DE1176683B

DE1176683B - Siemens-Martin-Ofen und Verfahren zur Stahlherstellung unter Verwendung dieses Ofens

Info

Publication number: DE1176683B
Application number: DEK46289A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Schwenke; Dr-Ing Hans Kurt Goerlich
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1962-03-27
Filing date: 1962-03-27
Publication date: 1964-08-27
Also published as: US3231369A; GB1042032A

Description

Siemens-Martin-Ofen und Verfahren zur Stahlherstellung unter Verwendung dieses Ofens Bekanntlich wird im Herdraum des Siemens-Martin-Ofens Schrott unter Zugabe von Roheisen zu Stahl geschmolzen. Hierbei wird der für die Oxydation notwendige Sauerstoff' teils durch die Ofenatmosphäre, teils durch den zusätzlichen Einsatz von Eisenerz und (verrostetem) Schrott zugeführt. Man erhält aus Roheisen, Schrott und Zuschlägen einen Stahl gewünschter Zusammensetzung, dessen Qualität durch Zulegierung von Mn, Ni, Cr od. dgl. noch verbessert wird. Die Herstellung von Siemens-Martin-Stahl ist mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden, und darüber hinaus ist ein kontinuierlicher Verfahrensablauf nicht gegeben. So beträgt beispielsweise die Chargendauer bei einem Siemens-Martin-Ofen mittlerer Größe 8 bis 10 Stunden, ein Zeitintervall, das sich besonders bei der Kostengestaltung ungünstig auswirkt.
Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil des klassischen Siemens-Martin-Ofens. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß von der Schmelzwanne für die Schmelze Abflüsse, z. B. Rinnen, zu einem oder mehreren Sammel- oder Frischgefäßen führen, welche an Stelle einer oder beider Schlackenkammern vorgesehen sind, oder daß von der Schmelzwanne Abflüsse, z. B. Rinnen, direkt in eine oder beide Schlakkenkammern führen, die entsprechend für diesen Zweck feuerfest ausgekleidet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Sammel- oder Frischgefäße über Führungen, beispielsweise Schienen, zur Gießhallenseite hin bewegt werden, um hier eine entsprechende Roheisenmenge aufzunehmen bzw. nach beendetem Frischvorgang den fertigen Stahl abzugießen. In der Schmelzwanne des Siemens-Martin-Ofens wird also nur noch Schrott geschmolzen, während das flüssige Roheisen von der Gießhallenseite her in das ausgefahrene Sammel- oder Frischgefäß eingefüllt wird. Das fahrbare Sammel- oder Frischgefäß kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Konverter oder aber auch offen ausgebildet sein, um sich den jeweiligen Verhältnissen besser anpassen zu können.
Die Verfahrbarkeit der Sammel- oder Frischgefäße ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. In diesem Fall kann die Schlackenkammer selbst als Sammel-oder Frischgefäß hergerichtet werden, was lediglich durch eine entsprechend feuerfeste Auskleidung durchgeführt werden kann. Dieses ortsfest angeordnete Sammel- oder Frischgefäß macht es jedoch erforderlich, daß ein oder mehrere Zu- bzw. Abflüsse vorgesehen werden, über die das Roheisen zugeführt bzw. der fertige Stahl abgestochen wird. Der in dem Sammel- oder Frischgefäß aus flüssigem Roheisen und flüssigem Schrott bestehende Einsatz wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mittels durch die Ofendecke geführter verstellbarer Sauerstofflanzen zu Stahl verblasen. Dieser Frischvorgang findet an der Stelle der bisherigen Schlackenkammer statt, weil hier besonders gute Voraussetzungen für den Abzug der Abgase gegeben sind, so daß bei Verwendung von fahrbaren Sammel- oder Frischgefäßen dieselben nach Einfüllen der Roheisenmenge von der Gießhallenseite her wieder an die Stelle der Schlackenkammer zurückgefahren werden müssen. Bei der Verwendung der eigentlichen Schlackenkammer als ortsfestes Sammel- oder Frischgefäß können die während der Frischperiode entstehenden Abgase unmittelbar den Abgasleitungen zugeführt werden.
