DE1433431B2

DE1433431B2 - Schmelzofen zur herstellung von stahl und verfahren zum betrieb des ofens

Info

Publication number: DE1433431B2
Application number: DE19631433431
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Ing 4300 Essen Heß
Original assignee: Fried Krupp GmbH, 4300 Essen
Priority date: 1963-10-29
Filing date: 1963-10-29
Publication date: 1971-12-16
Also published as: GB1057577A; AT269190B; US3353807A; BE654932A; ES305340A1; NO116420B; DE1433431A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen zur Herstellung von Stahl unter Verwendung von festem metallischem Einsatz, der einen Einschmelzteil sowie einen niedriger gelegenen Feinungsteil aufweist, die beide in offener Verbindung miteinander stehen.

Es ist bekannt, Brenner, die mit technisch reinem Sauerstoff betrieben werden, zum Einschmelzen von festen metallischen Einsätzen, insbesondere von Stahlschrott, Gußbruch u. ä. und damit zur Erzeugung von flüssigem Stahl zu verwenden. Diese Verwendungsmöglichkeit der Brenner hat zu Ofenkonstruktionen geführt, deren gemeinsames Kennzeichen ein kammerloser Herdofen ist Bei diesen Herdöfen wird dir feste Einsatz in einer möglichst geringen Anzahl von Füllvorgängen in den Ofen eingebracht. Die große Zufuhr von Brennstoff und technisch reinem Sauerstoff durch die Brenner hat ein rasches Abschmelzen des Einsatzes an der Oberfläche zur Folge. Das abgeschmolzene Metall fließt in den tiefer liegenden, noch kalten Bereich in der Nähe des Herdbodens, erstarrt dort und bildet einen verschweißten zusammenhängenden Block, der im Verlauf des weiteren Einschmelzens des festen Einsatzgutes der Brennerflamme nur eine verhältnismäßig kleine Oberfläche bietet, an der sich trotz des hohen Wärmegefälles der Wärmeübergang nur relativ langsam vollzieht.

Es sind auch bereits Schmelzöfen zur Herstellung von Stahl bekannt, die einen Einschmelzteil und einen niedriger gelegenen Feinungsteil aufweisen und deren Einschmelzteil mit einem Gasabzug versehen sind. Ein Schmelzofen dieser Art (deutsche Patentschrift 746 892) besitzt als Feinungsteil einen gasbeheizten Herd, von dem aus die Gase durch einen Zug zu dem höher gelegenen, muldenförmigen Vorschmelzherd geleitet und dort durch eine Leitung abgezogen und einem Rekuperator zugeführt werden. Die Verbindung zwischen dem muldenförmigen Vorschmelzherd und dem Feinungsteil für das flüssige Metall ist durch einen verstopfbaren, in Bodennähe des Vorschmelzherdes an diesen angeschlossenen, die Muldenseitenwand durchstoßenden Abstichkanal hergestellt. Da der Zug für die Zuführung der Gase und die Absaugleitung im Einschmelzteil jeweils über der Muldenseitenwand angeordnet sind, wird durch die Gase lediglich der obere Teil der Beschickung des Vorschmelzherdes berührt und von ihnen erwärmt. Neben einer schlechten Ausnutzung des Wärmeinhalts der Gase hat das auch die eingangs bereits genannte Bildung eines verschweißten zusammenhängenden Blockes zur Folge. Die der Beschickung im Vorschmelzherd zugeführte Wärmemenge ist sehr gering und bedingt — falls sie zum Einschmelzen überhaupt ausreicht — zumindest ein sehr langsames Einschmelzen. Außerdem ist der Abstichkanal, der in. Chargenintervallen geöffnet und verschlossen werden muß, unzugänglich im Innern des Schmelzofens angeordnet und so gestaltet, daß er durch etwaig erstarrendes Material leicht verstopfen kann.

