DE1508075A1 - Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Stahl - Google Patents

Description

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Beschreibung zu der Patentanmeldung

SHEIL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ H.V. 30, Carel van Bylandtlaan, Haag, ITi e der lande

"betreffend
"Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Stahl".

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Stahl aus Erzen in einem Ofen, wobei zusammen mit den) Erz und den Flußmitteln ein kohlenstoffhaltiges Material und ein Oxydationsmittel aufgegeben werden, die als Reduktionsmittel bzw. als Mittel zur Aufbringung der erforderlichen Wärmeenergie dienen.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstellung von Roheinen und Stahl bestimmter Zusammensetzung in einer einzigen Stufe. Es ist demnach kein weiteres Prischen mehr erforderlich.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Erz eingeschmolzen unu reduziert, wobei sich eine Schicht au=? geschmolzenem Eisen bildet, die durch eine Schlackenschicht abgedeckt ist.

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Das kohlenstoffhaltige Material wird ganz oder teilweise in das Bad aus geschmolzenem Erz, Eisen und Schlacke eingebracht; darüberhinaus wird ein Teil des Oxydationsmittels in die Schlackenschicht unterhalb des Punktes eingeführt, an welchem das kohlenstoffhaltige Material zugegeben wird. Auf diese Weise wird ein genau einstellbares Gefälle des Sauerstoffpotentials innerhalb der Schlackenschicht erreicht; im oberen Teil der Schlackenschicht wird ein Metall von gewünschter Zusammensetzung gebildet, das dann durch den Bereich mit höherem Sauerstoffpotential absinkt.

Das kohlenstoffhaltige Material kann fest, flüssig oder gasförmig s_;ein, wie z. B. Koks, Heizöl oder Erdgas. Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß das kohlenstoffhaltige Material ausschließlich in den oberen Teil der Schlackenschicht eingeführt wird, so daß dort ein Zustand wesentlich höherer Reduktionswirkung aufrechterhalten wird, als dies für die Reduktion von Eisenoxyd zu metallischem Eisend rforderlieh int. Aus der Schicht entwickelt sich ein reduzierendes Gas, dar. im wesentlichen aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht.

Infolge der Reduktionswirkung des oberen Teiln der Schlackenschicht wird dort das metallische Eisen gebildet und aufgrund der hohen Oberflächenspannung'an der Zwischenflache von Schlacke und Eisen fällt es in Form von kleinen Tropfen an, die relativ langsam durch die restliche Schlackenschicht absinken, deren unterer Teil ein oxydierendes Milieu aufweist, da dort die Oxydationsmittel eingeführt werden, z. B. Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte luft oder irgendein geeignetes Material, gegebenenfalls auch

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BAD ORIGINAL

ein Oxyd des Eisens. Auf diese Weise durchlaufen die im oberen Teil der Schlackenschicht gebildeten Eisentröpfchen eine Region mit wesentlich höherem Sauerstoffpegel, worin dann zumindest ein Teil der Begleitelemente aus den Erzen, die zusammen mit dem Eisen reduziert worden waren, z. B. das Silicium und der Phosphor, rückoxydiert werden.

Wird als Oxydationsmittel Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft verwendet, so sollte die angewandte Menge 50 # der für ™ die vollständige Verbrennung des Reduktionsmittels erforderlichen Menge nicht übersteigen.

Die Stelle, an der das kohlenstoffhaltige Material eingespeist wird, hängt bis zu einem gewissen Grade von der Art des Materials, vor allem von dessen reduzierenden Eigenschaften ab. Wird ein Peststoff, wie Koks oder Kohle, angewandt, so kpnn man diesen oben auf die Schlackenschicht aufgeben. Durch die aus der Schlackenschicht entweichenden reduzierenden Gase ist es dort auch vor einer Reak- tion mit irgendeiner oxydierenden Komponente der Ofenatmosphäre geschützt und die Gase bilden eine Schutzschicht um den festen Kohlenstoff.

Erfindungsgemäß kann vorteilhafterweise das kohlenstoffhaltige Material in Form eines flüssigen Kohlenwasserstoffes angewandt werden* Ein Teil davon wird unmittelbar in die Schlackenschicht eingespritzt, und zwar unter die Oberfläche der Schlackenschicht, jedoch in deren oberen Teil.

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Bei der Temperatur, auf welcher die Schlackensohicht gehalten wird, zersetzt sich jeder Kohlenwasserstoff durch Cracken und em scheidet sich Kohlenstoff ab, der sofort von der Metallschmelze

aufgenommen wird und in der gleichen Weise wie fester Kohlenstoff

ι als Reduktionsmittel wirkt, indem er das Eisenoxyd unter Bildung

Das

: von Kohlenroonoxyd zu Eisen reduziert./Kohlenmonoxyd entweicht zusammen mit dem durch die Crackung der Kohlentwässerstoffe abgeschie· denen Wasserstoff aus dem Bad, so daß in unmittelbarer Nähe der B) Schlackenschicht eine Schicht von reduzierendem Gas vorhanden ist, welche die Zone der metallurgischen Reaktion und den eventuell auf der Schlackenoberfläche vorhandenen festen Kohlenstoff vor der Einwirkung der Ofenatmosphäre schützt.

