DE1433658A1 - Process for the continuous conversion of molten pig iron into steel - Google Patents

Description

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Vereinigte ÖsterreiirtflrtS^ne ülisen- und Stahlwerke AktiengesellschaftUnited ÖsterreiirtflrtS ^ ne ülisen- and Stahlwerke Aktiengesellschaft

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Voifc-ircn zur kontinuierlichen Umwandlung von nclir.elzflüssigem Roheisen in StahlVoifc-ircn for continuous conversion of nclir. molten pig iron in steel

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren ζ<.ιτ kontinuierlichen Umwandlung von schmelzfluss!goη Roheisen ?.n Stahl durch Frischen mit einem gasförmigen, λ Sauerstoff in freier oder gebundener lorm enthaltenden Frischmittel.The invention "relates to a process ζ <.ιτ continuous conversion of melt flow! Goη pig iron? .N steel by refining with a gaseous refining agent containing λ oxygen in free or bound oxygen.

En r;?.n"l boreits kontinuierliche Fri^chverfahron bekennt, bei denen die Umsetzungsk-mponcnten Roheisenj Prischmittel und schlackenbildende Stoffe stetig in ein Reaktionsgeiäß eingeführt werden und der hergestellte Stahl stetig abgezogen \vird. Ein bekannter Vorschlag auf diesem Gebiet besteht darin. :^T.ie Rcheisenschmelse in Kontakt mit dem Prischnittel ^.inen liegenden Trommelkonverter durchlaufen jsu las-3cn, der durch Einbauten in mehrere zylindrische Abschnitte geteilt ist, wobei eine stufenweise Zerlegung den pD^ozesses in unterschiedliche Reaktionen (Entsilizierung, Entkohlung, Entphosphorung) erreich"¹; v.-^r sollte.En r;?. N "l boreits continuous frying process, in which the conversion components pig iron and slag-forming substances are continuously introduced into a reaction vessel and the steel produced is continuously withdrawn. A well-known proposal in this area consists of this. : ^T .ie iron smelters in contact with the prischnittel ^. A lying drum converter pass through jsu las-3cn, which is divided into several cylindrical sections by internals, whereby the pD ^ ozesses are gradually broken down into different reactions (desiliconization, decarburization, dephosphorization) "¹; v .- ^ r should.

BAD ORtQINALBAD ORtQINAL

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Ein anderer Vorschlag dieser Art geht dahin* den Irischprozeß in mehreren voneinander getrennten Reaktionszonen, und zwar in einer oder mehreren Vorfrischreaktionszonen und einer Entkohlungszone, durchzuführen, die auf verschieden hoher Temperatur gehalten werden, wobei in jede dieser Zonen Sauerstoff mit Lanzen eingeblasen wird.Another proposal of this type is to carry out the Irish process in several separate reaction zones , namely in one or more pre-freshening reaction zones and a decarburization zone, which are kept at different temperatures, with oxygen being blown into each of these zones with lances.

Die beschriebenen bekannten Verfahren haben, soweit bekannt, bis heute keine_iBetriebsreife erlangt, weil ihnen eine wesentliche Voraussetzung der kontinuierlichen Verfahrenstechnik, nämlich eine hohe Umsetzungsgeschwindigkeit auf engem Raum, fehlt. Tatsächlich sind die in Betracht gezogenen Maßnahmen, das Einblasen des Frischmittels mittels Lanzen in verhältnismäßig großräumige Konverter und die dauernde Aufrechthaltung flüssiger Metallbäder in den Konvertern der diskontinuierlichen Arbeitsweise entlehnt; und sie eignen sich auch nur für chargenweisen Betrieb.As far as is known, the known processes described have not _{yet reached} operational maturity because they lack an essential prerequisite for continuous process engineering, namely a high conversion rate in a confined space. In fact, the measures taken into consideration, the blowing in of the fresh agent by means of lances into relatively large-scale converters and the permanent maintenance of liquid metal baths in the converters are borrowed from the discontinuous mode of operation; and they are only suitable for batch operation.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Überwindung der geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten. Sie hat ein kontinuierliches Verfahren zur Umwandlung von flüssigem Roheisen in Stahl zum Ziel, wobei die erwünschte hohe Umsetzungsgeschwindigkeit in kleinräumigen Reaktionskammern wirklich erreicht wird.The present invention aims to overcome the disadvantages and difficulties outlined. Its aim is a continuous process for converting liquid pig iron into steel desired high conversion rate is really achieved in small-scale reaction chambers.

Das erfindungsgemäße Verfahren, welches in mehreren voneinander getrennten Reaktionszonen, und zwar in mindestens einer Vorfrischreaktionszone undThe inventive method, which in several separate reaction zones, and although in at least one Vorfrischreaktionszone and

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einer Entkohlungsfeaktionszöne durchgeführt wird, die auf verschiedet hohen Temperaturen gehalten werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Roheisen beim Einfließen in wenigstens eine der Reaktionszonen mittels des Frischgases zerstäubt wird. Durch die erfindungsgemäße Umsetzung in fein verteiltem," d.h. zerstäubtem Zustand wird die erforderliche große Flächenberührung geschaffen, die a decarburization zone is carried out, which are kept at different high temperatures, is characterized in that the pig iron is atomized when flowing into at least one of the reaction zones by means of the fresh gas. The implementation according to the invention in a finely divided, "i.e. atomized, state creates the necessary large surface contact which

es ermöglicht, unter Einhaltung der optimalen Be- ä enables etc. in compliance with the optimum loading

dingungen hinsichtlich Temperatur und Sauerstoffangebet in jeder Zone ein Maximum an Reaktionsgeschwindigkeit und demzufolge eine minimale'. Frischdauer zu erreichen. In Verbindung damit findet man mit kleinen Reaktionsräumen das Auslangen und bedarf keiner umfangreichen Transport- und Zusatzanlagen.conditions regarding temperature and oxygen supply in each zone a maximum of reaction speed and consequently a minimum '. Freshness to reach. In connection with this, small reaction spaces are sufficient and necessary no extensive transport and additional facilities.

