Eisen in einem Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen und dieser Einsatzstoff als Roheisenschmelze eingesetzt werden. Anschließend wird die Schmelze mit Legierungsstoffen auf die gewünschte Endlegierung eingestellt.
Zur Reduzierung von Arbeitsschritten, insbesondere Umfüllvorgängen, und damit einhergehenden Materialverlusten erfolgt zunehmend das Einschmelzen von DRI- Eisen und Frischen in einem Schmelzaggregat. Ein Schmelzaggregat, welches sowohl Einschmelzen als auch metallurgische Arbeit verrichten kann, ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 0 717 115 A1 bekannt. In einem Doppelgefäß-Lichtbogenofen kann in einem einzelnen der Gefäße mittels der Grafitelektroden elektrische Energie eingebracht werden oder durch einen Wechsel des Deckels in einen Betriebszustand mit chemischer Energie bzw. Frischen umgestellt werden. Das Schmelzaggregat ist dadurch in der Lage, ausgehend von festen Einsatzstoffen eine metallische Schmelze zu erzeugen, dabei die dazu notwendigen Energiequellen zu ändern und metallurgische Arbeit zu verrichten. In dem Betriebszustand, bei dem chemische Energie genutzt und metallurgische Arbeit verrichtet wird, wird mittels einer durch den Deckel geführten Blaslanze Sauerstoff auf die Schmelzbadoberfläche oder die heißen Einsatzstoffe geblasen. Der Sauerstoff reagiert mit der flüssigen Schmelze oder den Einsatzstoffen und setzt dabei Energie frei. Üblicherweise wird der Sauerstoff mit einem hohen Druck oder Volumenstrom eingeblasen, um eine gute Durchmischung der Reaktionspartner zu erreichen.
Ein ähnliches Verfahren wird in der Druckschrift DE 101 15 779 A1 offenbart. Zusätzlich zum Sauerstoff wird hier noch ein Inertgas zur besseren Durchmischung der Schmelze eingeblasen. Dadurch erhöht sich der Wirkungsgrad der Sauerstoffreaktion und die Schmelze wird gleichmäßiger aufgeheizt. Der Sauerstoffeintrag mittels der Toplanze wird darüber hinaus nicht nur zum Aufheizen der Schmelze verwendet, sondern auch zum gezielten Entkohlen der Schmelze nach Abschluss des Einschmelzvorgangs. Dazu wird in Abhängigkeit des Kohlenstoffgehaltes der Einsatzstoffe in das Schmelzaggregat die eingeblasene Sauerstoffmenge angepasst.
Nachteilig bei den oben genannten Verfahrensweisen ist, dass durch die hohen Volumenströme und dem damit verbundenen Impuls des Gasstrahles beim Einblasen Stahl und/oder Schlacke im Schmelzaggregat verspritzt wird (Splashing). Beispielsweise trifft das durch den Seitenwandinjektor eingeblasene Prozessgas unter einem bestimmten Winkel auf die Schmelzbadoberfläche und verursacht dort eine elliptisch geformte, oszillierende Blasmulde. Größe und Tiefe der Blasmulde sind vom Abstand des Seitenwandinjektors zur Schmelzbadoberfläche, vom Neigungswinkel des Seitenwandinjektors und von der Prozessgasmenge bzw. dem Prozessgasvolumenstrom abhängig. An den Rändern der Blasmulde werden über Scherkräfte zwischen Prozessgasstrahl und Schmelze einzelne Schmelzengebiete bzw. -tropfen abgerissen, mit hohem Impuls in die Ofenumgebung transportiert und an den Ofenwänden, am Ofendeckel und im Ofenkrümmer abgelagert. Dabei werden die meisten Metalltropfen von der dem Seitenwandinjektor gegenüberliegen Rand der Blasmulde abgerissen.
Dadurch bilden sich Ablagerungen aus Schlacke und Metall im Ofeninneren und im Ofenkrümmer, die den Querschnitt des Ofenkrümmers reduzieren, die Funktion von mechanischen Bauteilen beeinträchtigen und das Ausbringen reduzieren; dieses so genannte Verschlacken des Ofens im laufenden Betrieb muss vermieden werden.
Aufgabe der Erfindung:
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Schmelzaggregat und ein Verfahren zum Betrieb des Schmelzaggregates bereitzustellen, welche mittels chemischer und elektrischer Energie eine metallische Schmelze aus festen Einsatzstoffen erzeugt und metallurgische Arbeit verrichtet, ohne dass es zum Splashing und zur Verschlackung kommt.