Bei Verwendung eines festen Reduktionsmittels, wie Kohle oder Koks, wird das Reduktionspotential in der reduzierenden Zone sehr hoch sein und es ist zu erwarten, daß ziemlich beträchtliche Mengen an Begleitelementen, wie Silicium und Phosphor zusammen mit dem Eisen aus den Eisenerzen reduziert werden; Ein besonderer Vorteil ™ der Verwendung von flüssigen Kohlenwasserstoffen ist darin zu sehen, daß dann der Kohlenstoff durch Cracken der Kohlenwasserstoffe gebildet ist, so daß im allgemeinen ein etwas geringeres Reduktionspotential vorhanden ist, das zv/ar dazu ausreicht, so gut wie die gesamten Siiienoxyde zu Eisen reduzieren, jedoch nur begrenzte Mengen der Begleitelemente reduziert. Die reduzierten Anteile derartiger Begleitelemente sollen jedoch dazu ausreichen,die im Fertigprodukt erforderliche Zusammensetzung und damit die verlangte Stahl- oder Eisengüte zu erreichen.

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Hierzu wäre eigentlich ein weiterer Frischvorgang notwendig, wie dies hei der üblichen Stahlgewinnung ja auch der Pail ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedoch das ganze Verfahren in einer einzigen Stufe durchgeführt werden, indem in den unteren Teil der Schlackenschicht ein Oxydationsmittel eingebracht v/ird. Obgleich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verweilzeit im Ofen niedriger ist als bei den üblichen Stahlgewinnungsverfahren und das Sauerstoffpotential im allgemeinen tiefer liegt als dort, insbesondere, wenn Eisenoxyd als Oxydationsmittel dient, gewährleistet die große m Berührungsfläche zwischen dem Eisen und der Schlacke, die-eine Folge der kleinen Eisentröpfchen ist, daß die Reaktionsgeschwindigkeit ausreichend hoch ist, um den größten Teil der Begleitelemente des Eisens zu entfernen. Dies trifft insbesondere zu, wenn Eisen mit Hilfe von flüssigen Kohlenwasserstoffen in einem Bereich von relativ geringer Reduktionsfähigkeit verhüttet wird, so daß es einen geringen Kohlenstoffgehalt aufweist und das Ausgangserz nur einen geringen Anteil an Begleitelementen und Verunreinigungen aufweist.

Die Ofentemperatur und damit die Temperatur des in der Schmelze vorhandenen Materials liegt im allgemeinen bei zumindest 1350° G. Hierfür ist im allgemeinen eine Zusatzbeheizung erforderlich, weshalb zumindest ein Teil des Oxydationsmittels in den oberen Ofenbereich eingeführt wird. Auf diese Weise ergibt das Oxydationsmittel zusammen mit den brennbaren Gasen, die aus der Schmelze entweichen, ein Brennstoffgemisch, welches die erforderlichen Temperaturen sicher einzuhalten gestattet.

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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird so viel Oxydationsmittel in den Raum oberhalb des Bades eingeführt, daß die durch die Verbrennung des aus dem Bad entweichenden Gases entwickelte Wärme ausreicht, um die Arbeitstemperaturen des Ofens aufrecht zu erhalten.

Um übermäßigen Verschleiß der feuerfesten Zustellung des Ofens durch die Schmelze zu vermeiden, v/ird der Ofen von außen mit Wasser gekühlt.

Im allgemeinen entspricht dann die Zusammensetzung des Fertigproduktes einerseits dem Reduktionspotential im oberen Teil der Schlackenschicht, andererseits der Oxydationsfähigkeit des unteren Teils der Schlackenschicht, Da außerdem die Potentiale der verschiedenen Oxydations- und Reduktionsreaktionen, die während des Ablaufes der Verhüttung stattfinden, von der Temperatur abhängen, ist die Zusammensetzung des Endproduktes auch eine Funktion der Temperatur und im Ijidealfall müßte das System bei möglichst tiefer t Temperatur betrieben v/erden. Die untere Grenze für die Betriebstemperatur richtet sich jedoch weitgehend nach dem Kohlenstoffgehalt des Produktes, da dieses im schraelzfiüssigen Zustand gehalten werden muß. Im allgemeinen wird bei Einhaltung einer Arbeitstemperatur, die möglichst knapp über der Schmelztemperatur des Fertigproduktes liegt, ein Eisen mit geringem Anteil an Begleitelementen und Verunreinigungen (außer Schwefel und Kohlenstoff) erhalten. Wird dann noch ein relativ schwefelarmer Kohlenwasserstoff als Reduktionsmittel angewandt, so kann auch der Schwefel- und

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Kohlenstoffgehalt des Fertigproduktes niedrig gehalten werden und der Rohstahl eignet sich bereits als Baustahl, ohne daß ein weiteres irischen oder Feinen erforderlich ist.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft als Oxydationsmittel verwendet werden kann. Die Verbrennung des Brennstoffes erfolgt teilweise unter der Oberfläche der Schmelze, so daß innerhalb des Bades Warme entwickelt und die Wärmeübertragung vereinfacht wird.

