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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen der Produktivität beim Stahlherstellen
unter Anwendung von Zwei-Gefäß-Technologie,
bei dem Roheisen, Eisenschwamm und Schrott gemäß dem Elektrolichtbogenofen-
und/oder Sauerstoff-Aufblas-Verfahren
in Mengenverhältnissen
von 100% RE bis 100% DRI mit einem Schrottanteil als Kühlmittel
verarbeitet werden.
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Eine
Erhöhung
der Produktivität
ist allgemein schon durch die Anwendung von Zwei-Gefäß- und Dünnstrang-Technologie
eingetreten (
DE 196
23 671 A1 ;
DE
196 21 143 A1 ). Allerdings ist diese Erhöhung nur
durch eine gewisse Steigerung des Investitions-Aufwandes möglich. Eine
Verbesserung des metallurgischen Verfahrens in den Bereichen Chargieren,
Aufschmelzen und Frischen ist dabei nicht möglich. Somit begrenzt das herkömmliche
Stahlherstellungsverfahren eine eigene Weiterentwicklung seiner Produktivität.
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Aus
DE-Z, „Metallurgical
Plant and Technology International", vol. 24, No. 4, 2001, Seiten 72–87, ist
das eingangs genannte Verfahren bekannt. Dabei werden ebenfalls
Roheisen und Eisenschwamm und Schrott nach dem Elektrolichtbogenofen-
und Sauerstoff-Aufblas-Verfahren verarbeitet. Roheisen und Eisenschwamm
werden dabei in ausgewählten
Mengenverhältnissen
eingesetzt. Es wird jedoch nicht beschrieben, welche konkreten Maßnahmen
zu ergreifen sind, um die Ausgangsbasis für eine flexiblere Stahlherstellung
bezüglich
Lieferzeiten, unterschiedliche Stahlgüten und Qualitäten zu schaffen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Frischverfahren zu intensivieren,
um dadurch die Stahlmengen zu erhöhen und die Abstichzeiten zu senken.
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Die
gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
Sauerstoff über
eine Top-Blaslanze in einer Menge zwischen 150–400 Nm3/min
bei einem 200 t-Gefäß zugeführt wird
und dass zusätzlich
durch im Boden des Unterofens gleichmäßig verteilte Spülsteine
abhängig
von der Verfahrensphase, jedoch ohne Unterbrechung, Inertgas mit
umlaufenden Drucksteigerungen in aufeinanderfolgenden Spülsteinen
von unten mit 50–100
N Itr./min eingeführt
wird. Dadurch wird erheblich sowohl beim Einschmelzen als auch beim
Blasen an Zeit gespart und der Ausstoß an Stahlmenge wird pro Zeiteinheit
beträchtlich.
erhöht.
Gleichzeitig wird das Herstellungsverfahren bezüglich Massenstahl und hochwertiger Stähle flexibler,
so dass kürzere
Lieferzeiten für
unterschiedliche Stahlgüten
zu erzielen sind. Das Sauerstoff-Aufblasen
wird bei einer Badtiefe von 1000 mm Roheisen begonnen. Dadurch wird
eine besonders intensive Badbewegung eingeleitet.
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Die
Effizienz des Verfahrens kann dadurch gesteigert werden, dass der
Eisenschwamm (direkt und trocken reduziertes Eisen/DRI) heiß mit Temperaturen
größer als
600°C chargiert
wird. Dadurch wird die Schmelzzeit auf die gleich große Blasezeit
abgestimmt.
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Eine
Verbesserung, die das Verfahren ebenfalls bezüglich der Zeitersparnis beeinflusst,
besteht darin, dass der Blasewinkel am Austritt der Top-Blaslanze
auf 10°–40° zur Senkrechten
eingestellt wird.
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Eine
weitere Unterstützung
der Badbewegungskräfte
entsteht dadurch, dass durch Tür-Blaslanzen
6000 Nm3/h Sauerstoff eingeblasen werden. Die
Badbewegung wird bspw. durch Wand-Blaslanzen mit 50–100 Nm3/min Sauerstoff im Sinn einer Rotation des
Schmelzbades unterhalb des Brennflecks unterstützt.
