DE1583318B1

DE1583318B1 - Verfahren zur Ermittlung des Kohlenstoffgehalts einer Stahlschmelze in einem Sauerstoffaufblaskonverter

Info

Publication number: DE1583318B1
Application number: DE19671583318
Authority: DE
Inventors: Koichiro Naito; Yuji Nakayama; Masashi Oishi; Kazuhiko Okamoto; Michihiko Shimada
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1966-05-23
Filing date: 1967-05-22
Publication date: 1972-03-09
Also published as: US3669645A; GB1185086A; AT297071B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Kohlenstoffgehalts einer Stahlschmelze in einem Sauerstoffaufblaskonverter, bei dem durch eine Lanze eine bestimmte Menge Sauerstoff kontinuierlich in die Stahlschmelze zum Frischen geblasen und die Menge der abgesaugten Abgase gemessen wird.

Aus der USA.-Patentschrift 3 181343 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes einer Stahlschmelze bekannt, bei dem der Prozentsatz an CO und CO_S im Abgas ständig bestimmt und der Abgasstrom gemessen wird. Dies geschieht vom Beginn des Blasens bis zum Ende des Blasvorganges. Durch Integrieren der ermittelten Werte kann man die gesamte Kohlenstoffmenge, die aus der Stahlschmelze in dem Konverter ausgetreten ist, feststellen. Diese Kohlenstoffmenge wird von der im Ausgangsmaferial enthaltenen Kohlenstoffmenge abgezogen, und auf diese Weise wird der zurückbleibende Kohlenstoffgehalt errechnet. Dieses Verfahren hat jedoch einige Nachteile. Einmal kann der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze nicht sehr genau bestimmt werden, da der Analyseverzug und Meßfehler eine Rolle spielen. Zum anderen kann dieses Verfahren nicht angewendet werden, wenn der Kohlenstoffgehalt des Ausgangsmaterials nicht bekannt ist. Dieser Gesichtspunkt spielt vor allem eine Rolle, wenn Schrott der Schmelze zugesetzt wird, da es kaum möglich ist, Schrott verschiedener Herkunft und unbekannter Zusammensetzung zu analysieren. Ferner addieren sich die Analysefehler bei diesem Verfahren, so daß der Gesamtfehler beträchtlich sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes einer Stahlschmelze zu schaffen, das eine sehr genaue ίο und einfache Analyse ermöglicht und bei dem die Kenntnis des Kohlenstoffgehaltes der Ausgangsmaterialien nicht erforderlich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom nur in der End- phase des Frischens, während der der erzeugte Abgasstrom eine schnell abnehmende Tendenz aufweist, gemessen wird, indem man den Eintritt der Außenluft dadurch unter Kontrolle bringt, daß man eine mit einem Sauggebläse verbundene Haube dicht auf dem Konvertermund aufsetzt und gleichzeitig den Gasdruck in dem Kühler auf einen bestimmten Wert regelt, und daß auf Grund der aus den Erfahrungen mit mehreren, unter denselben Blasbedingungen zuvor behandelten Chargen gewonnenen, in einer Kurve dargestellten Beziehungen zwischen dem Abgasstrom in der Endphase des Frischens und dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze, die entsprechend der Konverterart vorher bestimmt sind, der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze am betreffenden Zeitpunkt dadurch bestimmt wird, daß man den tatsächlich gemessenen Wert des Abgasstromes mit den bekannten Beziehungen vergleicht.

Entsprechend einer bevorzugten Ausbildung des obigen Verfahrens wird eine bestimmte Inertgasmenge in das erzeugte Abgas eingeblasen, um die Gasmenge zu erhöhen, wenn der Volumenstrom des erzeugten Abgases den bestimmten Betrag unterschreitet, wobei die durch das Zuführen des Inertgases zum Abgas entstehende Gasmenge gemessen wird.

Versuche haben gezeigt, daß insbesondere im Endstadium des Frischens die Abgasströmung im Kühler kaum pulsiert und daß das Regelsystem für den Gasdruck im Kühler kaum durch das dichte Abschließen des Abzuges über der Konverteröffnung beeinflußt wird. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze im Endstadium des Frischvorganges gemessen.

Während des Endstadiums des Frischvorganges enthält das erzeugte Abgas wegen der dicht aufsitzenden Haube praktisch nur CO, CO₂ und N₂. Deshalb kann der Abgasstrom als eine brauchbare Funktion des Kohlenstoffgehaltes der Stahlschmelze verwendet werden. Wie später näher erläutert werden wird, wurde experimentell festgestellt, daß gegen Ende des Frischens zunehmend ein Zustand auftritt, bei dem ein bestimmter Betrag des Gasstromes einem bestimmten Wert des Kohlenstoffgehaltes entspricht, wobei die Zusammensetzung des Rohmaterials der Charge keine Rolle spielt.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung, die sich auf eine beispielsweise Ausführungsform bezieht, näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen der Aufblaszeit und dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Abgasstrom;

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem endgültigen Kohlenstoffgehalt und dem Abgasstrom;

F i g. 3 zeigt in einer schematischen Ansicht das ganze System zur Gewinnung eines nicht vollständig verbrannten Abgases aus einem Sauerstoffaufblaskonverter.