Die den Ofen verlassenden Gase haben einen hohen Gehalt an fühlbarer Wärme und können auch beträchtlich reduzierend wirken. Diese Gase können zum Vorwärmen und/oder Vorreduzieren der aufzugebenden Erze oder zum Vorwärmen von weiteren Rohstoffen und Reaktionskomponenten, wie des Sauerstoffs, des Reduktionsmittels oder des Flußmittels dienen. Das Vorwärmen geschieht entweder ausschließlich durch Ausnutzung der fühlbaren Wärme der Gase oder durch Verbrennen dieser Gase mit luft bzw. mit Sauerstoff angereicherter Luft oder mit technischem Sauerstoff, wobei dann die fühlbare Wärme der Verbrennungsgase zur Wirkung kommt.

Je nach der Erzsorte, die zu verhütten ist und der angestrebten Beschaffenheit des zu erzielenden Metalls wird die Schlacke sauer oder basisch geführt. Die Flußmittel für die korrekte Einhaltung der Basizität, Viskosität und Verflüssigungstemperatur der Schlacke werden zusammen mit den Ereen aufgegeben. Geeignete Flußmittel sind

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Kalk, Kalkstein, Dolomit, Silikate und Feldspat, einaeln oder gemischt, "berechnet auf eine Schlacke der gewünschten Zusammensetzung "bei gleichzeitiger Chargierung mit den Erzen unter Berücksichtigung des Gehaltes an Gangart.

Die 'zu chargierenden Erze können die übliche Korngröße aufweisen; wenn jedoch vorgewärmt und/oder vorreduziert wird, ist die Korngröße weitgehend bestimmt durch die Erfordernisse dieser Verfahrensstufe.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht offensichtlich eine recht genaue Einstellung der gewünschten Zusammensetzung des Fertigproduktes. Da die Begleitelemente und Verunreinigungen in den Erzen bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise stark herabgedrückt werden können und da der Kohlenstoffgehalt bei Verwendung eines entsprechenden Kohlenwasserstoffbrennstoffes zumindest unter einem Grenzwert von 0,2 f° gehalten werden kann und im übrigen die Kohlenwasserstoffbrennstoffe normalerweise nur einen geringen Aschengehalt aufweisen, bleibt lediglich noch die Notwendigkeit, eisen Brennstoff mit geringem odor vernachlässigbarem Schwefelgehalt auszuwählen, um erfindungsgemäß eine genaue Einstellung der Stahlgüte zu gewährleisten. Es int auf diese Weise möglich, direkt ein Produkt zu erhalten, welches hinsichtlich seiner Analyse ungefähr den Baustählen entspricht. Ein weiteren Frischen oder Feinen ist also normalerweise unnötig, läßt sich aber in Sonderfällen mit weit geringerem Zeit- und Kostenaufwand durchführen, als bei den Produkten der üblichen Verhüttungsverfahren.

Patentansprüche 8629 909808/0928

Claims (6)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Stahl aus Erzen, wobei ein kohlenstoffhaltiges Material als Reduktionsmittel und ein Oxydationsmittel zur Aufbringung der für die metallurgischen Reaktionen erforderlichen Wärmeenergie gemeinsam mit den Erzen und Flußmitteln in den Ofen aufgegeben und das Erz eingeschmolzen und reduziert wird, derafct, daß die sich dabei bildende Metallschmelze von einer Schlackenschicht abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest ein Teil des kohlenstoffhaltigen Materials in das geschmolzenes Erz, Eisen und Schlacke enthaltende Bad eingespeist wird und daß ein Teil des Oxydationsmittels in die Schlackenschicht unterhalb des Punktes eingeführt wird, an welchem das kohlenstoffhaltige Material eingespeist wird, derart, daß innerhalb der Schlackenschicht ein einstellbares Sauerstoffpotential aufrechterhalten bleibt, das die Zusammensetzung des innerhalb des oberen Teils der Schlackenschicht gebildeten und durch einen Bereich höheren Sauerstoffpotentials nach unten sinkenden Metalls bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als kohlenstoffhaltiges Material einen flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoff verwendet und diesen in die Schlackenschicht einführt.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Oxydationsmittel in den Raum über der Schmelze einführt und die durch die Verbrennung der Abgase aus dem Bad freiwerdende Wärme dazu benützt, die Arbeitstemperatur des Ofens aufrecht zu erhalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bin 3, dadurch gekennzeichnet , daß man die aus dem Bad ent v/eich end en Abgase

^ als Reduktionsmittel zur Vorreduzierung der Eisenerze in einer gesonderten Verfahrenrsstufe verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß man die Abgase aun dem Bad zur Vorwärmung des kohlenstoffhaltigen Materials und/oder des Oxydationnmittelrverwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e k e η η -

fc zeichnet, daß man die Abgase aus dem Bad verbrennt und die gebildeten Verbrennungsgase zur Vorwärmung der in den Reaktor eingeführten Stoffe verwendet.

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