Der besondere Vorteil des vorher in verschiedenen Ausführungen beschriebenen Siemens-Martin-Ofens besteht darin, daß die normale Chargendauer eines Siemens-Martin-Ofens mittlerer Größe, die im allgemeinen 8 bis 1.0 Stunden beträgt, auf 2 bis 3 Stunden reduziert wird, so daß damit der gesamte Stahlherstellungsprozeß wesentlich verkürzt und damit verbilligt werden kann.
Die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ausschließlich zum Schmelzen des Schrottes dienende Schmelzwanne des Siemens-Martin-Ofens kann in zwei oder mehrere getrennte Bereiche aufgeteilt sein, was von besonderem Vorteil für die Durchführung eines im wesentlichen kontinuierlichen Stahlherstellungsprozesses ist. Die Aufteilung in einzelne Bereiche erfolgt durch Trennwände, die in ihrem Querschnitt beispielsweise trapezförmig ausgebildet sind und so hoch geführt werden, daß ein Überlaufen der Schrottschmelze von einem Bereich in einen anderen Bereich nicht auftreten kann. Die vorliegende Erfindung hat nicht nur Vorrichtungen zum Gegenstand, sondern sie bezieht sich auch auf Verfahren zur Herstellung von Stahl unter Verwendung eines Siemens-Martin-Ofens vorstehend angeführter Ausführungsformen. Ein bevorzugtes Stahlherstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer in mehrere Teilbereiche aufgeteilten Schmelzwanne die sich in den einzelnen Teilbereichen angesammelte Schrottschmelze abwechselnd in kontinuierlicher Folge den an Stelle der beiden Schlackenkammern vorgesehenen Sammel- oder Frischgefäßen bzw. den als Sammel-oder Frischgefäßen entsprechend feuerfest ausgekleideten Schlackenkammern zugeführt wird. Dieser wechselseitige Betrieb ist für die Kontinuität des gesamten Verfahrensablaufes von besonderem Vorteil, weil während der Frischperiode neuer Schrott über Chargiermaschinen in den gerade abgestochenen Teilbereich der Schmelzwanne eingeführt werden kann. Dadurch ergibt sich der besondere Umstand, daß stets in einem Bereich bereits flüssiger Schrott zum Abstechen bereitgehalten wird, während in dem anderen Bereich der Einschmelzvorgang des eingesetzten Schrottes abläuft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses Stahlherstellungsverfahrens können in den einzelnen Teilbereichen der Schmelzwanne der Schrottschmelze bereits Legierungsstoffe zugeführt werden, so daß dem Sammel- oder Frischgefäß bereits eine vorlegierte Schrottschmelze zugeführt werden kann, was besonders vorteilhaft für die Herstellung verschiedener Stahlsorten ist. Ein weiterer Vorteil ist auch noch dadurch gegeben, daß dem bereits in dem Sammel-oder Frischgefäß befindlichen Einsatz aus Schrott und Roheisenschmelze nachträglich, falls es sich als erforderlich erweist, aus den einzelnen Teilbereichen der Schmelzwanne entsprechende Mengen vorlegierter Stahlschmelzen zugeführt werden können, was immerhin dann der Fall ist, wenn die gewünschte Zusammensetzung des Einsatzes nicht gegeben ist.