Die Trennung der Reaktionszonen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist. eine vollständige, d.h. es werden geschlossene Reaktionskammern verwendet, die untereinander nicht in Verbindung stehen. Dadurch können in den verschiedenen Kammern verschiedene Bedingungen in bezug auf Temperatur, Druck u.dgl. eingehalten werden; es wird eine gegenseitige Beeinflussung vermieden, die Bildung von Rauch und Staub wird verhindert und es können brennbare Abgase aus einer Kammer nutzbar gemacht werden. Die Reaktionszonen bzw. -kammern sind zweckmäßig kaskadenförmig hintereinander angeordnet,-wodurch ein Transport des Roheisens durch. Schwerkraft möglich ist.The separation of the reaction zones in the method according to the invention is. a complete, i.e. closed reaction chambers are used, which are not related to each other. This means that different chambers can be used in the various chambers Conditions relating to temperature, pressure and the like are observed; it becomes a mutual influence Avoided, the formation of smoke and dust is prevented and flammable exhaust gases can be emitted a chamber can be made usable. The reaction zones or chambers are expediently in the form of a cascade arranged one behind the other, whereby a transport of the Pig iron through. Gravity is possible.

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Wie einleitend erwähnt wurde, zielt die Erfindung darauf al), durch eine Zerlegung des 3?rischprozesses in einzelne Stufen und durch die Schaffung großer Reaktionsflächen eine maximale Umsetzung zu erzielen. Die Begleitelemente des Roheisens verhalten sich in bezug auf die Affinität zum Sauerstoff nicht gleichartig. Aus der Betrachtung der Gleichgewicht sbezieliungen der Oxydationsreaktionen jedes einzelnen als Begleiter des Roheisens auftretenden Elementes, insbesondere Si, Mn, P, Al, C, ergibt sich, daß im Temperaturbereich der Stahlerzeugung das Verhalten des Kohlenstoffes grundsätzlich anders ist als das der übrigen Elemente, indem die Affinität des Kohlenstoffes zum Sauerstoff mit steigender Temperatur zunimmt, während die Affinität aller anderen Begleitelemente abnimmt. Im Temperaturbereich des flüssigen Eisens ist die Sauerstoffaffinität des Mangans am größten, dann folgen Silizium und Aluminium.As mentioned in the introduction, the aims Invention on it al), by decomposing the 3? Risch process maximum implementation in individual stages and by creating large reaction areas achieve. The accompanying elements of pig iron are related to the affinity for oxygen not similar. From consideration of the equilibrium objectives of the oxidation reactions each individual element occurring as a companion of the pig iron, in particular Si, Mn, P, Al, C, results that in the temperature range of steel production the behavior of carbon is fundamental is different from that of the other elements in that the affinity of carbon for oxygen with increases with increasing temperature, while the affinity of all other accompanying elements decreases. In the temperature range of liquid iron, manganese has the greatest affinity for oxygen, followed by silicon and aluminum.

Uach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diesen Beziehungen durch Einhaltung bestimmter Temperaturen in den einzelnen Zonen und/oder durch Einhaltung des optimalen Sauerstoffangebotes Rechnung getragen. Wenn im Roheisen außer Kohlenstoff nur Mangan und Silizium als Begleitelemente vorhanden sind, die ohne Zugabe von schlackenbildenden Stoffen entfernt werden können, genügt eine einzige Vorfriseh-According to the method according to the invention, these relationships are established by maintaining certain temperatures in the individual zones and / or by maintaining the optimal oxygen supply. If, apart from carbon, only manganese and silicon are present as accompanying elements in the pig iron, which can be removed without the addition of slag-forming substances, a single pre-break period is sufficient.

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reaktionszone. Ist außerdem Phosphor vorhanden, so wird eine zusätzliche Vorfrischreaktionszone vorgesehen, wobei in der ersten Reaktionszone ohne Zugabe von schlackenbildenden Stoffen Silizium und/oder Mangan und in der zweiten Reaktionszone unter Zugabe von Kalk, insbesondere Kalkstaub, Phosphor entfernt wird. Die Vorfrisch- und die Entphosphorungsreaktionszone werden vorzugsweise auf einer Temperatur von 1250 bis 135O⁰C gehalten, während die Entkohlungszone auf höherer Temperatur, nämlich auf 1550 bis 1800⁰C, gehalten wird. In der oder in den Vorfrischreaktionszonen wird zweckmäßig ein an Sauerstoff ärmeres Frischmittel, z.B. Luft oder ein Sauerstof f-COg- bzw. -ELpO-Gemisch, als Prischmittel verwendet; in der Entkohlungszone erreicht man mit sauerstoffangereicherter Luft oder technisch reinem Sauerstoff die besseren Ergebnisse. Dem gasförmigen Prischmittel können feste Oxyde, insbesondere Eisenoxyde, zugefügt sein, wie später noch genauer beschrieben wird. Die einzelnen Reaktionszonen werden zweckmäßig durch eine vom Frischprozeß unabhängige Heizung auf der vorbestimmten Temperatur gehalten.reaction zone. If phosphorus is also present, an additional pre-freshening reaction zone is provided, with silicon and / or manganese being removed in the first reaction zone without the addition of slag-forming substances and phosphorus being removed in the second reaction zone with the addition of lime, in particular lime dust. The pre-freshening and dephosphorization reaction zones are preferably kept at a temperature of 1250 to 135O ⁰ C, while the decarburization zone is kept at a higher temperature, namely 1550 to 1800 ⁰ C. In the pre-freshening reaction zone or zones, a fresh agent with a lower oxygen content, for example air or an oxygen-COg or -ELpO mixture, is expediently used as the cleaning agent; In the decarburization zone, better results are achieved with oxygen-enriched air or technically pure oxygen. Solid oxides, in particular iron oxides, can be added to the gaseous mixing agent, as will be described in more detail below. The individual reaction zones are expediently kept at the predetermined temperature by heating that is independent of the fresh process.

