DD215583A5 - Verfahren und einrichtung zur herstellung von metallen, insb. von fluessigem roheisen, stahlvormaterial oder ferrolegierungen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur herstellung von metallen, insb. von fluessigem roheisen, stahlvormaterial oder ferrolegierungen Download PDF

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DD215583A5 DD83257520A DD25752083A DD215583A5 DD 215583 A5 DD215583 A5 DD 215583A5 DD 83257520 A DD83257520 A DD 83257520A DD 25752083 A DD25752083 A DD 25752083A DD 215583 A5 DD215583 A5 DD 215583A5
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung von Metallen, insbesondere von fluessigem Roheisen, Stahlvormaterial oder Ferrolegierungen. Waehrend es Ziel der Erfindung ist, den hohen technischen und wirtschaftlichen Aufwand fuer die Aufbereitung vor dem Einschmelzprozess zu senken, besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung von Metallen zu schaffen, wodurch ermoeglicht wird, neben der Gewaehrleistung des Schutzes der Ofenausmauerung vor zu grosser Waermebelastung, dass die vom Plasmabrenner zugefuehrte Energie moeglichst umfassend dem Schmelzprozess zugefuehrt wird. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe durch die Kombination folgender Merkmale geloest: - dass der Rohstoff in Form von feinteiligen Partikeln parallel zum Plasmastrahl und diesen peripher umgebend von oben in das metallurgische Gefaess zugegeben wird, - dass in das Gefaess von unten durch die Schmelze hindurch sauerstoffhaltige Gase und Kohlenstoff eingeblasen werden und - dass in dem Gefaess eine, den Plasmastrahl in seiner gesamten Hoehe und den Zuflussstrom der Rohstoffpartikel peripher umgebende Schaumschlacke gebildet wird.

Description

Berlin, den 30.3.1984 AP C 21 B/257 520/6 - 63 231/25/39
Verfahren und Jäinrichtung zur Herstellung von Metallen Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallen, insbesondere von flüssigem Roheisen, Stahlvormaterial oder Ferrolegierungen aus metalloxidhaltigem Rohstoff, wobei der Rohstoff in einem metallurgischen Gefäß mittels mindestens eines, von oben nach unten gerichteten Plasmabrenners erschmolzen wird, sowie eine Sinrichtung zur Durchführung des Verfahrens*
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Die Verarbeitung von Feinerzen zu flüssigmetall erfordert bei den heute in Verwendung stehenden Reduktionsaggregaten eine vorhergehende Agglomerierung» Sollen z. B, feinkörnige Eisenerze reduziert und zu Flüssigmetall erschmolzen werden, was üblicherweise in einem Hochofen oder in einem iSlektroreduktionsofen erfolgt, ist es zur Erzielung einer möglichst wirtschaftlichen Ausbringung und einer guten Reduktionsleistung bei möglichst geringem Brennstoffverbrauch erforderlich, das Erz durch Sintern, Pelletieren oder Brikettieren stückig zu machen.
Dies gilt auch für die Herstellung von ferrolegierungen (FeCr, FeMn, FeW, FeNi, FeSi, ,.♦)» die vorwiegend in Bloktroreduktionsöfen erschmolzen werden.
Die Nachteile dieser bekannten Verfahren sind unter anderem im hohen technischen und wirtschaftlichen Aufwand für die Aufbereitung der JBrze von dem eigentlichen iäinschmelz- '
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bzw, Reduktionsprozeß and in der relativ langen Prozeßdauer zu sehen«
Aus der AI-PS 257 964 ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zum Reduzieren metallischer Oxide mittels eines Lichtbogenplasmas bekannt« Der Plasmabogen wird zwischen einem im Deckel vertikal angeordneten Plasmabrenner und einer im Boden eines Schmelzgefäßes angeordneten Bodenelektrode gezündet·
Die Reduktion der Metalloxide findet in der Schlackenschicht statt,-indem das schmelzflüssige Oxid dem Lichtbogenplasma* strahl ausgesetzt wird» der ein Kohlenwasserstoffgas enthält, und dieses schmelzflüssige Oxid durch die Zerfallsprodukte des Kohlenwasserstoffgases reduziert wird*
Diesem bekannte Verfahren weist den Nachteil auf, daß die vom Plasmastrahl abgestrahlte Wärmeenergie eine große Belastung für die Ofenauskleidung darstellt, da die stärkste Wärmestrahlung senkrecht zur Achse des Plasmastrahles auftritt. Dies bedingt einerseits eine Verkürzung der Ofenreise, d. he der Betriebsdauer des Ofens von einer Ausmauerung bis zur nächsten Ausmauerung der feuerfesten Auskleidung, und andererseits eine schlechte Ausnutzung der züge« ' führten Energie, da ein Großteil der Wärme, ohne am Erschmelzungsprozeß beteiligt zu sein, von der Ofenausmauerung aufgenommen werden muß*
Ziel der Erfindung '
Ziel der Erfindung ist es, den hohen technischen und wirt-