In Fig. 1 ist mit »α« der Kohlenstoffgehalt, mit »Z?« die Abgasmenge in Abhängigkeit von der Aufblaszeit dargestellt.

Trägt man die Punkte auf, welche die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze und dem Abgasstrom aufzeigen, so erhält man eine Kurve, wie in F i g. 1 gezeigt. Das bedeutet, daß im Anfangsstadium der Beblasung (/4) die Entkohlung nicht sehr stark fortschreitet, folglich ist die in diesem Stadium erzeugte Abgasmenge gering, weil in diesem Stadium hauptsächlich die Entsilizierungsreaktion abläuft. Wenn jedoch das Stadium des Ausblasens von Silizium beendet ist, nimmt die erzeugte Abgasmenge schnell zu, und auf das Ausgangsstadium folgt das mittlere Stadium der Beblasung (B), wo die höchste Abgasmenge erzeugt wird und die Entkohlung am stärksten fortschreitet. Wenn die Beblasung das Endstadium (C) erreicht, weist die erzeugte Abgasmenge eine schnell abnehmende Tendenz auf. Bei diesem Endstadium des Aufblasens verschwindet jedoch das Pulsieren im Abgasstrom fast ganz, und es brauchen keine Schwierigkeiten befürchtet werden, selbst wenn der Abzug praktisch dicht auf der Konverteröffnung sitzt. Ob die Beblasung das Endstadium erreicht hat, kann experimentell auf Grund der Eigenschaft festgestellt werden, daß eine bestimmte Sauerstoffmenge verbraucht wird, weil der Gesamtbetrag des für eine Charge benötigten Sauerstoffes im allgemeinen festliegt, und weiterhin aus dem Zustand der erzeugten Abgasmenge oder aus dem Pulsieren im Abgasstrom. Der Ausdruck »das Endstadium des Aufblasens«, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bezeichnet einen Zeitabschnitt, der sich vom Beginn der Verringerung der erzeugten Abgasmenge bis zum Ende des Frischprozesses erstreckt und der annähernd mit einem Zeitabschnitt nach dem Ablauf von zwei Dritteln der gesamten für das Frischen benötigten Zeit übereinstimmt.

Die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Abgasstrom im Endstadium des Aufblasens wird durch eine allmählich ansteigende Kurve, wie in F i g. 2 gezeigt, dargestellt. Damit ist es leicht, den Endgehalt an Kohlenstoff der Stahlschmelze aus dem Abgasstrom im Endstadium des Aufblasens abzuschätzen, vorausgesetzt, daß nur notwendige Bedingungen erfüllt sind.

Die notwendigen Bedingungen, die in bezug auf F i g. 2 erfüllt werden müssen (für den Fall eines Konverters mit einer Kapazität von 170 t), lauten wie folgt:

1. Zwischenraum zwischen Abzug

und Konverteröffnung 0 mm

2. Gasdruck innerhalb des Kühlers 0 bis 3 mm WS

3. Abstand zwischen der Lanze und der Oberfläche der Stahlschmelze 1,45 bis 1,65 m

4. Volumenstrom des Sauerstoffs 19 000 bis

22000Nm³/hr

5. Menge des in einem späteren Stadium der Sauerstoffbeblasung zugemischten Stickstoffes 10 000 NmVhr

Wie oben gezeigt, ist es bei der vorliegenden Erfindung sehr wichtig, den Abzug nahezu dicht auf der Konverteröffnung anzubringen, dem Konverter einen bestimmten Betrag von Sauerstoff zuzuführen und den Gasdruck in dem Abzug im Endstadium des Aufblasens auf einem konstanten Wert zu halten, um zu verhindern, daß Luft in den Abzug eindringt oder Gas aus dem Konverter austritt, damit das genaue Stadium des Frischens erfaßt werden kann, ίο Um den Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze genau bestimmen zu können, ist es weiterhin ebenfalls nötig, den Sauerstoffstrom und den Abstand zwischen der Lanze und der Oberfläche der Metallschmelze konstant zu halten, wodurch das Gleichbleiben des Frischvorganges der Stahlschmelze gesichert werden soll. Da der Verbrauch von Sauerstoff eine Funktion des Frischvorganges ist, heißt das mit anderen Worten, daß es nicht wünschenswert ist, die Aufblasbedingungen beim Betreiben eines Konverters zu verändern, weil das Schwankungen des Abgasstromes bedeuten würde.