Die während der Frischperiode entstehenden Abgase können gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Stahlherstellungsverfahrens von ihrer Entstehungsstelle unterhalb des einen Ofenkopfes über die Schmelzwanne zur anderen Ofenkopfseite und von dort über Leitungen unter Zwischenschaltung von Regeneratoren zum Schornstein geführt werden. Dabei können die an der Kopfseite des Ofens angebrachten Abgasleitungen entsprechend der Wahl der Abgasführung geschlossen oder geöffnet werden. Die Abgase werden jedoch im allgemeinen nicht direkt von ihrer Entstehungsstelle in die Abgasleitungen des unmittelbar darüberliegenden Ofenkopfes geführt, sondern, wie bereits schon oben angeführt, über die gesamte Schmelzwanne zur gegenüberliegenden Ofenkopfseite, was nur dann geschehen kann, wenn eine Absperrung dieser Abgasleitungen möglich ist. Der besoi)dere Vorteil einer solchen Abgasführung von ihrer Entstehungsstelle über die Schmelzwanne zur gegenüberliegenden Ofenkopfseite besteht in einer besonders hohen Ausnutzung der Abgaswärme, die mit einem konventionellen Siemens-Martin-Ofen während eines Stahlherstellungsprozesses nicht erreicht werden kann. Die vom Abgas auf dem Wege von der einen Seite zur anderen Ofenkopfseite an den Schrotteinsatz abgegebene Wärme ist so groß, da.ß die noch zusätzlich aufzubringende Schmelzenergie auf ein Minimum herabgesetzt werden kann, wodurch sich auch erhebliche kostenmäßige Vorteile ergeben. Neben diesem rein wärmetechnischen Vorteil ergibt sich ein weiterer Vorteil, der dadurch gegeben ist, daß auf dem verhältnismäßig langen Weg, den das Abgas bis zum Schornstein zurücklegt, der Staubgehalt des Abgases durch Zwischenschaltung von Entstaubungsanlagen wesentlich reduziert wird, so daß die heute allgemein geforderte Mindestmenge an Staub im Abgas eingehalten werden kann.
An Hand der Figuren ist die Erfindung näher veranschaulicht.
F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Siemens-Martin-Ofen, wobei die Schmelzwanne in zwei Teilbereiche aufgeteilt ist; F i g. 2 stellt je zur Hälfte in einem Längsschnitt weitere Ausführungsformen der Erfindung dar; Fig.3 ist eine schematische Grundrißdarstellung der in F i g. 2 veranschaulichten Ausführungsformen; F i g. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig.2.
F i g. 5 ist ein Schnitt längs der Linie V-V der Fig.2.
Wie aus F i g. 1 hervorgeht, wird die Schmelzwanne 1 eines normalen Siemens-Martin-Ofens nur noch als Schrottschmelzgefäß benutzt, in das durch die Türöffnungen 2, 14, 5 und 6 der Schrott auf bekannte und übliche Weise mittels Chargiermaschinen über Mulden eingesetzt wird. Der Aufschmelzvorgang des Schrottes kann dabei vorzugsweise durch Deckenbrenner 7, 8, 9 und 10 vorgenommen werden, die eine senkrechte oder eine, wie in F i g. 1 dargestellt ist, geneigte Stellung gegenüber der Badoberfläche aufweisen. Nach beendetem Einschmelzvorgang wird der flüssige Schrott über die Rinnen 11 und 12 aus der mittels einer in ihrem Querschnitt trapezförmig ausgebildeten Rippe 13 geteilten Herdwanne 1 in die Schmelzgefäße 14 und 15, die in dieser Ausführungsform konverterähnlich ausgebildet sind, eingefüllt. Die Schmelzgefäße 14 und 15 sind dabei zur Gießhallenseite hin über auf den Schienen 16 geführte Rollen 17 fahrbar angeordnet, so da.ß bei einem wechselseitig erfolgenden Abstich die Kontinuität des Arbeitsablaufes gewährleistet ist. Von der Gießhallenseite her wird das flüssige Roheisen zugeführt, so daß nach erfolgter Roheisenbeigabe und Rückfahren des Sammelgefäßes 14 bzw. 15 an die Stelle der bisherigen Schlackenkammer der Frischvorgang begonnen werden kann. Gefrischt wird mittels Sauerstoff, der durch die Decke 19 am Ofenkopf 20 geführte Sauerstofflanzen 18 auf die Schmelze aufgeblasen wird. Die Sauerstofflanzen 18 sind dabei in ihrer Höhe verstellbar angeordnet, was mittels einer nichtveranschaulichten Seilführung durchgeführt werden kann. Der während des Frischvorgangs entstehende braune Rauch wird, wenn beispielsweise im Konverter 14 gefrischt wird, über die gesamte Schmelzwanne zum gegenüberliegenden Ofenkopf 20' geführt, um dann über die Abgasleitung 21' und die nachgeschalteten Regeneratoren in den Schornstein zu gelangen. Die Abgasleitung wird während des Frischvorganges durch einen klappenähnlichen Verschluß geschlossen, so daß die Abgase den Weg über die Schmelzwanne 1 gehen müssen. Während des Ausfahrens des Sammel- oder Frischgefäßes zur Gießhallenseite zwecks Aufnahme der Roheisenschmelze oder zwecks Vergießen der fertigen Stahlschmelze muß die dem Konvertermund entsprechende Öffnung im Unterteil des Ofenkopfes zur Verhinderung des Zutritts von Falschluft verschlossen werden, was zweckmäßigerweise mittels einer feuerfest verkleideten Klappe oder Glocke geschehen kann.