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schaftlichen Aufwand für die Aufbereitung der Erz© vor dem eigentlichen Einschmolz- bzw» Reduktionsprozeß zu senken und die erforderliche, relativ lange Prozeßdauer einzuschränken»
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Metallen sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche es ermöglichen, sowohl Roheisen und roheisenähnliche Flüssigmetalle als auch ferrolegierungen herzustellen, wobei nicht nur die Ofenausmauerung vor einer zu großen Wärmebelastung durch den Plasmaatrahl geschützt ist, sondern die vom Plasmabrenner zügeführte Energie in möglichst großem Ausmaß dem Feinerz zu dessen ErSchmelzung dund Reduzierung zur Verfügung steht. Weiterhin soll ein vorhergehendes Agglomerieren des einzusetzenden Rohstoffes, d. h, des einzusetzenden Feinerzes vermieden werden, so daß der diesbezügliche Aufwand entfallen kann«
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:
- daß der Rohstoff in Form von feinteiligen Partikeln parallel zum Plasmastrahl und diesen peripher umgebend von oben in das metallurgische Gefäß zugegeben wirdj
- daß in das Gefäß von unten durch die Schmelze hindurch sauerstoffhaltige Gase und Kohlenstoff eingeblasen werden und
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- daß in dem Gefäß eine, den Plasmastrahl in seiner ge« samten Höhe und den Zuflußstrom der Rohstoffpartikel peripher umgebende Schaumschlacke gebildet wird«
Di© Sc.haumschlacke bewirkt einen effektvollen Schutz der Ofenausmauerung vor der vom Plasmastrahl ausgehenden Wärmestrahlung· Die Ummantelung des Plasmastrahles durch die eingesetzten feinteiligen Rohstoffpartikel läßt eine optimale Nutzung der Wärmestrahlung des Plasmastrahles zu, Das Einblasen von Kohlenstoff von unten bewirkt, daß ein Austragen des Kohlenstoffes vermieden wird· Die Zuführung des sauerstoffhaltigen Gaaes von unten vermeidet eine vorzeitige Zerstörung der Kathode durch den Sauerstoff«
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Einschmelzen der Rohstoffpartikel die Zuführ der Rohstoffpartikel eingestellt und lediglich aauerstoffhaltiges Gas und/öde^ Kohlenstoff von unten durch die Schmelze hindurch eingeblasen«
iäine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein feuerfest ausgekleidetes metallurgisches Gefäß und einen von oben nach unten gerichteten Plasmabrenner auf, wobei im Boden des Gefäßes eine Gegenelektrode angeordnet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabrenner peripher von einem Mantel zur Bildung eines den Plasmabrenner peripher umgebenden Zuführraumes für die feinteiligen Rohstoffpartikel umgeben ist und daß im Boden des metallurgischen Gefäßes Düsen, vorzugsweise Manteldüsen, zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas und Kohlenstoff vorgesehen sind»
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üirfindungsgemäß iat weiterhin, daß der Zuführraum von mehreren, den Plasmabrenner peripher umgebenden Aufblaslanzen gebildet ist.
Auaführunffsbeispiel
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist ein metallurgisches Gefäß im Vertikalschnitt dargestellt«
Der metallische Außenmantel 1 des metallurgischen Gefäßes 2 ist mit einer feuerfesten Auskleidung 3 versehen. Das Gefäß 2 ist mit einem Deckel 4» der ebenfalls feuerfest ausgekleidet ist, geschlossen. An den Deckel 4 schließt eine Abgasleitung an. An das Gefäßunterteil 6 schließt nach oben hin ein im wesentlichen vertikaler zylindrischer Gefgßteil 7 an· Durch den Deckel 4 des Gefäßes 2 ragt in Jessen Innenraum ein vertikaler, zentrisch im Gefäß 2 angeordneter Plasmabrenner 9· Im Boden 10 des Gefäßes 2 ist ebenfalls zentral die Gegenelektrode 11 für den Plasmabrenner 9 eingesetzt»
Der Plasmabrenner 9 ist peripher von einem Mantel 12 umgeben, durch den ein den Plasmabrenner 9 umgebender Zuführraum 13 gebildet wird, der zum Boden 10 hin offen ist« Dieser Zuführräum 13 kann auch von mehreren, den Plasmabrenner peripher umgebenden Aufblaslanzen für die Rohstoffpartikel gebildet sein. Im Boden 10 des Gefäßes 2 sind Düsen 14/f die vorzugsweise als Manteldüsen ausgebildet sind, angeordnet, durch die Sauerstoff und/oder Kohlenstoff in den Innenraum des Gefäßes 2 eingeblaseh wird·
Im Gefäß-unterteil 6 sind ein Schlackenabstichloch 15 und
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ein Metallabstichloch. 16 vorgesehene
Im Gefäß 2 befindet sich die Schaumschiacke 17 und das erschmolzene Metall, die Schmelze 18,
Der ebenfalls im Gefäß 2 befindliche.-Plasmastrahl 19 ist von einem Zuflußstrom 20 umgeben« .