Erfindung:
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Schmelzaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
Das Schmelzaggregat weist eine Toplanze auf zum Einblasen eines Prozessgases und/oder Feststoffs, wobei die Toplanze durch eine Öffnung im ersten Deckel in eine Arbeitsposition gebracht werden kann. Die Toplanze ist während des Betriebes des Schmelzaggregates einerseits um die Achse der Toplanze rotierbar und andererseits um eine vertikale Achse rotierbar. Weiterhin ist die Toplanze um eine horizontale Achse schwenkbar. Der Betrieb des Schmelzaggregates umfasst im erfindungsgemäßen Sinne sowohl die Behandlung einer sich im Schmelzaggregat befindlichen Schmelze als auch die Abfolge mehrere Schmelzen aufeinander. Die vertikale Schwenkachse liegt parallel zur Rotationsachse der Toplanze und ermöglicht der Toplanze eine Bewegung auf einem Kreisbogenabschnitt um die vertikale Achse. Die horizontale Achse liegt in einer Ebene, die senkrecht zur Rotationsachse der Toplanze ist. Ein Schwenken der Toplanze um diese Achse ermöglicht es, unterschiedliche Winkel der Toplanze gegenüber der Schmelzbadoberfläche einzustellen.
Der Abstand zwischen der Schmelzbadoberfläche und der Toplanzen-Spitze ist änderbar. In dem Oberofen ist radial umlaufend eine Vielzahl von Seitenwandinjektoren angeordnet zum Einblasen eines Prozessgases und/oder Feststoffs, wobei die Seitenwandinjektoren horizontal und/oder vertikal um bis zu ± 5° schwenkbar sind.
Prozessgase im Sinne der Erfindung sind Gase, die eine Reaktion mit den Einsatzstoffen, der Schmelze und/oder der Ofenatmosphäre eingehen. Beispielsweise können Prozessgase im erfindungsgemäßen Sinne Sauerstoff, Stickstoff, CxHy (z.B. Methan, Ethan, usw.), Wasserstoff oder Inertgase sein. Feststoffe im Sinne der Erfindung sind Legierungsstoffe, Schlackebildner und/oder feste Energieträger. Als Feststoffe können beispielsweise feinkörnige Kohle, Kalk, Chromerz o.ä. verwendet werden.
Die erste Arbeitsposition der Toplanze ist dadurch definiert, dass ein aus der Toplanze an dieser Position austretender Gasstrahl in den Ofenraum eindringt und mit der Ofenatmosphäre oder der Schmelze interagiert. Die Bewegung und/oder Rotation um eine oder mehrere Achsen der Toplanze wird mittels eines Antriebes oder mehrerer Antriebe ausgeführt, die vorzugsweise mit der Ofensteuerung verbunden sind. Dies können elektrische, pneumatische oder hydraulische Antriebe sein. Die Spitze der Toplanze ist der Bereich der Toplanze, der der Schmelzoberfläche am nächsten ist. Dabei ist es nicht notwendig, dass an dieser Stelle auch eine Austrittsöffnung für den Gasstrahl angeordnet ist. Bekannte Bauformen für Toplanzen weisen typischerweise zwischen 3 bis 7 Laval-Düsen auf, wobei die einzelne Laval-Düse selbst zwischen 7° und 25° gegenüber der Toplanzenachse geneigt ist. Mehr-Loch-Toplanzen sind beispielsweise auch aus der Druckschrift DE 20 2007009 161 U1 bekannt.
Seitenwandinjektoren ermöglichen es, einen Gasstrahl und/oder einen Feststoff in den Ofenraum einzudringen. Dies können im erfindungsgemäßen Sinne auch Gasgemische oder Feststoff/Gas-Mischungen sein. Für die möglichen Gase oder Feststoffe gelten die oben genannten Definitionen. Die Schwenkbarkeit von bis zu ±5° der Seitenwandinjektoren ist auf eine mittlere Einbauposition des jeweiligen einzelnen Injektors bezogen. Dadurch kann die Ausrichtung des Seitenwandinjektors und damit die durch ihn hervorgerufene Blasmulde in der Schmelzbadoberfläche in einem geringen Maße auf unterschiedliche Betriebszustände und Füllgrade im Schmelzaggregat angepasst werden. Eine mögliche Bauform eines Seitenwandinjektors als Brenner ist durch die Druckschrift DE 603 05321 T2 offenbart.
Ein derartiges Schmelzaggregat in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb minimiert die auf die Oberfläche der Schmelze einwirkenden Scherkräfte der Gasstrahlen und verringert dadurch die Anzahl der entstehenden Stahl- und/oder Schlacketropfen im Ofeninneren, am Ofendeckel und im Ofenkrümmer. Die Möglichkeit, mittels der Gase und/oder Feststoffe metallurgische Arbeit zu verrichten oder chemische Energie in das Schmelzaggregat einzubringen, bleibt erhalten.
Ein schräg von oben auf das Randgebiet der durch den Seitenwandinjektor induzierten Blasmulde gerichteter Gasstrahl reduziert die Oszillationsbreite der Blasmulde des Seitenwandinjektors und stört bzw. unterbindet und letztlich reduziert das Abreißen der Metalltröpfchen am Rand der Blasmulde des Seitenwandinjektors.
Weiter bevorzugte Ausführungsformen des Schmelzaggregates werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 dargestellt.