Ähnlichen Aufbau wie der Schmelzofen nach der deutschen Patentschrift 746 892 weist zumindest teilweise ein weiterer bekannter Schmelzofen, der in der britischen Patentschrift 141132 beschrieben und dargestellt ist, auf. Bei diesem sind drei Herde, von denen zwei der Feinung dienen sollen, während im dritten Schrott oder Erz reduziert werden soll, hintereinandergeschaltet. Der htzts Feinungsteil kann ein Elektroofen oder ein anderer Herdofen sein. An den Reduktionsteil ist ein kupolofenartiger Schacht angeschlossen, aus dem das Beschickungsmaterial durch Herabfallen in den Reduktionsteil gelangt. Das dem Reduktionstei: entweichende Gas wird durch den angeschlossener Schacht geleitet und dann im 'Kreislauf den einzelner Herden wieder zugeführt. Abgesehen davon, daß ir. dieser Patentschrift nichts darüber ausgesagt ist, ob das Erz bzw. der Schrott im Schacht oder im Reduktionsteil eingeschmolzen werden soll, die Funktion also zumindest unklar ist, weist dieser Schmelzofen im wesentlichen die gleichen Nachteile des Ofens nach der

ίο deutschen Patentschrift 746 892 auf und ist darüber hinaus mit weit größerem Aufwand verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schmelzofen der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Nachteile des aufgezeigten Standes der Technik nicht aufweist, funktionssicher ist und bei hoher Einschmelzleistung wirtschaftlich arbeitet. Die Lösung der Aufgabe besteht in der Kombination der folgenden Merkmale:

a) Der Einschmelzteil ist mit einem oder mehreren Brennern, die mit technisch reinem Sauerstoff oder mit auf über 50% Sauerstoff angereicherter Luft betrieben werden, versehen;

²S b) der sich als Verbindung zwischen dem Einschmelzteil und dem Feinungsteil fortsetzende Boden des Einschmelzteiles ist als schräger Herd ausgebildet, über den das verflüssigte Metall über eine auf dem Herd aufgebrachte, aus Kohlungsmitteln bestehende Schicht in den Feinungsteil abfließt;

c) im Einschmelzteil ist seitlich ein Gasabzug vorgesehen, der gegenüber vom schrägen Herd und in Höhe des festen metallischen Einsatzes angeordnet ist.

Dadurch wird mit einfachen Mitteln ein wirtschaftliches Herstellen von Stahl unter Verwendung von festem metallischem Einsatz ermöglicht. Außerdem gewährleistet der Schmelzofen gemäß der Erfindung eine gute Wärmeausnutzung.

Besonders vorteilhaft ist es$- wenn der Gasabzug im Einschmelzteil des Ofens aus mehreren schmalen Durchbrüchen besteht, die mit Hilfe von Schiebern verschließbar sind.

Eine weitere Möglichkeit der Benutzung des Einschmelzteiles des Ofens gemäß der Erfindung besteht darin, daß an Stelle des Feinungsteils des Ofens ein trommeiförmiges Sammelgefäß an den Einschmelzteil des Ofens angeschlossen ist. Das heißt, daß das im Einschmelzteil verflüssigte Metall nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung eine.s_S_ammelgefäßes in den Feinungsteil gelangt. Diese Kombination bietet den Vorteil einer zeitlichen Unabhängigkeit von Einschmelz- und Feinungsprozeß. Nachteilig wirkt sich hierbei aber aus, daß auf die Verwertung der beim Feinungsprozeß anfallenden Abwärme normalerweise verzichtet werden muß. Ein weiterer Wärmeverlust entsteht beim Ausleeren des flüssigen Metalls aus dem Sammelgefäß.

Das Verfahren zum Betrieb des Schmelzofens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der feste metallische Einsatz in mehreren Füllvorgängen in den Einschmelzteil des Ofens eingebracht wird, wobei der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Füllvorgängen durch den Beginn des Schmelzens der jeweils vorausgehenden Füllung gegeben ist, mit Hilfe des

Brenners eingeschmolzen wird und der anschließende Feinungsprozeß im Feinungsteil des Ofens nach einem der bekannten Stahlherstellungsverfahren durchgeführt wird.

Die in Frage kommenden Stahlherstellungsverfahren sind in erster Linie das Siemens-Martin-, das Sauerstoffaufblas- oder das Elektrostahlverfahren.

Dabei läßt sich die Feinungsperiode mit der Füll- und Vorwärmperiode vorteilhafterweise verbinden, so daß nur unmittelbar nach dem Abstich der vorhergehenden Charge zu Beginn der Einschmelzperiode der Feinungsteil des Ofens so lange unbenutzt bleibt, bis sich in ihm ein genügend großer Sumpf flüssigen Metalls
für den Beginn des Feinungsprozesses gebildet hat.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Feinungsprozeß im Feinungsteil des Ofens nach dem Elektrostahlverfahren durchgeführt wird, da Elektroden ständig im Lichtbogenofen verbleiben können.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß das in den im Feinungsprozeß entstehenden Abgasen enthaltene Kohlenmonoxyd durch einen Sauerstoff Überschuß der Brenner oder durch Erzzugabe im Einschmelzteil des Ofens zu Kohlendioxyd verbrannt wird.