Unter Bedachtnahme auf die erwähnten Grundsätze des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht eine bevorzugte Ausführungsform für die Umwandlung von Roheisen, welches neben Silizium und Mangan Phosphor enthält, in folgenden Stufen:In consideration of the principles of the method according to the invention mentioned above a preferred embodiment for the conversion of pig iron, which in addition to silicon and manganese Contains phosphorus in the following stages:

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I. Oxydation von Silizium und Mangan bei niedriger Temperatur und Abscheiden der·anfallenden Oxydationsprodukte vom Eisen.I. Oxidation of silicon and manganese at low temperature and separation of the resulting oxidation products from iron.

II. Oxydation von Phosphor in Gegenwart schlackenbildender Stoffe bei niedriger Temperatur, Trennung der Schlacke vom Eisen.II. Oxidation of phosphorus in the presence of slag-forming substances at low temperature, Separation of the slag from the iron.

III. Aufheizen auf Kohlenstoffreaktionstemperatur und Stahlschmelztemperatur.III. Heating to carbon reaction temperature and steel melting temperature.

IV. Oxydation des Kohlenstoffes bei hoher' Temperatur.IV. Oxidation of carbon at high temperature.

V. Desoxydation des Stahles mit gasförmigen-amd/oder festen Reduktionsmitteln.V. Deoxidation of steel with gaseous-amd / or solid reducing agents.

VI. Beruhigen und legieren.VI. Soothe and alloy.

In der Aufheizzone wird die Temperatur des Roheisens auf die Temperatur der Entkohlungszone gebracht. Zum Unterschied von den bekannten Frischverfahren ist hierzu nicht die Verbrennungswärme des Siliziums, Mangans, Phosphors und Eisens notwendig, die sehr teure Heizmittel darstellen, sondern dies erfolgt mit einem billigen Heizmittel, wie Gas oder Elektrowärme. Die Oxydation der Roheisenbegleitelemente in den Vorfrischreaktionszonen soll zu keiner wesentlichen Temperaturerhöhung führen, well dies eine Senkung der Reaktionsgeschwindigkeit in den Vorfrischzonen zur Folge hätte. Wie bereits erwähnt wurde, wird das Vorfrischen bevorzugt mit einem schwach oxydie—In the heating zone, the temperature of the pig iron is brought to the temperature of the decarburization zone. In contrast to the well-known fresh processes the heat of combustion of silicon, manganese, phosphorus and iron is not necessary for this represent very expensive heating means, but this is done with a cheap heating means such as gas or electric heat. The oxidation of the pig iron accompanying elements in the pre-freshening reaction zones should not result in any significant Increase in temperature lead, because this leads to a reduction in the reaction rate in the pre-freshening zones would result. As already mentioned, pre-freshening is preferred with a weakly oxidizing agent.

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renden Gas, z.B. mit CO₂, H₂O oder luft "bzw. mit Gemischen daraus, durchgeführt. Man kann auch ein Gemisch aus festen und gasförmigen Reaktionsmitteln verwenden. Der wirtschaftlichste Betrieb ergibt sich, wenn mit einer Mischung von gasförmigen und festen Oxydationsmitteln gefrischt wird, da dann aus dem Eisenerz (festes Oxydationsmittel) nach dem direkten Stahlherstellungsverfahren durch die Elemente Silizium, Mangan, Phosphor und Kohlenstoff Eisen reduziert wird. Der Frischprozeß in dieser Phase stellt so ein kombiniertes Verhüttungsfrisehverfahren dar.Governing gas, eg CO _2, H ₂ O or air "or with mixtures thereof, carried out. One may also use a mixture of solid and gaseous reactants. The most economical operation results when refined with a mixture of gaseous and solid oxidizing agents because iron is then reduced from iron ore (solid oxidizing agent) after the direct steelmaking process using the elements silicon, manganese, phosphorus and carbon.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage zu seiner Durchführung werden nun anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Pig. 1 stellt ein Schema des Stoff-Flusses, Fig. 2 ein Schema einer bevorzugten Art der Metallzerstäubung dar.The method according to the invention and the system for carrying it out will now be based on the drawing explained in more detail. Pig. 1 shows a diagram of the substance flow, FIG. 2 shows a diagram a preferred type of metal atomization.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Hochofen bezeichnet, der mit niedrigstem Koksbedarf betrieben werden kann (Stahleisen). Das Roheisen läuft über einen Schlackenabscheider, der als Vorherd 2 dargestellt ist, zur Entschwefelungsanlage 3· Das Roheisen soll hier weitgehend entschwefelt werden, da eine besondere Entschwefelung beim folgenden Friechprozeß nicht vorgesehen ist.In Fig. 1, 1 denotes a blast furnace, which operated with the lowest coke requirement can be (steel iron). The pig iron runs over a slag separator, which is shown as forehearth 2 is, to the desulfurization plant 3 The pig iron is to be largely desulfurized here, since a special desulfurization is not provided for in the subsequent frying process.

Ein Roheisenmischer 4 ist der erfindungsgemäßen Kaskadenfrischanlage vorgeschaltet. DieserA pig iron mixer 4 is connected upstream of the cascade refining system according to the invention. This

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Mischer dient als Roheisenspeicher und.Ausgleichsbehälter. Er ist nicht unbedingt notwendig, da_; .. .. auch direkt, vom Hochofen her gearbeitet, werden kann, wenn dieser laufend Roheisen abgibt.Mixer serves as a pig iron storage and expansion tank. It's not absolutely necessary there _; .. .. work can also be carried out directly from the blast furnace if it is continuously releasing pig iron.