Die Toplanze ist bevorzugt als eine Mehr-Loch-Toplanze ausgebildet und weist mehr als 2 Austrittsöffnungen, bevorzugt mehr als 5 Austrittsöffnungen, für ein Prozessgas und/oder einen Feststoff auf. Eine erhöhte Anzahl von Austrittsöffnungen der Toplanze ermöglicht es, einen größeren Bereich der Schmelzbadoberfläche zu beeinflussen. Die Anzahl, die Größe bzw. Form der Austrittsöffnungen und die Neigung der Austrittsöffnungen sind auf die Seitenwandinjektoren angepasst. Austrittsöffnungen können beispielsweise als einfache Durchbrüche in der Oberfläche der Toplanze ausgebildet sein. Bevorzugt ist aber für die Ausführung einer Austrittsöffnung eine Düsenform. Insbesondere ist bei einer Düsenform eine Laval-Düse oder eine Venturi-Düse bevorzugt.
Die Toplanze ist vorzugsweise um einen Winkel von mind. +/- 15°, mehr bevorzugt mind. +/- 30°, noch mehr bevorzugt +/- 45° um die Achse der Toplanze drehbar. Dadurch kann der Auftreffpunkt eines asymmetrisch aus der Toplanze austretenden Gasstrahls auf der Schmelzbadoberfläche wunschgemäß eingestellt werden. Die Achse der Toplanze ist definiert durch die Spitze der Toplanze und den Durchtrittspunkt der Toplanze im Ofendeckel.
Die Toplanze ist um einen Winkel von mind. +/- 15°, vorzugsweise mind. +/- 30°, mehr bevorzugt +/- 45° um die vertikale Achse drehbar. Die vertikale Achse ist eine Achse, die parallel zur Achse der Toplanze oder deckungsgleich mit dieser liegt. Dadurch kann die Toplanze gegenüber dem Schmelzaggregat ein- oder ausgeschwenkt werden. In einem geringen Maße, begrenzt durch die Öffnung im Ofendeckel, kann eine derartige Schwenkbewegung dazu genutzt werden, die Position des Auftreffpunktes des Gasstrahls bezüglich der durch die Seitenwandinjektoren induzierten Blasmulden einzustellen. Die Toplanze ist bevorzugt um einen Winkel von mind. +/- 10°, mehr bevorzugt mind. +/- 20°, noch mehr bevorzugt +/- 30°, um die horizontale Achse schwenkbar. Horizontale Achsen sind Achsen, die in einer horizontalen Ebene liegen. Eine Rotation der Toplanze um eine derartige Achse vergrößert den Bewegungsraum der Spitze der Toplanze im Schmelzaggregat. Ein besonders großer Bewegungsraum der Spitze entsteht, wenn die horizontalen Rotationsachsen im Bereich der Deckelöffnung liegen.
Die Toplanze weist bevorzugt zumindest eine Überschalldüse auf. Überschalldüsen ermöglichen es, einen hohen Impuls des Gasstrahls auf die Oberfläche des Schmelzbades aufzubringen. Vorzugsweise ist der durch diese Düse fließende Volumenstrom des Prozessgases getrennt von den Volumenströmen der anderen Austrittsöffnungen regelbar. Dadurch ist es möglich, gezielt und bei Bedarf die Schmelze zu frischen, aber auch den Impulseintrag in die Schmelze zu reduzieren oder zu erhöhen.
Für je drei aus einem oder mehreren Seitenwandinjektoren austretenden Gasstrahlen ist bevorzugt zumindest eine Austrittsöffnung in der Toplanze vorhanden. Noch mehr bevorzugt ist es, wenn für je zwei aus einem oder mehreren Seitenwandinjektoren austretenden Gasstrahlen zumindest eine Austrittsöffnung in der Toplanze vorhanden ist. Überausbevorzugt ist es, wenn für jeden aus einem Seitenwandinjektor austretenden Gasstrahl zumindest eine Austrittsöffnung in der Toplanze vorhanden ist. Dadurch können die Blasmulden eines oder mehrerer Seitenwandinjektoren durch einen Gasstrahl der Toplanze ideal beeinflusst werden.
Der Oberofen weist bevorzugt mehr als 4, mehr bevorzugt mehr als 5, noch mehr bevorzugt mehr als 6, Seitenwandinjektoren auf. Mit steigender Anzahl von Seitenwandinjektoren können die entstehenden Blasmulden auf der Oberfläche der Schmelze besser verteilt werden und der Volumenstrom durch den einzelnen Seitenwandinjektor sinkt in Bezug auf den für den Prozess benötigten Gesamtvolumenstrom.
Zumindest ein Seitenwandinjektor ist bevorzugt zwischen einem Injektorbetrieb in einen Brennerbetrieb umstellbar. Im Injektorbetrieb des Seitenwandinjektors kann ein Blasbetrieb für Gase als auch ein Förderbetrieb für pulverförmige Feststoffe durch den Seitenwandinjektor ausgeführt werden. Dadurch kann ein einzelner Seitenwandinjektor beispielsweise als Gasbrenner oder Feststoffbrenner auch am Anfang des Einschmelzprozesses genutzt werden.