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Eine
andere Maßnahme,
um die Badbewegung in Gang zu bringen, besteht darin, dass beim Start
des Blasens auf das Roheisen mit Sauerstoff das Chargieren mit Eisenschwamm
begonnen wird.
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Eine
Anlage zur erhöhten
Erzeugung von Stahlprodukten geht von zwei Elektrolichtbogen-Öfen aus,
die wahlweise nach dem Sauerstoff-Aufblas-Verfahren eines Stahlwerkskonverters betrieben
werden, mit einem Elektroden-System und Blaslanzen.
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Diese
Anlage löst
die gestellte Aufgabe dadurch, dass im Boden des Unterofens jeden
Elektrolichtbogen-Ofens gleichmäßig verteilte
Spülsteine eingebaut
sind und dass die Top-Blaslanze aus zwei Einzellanzen besteht. Dadurch
findet ein verstärktes Rühren der
Schmelze, eine dementsprechend schnellere Reaktion statt, die durch
die Wirkungen der Einzellanzen über
eine größere Badoberfläche verteilt
wird.
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In
dieser Anlage kann die Erzeugung von 2,5 bis 3,0 Mill. Jato Warmband
erzielt werden, die sich jeder Marktsituation sowohl geographisch
bezüglich der
Rohstoff- und Energie-Ressourcen
als auch marktbedingt bezüglich
der Stahlgüten
anpasst, wobei C-Stähle,
IF-, ULC-, Low-, Medium-, High-C-Stähle, Mehrphasen- (Dual und
Trip-) Stahlgüten,
Si-Stähle
mit 1–3%
Si und Rostfrei-Stähle
wie Austenit und Ferrit hergestellt werden können.
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Diese
Verteilung wird derart vorgenommen, dass jeweils 4–20 Spülsteine
gleichmäßig verteilt sind.
Dadurch kann eine Rotation des Schmelzbades vorbereitet werden bei
gleichzeitiger Durchspülung, wobei
die Durchspülung
effizienter wird.
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Damit
ist eine weitere Regulierungsmöglichkeit
gegeben, die Menge an Sauerstoff örtlich, zeitlich und im Druckverlauf
zuzuführen.
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Vorteilhaft
ist dabei, dass durch jede Einzel-Blaslanze 150 bis 400 Nm3/min einführbar sind. Dadurch kann der
Sauerstoff bei betrieblich handhabbaren Drücken gefördert werden, die den metallurgischen
Wirkungen entsprechen.
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Ältere Stahl-Erzeugungsgefäße können aufgerüstet werden,
indem pro Einzelgefäß zumindest ein
Elektroden-System, eine Top-Blaslanze, eine Tür-Blaslanze und eine Wand-Blaslanze
vorgesehen sind.
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Die
hohen Sauerstoffmengen können
weiter derart zugeführt
werden, dass die Wand-Blaslanze in einem Wandmodul des Oberofens
angeordnet ist und aus einer Sauerstoff-Ultrasonic-Blaslanze besteht.
Das Wandmodul ist dabei zwischen den Kühlwänden des Oberofens eingefügt.
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Für eine Intensivierung
des metallurgischen Prozesses mit höheren Wärmeströmen ist weiter vorteilhaft,
dass die Ausmauerung im Unterofen außen mittels innen gekühlter Kupferkästen (staves)
eingefasst ist und dass die am Oberrand des Unterofens liegenden
Kupferkästen
einen zusammenhängenden Kühl- und
Stützring
bilden.
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Eine
Ausgestaltung besteht dann noch darin, dass die Ausmauerung im Unterofen
in der Art einer Konverter-Ausmauerung zugestellt ist. Dadurch entsteht
eine höhere
Belastbarkeit der Ausmauerung.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt, anhand deren auch das Verfahren und einzelne
Verfahrensschritte nachstehend erklärt werden.
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Es
zeigen:
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1 die
Schnitt-Ansicht einer Zwei-Gefäß-Anlage
mit gemeinsam genutzten Blaslanzen und Elektroden-System,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
eines Einzelofens und
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3 eine
Draufsicht auf den Unterofen bei abgenommenem Oberofen.