Der Kaskadenfrischprozeß umfaßt die früher aufgezählten Stufen I bis VI; die Oxydations- bzw, Frischstufen werden in den geschlossenen, mit feuer-, festem Material ausgekleideten Oxydationskammern 5, 14 und 22 durchgeführt, . _r ■ .The cascade freshening process comprises stages I to VI listed earlier; the oxidation or fresh stages are carried out in the closed oxidation chambers 5, 14 and 22 lined with refractory, solid material,. _r ■.

In der Reaktionskammer 5 wird die Stufe I durchgeführt. Auf das in senkrechtem Strahl einfließende Roheisen wird durch die Düse 10 gasförmiges Frischmittel aufgeblasen und das Roheisen wird zerstäubt. Als Frischmittel können CO₂, O₂, HrjO-dampf, Luft aus den Speichern 6, 7, 8 und 8a oder Gemische daraus verwendet werden und Eisenerz aus dem Speicher 7a kann zugesetzt werden. Das Frischmittel wird durch die Leitung 9 zur Düse 10 geleitet. In der vor-' geschalteten Mischdüse 10a wird das gasförmige Frischmittel mit dem festen gemischt. Stage I is carried out in reaction chamber 5. Gaseous fresh agent is blown through the nozzle 10 onto the pig iron flowing in in a vertical jet and the pig iron is atomized. _{CO 2} , O ₂ , HrjO steam, air from the stores 6, 7, 8 and 8a or mixtures thereof can be used as fresh agents, and iron ore from the store 7a can be added. The fresh agent is passed through the line 9 to the nozzle 10. The gaseous fresh agent is mixed with the solid in the upstream mixing nozzle 10a.

Die Reaktionskammer 5 wird vor Beginn des Frischens auf die gewünschte Temperatur von etwa 1250 G aufgeheizt. Eine elektrische Heizung ist einer Gasheizung vorzuziehen, weil diese das Reaktionsprodukt durch Abgase nicht verunreinigt; außerdem wird die Gasmenge im Reaktionsraum nicht erhöht. Es ist ausreichend, in der Stufe I ein Eisen mit niedrigemThe reaction chamber 5 is before the start of the freshening to the desired temperature of about 1250 G heated. An electric heater is one Gas heating is preferable because it does not contaminate the reaction product with exhaust gases; aside from that the amount of gas in the reaction space is not increased. It is sufficient to have a low iron in level I.

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Silizium- und Mangangehalt zu erzielen» Der Abbrand beträgt für Silizium und Mangan in der Stufe I etwa 70$, so daß bei Stahlroheisen als Ausgangsprodukt noch etwa 0,1 bis 0,3$ Silizium und Mangan übrigbleiben.Achieve silicon and manganese content »The burn-up for silicon and manganese in level I is approximately 70 $, so that with steel pig iron as the starting product still about 0.1 to 0.3 $ silicon and manganese remain.

Ein vollkommener Abbrand in der Stufe I wird nicht angestrebt, um für die folgenden Stufen noch einen Oxydationsschutz für das Eisen zu haben. Aus derA complete burn-up in stage I is not aimed for, in order to achieve one more for the following stages To have protection against oxidation for the iron. From the

Kammer 5 fließen Schlacke und Metall durch einen Ab- a Chamber 5, slag and metal flow through a drain a

fluß aus. Die Trennung der Schlacke vom Metall erfolgt außerhalb des Reaktionsräumes, beispielsweise durch eine Vorrichtung, wie sie beim Roheisenabstich desflow out. The slag is separated from the metal outside the reaction spaces, for example by a device as used in the pig iron tapping of the

Hochofens angewandt wird.Blast furnace is applied.

Das bei der Zerlegung von 2 CO₂ in 2 CO
und O₂ freiwerdende CO wird durch die Abgasleitung in die Sammelleitung 12 geführt. Dasselbe gilt auch für etwas durch eine HgO-Zerlegung entstandenes H₂.The decomposition of 2 CO ₂ into 2 CO
CO released and O ₂ is conducted through the exhaust line into the collecting line 12. The same applies to some H ₂ created by HgO decomposition.

Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel werden in der Stufe I kaum verändert und entsprechen etwa" den Roheisen-Werten. Das Metall wird durch die Leitung 13 in die auf 1250⁰C befindliche ReaktionskammerCarbon, phosphorus and sulfur are hardly changed in stage I and correspond approximately to the pig iron values. The metal is fed through line 13 into the reaction chamber ^{at 1250 ° C.}

14 geleitet, in der die Stufe II durchgeführt wird. In dieser Stufe werden Sauerstoff aus dem Behälter und Erz aus dem Behälter 7a über die Mischdüse 18a
durch die Leitung 16 zugeführt und mittels der Düse14 passed, in which stage II is carried out. At this stage, oxygen from the container and ore from the container 7a are displaced through the mixing nozzle 18a
fed through line 16 and by means of the nozzle

15 wird das über die Leitung 13 einfließende Metall zerblasen. Zur Verschlackung der entstehenden Phosphorsäure wird Kalkstaub verwendet, der durch die15, the metal flowing in via line 13 is blown. For slagging the resulting phosphoric acid lime dust is used, which is caused by the

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Mischdüse 18 mit dem Sauerstoff vermischt zugeführt wird. Verläuft die Reaktion mit reinem Sauerstoff z-u heiß, so muß der Erzanteil erhöht werden.Mixing nozzle 18 is supplied mixed with the oxygen. The reaction proceeds with pure oxygen z-u hot, the ore content must be increased.