Die Toplanze und die Seitenwandinjektoren sind bevorzugt zeitgleich und mit aufeinander abgestimmten Volumenströmen für ein jeweiliges Prozessgas koordiniert betreibbar. Koordiniert betreibbar im Sinne der Erfindung umfasst eine manuelle, teilmanuelle oder automatische Abstimmung und Einstellung aller in das Schmelzaggregat durch Toplanze oder Seitenwandinjektor eintretenden Volumenströme. Die Abstimmung erfolgt bevorzugt durch eine Anpassung des Drucks und/oder des Volumenstromes des Prozessgases für jeden einzelnen Seitenwandinjektor oder für zusammengeschaltete Seitenwandinjektoren und die Toplanze. Bei der Toplanze ist es, im Falle einer Mehr-Loch-Toplanze, bevorzugt, dass die durch die jeweilige Austrittsöffnung austretenden Gasstrahlen einzeln oder in Gruppen abgestimmt betreibbar sind. Dazu ist der anstehende Druck und der Volumenstrom für jede Austrittsöffnung einzeln oder in Gruppen einstellbar.
Bei einem für das Verfahren notwendigen Gesamtvolumenstrom von Prozessgas sind durch die Toplanze 50 % bis 90 % des Gesamtvolumenstromes einbringbar und durch die Seitenwandinjektoren 10 % bis 50 % des Gesamtvolumenstromes einbringbar. Der notwendige Gesamtvolumenstrom wird definiert durch den in diesem Augenblick benötigten Volumenstrom an Prozessgas. Das Prozessgas kann hierbei auch aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Prozessgasen bestehen. Der erste Ofendeckel weist bevorzugt einen Ofenkrümmer zum Ableiten des im Schmelzaggregat entstehenden Abgases mit einer Abgasströmungsgeschwindigkeit von VAG 50 m/s bei einer Abgastemperatur von TAG 800 °C auf, wobei der Ofenkrümmer einen mittleren Durchmesser von 1 ,20 m bis 3,50 m aufweist. Der Ofenkrümmer ist vorzugsweise gegenüber der Vertikalen in einem Bereich von bis zu ± 30° geneigt und weist bevorzugt eine durchströmte Länge von > 2,0 m auf.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. In dem Verfahren zum Betrieb eines Schmelzaggregates zur Stahlerzeugung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 werden die Schritte ausgeführt: a. Erzeugen einer zumindest teilweise flüssigen Badoberfläche b. Einblasen eines Prozessgases auf die Badoberfläche mittels der Seitenwandinjektoren c. Absenken der Toplanze in eine erste Betriebsposition und Einblasen eines Prozessgases auf die Badoberfläche d. Ausrichten der Toplanze durch ein Rotieren, eine Abstandsänderung und/oder ein Schwenken der Toplanze auf eine zweite Betriebsposition, so dass
- der durch die Toplanze mindestens eine erzeugbare Kem der Blasmulde zwischen zwei benachbarten Blasmulden der Seitenwandinjektoren liegt, oder
- der durch die Toplanze mindestens eine erzeugbare Kem der Blasmulde innerhalb des Bereiches einer der Blasmulden der Seitenwandinjektoren liegt. e. Einstellen und Abstimmen der Volumenströme der Prozessgase der Seitenwandinjektoren und der Toplanze, so dass die Gesamtmenge oder der Gesamtvolumenstrom des benötigten Prozessgases auf die Badoberfläche gebracht, um das Splashing zu reduzieren bzw. vermeiden.
Der Kern einer einzelnen Blasmulde ist der in der Schmelzbadoberfläche tiefste durch den Gasstrahl hervorgerufene Punkt. Je nach Betriebszustand, beispielsweise der Temperatur des Schmelzbades, ändert sich zeitabhängig die Form und Größe der Blasmulde. Die Volumenströme werden dabei derartig abgestimmt eingestellt, dass die Oberflächenbewegung der Schmelzbadoberfläche und das Herausreißen von Schmelzentropfen aus der Blasmulde infolge der Scherkräfte reduziert werden. Die Tiefe einer einzelnen Blasmulde wird dadurch reduziert.
Weitere bevorzugte Ausprägungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 14 bis 16 beschrieben. Das Verhältnis der Volumenströme des Prozessgases von Toplanze VTL ZU zwei benachbarten Seitenwandinjektoren Vsi beträgt bevorzugt zwischen und In diesem
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0002
Einstellungsbereich können wirksam die Wellenbewegungen der Schmelzbadoberfläche und das Splashing reduziert werden. Die Schritte des Verfahrens werden vorzugsweise in der Reihenfolge a) bis e) ausgeführt, wobei vorzugsweise die Schritte d) und e) mehrfach durchgeführt werden. Durch diese Abfolge der Arbeitsschritte a) bis e) kann sehr schnell die notwendige Toplanzenposition eingestellt werden. Durch das mehrfache Anpassen der Toplanze und Abstimmen der Volumenströme kann auf unterschiedliche Betriebszustände des Schmelzaggregates reagiert werden.