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Das
Verfahren zum Erhöhen
der Produktivität
beim Stahlherstellen, bei dem die Lieferzeiten für Stahlprodukte verkürzt werden,
wobei die Anzahl von Stahlgüten
erhöht
werden kann und Massen- oder hochwertige Stähle auf ihre Qualität kontrolliert
werden, arbeitet unter Anwendung von Zwei-Gefäß- und Stranggieß-Dünnstrang-Technologien
und basiert auf Roheisen 1, Eisenschwamm 2 und
Schrott und wird auf der Grundlage des Elektrolichtbogen-Ofen- und/oder
Sauerstoff-Aufblasverfahrens durchgeführt. Nach Abgießen des
Stahls auf einer Dünnstrang-Stranggießanlage
kann in einer unmittelbar angeschlossenen Walzstraße aus der
Gießhitze
ein Walzband erzeugt werden.
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Das
Roheisen 1 wird aus einem Hochofen oder einer anderen Roheisen
erzeugenden Anlage gewonnen und der Eisenschwamm 2 aus
einer nachgeordneten Direkt-Reduktions-Anlage.
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Das
Erschmelzen erfolgt in zwei nebeneinander angeordneten Stahl-Erzeugungsgefäßen 3 mit mehreren
Blaslanzen 4 und zumindest einem Elektroden-System 5.
Im Prinzip könnten
auch zwei unabhängige
Stahl-Erzeugungsgefäße 3 eingesetzt
werden, die jedoch weniger wirtschaftlich arbeiten, falls jeweils
dieselben Ausrüstungen
doppelt vorhanden wären.
Zu den zwei Stahl-Erzeugungsgefäßen 3 ist eine
Vakuum-Anlage mit
zwei Kesseln nachgeordnet. Außerdem
folgen zwei Pfannenöfen
mit jeweils zwei Behandlungsständen
für die
Sekundärmetallurgie. Der
erzeugte Stahl wird bspw. in zwei parallelen Dünnstrang-Stranggieß-Anlagen
abgegossen und in einer unmittelbar angeschlossenen Fertigwalzstraße mit zumindest
sechs Walzgerüsten
aus der Gießhitze (bei
entsprechender Temperatur-Vergleichmäßigung) gewalzt. Dabei entstehen
Stahlprodukte, wie bspw. Warmband oder Langgut.
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Die
Stahl-Erzeugungsgefäße 3 sind
in 1 dargestellt und bestehen aus Elektrolichtbogen-Öfen 6,
die jeweils einen Unterofen 6a und einen Oberofen 6b (aus
ge kühlten
Wänden)
aufweisen. Im Unterofen 6a sind in der Ausmauerung 7 über den
Umfang verteilt jeweils 4–20
Spülsteine 8 für die Zuführung von Inertgas 9 vorgesehen.
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Die
von oben durch den Oberofen 6b eingeführte Top-Blaslanze 10 wird
aus zwei Einzel-Blaslanzen 10a und 10b gebildet,
die einzeln oder gemeinsam beaufschlagt werden können. Neben der Top-Blaslanze 10 ist
pro Einzelgefäß 3a jeweils
ein Elektroden-System 5, eine Einzel-Blaslanze 10a, 10b,
eine Tür-Blaslanze 10c,
eine Wand-Blaslanze 10d in einem Wandmodul 11 angeordnet
und besteht aus einer Sauerstoff-Ultrasonic-Blaslanze 12.
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Die
Blaslanzen 4 und das Elektroden-System 5 sind
an einem Hub- und Drehgestell 13 befestigt, wobei durch
eine Hubbewegung 14 sowohl die Einzel-Blaslanzen 10a, 10b (Top-Blaslanze 10)
und das Elektroden-System 5 gehoben und durch eine Drehbewegung 15 über den
jeweils anderen Elektrolichtbogen-Ofen 6 geschwenkt und
durch eine Hubbewegung 14 wieder in Betriebsstellung abgesenkt werden
kann. Die Hubbewegung 14 kann auch unabhängig für die Top-Blaslanze 10 erfolgen.