Nachfolgend ist die funktion der Einrichtung beim Herstellen von Roheisen näher erläutert:
erste Chargierung mit Peinera und Schlackenbildnern erfolgt durch den Ringraum (oder die eventuell statt ihm vorgesehenen Aufblaslanzen). Danach wird ein Plasmaatrahl 19 zwischen dem in vertikaler Richtung beweglichen (zur optimalen Einstellung der Plasmastrahllänge) Plasmabrenner 9 und der wassergekühlten Gegenelektroden 11 gezündet und der gegebenenfalls mit Feinkohle vermischte Einsatz durch die vom Plasmastrahl 19 abgestrahlte Wärme aufgeschmolzen sowie mittels des mit ihm eingeblasenen Reduktionsgases reduziert.
Mach Bildung einer Schmelze 18 und einer Schlackenschicht wird sowohl von oben durch den Zuführraum 13 (bzwe die Auf« blaslanzen) zusätzlich zum Einsatz und Reduktionsgas als auch von unten durch die Bodendüsen Sauerstoff und/oder Kohlenstoff eingedüst, um eine Schaumsohlacke 17 aufzubauen»
Sin Schäumen der Schlacke ist nur möglich, wenn in der Schlacke ein ausreichender J?eO~Gohalt und Kohlenstoffgehalt, in Form von elementarem Kohlenstoff bzw. kohlenstoffge-
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sättigten Metallspritzern, vorliegt· In diesem Pall reagiert der Kohlenstoff und der Sauerstoff des Bisenoxides unter Bildung von Kohlenmonoxid, Diese Gasbildung führt zu einem Aufblähen bzw. Schäumen der"Schlacke, Darüber hinaus ist für das Schäumen der Schlacke eine hinreichende Schlackenhöhe und entsprechende Schlaokenviskosität erforderlich.
Der Kohlenstoff dient somit zur Reduktion, zur Heizung (durch Verbrennung mit'Sauerstoff) und zur Schäumung,
Ist die Binschmelzphase beendet, so wird die Peinerzzufuhr eingestellt, jedoch Sauerstoff und/oder Kohlenstoff weiterhin durch die Düsen 14 eingedüst. Der Prozeß in der folgenden Pertigreduktionsphase wird nun so geführt, daß einerseits die gewünschte Abstichtemperatur und andererseits ein geringer Metalloxidgehalt durch einen relativ hohen Kohlenstoffüberschuß in der Schaumschlacke 17 erreicht wird. Anschließend wird durch das Schlackenabstichloch 15 abgeschlackt und durch das" Metallabstichloch 16 abgestochen.
Bei dem erfindurigsgemäßen Verfahren wird zwischen einer Einschmelz- und Pertigreduktionsphase unterschieden. Dementsprechend verändern sich auch die Schlackenzusammensetzungene Im folgenden sind Richtwerte der Schlackenanalyse für die L'inschmelz- und Pertigschmelzphase bei der Herstellung von roheisenähnlichem Flüssigmetall mit ca» 2 % Kohlenstoff in einem basisch zugestellten Reduktionsreaktor angegeben,
Schlackenzusammensetzung in der Einschmelzphase: 30 bis 35 % PeO + Pe3O4
40 bis 45 % CaO + MnO
15 bis 20 % SiO2
Rest Pp05, Al2O3, MgO u, a.^
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Schlackenzusammensetzung in der J?er.tigschmelzphasei 10 bis 15 % Gesamteisengehalt der Schlacke (das Eisen ist größte ils in Form von ReO an den Sauerstoff gebunden) .