In den F i g. 2 und 3 sind andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei diesen Ausführungsformen ist die Ausbildung der Schmelzwanne 1 unverändert in der klassischen Form eines Siemens-Martin-Ofens geblieben und der Abstich erfolgt, wie aus der F i g. 2 hervorgeht, mittig über eine Abstichrinne 22 zur Gießhallenseite hin, wo der flüssige Schrott über eine Verteilerrinne 23 den rechts und links angeordneten, aus der Schlakkenkammer ausfahrbaren Schmelzgefäßen 14 und 15 zugeführt werden kann. Gemäß den in den F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Sammelgefäß 14 als Konverter und das Sammelgefäß 15 offen ausgebildet. Die Führung der Abgase richtet sich im wesentlichen nach der Ausbildung der Sammelgefäße 14 bzw. 15. Bei der Verwendung eines konverterähnlichen Sammelgefäßes 14 wird eine Änderung der Abgasführung notwendig, wie sie in der F i g. 2 beispielsweise dargestellt worden ist. Bei Verwendung eines offenen Sammelgefäßes 15 kann die Abgasführung des klassischen Siemens-Martin-Ofens beibehalten werden, wenn man das Sammelgefäß entsprechend tief genug anordnet. Die Abgasführung wird zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung in der F i g. 3 sowohl für ein konverterähnliches als auch für ein offenes Sammelgefäß dargestellt, wobei sich jeweils bei der Verwendung des einen oder anderen Schmelzgefäßes entweder die klassische Abgasführung des Siemens-Martin-Ofens oder aber eine abgewandelte Abgasführung, ausgehend vom Ofenkopf, ergibt.
In der F i g. 4 wird ein Schnitt längs der Linie IV-IV der F i g. 2 dargestellt, wobei bei entsprechender Lage des offenen Sammelgefäßes 15 die oben bereits beschriebene klassische Abgasführung beibehalten werden kann. Ferner ist in dieser Schnittdarstellung die Verfahrbarkeit des Sammelgefäßes zur Gießhallenseite hin gestrichelt eingezeichnet worden. Weiterhin sind die Abstich- und die Verteilerrinne sowie der Fahrweg gekennzeichnet worden.
In F i g. 5, die einen Schnitt längs der Linie V-V der F i g. 2 darstellt, ist die Abgasführung bei Verwendung eines konverterähnlichen Sammelgefäßes 14 näher veranschaulicht. Auch in dieser Schnittdarstellung ist zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung auf die Verschiebbarkeit des Sammelgefäßes 14 zur Aufnahme des flüssigen Roheisens und Schrottes hingewiesen worden, was wiederum durch eine entsprechend gestrichelte Darstellung erfolgt ist.
Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei Verwendung eines in seinen Konstruktionsmerkmalen kaum geänderten Siemens-Martin-Ofens ein dem Siemens-Martin-Stahl qualitätsgleicher Stahl in wesentlich kürzerer Zeit hergestellt werden kann.
Als Sammelgefäß kann auch ein Elektro-Ofen dienen.