Die Trennung der P₂0f-~hältigen Schlacke vom Eisen geht wie in der ersten Kammer vor sich. Das aus der Stufe II abfließende Eisen ist nahezu frei von Mangan, Silizium, Phosphor und Schwefel.The separation of the P ₂ 0F ~ -containing slag from iron proceeds as in the first chamber in front of him. The iron flowing out of stage II is almost free of manganese, silicon, phosphorus and sulfur.

Das kohlenstoffreiche Eisen wird im Ofen von zirka 1300⁰C auf 165O⁰C erhitzt (Stufe III). Die Erhitzung erfolgt mit einer Elektro- oder llammenheizung. Das Eisen befindet sich nach dem Verlassen des Ofens auf Stahlschmelztemperatur, die auch die KohlenstoffOxydationsreaktion ermöglicht.The carbon-rich iron is in the oven of approximately 1300 ⁰ C to 165o C ⁰ Temperature (stage III). The heating is done with an electric or flame heater. After leaving the furnace, the iron is at the steel melting temperature, which also enables the carbon oxidation reaction.

In der Kammer 22 erfolgt die Oxydation des Kohlenstoffes (Stufe IV der Frischkaskade). Durch die Düse 23 läuft das Metall ein und wird mittels der Düse 24- durch das Frischmittel zerstäubt. Die oxydierende Wirkung kann durch Mischen von O₂, Pe₂O,, HrjO-Dampf, CO₂ und Luft geregelt werden. · Diese Regelung des Sauerstoffangebotes hat den Zweck, eine Eisenverbrennung zu vermeiden. Die Kohlenstoffreaktionskammer 22 ist auf 1650 bis 1800⁰O vorgeheizt. Das bei der Reaktion entstehende CO wird durch die leitung 27 in die Sammelleitung 12 geleitet. Das Eisen wird von etwa vorhandener Schlacke außerhalb der Kammer 22, wie bei den Stufen I und II, getrennt.The carbon is oxidized in chamber 22 (stage IV of the fresh cascade). The metal runs in through the nozzle 23 and is atomized by the fresh agent by means of the nozzle 24. The oxidizing effect can be regulated by mixing O ₂ , Pe ₂ O ,, HrjO steam, CO ₂ and air. · The purpose of regulating the oxygen supply is to avoid iron burning. The carbon reaction chamber 22 is preheated to 1650 to 1800 ^{0 O.} The CO produced during the reaction is passed through line 27 into collecting line 12. The iron is separated from any slag outside of chamber 22, as in stages I and II.

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Der Fluß des Eisens durch die einzelnen Stufen wird bei den Kaskaden I bis IV durch den Niveau-Unterschied erreicht. Man kann jedoch, wenn die baulichen Voraussetzungen dies nicht erlauben, d.h. wenn der erforderliche Niveau-Unterschied nicht für alle -Zonen vorhanden ist, das Metall zwischendurch mit einer Hebevorrichtung heben. Diese Möglichkeit ist in der schematisehen Darstellung gemäß ]?ig.1 nach der Zone IV vorgesehen. Das Eisen fließt nach der Kohlenstoffreaktionsstufe in eine Druckkammer 28. Diese hat die Aufgabe, das Eisen auf eine den baulichen Bedingungen entsprechende Höhe zu heben; das Heben erfolgt hier mit COp und kann mithilfe einer Mammutpumpe durchgeführt werden.The flow of iron through the individual stages is through the cascades I to IV Level difference reached. However, if the structural conditions do not allow this, you can i.e. if the required level difference is not available for all zones, the metal in between lift with a lifting device. This possibility is in the schematic representation according to]? Ig.1 provided after Zone IV. After the carbon reaction stage, the iron flows into a pressure chamber 28. This has the task of lifting the iron to a height that corresponds to the structural conditions; the Lifting is done with COp and can be lifted with the help of a Mammoth pump to be carried out.

Über die Leitung 29 und durch die Düse gelangt das Eisen in die Reaktionskammer 32, in der die Desoxydationsstufe V durchgeführt wird. Die Desoxydation erfolgt nach demselben Grundsatz wie die f beschriebenen Oxydationsvorgänge, d.h. in zerstäubtem Zustand des Metalles, damit die Reaktionsfläche möglichst groß.ist und die Verweilzeit im Desoxydationsraum der Verweilzeit in den Oxydationsräumen entspricht. Via the line 29 and through the nozzle, the iron reaches the reaction chamber 32, in which the deoxidation stage V is carried out. The deoxidation takes place according to the same principle as the f described oxidation processes, i.e. in the atomized state of the metal, so that the reaction surface is as possible is large and the dwell time in the deoxidation chamber corresponds to the dwell time in the oxidation chambers.

Bei der Desoxydation ist der Sauerstoffgehalt des Eisens herabzusetzen und das entstandene Desoxydationsprodukt soll vom Eisen wieder vollständig getrennt werden. Die vollständige Abscheidung gelingt am sichersten, wenn das DesoxydationsproduktDuring deoxidation the oxygen content of the iron is to be reduced and the resulting The deoxidation product should be completely separated from the iron. The complete separation succeeds safest when the deoxidation product