Bevorzugt wird in Abhängigkeit des Volumenstromes des Prozessgases durch die Toplanze (12) der Volumenstrom des Prozessgases durch die Seitenwandinjektoren (15) eingestellt und die Addition der Volumenströme ergibt den aktuell benötigten Gesamtvolumenstrom. Der aktuelle Gesamtvolumenstrom ist der auf den Prozesszeitpunkt oder Prozessphase bezogene Volumenstrom, der für die metallurgische Arbeit in diesem Zeitpunkt oder Phase benötigt wird. Der Gesamtvolumenstrom kann dabei auch durch unterschiedliche Gase gebildet werden. Hierdurch ist beispielsweise sichergestellt, dass die Schmelze in Bezug auf den Zeitpunkt nicht überfrischt wird oder überhitzt wird.
Der Beschreibung sind die folgenden vier Figuren beigefügt:
Fig. 1 : Erfindungsgemäßes Schmelzaggregates
Fig. 2: Blasmulden der Seitenwandinjektoren und Aufblasbereiche der Toplanze
Fig. 3: Oberflächenbewegung eines Bereiches in unterschiedlichen Prozesszuständen
Fig. 4: Schematische Übersicht der Bewegungsmöglichkeiten der Toplanze
Fig. 5: Unterschiedliche Varianten der Positionierung der Blasmulden
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schmelzaggregat 1 . Das Schmelzaggregat 1 besteht aus einem feuerfest ausgekleideten Unterofen 2 mit einem Abstichloch 3, einem Oberofen 4 und zwei unterschiedlichen Ofendeckeln 9, 13. Der Gefäßboden 4 des Unterofens 2 weist einen „Kugelradius“ von 10 m auf, wobei sich bei einer bei einem Schmelzgewicht von ca. 90 t eine Schmelzbadhöhe von ca. 1 m einstellt.
Der wassergekühlte Oberofen 8 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist eine Höhe ho von ca. 4,5 m und einen Radius ro von ca. 3 m auf. Im Oberofen 8 sind in diesem Beispiel umlaufend 6 Seitenwandinjektoren 15 angeordnet. Die mittlere Ausrichtung der Seitenwandinjektoren 15 ist so eingestellt, dass auf einer Schmelzbadoberfläche 6 sechs Blasmulden 26 entstehen. Dazu sind die Seitenwandinjektoren 15 um 40° bis 50°, vorzugsweise um 45° gegenüber der Horizontalen auf die Schmelzbadoberfläche 6 geneigt. In seitlicher Richtung können die Seitenwandinjektoren 15 um bis zu 15° geneigt sein. Dadurch wird eine entgegen dem Uhrzeigersinn umlaufende Schmelzbadbewegung in der Schmelze 7 induziert. Drei Seitenwandinjektoren 15 können von einem Injektorbetrieb in einen Brennerbetrieb umgestellt werden. Drei weitere Seitenwandinjektoren 15 können Feststoffe, wie Kohlenstaub, Schlackebildner und/oder Legierung mittels eines Fördergases einblasen.
Die Kühlung des Oberofens 8 und die feuerfeste Zustellung des Unterofens 2 sind in Bezug auf die Kühlleistung und Dicke und Art der feuerfesten Steine sowohl auf den Schmelzbetrieb als auch auf den metallurgischen Arbeitsbetrieb ausgelegt.
Der erste Deckel 9 weist einen Abgasstutzen 10 und eine Öffnung 11 zum Einführen einer Toplanze 12 in das Schmelzaggregat 1 auf. Der Abgasstutzen 10 ist um ca. 30° gegenüber der Vertikalen geneigt. Der Durchmesser beträgt 1 ,45 m und die Länge beträgt 2,80 m. Der zweite Deckel 13 weist zentrisch eine Öffnung 14 mit einem Deckelherz für drei Elektroden 27 auf. Der Abgasstutzen 29 ist im Durchmesser kleiner gegenüber dem Abgasstutzen 10 des ersten Deckels 9. Durch zwei Schwenkarme, an denen die Deckel 9, 13 jeweils befestigt sind, können die Deckel 9, 13 während des Betriebes des Schmelzaggregates getauscht werden.
Eine hier nicht dargestellte Gasstation 28 oder Prozessgassteuerung 16 ist mit den Seitenwandinjektoren 15 und der Toplanze 12 verbunden und steuert den Druck und den Volumenstrom der Prozessgase. Die Gasstation 28 oder Prozessgassteuerung 16 selbst ist regelungstechnisch in die Steuerung des Schmelzaggregates 1 integriert. Die Toplanze 12 ist an einem weiteren Schwenkarm angebracht. Mittels einer Vielzahl von hydraulischen Antrieben kann diese gegenüber dem Deckel bewegt werden. In diesem Beispiel ist die Toplanze 12 um ± 45° um die eigene Achse 17 der Toplanze 12 rotierbar. Um die horizontale Achse 19 ist die Toplanze 12 um ± 30° schwenkbar, wobei der Drehpunkt ca. 0,5 m oberhalb der Deckelöffnung 11 liegt. In einer Arbeitsposition ist die Toplanze 12 um den Drehpunkt des Schwenkarmes um ca. ± 10° schwenkbar. Die Spitze der Toplanze 20 kann durch die hydraulischen Antriebe bis auf 0,5 m an die Schmelzbadoberfläche 6 angenähert werden. Durch den Schwenkarm ist es auch möglich, die Toplanze 12 ganz vom Deckel bzw. dem Schmelzaggregat 1 zu entfernen.