50 bis 55 % GaO + MnO
20 bis 25 % SiO2
Rest P2O5, Al2O3, MnO ue a«
Neben der Zufuhr von elektrischer Energie durch den Plasmabrenner 9 wird; ein Großteil der benötigten Energie in Form von Kohlenstoff und Sauerstoff zugeführt (es verbrennt der Kohlenstoff mit dem Sauerstoff, wobei Energie frei wird)» wodurch es möglich ist, auch hochschmölzende Legierungen, insbesondere hochschmelzende ferrolegierungen» kostengünstig herzustellen«, Die oben dargelegten grundsätzlichen Überlegungen für'di© Schlackenbildung gelten auch bei der Erzeugung von !Ferrolegierungen» Dabei nimmt jedoch der iSisenoxidgehalt ab, wogegen die Gehalte an Mn->s Gr-9 W~0xid U9 a« zunehmen»
hohe, vom Plasmabrenner 9 erzeugte Temperatur ist vorwiegend in der Einschmelzphase von besonderem Voteil» Mir einen möglichst wirtschaftlichen Ofenbetrieb ist es zweckmäßig, daß nach dem Abstich eine Schmelze 18 im Gefäß 2 verbleibt j bei einer erneuten Ghargierung kann dann sofort mit dem Binblasejjivon Kohlenstoff und/oder Sauerstoff (sowohl von unten als auch von oben) - als zusätzlicher Energieträger zum Plasmabrenner 9 - begonnen werden«
Neben den Vorteilen der optimalen Ausnutzung der vom Plasmastrahl 19 abgegebenen Bnergie und der weitgehenden Schonung
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der Ofenauskleidung bietet das erfindungsgemäße Verfahren auch die Möglichkeit» die Abgasmengen durch gezielte Prozeßführung (durch geeignete Energiezufuhr durch den Plasmabrenner 9 sowie dosiertes Einblasen von Heiz-5, ,Reduktionsund Schäumgas) möglichst gering zu halten· Die heißen Abgase können zweckmäßig zur Vorwärmung und/oder teilweisen Vor— reduktion des eingesetzten iörzes verwendet werden« '

Claims (1)

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    AB C 21 B/257 52O/,6
    63 231/25/39
    Erfindungsanspruch
    Verfahren zur Herstellung von Metallen, insbesondere von flüssigem Roheisen^ Stahlvormaterial oder .Ferrolegierungen, aua metalloxidhaltigem Rohstoff9 wobei der Rohstoff in einem metallurgischen Gefäß mittels mindestens eines» von oben nach unten gerichteten Plasmabrenners erschmolzen wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
    - daß der Rohstoff in Form von feinteiligen Partikeln parallel zum Plasmastrahl (19) und diesen peripher umgebend von oben in das metallurgische Gefäß (2) zugegeben wird ι . / .
    - daß in das Gefäß (2) von unten durch die Schmelze (18) hindurch säuerstoffhaltige Gase und Kohlenstoff eingeblasen werden und
    - daß in dem Gefäß (2) eine, den Plasmaatrahl (19) in seiner gesamten Hohe und den Zuflußstrom (20) der Rohstoffpartikel peripher umgebende Schaumschlaoke (17) gebildet wird·
    Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß nach' dem Einschmelzen der Rohstoffpartikel die Zufuhr der Rohst off partikel eingestellt und lediglich sauerstoff« haltiges Gas und/oder Kohlsnstoff von unten durch die Schmelze (18) hindurch eingeblasen wird«
    Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Punkten 1 oder 2% mit einem feuerfest ausgekleideten metallurgischen Gefäß und einem von oben nach unten gerichteten Plasmabrenner, wobei im Boden des Gefäßes ein© Gegenelektrode angeordnet ists gekennzeichnet dadurch, daß
    -11- 30.3.1984
    AP 0 21 B/257 520/6 ' 63 231/25/39
    der Plasmabrenner (9) peripher von ©inern Mantel zur Bildung eines den Plasmabrenner (9) peripher umgebenden Zuführraumes (13) für die föinteiligen Rohstoffpartikel umgeben ist und daß im Boden des metallurgischen Gefäßes Düsen (14) t vorzugsweise Manteldüsen, zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas und Kohlenstoff vorgesehen sind·
    4. Einrichtung nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß der Zuführraum (13) von mehreren, den Plasmabrenner (9) peripher umgebenden Aufblaslanzen gebildet ist·
    - Hierzu 1 Seite Zeichnung -
DD83257520A 1982-12-07 1983-12-05 Verfahren und einrichtung zur herstellung von metallen, insb. von fluessigem roheisen, stahlvormaterial oder ferrolegierungen DD215583A5 (de)

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