Es ist wichtiger, den Sauerstoffstrom auf einem konstanten Wert zu halten, als den Abstand zwischen der Lanze und der Oberfläche der Metallschmelze konstant zu halten.

Was den Gasdruck im Kühler betrifft, so kann gesagt werden, daß, wenn der Gasdruck nicht auf einem festen Wert gehalten wird, Luft angesaugt wird oder das Abgas ausströmt, was ebenfalls wegen des dadurch auftretenden Rechenfehlers nicht erwünscht ist.

Beim Durchführen der praktischen Messung ist es jedoch vorzuziehen, ein Zunehmen des Abgasstromes dadurch zu erreichen, daß man in den Abzug einen bestimmten Betrag eines Inertgases (z. B. N₂) einbläst, weil im Endstadium des Frischens sich der Abgaststrom sehr schnell verringert.

Ein Zunehmen des Abgasstromes wirkt sich eher mehr auf eine Verbesserung der Meßgenauigkeit eines Durchflußmessers aus, als daß es ein Schwingen am Gebläse verhindern würde.

Bei derartigem Betreiben können die Meßfehler groß werden, um so mehr, weil Messungen in einem Bereich erwünscht sind, der sich von einem Maximum von mehreren zehntausend Kubikmetern pro Stunde bis zu einem Minimum von mehreren tausend Kubikmetern pro Stunde erstreckt. Das Hinzugeben von Stickstoffgas zur Erhöhung des Abgasstromes soll den obenerwähnten Fehler ausgleichen und dadurch genaue Messungen des Abgasstromes ermöglichen.

Wird der Konverter so, wie oben beschrieben, betrieben, so kann der Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze leicht gemessen werden; die obenerwähnte Messung des Abgasstromes jedoch muß nicht notwendigerweise während der ganzen Zeit der Sauerstoffbelastung durchgeführt werden. Es genügt, wenn sie dann ausgeführt wird, wenn das Beblasen sein Endstadium erreicht hat.

Nach der in F i g. 3 gezeigten schematischen Ansicht der ganzen Anordnung der vorliegenden Erfindung wird ein bestimmter Betrag von Sauerstoff kontinuierlich in den Konverter durch eine Lanze 1 eingeblasen, die einen festen Abstand L zur Oberfläche der Metallschmelze hat.

Das erzeugte Abgas wird zu einem Gassammler 14 oder zu einer Esse 15 über einen beweglichen Abzug 3, einen fest installierten Abzug 4, einen Gas-

5 6

kühler 6, einen Staubabscheider 7, eine Drossel 8 zur Einfluß in der Praxis erfaßt werden, wenn eine Mes-Regelung des Gasstromes, einen Durchflußmesser 11, sung gemacht wird, um eine Kurve irgendwie zu ein Sauggebläse 12 und einen Dreiwegehahn 13 ge- überprüfen, welche diese Beziehung zwischen dem leitet. 9 ist eine Vorrichtung zur Regelung des Volumenstrom des Abgases und dem Kohlenstoff-Druckes im Gaskühler, 10 ist ein Druckanzeiger, 17 5 gehalt in der Stahlschmelze zum Zeitpunkt des Abist eine Druckregelvorrichtung und 16 ist eine Vor- bruchs der Beblasung nach 5 bis 10 vorhergehenden richtung zum Einblasen von Stickstoff, um das Ab- Chargen zeigt, gas zu verdünnen. Die Erfindung wird durch folgende Beispiele in

Die Stickstoffeinblasvorrichtung 16 ist so angeord- bezug auf die in Fig. 2 gezeigte Kurve erklärt, net, daß jederzeit während der ganzen Beblasungs- io
periode Stickstoff eingeblasen werden kann, aber sie

•wird praktisch nur im Endstadium der Beblasung Beispiel 1 verwendet, wenn der Abgasstrom schnell abnimmt,

damit das Abgas verdünnt wird und die Gesamtgas- Masse der Eisenschmelze 129,71

menge zunimmt. Mit dem Einblasen von Stickstoff i_S Bestandteile der Eisenschmelze

kann begonnen werden, wenn der Abgasstrom semen ^ Gewichtsprozent höchsten Punkt passiert hat.