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Gemäß 2 ist
die Ausmauerung 7 im Unterofen 6a außen mittels
innen gekühlter
Kupferkästen 16 (sog.
staves) zusätzlich
gekühlt.
Am Oberrand 17 des Unterofens 6a bilden gleiche
oder ähnliche Kupferkästen 16 einen
Kühl- und
Stützring 18 zur Kühlung und
Abstützung
der Ausmauerung 7.
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Die
Ausmauerung 7 ist in der Art einer Konverter-Ausmauerung 19 (mit
schräg
oder senkrecht stehenden Steinen) zugestellt.
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Nachstehend
werden die Parameter für
das ausgeübte
Verfahren beschrieben: Zum Chargieren werden bei Einsetzen von zwei
Elektrolichtbogen-Öfen 6 mit
einem Elektroden-System 5, die wahlweise nach dem Sauerstoff-Aufblasen
eines Stahl werkskonverters betrieben werden, Roheisen 1 (> 4% C, > 0,3% Si) und Eisenschwamm 2 zumindest
in einem Verhältnis
90:10, 50:50 bis 100% DRI mit einem Schrottanteil als Kühlmittel
und/oder ein Eisenschwamm-Anteil zugeführt. Die Zeiten für die Schmelzenfolge
werden über
eine wählbare,
chemisch und physikalisch mögliche
Sauerstoffmenge überhalb
150 Nm3 und unterhalb 400 Nm3 pro
Zeiteinheit verkürzt.
Dabei wird die Sauerstoffdichte spezifisch auf 2–4 Nm3/t·min (400
Nm3/min bei einem 200 t-Gefäß 3)
erhöht
und die Blasezeiten werden auf ca. 12–16 min gesenkt.
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Hierbei
kann die wählbare
Menge an Sauerstoff über
die Top-Blaslanze 10 bei einem 200 t-Gefäß 3 zwischen
150–400
Nm3/min gesteigert werden.
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Das
Chargieren des Eisenschwamms 2 (direkt und trocken reduziertes
Eisen/DRI) kann auch mit Temperaturen größer als 600°C erfolgen.
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Es
ist vorteilhaft, den Blasewinkel 20 (1 und 3)
am Austritt der Top-Blaslanze 10 auf 10–40° zur Senkrechten einzurichten.
Das Aufblasen 21 von O2 wird je
nach Ofenprofil 22 erst bei einer Badtiefe 23 von
1000 mm Roheisen 1 begonnen.
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Um
die Reaktionen zu beschleunigen und dadurch Zeit zu gewinnen, kann
zusätzlich
durch die Wand-Blaslanzen 10d mit 50–100 Nm3/min
Sauerstoff eingeblasen werden.
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Unterstützend wirkt
hier, dass durch die Tür-Blaslanze 10c ca.
6000 Nm3/min Sauerstoff eingeblasen werden.
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Beim
Start des Sauerstoff-Blasens 21 auf das Roheisen 1 kann
auch erst das Chargieren mit Eisenschwamm 2 begonnen werden.
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Das
Inertgas 9, das durch die Spülsteine 8 zugeführt wird,
kann bei einer hohen Anzahl von Spülsteinen 8, die über den
Boden verteilt sind, in über
den Umfang umlaufenden Drucksteigerungen in aufeinanderfolgenden
Spülsteinen 8 eingebracht werden.
Dabei entsteht eine Rotation der Schmelze um eine senkrechte Mittelachse
des Schmelzbades.
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Weiterhin
wird an einem Gasabzug 24 am Oberofen 6b eine
Gasanalyse 25 vorgenommen, bei der Druck- und Temperaturwerte
des Abgases 26 gemessen werden.
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Die
Werte der Gasanalyse 25, zu Druck und Temperatur und Zusammensetzung
des Abgases 26 bilden die Grundlage für einen Regelkreis 27.