Claims

Patentansprüche: 1. Siemens-Martin-Ofen, dadurch gekennzeichnet, daß von der Schmelzwanne für die Schmelze Abflüsse, z. B. Rinnen, zu einem oder mehreren Sammel- oder Frischgefäßen führen, welche an Stelle einer oder beider Schlackenkammern vorgesehen sind, oder daß von der Schmelzwanne Abflüsse, z. B. Rinnen, direkt in eine oder beide Schlackenkammern führen, die entsprechend für diesen Zweck feuerfest ausgekleidet sind.
2. Siemens-Martin-Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufnahme der Schrott- und Roheisenschmelze dienenden Sammel-oder Frischgefäße über Führungen, beispielsweise Schienen, zur Gießhallenseite hin verfahrbar sind.
3. Siemens-Martin-Ofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammel-oder Frischgefäße als Konverter oder offen ausgebildet sind.
4. Siemens-Martin-Ofen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammel-oder Frischgefäß ein oder mehrere Abflüsse aufweist, über die in ortsfester Stellung desselben der Stahl abgestochen wird.
5. nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ofenkopfes durch die Ofendecke geführte, verstellbare Lanzen vorgesehen sind, über die mittels Sauerstoff der sich in den Sammelbehältern oder entsprechend feuerfest ausgekleideten Schlackenkammern in Form einer Roheisen- und Schrottschmelze befindliche Einsatz zu Stahl verblasen wird.
6. Siemens-Martin-Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzwanne in zwei oder mehrere getrennte Bereiche aufgeteilt ist, wobei den einzelnen Teilbereichen Abflüsse, z. B. Rinnen, zugeordnet sind, die in ein oder mehrere Sammel- oder Frischgefäße münden.
7. Siemens-Martin-Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzwanne in zwei Teilbereiche aufgeteilt ist, wobei der eine Teilbereich in die eine und der andere Teilbereich in die andere Schlackenkammer bzw. in die an Stelle der Schlackenkammer vorgesehenen Sammel-oder Frischgefäße mündet. B.
Verfahren zur Herstellung von Stahl unter Verwendung eines Siemens-Martin-Ofens nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in den einzelnen Teilbereichen der Schmelzwanne angesammelte Schrottschmelze abwechselnd in kontinuierlicher Folge den an Stelle der beiden Schlackenkammern vorgesehenen Sammel- oder Frischgefäßen bzw. den als Sammel-oder Frischgefäß entsprechend feuerfest ausgekleideten Schlackenkammern zugeführt wird.
9. Verfahren zur Herstellung von Stahl unter Verwendung eines Siemens-Martin-Ofens nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer in mehrere Bereiche aufgeteilten Schmelzwanne die in jedem Teilbereich angesammelte Schrottschmelze zur Herstellung verschiedener Stahlsorten unterschiedlich vorlegiert wird.
10. Verfahren zur Herstellung von Stahl unter Verwendung eines Siemens-Martin-Ofens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Frischperiode entstehenden Abgase von ihrer Entstehungsstelle über die Schmelzwanne zur anderen Ofenkopfseite und von dort über Leitungen unter Zwischenschaltung von Regeneratoren zum Schornstein geführt werden.
11. Verfahren zur Herstellung von Stahl unter Verwendung eines Siemens-Martin-Ofens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Ofenkopfseite ausgehenden Abgasleitungen entsprechend der Wahl der Abgasführung geschlossen oder geöffnet werden können.
12. Verfahren zur Herstellung von Stahl unter Verwendung eines Siemens-Martin-Ofens nach den Ansprüchen 1. bis 3 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammel- oder Frischgefäße zur Roheisenbeigabe bzw. zum Vergießen der fertigen Stahlschmelze zur Gießhallenseite hin gefahren werden und im Anschluß daran die an der Unterseite eines jeden Ofenkopfes vorgesehene Öffnung zur Verhinderung des Zutritts von Falschluft mittels feuerfest verkleideter Klappen, Glocken od. dgl. verschlossen wird.