Die Toplanze 12 selbst weist im Bereich der Spitze 20 sieben Austrittsöffnungen 21 auf, wobei sechs umlaufend an der Außenfläche angebracht sind. An der Spitze der Lanze 20 ist eine siebte Öffnung positioniert; diese ist bei inaktiver Toplanze in Betrieb, um eine Verbärung der Lanze zu vermeiden. Diese siebte Öffnung kann als Venturi-Düse oder Überschalldüse 22 ausgebildet sein. Die sechs äußeren Düsen werden gemeinsam durch die Gasstation 28 in Bezug auf den Druck und Volumenstrom gesteuert. Die zentrische siebte Düse 22 wird getrennt davon eingestellt.
Figur 2 zeigt die Schmelzbadoberfläche 6 zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Verfahrens. Zunächst ist eine metallische Schmelze 7 im Schmelzaggregat 1 erzeugt worden. Auf dieser Schmelzbadoberfläche 6 erzeugen die Seitenwandinjektoren 15 umlaufend 6 Blasmulden 26, die näherungsweise oval sind. Die Toplanze 12 wird in die erste Arbeitsposition 23 gebracht und der Druck und der Volumenstrom der sechs umlaufenden Austrittsöffnungen 21 eingestellt. Anschließend wird die Toplanze 12 durch Absenken, Drehen und Schwenken derart positioniert, dass die sechs Blasmulden 25 der umlaufenden Austrittsöffnungen 21 der Toplanze 12 jeweils zwei benachbarte Blasmulden 26 der Seitenwandinjektoren 15 berühren. Der Volumenstrom der Venturi-Düse 22 wird anschließend derart eingestellt, dass im Zentrum der Schmelzbadoberfläche 6 eine flache Blasmulde entsteht.
Figur 3 stellt den zeitlichen Verlauf der Höhe der Schmelzbadoberfläche (Schwankungswert) im Randbereich einer Blasmulde 26 eines Seitenwandinjektors 15 sowie den zeitlich gemittelten Verlauf der Höhe der Schmelzbadoberfläche 6 an der Kante einer Blasmulde 26 eines Seitenwandinjektors 15 dar. Im Bereich A des Diagramms ist eine große Bewegung um die mittlere Schmelzbadhöhe ds von 1 m erkennbar. Ab einer Abweichung von ca. ±0,10 m nach oben und unten entstehen Schlacke- und/oder Stahlspritzer, die sich von der Schmelzbadoberfläche 6 ablösen. Im Bereich B des Diagramms wirkt ein Gasstrahl der Toplanze 12 auf diesen Bereich. Dadurch reduziert sich die Schwankungsbreite der Schmelzbadhöhe ds um ca. 50 %.
Figur 4 zeigt beispielhaft die unterschiedlichen Schwenk- und Rotationsmöglichkeiten der Toplanze 12 in Bezug auf die Schmelzbadoberfläche 6 und unterschiedliche Achsen 17, 18, 19 auf. Mögliche Bewegungen sind schematisch durch die Pfeile eingezeichnet.
Figur 5 stellt in den Abbildungen 1 ) bis 5) unterschiedliche Varianten der Positionierung der Blasmulden zueinander dar. In Abbildung 1 ) sind sechs Blasmulden der Seitenwandinjektoren auf der Schmelzbadoberfläche vorhanden. Die sechs Blasmulden der Toplanze werden so positioniert, dass jeweils eine der Blasmulden der Toplanze Kontakt mit jeweils einer Blasmulde eines Seitenwandinjektors hat. Der Kontaktpunkt der beiden Blasmulden ist auf der dem Seitenwandinjektor abgewandten Seite der Blasmulde.
In Abbildung 2) sind die Blasmulden der Toplanze größer gegenüber den Blasmulden der Toplanze gemäß der Abbildung 1 ). Weiterhin sind die Blasmulden der Toplanze nach außen geschoben und überdecken einen Teil der Blasmulden der Seitenwandinjektoren. Eine Änderung der Positionierung der Blasmulden der Toplanzen von Abbildung 1 ) zu 2) kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Abstand der Toplanze zur Schmelzbadoberfläche vergrößert wird.