; In der Zeichnung ist die Erfindung in Form von zwei Ausführungsbeispielen dargestellt.

F i g. 1 zeigt im Längsschnitt einen Ofen mit einem Einschmelzteil und einem Feinungsteil,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der F i g. 1 und

F i g. 3 einen Längsschnitt eines Ofens, dessen Einschmelz- und Feinungsteil durch eine Rinne miteinander verbunden sind.

Mit 1 ist der Einschmelzteil des Ofens bezeichnet, der einen zum Feinungsteil 2 des Ofens hin geneigten Herdboden 3 aufweist. Bevor die erste Teilmenge des zu schmelzenden festen metallischen Einsatzes 4 in den Einschmelzteil 1 durch einen aufklappbaren, feuerfest ausgekleideten Deckel 5 mit HiUe von Kippschurren 6 oder auch mittels Mulden und Drehchargierkränen oder Stoßmaschinen eingebracht wird, wird auf den geneigten Herdboden 3 eine Schicht 7 aus stückigem Koks, Holz oder anderen Kohlungsmitteln aufgebracht. Nachdem auf diese Schicht eine erste Teilmenge des Einsatzes gebracht worden ist, wird diese Teilmenge mittels des Sauerstoffbrenners 8 so lange vorgewärmt, bis die dem Brenner zugewandten Kanten des Einsatzes abzutropfen beginnen. Mit den nunmehr folgenden Teilmengen des Einsatzes wird in gleicher Weise verfahren. Nach beendeter Füllung hat der gesamte Einsatz so viel Grundwärme, daß bei dem folgenden Einschmelzen das sich verflüssigende Metall durch die Lücken des festen Einsatzes 4 hindurch über die Kohlungsschicht 7 auf dem Herdboden 3 in den Feinungsteil 2 des Ofens abfließt. Das Abfließen des geschmolzenen Metalls in den Feinungsteil 2 wird durch die Kohlungsschicht 7 wesentlich unterstützt, da der sich daraus lösende und in das Metall übergehende Kohlenstoff den Schmelzpunkt des Metalls herabsetzt. Eine genügende Menge Kohlenstoff im flüssigen Metall ist auch für die nachfolgende Stahlerzeugung erforderlich. Die Schichthöhe des Kohlungsmittels 7 wird der folgenden Feinungsmethode und der erwünschten Stahlqualität angepaßt. Für die verschiedenen Feinungsmethoden kommen beispielsweise etwa folgende Schichthöhen des Kohlungsmittels in Betracht:

Feinungsmethode

Elektro-Lichtbogen

Herdofen (mit Brennern ausgerüstet)

Sauerstofffrischen (mittels Lanzen)

Schichthöhe
mm

100 bis 400

150 bis 600
300 bis 1000

ίο Falls aus metallurgischen Gründen eine genauere Dosierung des Kohlenstoffangebots erforderlich ist, als das mit Hilfe der Kohlungsschicht 7 möglich ist, wird pulverisierter Kohlenstoff zusätzlich in das flüssige Metall eingeführt. Der Feinungsprozeß im Feinungsteil 2 des Ofens kann z. B. mit Hilfe des Elektrolichtbogenverfahrens mit Elektroden 9, aber auch in beliebiger Weise nach anderen bekannten Stahlherstellungsverfahren wie Siemens-Martin- oder Sauerstoffaufblasverfahren durchgeführt werden. Die beim Feinungsprozeß im Feinungsteil 2 des Ofens entstehenden Abgase werden durch einen Gasabzug 10 abgezogen, der im Einschmelzteil 1 des Ofens seitlich und so tief angeordnet ist, daß die Abgase durch den noch festen metallischen Einsatz 4 oder direkt über diesen hinweg abziehen müssen und ihn dadurch vorwärmen. Der Gasabzug 10 besteht aus einem breiten Durchbruch in der Ofenwand 11 des Einschmelzteiles 1 des Ofens, der jedoch, wie F i g. 2 zeigt, auch aus mehreren schmalen Durchbrüchen 12 bestehen kann, die zum Teil .mit Hilfe von Schiebern 13 geschlossen werden können. Die teilweise Abschließung der Durchbrüche 12 durch die Schieber 13 erleichtert die Werkstoffprobleme und ermöglicht es, vor allem gegen Ende des Einschmelzens des festen Einsatzes 4 die Flammengase auf verbliebene Schrottreste zu richten.