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gasförmig ist. Ein gasförmiges Desoxydationsprodukt erhält man bei Anwendung von Kohlenstoff als Desoxydationsmittel« Dieses Mittel ist aber selten (nur bei hochgekohlten Stählen) anwendbar. Meist muß mit anderen Desoxydationsmitteln gearbeitet werden, z.B. mit Magnesium, Aluminium usw. Diese Mittel werden in Pulverform mit dem Zerstäubungsgas eingeblasen. Das Zerstäubungsgas ist ein nicht oxydierendes Gas, zum Beispiel CO. Aus der CO-Leitung 12 wird über die Leitung 35 CO entnommen, im Kühler 36 auf Reinigungstemperatur gekühlt, im Wascher 37 gereinigt und mit der Pumpe 38 durch die Leitung 34 gefördert. In einer Mischdüse 39 wird das Zerstäubungsgas mit dem festen Desoxydationsmittel gemischt. Durch die Düsen 30 lind 31 erfolgt das Zerblasen des Metalles. Die Desoxydationsstufe ist auf 165O⁰C aufgeheizt. Der Stahl und die Desoxydationsschlacke fließen gemeinsam aus der Kammer 32 und werden außerhalb getrennt. Dasr entstehende Abgas wird im Feldrohr 33 abgeführt.is gaseous. A gaseous deoxidation product is obtained when carbon is used as a deoxidation agent. However, this agent is seldom applicable (only with high-carbon steels). Usually other deoxidizing agents have to be used, for example magnesium, aluminum, etc. These agents are blown in in powder form with the atomizing gas. The atomizing gas is a non-oxidizing gas such as CO. CO is withdrawn from the CO line 12 via the line 35, cooled to cleaning temperature in the cooler 36, cleaned in the washer 37 and conveyed through the line 34 with the pump 38. The atomizing gas is mixed with the solid deoxidizing agent in a mixing nozzle 39. The metal is blown through the nozzles 30 and 31. The Desoxydationsstufe is heated to 165o C ^0. The steel and deoxidizing slag flow together out of the chamber 32 and are separated outside. The resulting exhaust gas is discharged in the field pipe 33.

Einfacher kann die Desoxydation mit einer Desoxydationsschlacke durchgeführt werden. In diese Schlacke, die in der Desoxydationskammer flüssig ge-, halten wird, wird der zu desoxydierende Stahl eingeleitet .oder eingeblasen. Die Vorrichtung hiezu ist praktisch"lii/e· gleiche wie vorher, nur müssen mit dem Zerstäusbüngsgas auch die Schlackenbildner eingeblasenDeoxidation can be carried out more easily with a deoxidation slag. In these Slag, which is kept liquid in the deoxidation chamber, is introduced or blown into the steel to be deoxidized. The device for this is practically "lii / e · same as before, only with the Atomizing gas also blown in the slag formers

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Die Legierungsstufe VI wird in den Kammern 41 durchgeführt, wobei Legierungselemente in festem oder flüssigem Zustand eingebracht werden. Für die Herstellung von hoch legierten Stählen sollen die Kammern 41 heizbar sein.Alloy grade VI is in the chambers 41 carried out, alloying elements being introduced in the solid or liquid state. For the production of high-alloy steels, the chambers 41 should be heatable.

Das Einschmelzen von Schrott ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in den einzelnen Stufen nicht möglich. Mithilfe des aus der Stufe I und der Stufe IV kommenden CO kann jedoch Schrott geschmolzen werden, so daß das erfindungsgemäße Verfahren auch in dieser Hinsicht anderen Methoden nicht unterlegen ist.In the process according to the invention, scrap is melted down in the individual stages not possible. With the help of the CO coming from stage I and stage IV, however, scrap can be melted so that the process according to the invention is not inferior to other methods in this respect either is.

Für das Schrottschmelzen ist der Schachtofen 42 vorgesehen.The shaft furnace 42 is provided for scrap melting.

Da beim erfindungsgemäßen Kaskadenfrischen die einzelnen Kammern gasdicht sind, treten keine oder nur geringe Gasverluste auf. Es können daher die Abgase, die noch brennbare Bestandteile enthalten, gesammelt und für Heizzwecke verwendet .werden. Für das Schrottschmelzen steht daher noch Wärme zur Verfügung.Since the cascade freshening according to the invention the individual chambers are gas-tight, there is little or no gas loss. It can therefore the exhaust gases, which still contain flammable components, are collected and used for heating purposes. Heat is therefore still available for scrap melting.

Der Schachtofen arbeitet mit einer gemischten Feuerung, d.h. einer Gas- und Streufeuerung. Das aus den Stufen I und IV kommende CO wird im ungereinigten Zustand in die Leitung 12 eingeblasen. Die Bodendüse 43 des Schachtofens 42 ist als Brenner ausgebildet. In diesem wird das ungereinigte CO ver-The shaft furnace works with mixed firing, i.e. gas and scatter firing. The CO coming from stages I and IV is blown into line 12 in the unpurified state. The floor nozzle 43 of the shaft furnace 42 is designed as a burner. In this the unpurified CO is

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brannt. Die im Schachtofen vorhandene Koksschicht reduziert etwa mit dem CO eingeblasenen PepO-z-hältigen Staub, so daß eine eigene Gasreinigung nicht erforderlich ist.burns. The coke layer present in the shaft furnace is reduced, for example, with the PepO-z-containing CO blown in Dust, so that your own gas cleaning is not necessary.

Der Schachtofenbetrieb ist kein reiner Schmelzbetrieb. Er liegt in seiner Betriebsweise zwischen Hochofen und Gießereischachtofen. Das vom Schachtofen kommende Eisen geht über Vorherd 43a, Sodaentschwefelung 44 zum Roheisenmischer 4 und von da in die Kaskadenfrischanlage. Das Abgas des Kupolofens wird je nach Zusammensetzung entweder für die Winderhitzung in die Winderhitzeranlage geleitet oder einer anders gearteten Verwendung zugeführt.The shaft furnace operation is not a pure smelting operation. It lies in its mode of operation between blast furnace and foundry shaft furnace. That from Shaft furnace coming iron goes through forehearth 43a, soda desulphurization 44 to pig iron mixer 4 and from there to the cascade freshener. The exhaust gas of the cupola is either depending on its composition for the wind heating in the wind heater system or some other kind of use fed.