In Abbildung 3) sind die Blasmulden der Toplanze so positioniert, dass eine Blasmulde der Toplanze Kontakt mit jeweils zwei Blasmulden von zwei Seitenwandinjektoren hat oder auch teilweise überdeckt. Eine derartige Positionierung kann beispielsweise durch eine Rotation der Toplanze um die Achse der Toplanze aus einer Positionierung gemäß der Abbildung 2) erfolgen. Abbildung 4) stellt eine Anordnung von Blasmulden mit einer Drei-Loch-Blaslanze dar. Im dargestellten Fall überdeckt jeweils eine Blasmulde der Toplanze Teilbereiche von zwei benachbarten Blasmulden der Seitenwandinjektoren. Demgegenüber sind in Abbildung 5) drei Seitenwandinjektoren im Schmelzaggregat angeordnet oder aktiv. Die Blasmulden der Sechs-Loch- Toplanze werden so positioniert, dass jeweils zwei der Blasmulden eine Blasmulde eines Seitenwandinjektors berühren oder überdecken.
Bezugszeichen Bedeutung
1 Schmelzaggregat
2 Unterofen
3 Abstichloch
4 Gefäßboden
6 Schmelzbadoberfläche
7 Schmelze
8 Oberofen
9 Erster Deckel
10 Abgasstutzen
11 Öffnung
12 Toplanze
13 Zweiter Deckel
14 Öffnung
15 Seitenwandinjektoren
16 Prozessgassteuerung
17 Achse der Toplanze
18 Vertikale Achse
19 Horizontale Achse
20 Toplanzenspitze
21 Austrittsöffnung
22 Überschalldüse
23 Erste Arbeitsposition
24 Zweite Arbeitsposition
25 Blasmulde Toplanze
26 Blasmulde Seitenwandinjektor
27 Elektrode
28 Gasstation ds Abstand Gefäßboden - Schmelzbadoberfläche hs Abstand Spitze Toplanze Schmelzbadoberfläche ho Höhe Oberofen ro Radius Oberofen
VAG Abgasgeschwindigkeit
TAG Abgastemperatur

Claims

Patentansprüche:
1. Schmelzaggregat (1) zur Stahlerzeugung mit einem Abstichgewicht zwischen 60 t und 350 t aufweisend
- einen feuerfest ausgekleideten Unterofen (2) mit einem Abstichloch (3), wobei der Gefäßboden (4) des Unterofens (2) im Wesentlichen einem kugelförmig ausgebildeten Schalenabschnitt entspricht und die Kugel, aus dem der Schalenabschnitt geometrisch entstammt, einen Radius von > 5 m und < 15 m aufweist und der Abstand (ds) zwischen dem tiefsten Punkt des Gefäßbodens (4) im Unterofen (2) und der Oberfläche (6) einer sich darin im Betriebszustand befindlichen Schmelze (7) > 0,5 m und < 1,5 m beträgt,
- einen im Wesentlichen zylindrischen, wassergekühlten Oberofen (8), wobei die Höhe (ho) des Oberofens (8) > 3 m beträgt und der im Wesentlichen zylindrische Teil des Oberofens (8) einen Radius (ro) 2 m aufweist,
- einen ersten, den Oberofen (8) nach oben abschließenden konischen Deckel (9) mit einem Abgasstutzen (10) und mindestens einer Öffnung (11 ) zum Einführen einer Toplanze (12) in das Schmelzaggregat (1 ),
- einen zweiten, den Oberofen (8) nach oben abschließenden Deckel (13) mit zumindest einer Öffnung (14) zum Durchführen von einer oder mehrerer Elektroden (27),
- wobei der Unterofen (2) und der Oberofen (8) sowohl für eine Fahrweise ohne Schmelzstrom als auch für eine Fahrweise mit Schmelzstrom ausgelegt ist und der erste Deckel (9) gegen den zweiten Deckel (13) während des Betriebes des Schmelzaggregates (1) auswechselbar ist,
- eine Prozessgassteuerung (16) zum Einstellen des Druckes und/oder des Volumenstroms des zumindest eines Prozessgases für die Toplanze (12) und die Seitenwandinjektoren (15), dadurch gekennzeichnet, dass
- das Schmelzaggregat (1) eine Toplanze (12) aufweist zum Einblasen eines Prozessgases und/oder Feststoffs, wobei i) die Toplanze (12) durch die Öffnung (11 ) im ersten Deckel (9) in eine Arbeitsposition gebracht werden kann und ii) die Toplanze (12) während des Betriebes des Schmelzaggregates (1) um die Achse (17) der Toplanze (12) rotierbar ist, um eine vertikale Achse (18) rotierbar ist und/der um eine horizontale Achse (19) schwenkbar ist, und iii) der Abstand (hs) zwischen der Schmelzbadoberfläche (6) und der Toplanzen-Spitze (20) veränderbar ist,
- in dem Oberofen (8) radial umlaufend eine Vielzahl von Seitenwandinjektoren (15) angeordnet ist zum Einblasen eines Prozessgases und/oder Feststoffs, wobei die Seitenwandinjektoren (15) horizontal und/oder vertikal um bis zu ± 5° schwenkbar sind. elzaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Toplanze (12) als eine Mehr-Loch-Toplanze ausgebildet ist, und