Die Regelkreis-Ausgangssignale Volumen, Druck und Temperatur (V,
P, T) optimieren die Blaslanzen- Position bzw. deren Mündungseinstellungen,
die Menge des zuzuführenden
Sauerstoffs und den Druck im Sauerstoff. Neben der Höheneinstellung,
der Sauerstoff-Menge und dem Sauerstoff-Druck wird das Regelkreis-Ausgangssignal
für die
Zuführung
des Inertgases 9 aus den Spülsteinen 8 (Menge)
eingesetzt, so dass in der Messstelle die Gaszusammensetzung weitestgehend
aus CO2 besteht. Dadurch wird eine Nachverbrennung
von CO vermieden. Das Verfahren erreicht einen Wirkungsgrad von
ca. 98%.
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Die
Druckverhältnisse
(Rotation der Schmelze) in den 4–20 Spülsteinen 8 tragen
zu den in den 1 und 2 dargestellten
Schmelzenströmen 28 unter
der Schlackenschicht 29 bei. Das Inertgas 9, das
durch die Spülsteine 8 eingeleitet
wird, beträgt 50–600 N Itr/min.
Der Druck an der Top-Blaslanze 10 beträgt ca. 8–20 bar.
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Die
Aufheizzeiten (2) im Elektrolichtbogen-Ofen 6 bei
einer Eingangsleistung von 80–130 MW
wird auf eine Pfannenfolgezeit zwischen 25–70 min eingestellt. In der
Start-Phase wird von einem Füllgrad
von 40% des Roheisens 1 ausgegangen.
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Die
Abstichzeiten (tap-to-tap-Zeiten) ergeben sich aus den Schmelz-
und Blaszeiten beider Stahl-Erzeugungsgefäße 3.
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Die
Anwendung von zwei Stahl-Erzeugungsgefäßen 3 lässt die
Abstichzeiten von 140–50
min halbieren.
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Gemäß 3 ist
die Lage der Spülsteine 8, von
oben bei abgenommenem Oberofen 6b, sichtbar, von denen
nur einige gezeichnet sind. Die Wandmodule 11 für die Wand-Blaslanzen 10d sind
sichtbar. Im Zentrum befindet sich die Top-Blaslanze 10 mit
10° und
40°-Doppelkegel,
die den Wirkungsbereich des Brennflecks bestimmen. Außerdem sind die
Lage und die Richtung der Tür-Blaslanzen 10c sichtbar.
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Auf
der Seite des Schlackenabzugs befindet sich die Schlackentür 30.
Auf der gegenüberliegenden
Seite liegt der Abstich 31, der als senkrechter Kanal mit
Verschluss von unten gezeichnet ist, aber auch als Abstichschnauze
eines Schnauzenkippers ausgeführt
sein kann.
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- 1
- Roheisen
- 2
- Eisenschwamm
- 3
- zwei
Stahl-Erzeugungsgefäße
- 3a
- Einzelgefäß
- 4
- Sauerstoff-Blaslanze
- 5
- Elektroden-System
- 6
- Elektrolichtbogen-Ofen
- 6a
- Unterofen
- 6b
- Oberofen
- 7
- Ausmauerung
- 8
- Spülstein
- 9
- Inertgas
- 10
- Top-Blaslanze
- 10a
- Einzel-Blaslanze
- 10b
- Einzel-Blaslanze
- 10c
- Tür-Blaslanze
- 10d
- Wand-Blaslanze
- 11
- Wandmodul
- 12
- Sauerstoff-Ultrasonic-Blaslanze
- 13
- Hub-
und Drehgestell
- 14
- Hubbewegung
- 15
- Drehbewegung
- 16
- Kupferkasten
- 17
- Oberrand
- 18
- Kühl- und
Stützring
- 19
- Konverter-Ausmauerung
- 20
- Blasewinkel
- 21
- Aufblasen
von Sauerstoff
- 22
- Ofenprofil
- 23
- Badtiefe
- 24
- Gasabzug
- 25
- Gasanalyse
- 26
- Abgas
- 27
- Regelkreis
- 28
- Schmelzenströmung
- 29
- Schlackenschicht
- 30
- Schlackentür
- 31
- Abstich