Wie erwähnt, kann in der Stufe III die Aufheizung elektrisch auf Stahlschmelztemperatur mithilfe eines Durchlaufοfens 21 erfolgen. Diese Art der Erhitzung kann eingespart werden, wenn in der Stufe IV die Aufheizung auf Stahlschmelztemperatur und Entkohlung gleichzeitig durchgeführt wird. Die Stufe IV muß auf 165O⁰C bis 175O⁰C gehalten werden, und die Zerstäubung muß mit der stark oxydierenden Heizflamme erfolgen. Infolge der durch die Zerstäubung vorhandenen großen Metalloberfläche erfolgt durch die Strahlung eine rasche Wärmeübertragung, so daß dadurch die Stufe III erspart werden kann.As mentioned, in stage III the heating can be carried out electrically to the molten steel temperature with the aid of a continuous furnace 21. This type of heating can be saved if, in stage IV, heating to steel melting temperature and decarburization are carried out at the same time. The stage IV must be maintained at 165o C to 175O ^{0 0} C, and the atomization must be carried out with the strongly oxidising heating flame. As a result of the large metal surface present as a result of the sputtering, the radiation causes rapid heat transfer, so that stage III can be saved.

809810/064.2809810 / 064.2

In Pig. 2 ist ein bevorzugtes Konstruktionsprinzip einer Zerstäubungsdüse schematisch gezeigt. Die Zerstäubungsdüse hat ein Auslaufstück a zur Bildung eines fallenden Metallstrahles und rechtwinkelig oder schräg dazu angeordnete Blasdüsen b mit einem Düsenmundstück d. Das unter Druck stehende gasförmige Frisehmittel wird durch die Blasdüsen eingeblasen. Mit c ist die Ablöse- oder Wirbelkante bezeichnet. Die gegenseitige lage von a und d beeinflußt die Zerstäubungswirkung.In Pig. Figure 2 is a schematic of a preferred construction principle of an atomizing nozzle shown. The atomizing nozzle has an outlet piece a for the formation of a falling metal jet and blow nozzles b, arranged at right angles or obliquely thereto, with a nozzle mouthpiece d. That under Pressurized gaseous hairdressing agent is blown in through the blow nozzles. With c the release or vortex edge. The mutual position of a and d influences the atomization effect.

AusführungsbeispielEmbodiment tt

Roheisen wurde in einer Kaskadenfrischanlage gemäß der Erfindung gefrischt. Es wurden in getrennten Kammern ein« Vorfrischreaktionszone und eine Entkohlungereaktionszone mit einer dazwischen angeordneten Aufheizzone vorgesehen. Die Vorfrischkammer wurde auf einer Temperatur von 1250⁰C gehalten. Luft mit einem Druck von 8 atü wurde als Frisch mittel in der Vorfrischzone verwendet. Die Zerstäubungsdüse hatte einen Durchmesser von 12 mm; das Auslaufetück zur Bildung des fallenden Roheisenstrahles hatte einen Durchmesser von 14 mm. Unter diesen Bedingungen wurde eine vollständige Zerstäubung erzielt.Pig iron was refined in a cascade refiner according to the invention. A pre-freshening reaction zone and a decarburization reaction zone with a heating zone arranged in between were provided in separate chambers. The Vorfrischkammer was maintained at a temperature of 1250 ⁰ C. Air with a pressure of 8 atm was used as fresh medium in the pre-freshening zone. The atomizing nozzle had a diameter of 12 mm; the outlet piece for the formation of the falling hot metal stream had a diameter of 14 mm. Complete atomization was achieved under these conditions.

Die Entkohlungskaiamer wurde auf einer Temperatur von 155O°C gehalten, Ale FrischmittelThe decarburization chamber was on a Maintained temperature of 155O ° C, ale fresh food

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wurde reiner Sauerstoff verwendet. Die Zerstäu"bungs-"bedingungen waren die gleichen wie in der Vorfrisehzone (Düsendurchmesser 12 mm, Durchmesser des Eisenstrahles 14- mm, Druck 8 atü).pure oxygen was used. The atomization "training" conditions were the same as in the early-life zone (Nozzle diameter 12 mm, diameter of the iron jet 14 mm, pressure 8 atmospheres).

Folgende Versuchsergebnisse wurden erhalten:The following test results were obtained:

Versuch Nr. 1Experiment No. 1

Proben- 1. Oxydationsstufe (Luft) 2.Oxydationsstufe (O₂) entnahme· C# Si^ Mn# Gfo Slfo Mn# 0% Si# Mn#Sampling 1st oxidation stage (air) 2nd oxidation stage (O ₂ ) removal C # Si ^ Mn # Gfo Slfo Mn # 0% Si # Mn #

nach vor nach nach der Oxydationafter before after after oxidation

see Oxydationsee Oxidation

30 4,10 0,63 1,74 3,70 0,12 0,36 0,92 0,10 0,2630 4.10 0.63 1.74 3.70 0.12 0.36 0.92 0.10 0.26

45 3,71 0,13 0,35 0,98 0,08 0,2645 3.71 0.13 0.35 0.98 0.08 0.26

60 3,72 0,11 0,34 0,95 0,12 0,2560 3.72 0.11 0.34 0.95 0.12 0.25

75 3,68 0,12 0,35 0,95 0,12 0,2575 3.68 0.12 0.35 0.95 0.12 0.25

90 3,71 0,13 0,35 0,96 0,11 0,2590 3.71 0.13 0.35 0.96 0.11 0.25

Versuch Ur. 2Try ur. 2

30 4,30 0,95 1,50 4,10 0,24 0,38 0,86 0,12 0,2130 4.30 0.95 1.50 4.10 0.24 0.38 0.86 0.12 0.21