- die Toplanze (12) mehr als 3 Austrittsöffnungen (21 ), vorzugsweise mehr 5 Austrittsöffnungen (21), für ein Prozessgas und/oder Feststoff aufweist. elzaggregat nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Toplanze (12) um einen Winkel von mind. +/- 15°, vorzugsweise mind. +/- 30°, mehr bevorzugt +/- 45° um die Achse (17) der Toplanze (12) drehbar ist. aggregat nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Toplanze (12) um einen Winkel von mind. +/- 15°, vorzugsweise mind. +/- 30°, mehr bevorzugt +/- 45° um die vertikale Achse (18) in einer Arbeitsposition drehbar ist. aggregat nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Toplanze (12) um einen Winkel von mind. +/- 10°, vorzugsweise mind. +/- 20°, mehr bevorzugt +/- 30° um die horizontale Achse (20) schwenkbar ist. aggregat nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Toplanze (12) zumindest eine Überschalldüse (22) aufweist. aggregat nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für je drei aus einem oder mehreren Seitenwandinjektoren (15) austretenden Gasstrahlen zumindest eine Austrittsöffnung (21 ) in der Toplanze (12) vorhanden ist, vorzugsweise für je zwei aus einem oder mehreren Seitenwandinjektoren (15) austretenden Gasstrahlen zumindest eine Austrittsöffnung (21 ) in der Toplanze (12) vorhanden ist; noch mehr bevorzugt für jeden aus einem Seitenwandinjektor (15) austretenden Gasstrahl zumindest eine Austrittsöffnung (21 ) in der Toplanze (12) vorhanden ist. elzaggregat nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberofen (8) mehr als 4, bevorzugt mehr als 5, noch mehr bevorzugt mehr als 6, Seitenwandinjektoren (15) aufweist. elzaggregat nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Seitenwandinjektor (15) zwischen einem Brennerbetrieb in einen Blasbetrieb umstellbar ist. elzaggregat nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Toplanze (12) und die Seitenwandinjektoren (15) zeitgleich und mit aufeinander abgestimmten Volumenströmen für ein jeweiliges Prozessgas koordiniert, vorzugsweise mittels einer gemeinsamen Gasstation (22) oder Prozessgassteuerung (16), betreibbar sind. elzaggregat nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem für das Verfahren notwendigen Gesamtvolumenstrom von Prozessgas durch die Toplanze (12) 50 % bis 90 % des Gesamtvolumenstromes einbringbar sind und durch die Seitenwandinjektoren (15) 10 % bis 50 % des Gesamtvolumenstromes einbringbar sind. elzaggregat nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Ofendeckel (9) ein Abgasstutzen (10) aufweist zum Ableiten des im Schmelzaggregat entstehenden Abgases mit einer Abgasströmungsgeschwindigkeit von VAG
Figure imgf000024_0001
50 m/s bei einer
Abgastemperatur von TAG 800 °C, und
- der Abgasstutzen (10) einen mittleren Durchmesser von 1 ,20 m bis 3,5 m aufweist, und
- der Abgasstutzen (10) gegenüber der vertikalen in einem Bereich von ± 30° geneigt ist, und eine durchströmte Länge (IA) von > 2,0 m aufweist. Verfahren zum Betrieb eines Schmelzaggregates zur Stahlerzeugung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 bei dem die Schritte ausgeführt werden: f. Erzeugen einer zumindest teilweise flüssigen Badoberfläche (6) g. Einblasen eines Prozessgases auf die Badoberfläche mittels der Seitenwandinjektoren (15) h. Absenken der Toplanze (12) in eine erste Arbeitsposition (23) und Einblasen eines Prozessgases auf die Badoberfläche (6) i. Ausrichten der Toplanze (12) durch ein Rotieren, eine Abstandsänderung und/oder ein Schwenken der Toplanze (12) auf eine zweite Arbeitsposition (24), so dass
- der durch die Toplanze (12) mindestens eine erzeugte Kem der Blasmulde (25) zwischen zwei benachbarten Blasmulden (26) der Seitenwandinjektoren (15) liegt, oder
- der durch die Toplanze (15) mindestens eine erzeugte Kem der Blasmulde (25) innerhalb des Bereiches einer der Blasmulden (26) der Seitenwandinjektoren (15) liegt. j. Einstellen der Volumenströme der Prozessgase der Seitenwandinjektoren (15) und der Toplanze (12), so dass die Gesamtmenge oder der Gesamtvolumenstrom des benötigten Prozessgases auf die Badoberfläche (6) gebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Volumenströme des Prozessgases von 5 Toplanze (12) zu zwei benachbarten Seitenwandinjektoren (15)
Figure imgf000025_0001
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass 10 die Schritte in der Reihenfolge a) bis e) ausgeführt werden. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte d) und e) mehrfach durchgeführt werden. 15 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ^ in Abhängigkeit des Volumenstromes des Prozessgases durch die Toplanze (12) der Volumenstrom des Prozessgases durch20 die Seitenwandinjektoren (15) eingestellt wird; und ^ die Addition der Volumenströme den aktuell benötigten Gesamtvolumenstrom ergibt.
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