Die Flammenrichtung kann auch durch entsprechende Drehung des Brenners 14 (F i g. 3) beeinflußt werden.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 stellt einen Ofen dar, dessen Einschmelzteil 1 mit dem Feinungsteil 2 durch eine Rinne 15 verbunden ist. Im Falle eines kippbaren Feinungsteils 2 wird die Rinne 15 im Bereich der Drehachse des Ofens eingeführt.
Zur besseren Ausnutzung des Wärmeinhalts der Abgase, die eine erhöhte Haltbarkeit der feuerfesten Ausmauerung mit sich bringt, empfiehlt es sich, den Gasabzug 10 für die Abgase aus dem Feinungsteil 2 des Ofens im Einschmelzteil 1 seitlich und in Höhe des festen metallischen Einsatzes 4 so tief anzuordnen, daß die Abgase durch den festen metallischen Einsatz 4 hindurch oder unmittelbar über diesen hinweg abziehen müssen und den festen metallischen Einsatz vorwärmen. Insbesondere beim Herdfrisch- und Sauerstoffaufblasverfahren entsteht beim Frischen eine große Gasmenge mit einem hohen Kohlenmonoxydanteil. Durch einen entsprechenden Sauerstoffüberschuß der Brenner kann das beim Frischen entstehende Kohlenmonoxyd im Ofen zu Kohlendioxyd verbrannt werden, wodurch weitere Wärmemengen für das Schmelzen des festen metallischen Einsatzes 4 frei werden.

Welche Art der Ausführung des der Erfindung zugrunde liegenden Ofens in Einzelfall am wirtschaftlichsten ist. hängt von den Kosten des Einsatzes und der Brennstoffe, dem Erzeugungsprogramm und der Erzeugungsmenge sowie den Möglichkeiten, die Abwärme des metallurgischen Prozesses anderweitig auszunutzen, ab.

Claims

Patentansprüche:

1. Schmelzofen zur Herstellung von Stahl unter Verwendung von festem metallischem Einsatz, der einen Einschmelzteil sowie einen niedriger gelegenen Feinungsteil aufweist, die beide in offener Verbindung miteinander stehen, gekennzeichnet durch die Kombination der folgende Merkmale:

IO

a) Der Einschmelzteil (1) ist mit einem oder mehreren Brennern (8; 14), die mit technisch reinem Sauerstoff oder mit auf über 50% Sauerstoff angereicherter Luft betrieben werden, versehen;

b) der sich als Verbindung zwischen dem Einschmelzteil (1) und dem Feinungsteil (2) fortsetzende Boden des Einschmelzteiles (1) ist als schräger Herd (3) ausgebildet, über den das verflüssigte Metall über eine auf dem Herd (3) aufgebrachte, aus Kohlungsmitteln bestehende Schicht (7) in den Feinungsteil (2) abfließt;

d) im Einschmelzteil (1) ist seitlich ein Gasabzug (10) vorgesehen, der gegenüber vom schrägen Herd (3) und in Höhe des festen metallischen Einsatzes (4) angeordnet ist.

2: Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasabzug (10) im Einschmelzteil (1) des Ofens aus mehreren schmalen Durchbrüchen (12) besteht, die mit Hilfe ve Schiebern (13) verschließbar sind.

3. Schmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, d durch gekennzeichnet, daß an Stelle des Feinung teiles (2) des Ofens ein trommeiförmiges Samme gefäß an den Einschmelzteil (1) des Ofens ang schlossen ist.

4. Verfahren zum Betrieb eines Schmelzofei nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gf kennzeichnet, daß der feste metallische Einsatz (-in mehreren Füllvorgängen in den Einschmelzte

(1) des Ofens eingebracht wird, wobei der zeitlich Abstand zwischen den einzelnen Füllvorgänge durch den Beginn des Schmelzens der jeweils vor ausgehenden Füllung gegeben ist, mit Hilfe de Brenners (8; 14) eingeschmolzen wird und der an schließende Feinungsprozeß im Feinungsteil (2 des Ofens nach einem der bekannten Stahlher stellungsverfahren durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Feinungsprozeß im Feinungste

(2) des Ofens nach dem Elektrostahlverfahre durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurc gekennzeichnet, daß das in den im Feinungsproze. entstehenden Abgasen enthaltene Kohlenmonoxy. durch einen Sauerstoff Überschuß der Brenne (8; 14) oder durch Erzzugabe im Einschmelzteil (1 des Ofens zu Kohlendioxyd verbrannt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen