DE1458961A1

DE1458961A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Frischen einer Eisenschmelze und zur Stahlerzeugung

Info

Publication number: DE1458961A1
Application number: DE19651458961
Authority: DE
Inventors: Villiers Rocco Catoggio De
Original assignee: VILLIERS ROCCO CATOGGIO DE
Current assignee: VILLIERS ROCCO CATOGGIO DE
Priority date: 1964-11-02
Filing date: 1965-11-02
Publication date: 1969-02-06
Also published as: GB1124806A; US3424573A

Description

ψ AT I N T A NW A L T E DipWng. MARTIN LICHT

Dr.REINHOLD SCHMIDT Dipl.-Wirtsch.-lng. AXEL HANSMANN Dipl.-Phyj. SEBASTIAN HERRMAN N

PATiMTANWWTl LICHT, HANlMANN. HMIMAKN • MONCHlN a · THlIIEtItNSTItASSE 33

Mönchen,den 2, November 1965

IhrZtidwn

Unter Ztöhmt

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Dr. Expl. I

lOCCO CATOGOIO DB VILLIB18

BIOOILTH, FHBTORIA / TiAISVAAL PROYIHCB MUMtAT STlBBT 349 SiMfIXlAKISCXB Ü1I0W

und Vorrichtung zum Erischen einer Bieenscamelze and zur Stahlerzeugung.

Me Erfindung bezieht eich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum frischen von Bisen und zur Stahlerzeugung unter Verwendung von vollständig ungefriechtem oder teilweise gefrischtem Bisen und Saueetoff in unterachieÄlichen Konzentrationen, sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen von Schrott.

Bs Kurden verschiedene Stahlheretellungsverfahren vor-

geschlagen, 6·£ denen im wesentlichen reiner oder

Pofwikimvfl»· DfpL-tea, Martin Lkfet, DipL-WirtscIu-lna. Axel Ht^imann, Dipl-Phyi. SebaiHan Hwroiaim • MONCHIN t_t THfHEIIfWSpASSI 93 · T»Mwi. 2»2iq2 HT^v^mm-Ktimmx Up«tJl/MtaA«i DwMm M* AO, Bit·* Mn·», D^..K<%VtthMthMMrh», Km*-Nt. 7117»

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zentrierter Sauerstoffstrahl angewendet wird, der auf die Oberfläche des geschmolzenen, ungefrischten Eisens auftritt und sie in einigen Fällen durchdringt, wobei unerwünschte Bestandteile des ungefrischten Eisens, z.B. Silizium und Kohlenstoff, sich chemisch mit dem Sauerstoff verbinden und dadurch das Bisen gefrischt wird« Dabei werden Gase und Wärme frei, die zum Schmelzen von geeignetem Schrott verwendet werden, um die Menge des erzeugten Stahls zu vergrößern.

Bei den bekannten Verfahren werden das ganze geschmolzene ungefrischte Eisen und der ganze Schrott in einen oder zwei Behälter eingebracht, die entweder drehbar oder kippbar sind, und ein Sauerstoffstrahl wird eingeführt, der auf die Oberfläche des Schmelzbades auftrifft und sie in einigen Fällenjäurchdringt. Wenn Schrott in das erhitzte geschmolzene Eisen, das gefrischt wird, eingeführt wird, wird Wärme teilweise durch Konvektion von der Flüssigkeit, teilweise durch Strahlung und teilweise durch Konvektion von den Gasen außerhalb des Schmelzbades übertragen, wobei die Wärmeübertragung bei den beiden letzteren Vorgängen ziemlich gering ist, da sich ein wesentlicher Teil des festen Schrotts unterhalb der Badoberfläche befindet. Befindet sich andererseits bei den bekannten Verfahren Schrott außerhalb des Bades, so wird Wärme ijn wesentlichen durch Strahlung von der Zone der chemischen Reaktion aus übertragen, wo zusätzlicher oder überschüssiger

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Sauerstoff des SauerstoffStrahls umgesetzt wird und Kohlendioxid mit dem Kohlenoxid bildet, das durch die Umsetzung des Sauerstoffstrahle mit dem ungefTischten Bisen gebildet wird.

Bei dem vorerwähnten bekannten Verfahren kann kein wiederverwendbarer geschmolzener Schrott getrennt von dem gefrischten Bisen erzeugt werden, was die freie Durchführbarkeit des Verfahrens beschränkt.

Einer der Nachteile dieser Verfahren ist, daß die unmittelbare spürbare Wärme der Reaktionsgase nach der chemischen Umwandlung von Kohlenoxid zu Kohlendioxid in den Abgasen weitgehend verloren geht.

Außerdem, wenn übermäßiger Staub vorhanden ist, hält dieser die Strahlung in einem gewissen Grad von dem Schrott fern, so daß eine unmittelbare Wärmebestrahlung des Schrotts durch die Hochtemperaturzone, in der GO in CO. umgewandelt wird, verhindert wird, während die erhitzten Hauchte!leben und Gase als Abgase abgeführt werden. Außerdem muß im wesentlichen »Einer Sauerstoff zur Umwandlung des Kohlenoxids in Kohlendioxid verwendet werden, oder, wenn Luft verwendet wird, muß sie in einem besonderen Wärmetauscher νβτ-erhitzt werden, um den Verlast aa Eigenwärme auf eis Minimum verringert wird. Beide Möglichkeiten sind mit

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Kosten verbunden als die Verwendung von kalter Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft. Dies»wäre jedoch bei den bekannten*vorgeschlagenen Verfahren unzweckmäßig, da der Stickstoff der Luft auch Wärme abführen würde, die verloren ginge. Selbst wenn sich die Erzeugung von reinem kalten Sauerstoff als ebenso wirtschaftlich herausstellen würde wie Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, so würde die direkte Eigenwärme der Reaktionsgase weitgehend in den Abgasen verloren gehen.

Weiterhin erfolgt nach den früher vorgeschlagenen Verfahren die Schrottbeschickung im wesentlichen in Form eines absatzweisen Verfahrens, das eine umfangreiche Ausrüstung zum schnellen Beschicken erfordert, um eine Betriebsverzögerung zu vermeiden, und ist daher weniger wirtschaftlich als ein kontinuierliches Verfahren. Auch die kontinuierliche Beschickung von neuem Schrott in die heiße Reaktionszone bei den früheren Verfahren ist mit beträchtlichen Schwierigkeiten der mechanischen Handhabung verbunden.

Ferner kann bei den bekannten Verfahren der Ofen nicht so ausgestaltet werden, daß er sowohl für die Eiseifrischung als auch die Schrotterhitzung ideale Bedingungen bietet, da die Voraussetzungen für beide Zwecke in vielen Hinsichten verschieden sind.

909806/0473 orkhnal ,nspbcth,

Biae Aifgabe der Br find ting ist es, ein verbessertes Verfahren und/oder eine Vorrichtung zum Frischen von geschmolzenem Bisen und zur Stahlerzeugung, sowie zum Schmelzen von Schrott zu schaffen, das einige oder alle der vorstehend erwähnten Schwierigkeiten beseitigt. Weiterhin soll durch die Erfindung die Möglichkeit geschaffen werden, geschmolzenen Schrott und gefrischtes Eisen im wesentlichen unabhängig voneinander zu erzeugen·

Die Brfindung ist in der folgenden Beschreibung näher erläutert;

Das Verfahren nach der Erfindung zum Frischen von geschmolzenem Eisen und/oder zur Stahlerzeugung besteht im allgemeinen aus dem Frischen des geschmolzenen Eisens in einer Bieen-Sauerstoff-Frischtingszone, die im wesentlichen unterhalb der Oberfläche eines Sisenschmelzbades liegt, indem man Sauerstoff sich mit den unerwünschten Bestandteilen dee zu frischenden Eisens verbinden läßt, wobei die gasförmigen Reaktionsprodukte große Mengen von Kohlenoxid enthalten. Die von der Frischungszone herkommenden Gase werden vorzugsweise durch eine senkrechte Säule von aufgehäuftem, geschichtetem oder gestapelten Schrott (Schrottsäule) getrennt von dem Schmelzbad in Aufwärtsrichtung und entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des Schrotts geschickt, wenn dieser sich in der Säule nach unten bewegt. Das Kohlen-

909806/0473 <^!

oxid wird in einer CO-Oxidationszone in wesentlichen im unteren Bereich der Säule zu Kohlendioxid oxidiert, wobei die bei der C0-Oxidation entstehenden Gase, in denen die Oxidation von Kohlenoxid zu Kohlendioxid im wesentlichen abgeschlossen ist, weiter nach oben durch die SchrotteSule strömen und dabei den größten Teil ihrer Eigenwärme durch Konvektion freigeben, bevor sie als Abgase abgeführt werden. Dabei wird der sich abwärtsbewegende kalte Schrott vorerhitzt, bevor er in der im wesentlichen im unteren Bereich der Säule befindlichen Zone geschmolzen wird, während kalter Schrott in den verhältnismäßig kalten Bereich am oberen Bnde der Schrottsäule nachgefüllt wird.

Bei dem Verfahren nach der Brfindung wird ein Erweichen und Zusammenkleben der Schrottstücke und eine daraus entstehende Verstopfung in der Säule überall mit Ausnahme im unteren Bereich der Schrottsäule und vorzugsweise im wesentlichen am Boden der Säule vermieden. Dies wird dadurch erreicht, daß ein sehr hohes Verhältnis von CO zu CO im Frischungsvorgang erzielt wird und das Verhältnis von CO zu CO. bei den am Unterteil der Schrottsäule einströmenden Gase mit einem optimalen Minimum für die zu jeder Zeit vorherrschenden Bedingungen gesteuert wird.

Ein Verfahren gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung von Stahl und zum Frischen von geschmolzenem Eisen besteht aus den Verfahrens-•tufen, daß 909806/0473

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a) eine Eisen-Sauerstoff-Frischungszone und eine weitere Zone am Unterteil der Schrottsäule für die Oxidation von Kohlenoxid zu heißem Kohlendioxid (C0-Oxidationszone) vorgesehen werden,

b) daß Sauerstoff veranlaßt wird, sich in der Eisen-Sauerstof f -Frischungszone mit den unerwünschten Bestandteilen des zu frischenden Eisens zu verbinden, insbesondere daß der Sauerstoff sich, vorzugsweise im gewünschten Ausmaß, mit dem Kohlenstoff im Eisen zu beträchtlichen Mengen von Kohlenoxid verbindet,

c) daß das Kohlenoxid zusammen mit allen anderen vorhandenen Gasen in die C0-Oxidationszone geleitet wird,

d) daß das Kohlenoxid veranlaßt wird, sich in der CO-Oxidationskammer zu heißen Kohlendioxid umzusetzen, wodurch Schrott am Unterteil der Schrottsäule geschmolzen wird,

e) daß das heiße Kohlendioxid mit den anderen Gasen von der C0-Oxidationszone durch die Schrottsäule (Schrottstapelzone) nach oben geschickt wird, wobei der Schrott, wenn er in Bewegung ist, sich

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abwärts im wesentlichen entgegengesetzt zum Gaeetron iGegenstrom) bewegt, wodurch der Schrott auf eine Temperatur vorerhitzt wird, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der der Schrott zusammenklebt, aber nicht geschmolzen wird, um ein Verbinden und Zusammenbacken des Schrottes zu vermeiden,

f) daß kalter Schrott am Oberteil der Schrottsäule zugeführt wird,

g) daß geschmolzener Schrott unterhalb des unteren Teils der Schrottsäule oder am Unterteil selbst gesammelt wird.

Die CO-Oxidationszone kann sich mehr oder weniger weit von der Außenseite in den unteren Teil der Schrottsäule erstrecken, vorzugsweise befindet sie sich aber vollständig darin.

Die Oxidation von Kohlenoxid zu heißem Kohlendioxid erfolgt durch Verbrennung.

Der geschmolzene Schrott kann je nach Bedarf z.B. mit dem gefrischten Eisen gemischt, für Legierungen verwendet, weiter gefrischt oder weiter behandelt oder zu irgendeinem anderen Zweck weiterverwendet werden.

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Die SchrottsStile wird dadurch gebildet, daß ein senkrecht angeordneter Behälter, der eine größere Höhe Bis Querschnittsbreite aufweist, gefüllt wird. Die von der Eisen-Sauerstoff-Eriechungszone herkommenden Gase werden in Nähe des Bodens des Behälters duroh eine Leitung, ein Rohr, einen Kanal, ein oder mehrere Blasrohr oder ähnliche Einrichtungen eingeführt. Der Gasstrom strömt im wesentlichen aufwärts durch den Schrott und tritt am oberen Ende aus, so daß der Schrott in Nähe des Bodens geschmolzen wird, während frischer gewöhnlich kalter Schrott am oberen Side nachgefüllt wird, wo die Gase austreten, nachdem sie den größten Teil ihrer Eigenwärme an den Schrott abgegeben haben, wobei die Bewegung des Schrotts und der Gase während des Ephitzens des Schrotts in entgegengesetzten Eichtungen verläuft, so daß ein Gegenstrom erzeugt wird,

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung sind ein erster, mit einer Einrichtung zum Einblasen von Sauerstoff versehener Behälter, der die Eisen-Sauerstoff-itischungszone enthält, und ein zweiter daneben angeordneter Behälter, der die Schrottsäule enthält, vorgesehen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Behälter kippbar, obgleich auch gegebenenfalls ein feststehender oder drehbarer Behälter verwendet werden kann. Die Kippbarkeit des Behälters erleichtert eine Entschlackung durch eine erste öffnung während des ErischungsVorgangs.

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Der Behälter kann aber auch in einer solchen Weise kippbar sein, daß er durch eine zusätzliche Öffnung bzw. Öffnungen beschickt und/oder entleert werden kann und/oder Proben entnommen werden können.

Der zweite Behälter ist vorzugsweise feststehend, jedoch kann gegebenenfalls auch er kippbar sein«

Vorzugsweise befindet sich die C0-Oxidationszone wenigstens zum größten Teil, vorzugsweise vollständig, innerhalb des Schrottstapelbereichs, wobei sich der Unterteil des zweiten Behälters über dem geschmolzenen Schrott befindet. Dadurch wird Wärme von den von dem ersten Behälter herkommenden Gasen sowohl durch Bestrahlung als auch durch Gaskonvektion an den Schrott abgegeben. Die Gasverbrennung bzw. -oxidation wird durch Einführen von luft, mit Sauerstoff angereicherter Luft oder von im wesentlichen reinem Sauerstoff, je nachdem was vom technischen und/oder wirtschaftlichen Standpunkt aus am geeignetsten erscheint, in oder nahe bei der Mündung des zweiten Behälters ausgeführt. Der verdünnte oder reine Sauerstoff kann auch in das oder die Blasrohre, die Leitung, das Rohr, den Kanal oder dgl, eingeführt werden, die den ersten und zweiten Behälter miteinander verbinden, oder woniger bevorzugt in den ersten Behälter, vorausgesetzt daß diese Bereiche thermisch gut gegen die Außenseite isoliert sind und das feuerfeste Material den erhöhten Temperaturen, die durch einen Teil der Strahlung, die außerhalb des zweiten Behälters

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stattfindet, erzeugt v/erden, standhalten kann, da die strömenden Gase die Wärme von den der Bestrahlung ausgesetzten Bereichen absorbieren und sie in dem zweiten Behälter an den Schrott abgeben, so daß im wesentlichen keine Wärme verloren geht.

Wenn Luft bei der chemischen Umsetzung in der CO-Oxidations-. zone verwendet wird, kann diese iuft als Eremdluft in Nähe des Eingangs des zweiten Behälters aufgrund eines im zweiten Behälter hergestellten Unterdrucks eintreten.

Die Ausgestaltung des zweiten Behälters, hauptsächlich in seinem Inneren, ähnelt vorzugsweise der eines herkömmlichen Hoch- oder Schachtofens, so daß das Einführen des Schrotts von oben, das Abstützen des Schrotts an den Seiten, die gegebenenfalls vorgesehene Sammelzone für den geschmolzenen Schrott, der senkrecht nach oben strömende Gasstrom jeweils dem Einführen der Charge von oben, den Abstützen der Charge an der Seite, dem Herd und dem nach oben strömenden Gas in einem Hochofen entsprechen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, die in Pig. 2 gezeigt ist, werden zum Frischen des Eisens mehrere (z.B. zwei) Behälter verwendet, die jeweils eine Eisen-Sauerstoff-Irischungszone enthalten und alle mit einem die Schrottsäule enthaltenden Behälter verbunden sind, in dem sich das Gas und der Schrott im Gegenstrom befinden.

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Der zuletzt genannte Behälter ist mit mehreren leitungen, Kanälen, Rohren, Blasrohrsätzen oder dgl. ausgerüstet, so daß das Irischen gleichzeitig oder nacheinander in den die Eisen-Sauerstoff-irischungszonen enthaltenden Behältern stattfinden kann und das ganze Verfahren kontinuierlicher verläuft und/oder an Ausrüstung gespart werden kann.

Die jeweils eine Eisen-Sauerstoff-$rischungszone enthaltenden Behälter sind gewöhnlich alle gleich, jedoch kann es in einigen Mllen vorteilhaft oder zweckmäßig sein, verschiedene Behälter zu verwenden, die jeweils verschiedenartige Sauerstoff-Irischungszonen aufweisen.

Das geschmolzene Metall.aus dem zweiten, den Schrott enthaltenden Behälter wird vorzugsweise in einem geeignet ausgebildeten Gefäß gesammelt, das mit dem Boden des Behälters fest verbunden ist und an dem das geschmolzene Metall "beliebig entnommen werden kann.

Der geschmolzene Schrott kann veranlaßt werden, unter der Wirkung der Schwerkraft vom zweiten Behälter zum ersten Behälter zu fließen. Dies kann entweder absatzweise durch Anzapfen des geeignet ausgebildeten Gefäßes des zweiten Behälters oder kontinuierlich erfolgen, gleichgültig, ob der zweite Behälter ein derartiges Gefäß zum Aufnehmen des geschmolzenen Schrotts aufweist oder nicht.

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lter in die Eisen-Sauerstoff-Erischungszone eingeführte Sauerstoff ist vorzugsweise im wesentlichen rein oder hochkonzentriert, jedoch können auch andere Stoffe zusammen mit dem Sauerstoff eingeführt werden, wenn ihr !Entfernen zu teuer oder ihre Gegenwart zweckmäßig ist. Diese Stoffe können gasförmig sein oder es in Nähe der Erisohungszone werden, so daß die durch diese Stoffe absorbierte Wärme anschließend an den Schrott abgegeben werden kann« Das Vorhandensein dieser Stoffe erhöht das Volumen der zu handhabenden Gase, so daß der Wirkungsgrad der gegebenenfalls vorgesehenen Sauggebläse für die Abgase sowie die Abmessungen des zweiten Behälters erhöht werden müssen· Dies bedeutet zusätzliche Kosten, die ein Nachteil sein können, falls sie nicht durch weitere Vorteile und Notwendigkeiten ausgeglichen werden.

Bei Stoffen, deren vollständige Sitfernung zu teuer sein kann, sind die anderen Gase in luft enthalten, wenn der Sauerstoff aus luft gewonnen wird.

Wenn in dem im ersten Behälter befindlichen Schmelzbad Überhitzung auftritt oder aufzutreten droht, kann kalter Schrott oder verhältnismäßig kühler, geschmolzener Schrott zugefügt werden. Der so zugeführte Schrott ist jedoch nur ein kleiner Teil des gesamten, durch Hitze geschmolzenen Schrotts. (Er beträgt ungefähr 35 bis 4-Oji oder weniger des Gewichts des im zweiten Behälter geschmolzenen Schrotts).

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Ein geeignetes Eisenerz kann zum Kühlen im ersten Behälter zusätzlich zu oder anstelle der anderen Peststoffe verwendet werden, vorausgesetzt daß geeignete ELußmittel und/oder andere Chemikalien, die 'zur Erzeugung von Eisen aus Eisenerz verwendet werden, zugesetzt werden.

Sollte das feuerfeste Material oberhalb des Bades im ersten Behälter übererhitzt werden oder eine Überhitzung drohen,so kann ein kaltes, nichtoxidierendes Gas von einer getrennten Zuführeinrichtung über das feuerfeste Material geführt werden, wobei die dadurch von dem Kühlmittel absorbierte Wärme zu dem Schrott im zweiten Behälter zurückgeleitet wird, so daß keine oder nur wenig Wärme verloren geht.

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Der Sauerstoff wird vorzugsweise in den ersten Behälter in Form eines Sauerstoffstrahls durch eine Lanze eingeführt, die eine oder mehrere geeignete Düsen an ihrem Auslaßende aufweist. Sie ist wassergekühlt und ihr Auslaß befindet sich sehr nahe an der Zwischenfläche von Eisen und Schlacke oder darunter. Der Strahl hat eine ausreichende Geschwindigkeit, um eine Verbrennung im Hals der Düse(n) zu verhindern und das Schmelzbad zu durchdringen, ohne die Seiten und den Boden des Behälters übermäßig anzugreifen, wobei der Sauerstoff sich mit dem Kohlenstoff im Bad umsetzt und ihn im wesentlichen zu Kohlenoxid im wesentlichen unterhalb der Badoberfläche umwandelt, so daß kein oder wenig freier Sauerstoff über der Oberfläche vorhanden ist, um eine weitere Umwandlung des Kohlenoxids zu Kohlendioxid zu bewirken.

Der Auslaß der Sauerstofflanze, werin sie sich in Nähe der Zwischenfläche von Eisen und Schlacke befindet, ist vorzugsweise so angeordnet, daß der Sauerstoffstrahl oder der oder die Sauerstoffströme unter einem Winkel von 20 bis 70° zur Badoberfläche zugeführt werden, um eine maximale Menge von Sauerstoffblasen im Bad zu erzeugen, so daß eine möglichst große Sauerstoff-Eisen-Berührungsfläche geschaffenwird.

Befindet sich die Sauerstofflanze weit unterhalb der Zwischenfläche von Eisen und Schlacke, so ist ein Blasen in waagerechter Richtung zulässig.

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Die Sauerstofflanze im oder in den ersten Behältern kann * zur Verhinderung einer örtlichen übermäßigen Frischung und/ oder zur Verbesserung der Mischung oder aus irgendwelchen anderen Gründen nicht feststehend angeordnet sein.

Der Sauerstoff für die CO-Oxidationszone kann in irgendeiner vorerwähnten Weise über Blasrohre oder eine-Lanze in den zweiten Behälter eingeführt werden, oder über eine Düse oder eine Lanze, deren Auslaß zum Einlaß dieses Behälters hin gerichtet ist, die jedoch im Verbindungskanal bzw. der Leitung, dem Rohr oder dem oder den Blasrohren oder dgl., die die beiden Behälter miteinander verbinden, oder im ersten Behälter untergebracht ist, vorausgesetzt daß die 00-Oxidation im wesentlichen im zweiten Behälter stattfindet.

Die Abmessungen des ersten Behälters bzw, der ersten Behälter hängen hauptsächlich von der Größe des Bereichs ab, in dem die Umwandlung von Kohlenstoff zu Kohlenoxid während des Erisehens im wesentlichen unterhalb der Oberfläche des Eisenbads stattfindet» Zum richtigen Bemessen des ersten Behälters sollten . seine Fände sich gerade über den Bereich hinaus erstrecken, in dem die Gasblasen aus dem Bad aufsteigen, bei einer gegebenen Erischungsrate des Eisens pro Tonne Sauerstoff pro Zeiteinheit, so daß die Wände und/oder der Boden unter der Badoberfläche des ersten Behälters nur minimal angegriffen werden. Die Größe hängt jedoch weiterhin von der Notwendigkeit ab, Baum

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γ . for ein mögliches Schäumen des Bades zu schaffen, indem für eine geeignete Höhe und/oder geeignete innere waagerechte Bemessungen des Behalterraums gesorgt wird.

Die waagerechten Querechnittsabmessungen des zweiten Behälters hängen einerseits τοη der Notwendigkeit ah, das feuerfeste Material nicht einer Überhitzung auszusetzen, indem er zu klein bemessea wird, und andererseits von der Voraussetzung, daß eine aasreichende Hoohtemperaturzone entstehen muß, damit der Schrott schmilzt. Bei den Bemessungen muß weiterhin der Druckabfall beim Durchqueren der Schrottsäule duroh das oxidierte Kohlenoxid und die anderen Grase berücksichtigt werden· Die Höhe der Sehrottsäule hängt von den bekannten Wärmeübertragungabedingungen ab, damit nahezu die ganze Eigenwärme der Gase an den Schrott abgegeben wird, wobei die endgültige BShe durch wirtschaftliche Erwägungen bestimmt wird,

Peststoffe, z.B* Jlußmittel, legierungsmaterialien, Herdfuttermaterialien und/oder andere Chemikalien kSnnen in einen oder beide Behälter eingeführt werden, um die gewünschte Qualität und Art des Stahls oder anderer eisenhaltiger Materialien zu erhalten und/oder die erforderlichen Verfahrensbedingungen zu schaffen, sowie die erforderliche Erstarrungstemperatur im zweiten Kessel zu erzeugen·

An Stelle des ganzen oder eines Seils des Schrotts, -der in den zweiten Behälter eingeführt wird, kann Roheisen verwendet werden·

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— Ίο —

Das geschmolzene Metall kann vom zweiten Behälter in den ersten befördert werden und somit das ganze oder einen Teil des ungefrischten Eisens im ersten Kessel darstellen.

Um im ersten Behälter bei Beginn des Verfahrens, bei Betriebsunterbrechung oder Nichtbetrieb oder gegen Ende der Irischungszeit Wärme zu erzeugen, können Brennstoffe, wie feer oder Mineralöl, am Boden des zweiten Behälters eingeführt werden, um sich mit dem dort eingeführten Sauerstoff zu mischen und zu verbinden.

Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vorteil, daß es das Schmelzen von ungefähr 25# mehr Schrott pro Ofengang ermöglicht, als theoretisch maximal möglich ist, wenn die spürbare Wärme, die nach der Oxidation von Kohlenoxid zu Kohlendioxid entsteht, nicht verwertet wird. Da manchmal bei den bekannten Verfahren aufgrund von Staub eine geringe Wärmebestrahlung des Schrotts auch verhindert wird, ist der Vorteil gewöhnlich noch größer. Oft kann der Schrott in einem Gewicht von 90 bis 100$ des Gewichtes des geschmolzenen, ungefrischten Eisens geschmolzen werden.

Weitere Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sind, daß die lanzen und dgl. zum Einführen des Oxidationsgases in die COrOxidationszone einfach in der für ein gutes Mischen des Kohlenoxids mit dem Sauerstoff geeignetsten und passendsten

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Stellung angeordnet werden, um eine vollständige Verbrennung des Kohlenoxids im zweiten Behälter zu gewährleisten.

Weiterhin kann, zum Beispiel, die druckmittelbetätigte lanze, die zum Oxidieren des Kohlenoxids zu Kohlendioxid verwendet wird, in geeigneter Weise so angeordnet werden, daß sie durch den herabfallenden Schrott nioht leicht beschädigt wird oder . durch geschmolzenes Metall, Schlacke oder dgl. nicht blockiert wird.

Ein weiterer Vorteil ist, daß geschmolzener Schrott im wesentlichen getrennt von dem Eriseheisen erzeugt wird, so daß seine Behandlung und das zu frischende Eisen genauer zu überwachen ist.

Ein weiterer Vorteil ist, daß das feuerfeste Material für den Behälter zum lirischen des Eisens und den Behälter zum Schmelzen des Schrotts so gewählt werden kann, daß es Jeweils für diese Vorgänge am besten geeignet ist·

Ein weiterer Vorteil ist, daß Temp era tür Schwankungen., üler lange Betriebszeiten, die viele Perioden von Abstich zu .Äbetich im ersten Behälter einschließen, innerhalb äedes Behälters auf ein llnimua verringert werden, wodurch der auf das Material ausgeübte ISrfteschock verringert und seine erhöht wird,, da_r gemäß der Erfindung, im ersten Behält«»

das feuerfeste Material nur zwischen der Temperatur des

geschmolzenen ungefrischten und der des geschmolzenen ge- ; frischten Eisens schwankt, während im zweiten Behälter das !emperaturgefälle vom Oberteil "bis zum Boden nahezu konstant ist und tatsächlich nur aufgrund der wechselnden Zusammensetzung der in den zweiten Behälter eintretenden Gase schwankt,

ELn weiterer Vorteil ist, daß die heißen, in den zweiten Behälter eintretendenGase auf ihrer Bahn immer mit kaltem oder im wesentlichen kaltem Schrott zusammentreffen, an den sie ihre Wärme schneller abgeben können als an Schrott, der in einem absatzweisen Verfahren erhitzt wird·

ELn weiterer Vorteil ist, daß bei einem nicht kontinuierlich beschickten Schrottstapel gemäß den bekannten Verfahren durch das getrennte Zuführen des Schrotts eine weitere Wärmeübertragung im wesentlichen verhindert wird, während bei dem Verfahren undid er Vorrichtung nach der Erfindung dies aufgrund der kontinuierlichen Bewegung des Schrotts zur Schmelzzone hin nicht erfolgt.

ELn weiterer Vorteil ist, daß kein Brennstoff außer den unerwünschten Bestandteilen im ungefrischten Eisen verwendet wird, zumindest während der Hauptperiode des Verfahrens, nachdem die Reaktion begonnen hat.

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Im folgenden ist die Erfindung ausführlicher anhand besonderer Beispiele und der Zeichnungen beschrieben;

Hg, 1 zeigt schematiaoh im Längsschnitt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung $

K.g· 2 zeigt eine Seitenansicht einer abgewandelten Aus- , führungsform der Vorrichtung.

Cremäß Hg. 1 der Zeichnung wird in einen ersten Behälter ungefrisohtes geschmolzenes Eisen 2 durch eine öffnung 3 zusammen mit anderen Peststoffen eingeführt. Die öffnung kann auch zum Entschlacken, sowie zum Abführen des gefrischten Eisens verwendet werden, jedoch können auch mehrere getrennte öffnungen für diese verschiedenen Zwefeke vorgesehen sein. Der Behälter ist um eine Hittellinie Ö-C kippbar. Sauerstoff 6 zum Irischen des Eisens wird in einer Menge von 5000 Kubikmetern (Normalbedingungen) pro Stunde mit einer Lanze 5 durch eine in der Lanze vorgesehene Dttse von 35 mm Durohmesser eingeführt· Der Behälter 1 enthält 100 Tonnen Eisen, das in Torrn eines Schmelzbades von 1,83 m Tiefe gefrischt wird« Sin Teil der Eeaktionszone im Schmelzbad ist bei 7 gezeigt.

Die an Kohlenoxid reichen Gase strömen von dem Behälter 1 zu einem zweiten Behälter 8 über eine Verbindungsleitung 9, in der sich eine lanze 10 befindet, durch die mit Sauerstoff angereicherte Lufti^^^e^M^EBl^f^on ungefähr

2000 Kubikmetern pro Stunde Sauerstoffgehalt eingeblasen wird und eine ELamme 11 erzeugt wird, wodurch eine CO-Oxidationszone im wesentlichen im Behälter 8 gebildet wird, in dem sich ein Sehrottstapel 12 befindet. An seiner breitesten Stelle hat der Behälter 8 einen Durchmesser von ungefähr 1,83 m und die Höhe des ungesohmolzenen Schrotts beträgt ungefähr 4j27 m. lter Schrott wird von einem Schrottbehälter 14 aus zugeführt. Der geschmolzene Schrott wird in der Herdschale 15 gesammelt und periodisch durch eine Öffnung 16 abgeführt. Das Gas wird unter Verwendung eines Gebläses oder unter positivem Druck

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durch eine Öffnung 13 ausgelassen, wenn Sorge dafür getragen ist, die beiden Behälter und die Verbindungsleitung abzudichten, um ein Entweichen von Gas zu verhindern.

Die Lanze 5 kann auch in der punktiert gezeichneten Stellung 17 angeordnet werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, die in Pig, 2 gezeigt ist, werden zwei Behälter zum Frischen von Eisen verwendet, von denen jeder eine Eisen-Sauerstoff-Frischungszone besitzt« Diese Behälter sind mit einem die Schrottsäule enthaltenden Behälter verbunden, in dem Gas und Sehrott sich im Gegenstrom befinden. Der letztgenannte Behälter ist in diesem Fall mit mehr als einer Leitung, Kanal, Rohr, Blasrohrsätzen oder ähnlichen Verbindungseinrichtungen versehen, so daß ein Frischen gleichzeitig oder nacheinander in den die Frischungszonen enthaltenden Behältern stattfinden kann, wodurch das ganze Verfahren kontinuierlicher · verlaufen und/oder an Ausrüstung gespart werden kann.

Die Behälter, von denen jeder eine Eisen-Sauerstoff-Frisehungszone enthält, sind gewöhnlich alle gleich, jedoch kann es in einigen vorteilhaft und zweckmäßig sein, verschiedene Behälter mit jeweils verschiedenartigen Frischungszonenzu verwenden.

Ein wichtiges Merkmal des beschriebenen Verfahrens ist der Gegenstrom, der durch das Aufsteigen der heißen Abgase und die

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und die Abwärtsbewegung des festen Eisenmaterials entsteint, das am Boden schmilzt und ständig durch kaltes Material am oberen Ende ersetzt wird. Daher wird bei den Verfahren nach der Erfindung ein Erweichen und Aneinanderhängen der Schrottstücke und eine daraus entstehende Verstopfung in der Säule überall vermieden, mit Ausnahme im unteren Teil des Sehrottstapels und vorzugsweise im wesentlichen innerhalb des Unterteils der Säule, indem ein hohes Verhältnis von Kohlenoxid zu Kohlendioxid im Frischungsverfahren erhalten und die Reinheit des Sauerstoffs, der zum Oxidieren von Kohlenoxid zu Kohlendioxid eingeführt wird, überwacht wird, so daß eine ausreichende örtliche Wärmekonzentration zum schnellen Schmelzen nur in der Schmelzzone erlangt wird. Beim Durchführen des hier beschriebenen Frischungsverfahreas wird der Kohlenstoff in der Eisenschmelze hauptsächlich zu Kohlenoxid oxidiert, wobei das Kohlendioxid gewöbdich JO% oder weniger der entwickelten Gase ausmacht.

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Claims

PROVXNCB _mndltnidm 2. November 19*5

Patentanmeldung: Verfahren und Vorrichtung'zum Frischen einer • Eisensohmelze und zur Stahlerzeugung.

PATlNfANSPBtGIE

1. Verfahren zua Priaohen einer Eisensohmelae und zur Stahlerzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß

a) »ine Bis^nsehnelze in einer Eisen-Saueratoff-Prisohungs-ΐοηβ ii wesentlichen unter der Oberfläche eines Eisensohmelzbades gefrischt wird, indem man Sauerstoff sioh mit den unerwonsohten Bestandteilen der zu frischenden Schmelze verbinden IaBt₁ wobei die gasförmigen Reaktionsprodukte eine solche Menge an Kohlenoxid enthalten, daß das Gas brennbar ist;

b) man die von der Frischungezone herkommenden Gase getrennt von dem Schmelzbad in Aufwärtsriohtung durch einen im wesentlichen senkrechten Stapel von aufgehäuftem eisenhaltigem Material strömen läßt;

o) das Kohlenoxid durch Verbrennung in einer CO-*Oxidations~ zone im wesentlichen im unteren Bereich des festen eisenhaltigen Materials zu Kohlenoxid oxidiert, wobei die Abgase

Patentanwalt· DipL-fae. Martin Licht, Dtpl.-Wirfsch.-htg. Ax»l Hantmann, Dipl.-Phy». Sebastian Herrmann • MQMCHIN 2, THiMSIlNSTIAIS! 33 · Ttfefa» »£}« · Tategramn-AdrMMt Upotli/MOncMn uii DwftKh· lank AO, ROate MtMhWl, Μ-Κμ· VIkteollwtiwkt, Konto-Nr. 71« T* ■niMbMk MSMhWi, 20*lftf. Oifcor-voivMiltof-KiiQ, Kta-Nr. m«H · fottadwck-Konie. MBMcfcM Nr. 1«3397

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der CO-Oxidation, in denen die Oxidation von Kohlenoxid zu Kohlendioxid im wesentlichen abgeschlossen ist, weiter aufwärts durch das feste eisenhaltige Material strömen, in dem die Gase einen wesentlichen Teil ihrer spürbaren Wärme durch Konvektion abgeben, bevor sie ausgelassen werden, wodurch das kalte eisenhaltige Material vorerhitzt wird, das sich zum Ersatz für in der Oxidationszone im unteren Bereich des Stapels geschmolzenes eisenhaltiges Material von oben nach unten bewegt, während kaltes eisenhaltiges Material in den verhältnismäßig kalten Bereich am oberen Ende des Stapels eingefüllt wird.

2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Schmelzzone gewonnene Schmelze unabhängig von dem Schmelzbad der Frischungszone gesammelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste eisenhaltige Material Roheisen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste eisenhaltige Material eisenhaltiger Schrott ist.

5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das Frischen der Eisenschmelze mit im wesentlichen reinem Sauerstoff durchgeführt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

6. Verfahren nach Anspruch i, dadaroh gekennzeichnet, daß wenigstens die Verbrennung des Kohlenoxids BitteIs Zuführen von im wesentlichen reinem Sauerstoff durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Frischen der Eisenschmelze als auch die Verbrennung des Kohlenoxids mittels Zuführen von im wesentlichen reinem Sauerstoff durchgeführt wird»

8. Verfahren zum Frischen einer Eisenschmelze und zur Stahlerzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Eisenschmelze mit Sauerstoff enthaltendem Gas gefrischt wird;

b) der Frischungevorgang so gesteuert wird, daß man ein Kohlenoxid in brennbarer Konzentration enthaltendes Verbrennungsgas erhält;

c) zusätzlicher Sauerstoff zum Verbrennungsgas zugeführt wird, so daß das Kohlenoxid durch Verbrennung zu Kohlendioxid oxidiert, wobei die Oxidation am Boden eines Stapels eisenhaltigen Materials stattfindet und das den Boden des Stapels bildende Material ausschließlich mittels der durch das Frischen und die Oxidation des Kohlenoxids entwickelten Wärme vollständig geschmolzen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Frisehungsvorgang so gesteuert wird, daß man bei der Ver-

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brennung des Kohlenstoffs hauptsächlich Kohlenoxid erhält.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der FrischungsVorgang so gesteuert wird, daß »an ein höchstens 30% Kohlendioxid enthaltendes Verbrennungsgas erhält.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel eisenhaltigen Materials höher als sein größter waagerechter Durchmesser ist,

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase in den Stapel eisenhaltigen Materials unter positivem Druck eingeführt werden.

13. Eisenhüttenvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Behälter zum Frischen von Eisen durch Einblasen von Sauerstoff, mit einem Auslaßkanal für die Verbrennungsgase, der in den unteren Bereich eines Schmelzturms führt, der Absticheinrichtungen zum Abstechen einer Schmelze aufweist, ferner gekennzeichnet durch einen Einlaß zum Einführen von Sauerstoff enthaltenden Gasen in das Verbrennungsgas unterhalb der oberen Hälfte des Schmelzturms.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Behälter zum Frischen von Eisen, von denen jeder einen Verbrennungsgasauslaß aufweist, der in den unteren

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Teil eines einzigen Sohmelztmyms führt, und durch Einrichtungen zu» Einführen von Sauerstoff in die von jedem der Behälter herkommenden Gase, bevor die Verbrennungsgase

* die obere Hälfte des Sehmelzturms erreicht haben.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 _f dadurch gekennzeichnet, daß der Priachungshehälfer relativ zum Schmelzturm kippbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, daduroh gekennzeichnet, daß der Einlaß zum Einführen von Sauerstoff eine Düse aufweist, alt der Sauerstoff in die untere Hälfte des Turms durch den in den Turm führenden Verbrennungsgasauslaßkanal eingeblasen werden kann,

17. Vorrichtung nach Anspruch 13| daduroh gekennzeichnet, daß der Frischungsbehälter eine Lanze zum Einblasen von Sauerstoff aufweist, die sich im wesentlichen unter die Oberfläche der Schmelze im Frisohungsbad erstreckt.

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18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze im wesentlichen senkrecht ist und sich bis in die untere Hälfte der Tiefe des Frisohungsbades erstreckt.