45 4,00 0,23 0,34 0,84 0,10 0,2145 4.00 0.23 0.34 0.84 0.10 0.21

60 3,90 0,24 0,31 0,83 0,10 0,2060 3.90 0.24 0.31 0.83 0.10 0.20

75 4,10 0,20 0,31 0,85 0,11 0,22 -75 4.10 0.20 0.31 0.85 0.11 0.22 -

90 4,00 0,18 0,31 0,85 0,10 0,2190 4.00 0.18 0.31 0.85 0.10 0.21

Versuch Nr. 3Experiment No. 3

30 4,00 0,80 1,00 3,93 0,21 0,33 0,83 0,08 0,2630 4.00 0.80 1.00 3.93 0.21 0.33 0.83 0.08 0.26

45 3,98 0,21 0,33 0,80 0,10 0,2645 3.98 0.21 0.33 0.80 0.10 0.26

60 3,97 0,18 0,31 0,81 0,11 0,2460 3.97 0.18 0.31 0.81 0.11 0.24

75 4,00 0,14 0,35 0,80 0,06 0,2575 4.00 0.14 0.35 0.80 0.06 0.25

90 3,98 0,16 0,33 0,82 0,10 0,2590 3.98 0.16 0.33 0.82 0.10 0.25

3098 10/06423098 10/0642

Obwohl die "bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin besteht, daß das Roheisen in jeder Reaktionszone, d.h. in der oder den Vorfrischreaktionszone(n) und in der Entkohlungsreaktxonszone in zerstäubtem oder versprühtem Zustand umgesetzt wird, fallen auch Verfahrensvarianten in den Rahmen der Erfindung, bei denen die Umsetzung in zerstäubtem oder versprühtem Zustand nicht in allen, sondern nur in einem Teil der einzelnen Verfahrensstufen vorgenommen wird.Although the "preferred embodiment of the The invention consists in that the pig iron in each reaction zone, i.e. in the pre-refining reaction zone (s) and is reacted in the decarburization reaction zone in an atomized or sprayed state, Also fall within the scope of the invention process variants in which the implementation in atomized or sprayed state not carried out in all, but only in part of the individual process stages will.

Claims (9)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur kontinuierlichen Umwandlung von schmelzflüssigem Roheisen in Stahl durch Frischen mit einem gasförmigen, Sauerstoff in freier oder i 1. Process for the continuous conversion of molten pig iron into steel by refining with a gaseous, oxygen in free or i gebundener Form enthaltenden Frischmittel, wobei der Frischprozeß in voneinander getrennten.Reaktionszonen, und zwar in mindestens einer Vorfrischund einer Entkohlungszone, durchgeführt wird, die auf verschieden hoher Temperatur gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Roheisen beim Einfließen in wenigstens eine der Reaktionszonen mittels des Frischgases zerstäubt wird.freshening agent containing bound form, the freshening process in separate reaction zones, in at least one pre-fresh a decarburization zone, is carried out, the are kept at different high temperatures, characterized in that the pig iron when flowing in is atomized in at least one of the reaction zones by means of the fresh gas. 809810/0642809810/0642 1 A336-581 A336-58 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der oder in den Vorfrischreaktionszone(n) ein an Sauerstoff ärmeres Frischmittel als in der Entkohlungszone verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that in the or in the pre-freshening reaction zone (s) a fresh agent which is poorer in oxygen than in the decarburization zone is used. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der oder in den Vorfrischreaktionszone(n) Luft oder ein Sauerstoff-CO₂- bzw. -HgO-Gemisch als Frischmittel verwendet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that in the or in the pre-freshening reaction zone (s) air or an oxygen-CO ₂ or -HgO mixture is used as a fresh agent. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der letzten Vorfrischreaktionszone (Bntphosphorungszone) und der Entkohlungszone eine Aufheizzone zwischengeschaltet wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that between the last Vorfrischreaktionszone (Bntphosphorungszone) and the decarburization zone a heating zone is interposed. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Entkohlungszone eine Desoxydationszone nachgeschaltet ist, die auf einer Temperatur von 1600 bis 1700⁰C gehalten wird.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that behind the Entkohlungszone a Desoxydationszone is connected downstream, which is maintained at a temperature of 1600-1700 ⁰ C. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Desoxydationsmittel ein in inertem Gas, wie COg oder CO, suspendiertes oxydierbares Metall, wie Al oder Mg, verwendet wird und der zu des oxydierende Stahl mit dem Gas zerstäubt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that a deoxidizing agent in an inert gas, such as COg or CO, suspended oxidizable metal, such as Al or Mg, is used and that to be oxidized Steel is atomized with the gas. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Desoxydationsmittel eine Desoxydationsschlacke verwendet wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that a deoxidizing slag is used as the deoxidizing agent. 809-810/0642809-810 / 0642 8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 "bis 7, mit einer Anzahl von kaskadenförmig hintereinander angeordneten Reaktionskammern, die mit Einlassen für flüssiges Metall und gasförmiges Frischmittel versehen sind, gekennzeichnet durch eine Zerteilungseinrichtung
für flüssigee Metall, einen Herd oder Sumpf zur aaanliug des !erteilten flüssigen Metalles bzw. zur Trennung des flüssigen Metalles von der Schlacke. 8. Plant for performing the method according to claims 1 "to 7, with a number of cascading reaction chambers arranged one behind the other, which are provided with inlets for liquid metal and gaseous fresh agent, characterized by a dividing device
for liquid metal, a stove or sump for aaanliug the given liquid metal or for the separation of the liquid metal from the slag. 9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Zerteilungseinrichtung für das flüssige Metall eine Zerstäubungsdüse vorgesehen ist, die ein Auslaufstück zur Bildung eines fallenden
Metallstrahles und rechtwinkelig oder schräg dazu angeordnete Düsen zum Ausströmen eines komprimierten Gases aufweist. 9. Plant according to claim 8, characterized in that an atomizing nozzle is provided as a dividing device for the liquid metal, which is an outlet piece for forming a falling
Has metal jet and nozzles arranged at right angles or at an angle thereto for the outflow of a compressed gas. 809810/0642809810/0642