Der bewegliche Abzug 3 dichtet in einer Lage, rl ··■···· 4,41

wenn er auf dem Konverteröffnungsteil aufsitzt und rl · ·' '

wenn er heruntergelassen wird, völlig. Das heißt, das 20

untere Ende des beweglichen Abzuges 3 kann so nahe ^«H

an dem Konverteröffnungsteil plaziert werden, daß im ο .... Ό,υό

wesentlichen ein Austausch zwischen dem Konverter- Entfernung zwischen der Lanze gas innen und der Umgebungsluft außen unmöglich und der Oberfläche der Stahlgemacht ist. Wenn der bewegliche Abzug 3 so weit 25 schmelze 1,45 m

auf den Konverteröffnungsteil abgesenkt ist, daß das Sauerstoffvolumenstrom .' 19 000 Nm³/hr

ganze Gewicht des Abzuges auf dem Konverter Innerer Druck im Kühler +2 mm WS

lastet, steht die untere Abschirmfläche 5 des beweg- _Zugeführter stickstoff zur Verdün-

lichen Abzuges mit der Oberflache des Konverter- nung im späteren Stadium ..... i0000Nms/hr

oifnungsteiles in enger Berührung, wodurch em m3» , . ., , --.„„„„„τ

der Praxis gewünschter dichter Zustand gesichert ist. Angezeigter Abgasvolumenstrom .. 17 000 Nm³/hr

Beim Beblasungsprozeß springen jedoch unedle Me- Angezeigter Kohlenstoffgehalt zur

talle und Schlackenteile heraus und haften an dem Endzeit 0,06%

Konverteröffnungsteil, wodurch oft ein Zwischen- Abgasvolumenstrom zur Endzeit.. 16 000 Nm³/hr

raum zwischen dem unteren Ende des beweglichen 35 .

Abzuges und dem Konverteröffnungsteil gebildet Analyse m Gewichtsprozenten

wird. Deshalb ist es wünschenswert, das anhaftende C 0,063

Metall und die anhaftende Schlacke bei jeder Charge Si nicht

zu entfernen, um den gewünschten dichten Zustand analysiert

sicherzustellen. 40 Mn 0,09

Der Druck im Kühler des Abgasgewinnungs- P ■ ■ · · 0,008

systems wird mittels einer Druckregelungsvorrichtung S 0,02

17 auf einen positiven Druck von ungefähr 0 bis 3 mm
Wassersäule eingestellt, was leicht durch ein Zusammenschließen der Druckregelvorrichtung 9 und 45 B e i s ρ i e 1 2 der Regeldrossel 8 mit dem automatischen Regelsystem erreicht werden kann. Die vorliegende Erfindung ist jedoch selbstverständlich nicht auf das Ver- Betrag der Eisenschmelze ... 137,0 t fahren zum Betreiben eines Konverters mit niedrigem Bestandteile der Eisenschmelze positiven Druck, wie oben erwähnt, begrenzt. 50 -_m Gewichtsprozent

Auf diese Art und Weise wird der Abgasstrom .-, 4 35

oder der aus Abgas und hinzugefügtem N₂ resultie- „. ~.\q

rende Strom im Endstadium des Blasens festgestellt ^ " ······ ,

und auf der Basis dieses festgestellten Wertes das ρ ⁿ "' ■" " C)If₁ ¹J

Beblasen in Übereinstimmung mit der vorher fest- 55 q """" 0032

gelegten Beziehung zwischen der Strömung des Ab- "" * '

gases und dem Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze Entfernung zwischen der Lanze

abgebrochen. ^mi^ der Oberfläche der Stahl-

Da die in Fig. 2 gezeigte Kurve, welche die Be- schmelze 1,45 m

Ziehung zwischen dem Abgasstrom und dem Kohlen- 60 Sauerstoffvolumenstrom 19 000 Nm³/hr

stoffgehalt am Endpunkt darstellt, von einer Ände- Innerer Druck im Kühler +2 mm WS

rung des Sauerstoffstromes beeinflußt wird, müssen Zugeführter Stickstoff zur Verdün-

die Entfernung zwischen dem Ende der Lanze und _nung ^ _späteren Stadium 10 000 Nm³/hr

der Oberfläche der Schmelze, die Masse der Charge . . . _A, , . ™™n ^ 0/1

und all diese Faktoren in einer Berechnungsformel 65 Angezeigter Abgasvolumenstrom .. 30 000Nm³/hr berücksichtigt werden. Angezeigter Kohlenstoffgehalt zur

Obwohl diese Kurve auch davon beeinflußt wird, Endzeit 0,155%

wie oft der Konverter verwendet wird, kann dieser Abgasvolumenstrom zur Endzeit.. 29 000 Nm³/hr

7
Analyse in Gewichtsprozent

C 0,151

Si .'. nicht

analysiert

Mn 0,68

P 0,016

S 0,02

Wie aus diesen Beispielen klar ersichtlich, treffen die Beurteilungen des Kohlenstoffgehaltes gut zu, und es ist sehr wichtig, daß der Kohlenstoffgehalt zur Endzeit genau beurteilt werden kann, selbst wenn der Kohlenstoffgehalt im Rohmaterial der Charge unbekannt ist. Es ist auch möglich, einen Computer oder ein automatisches Regelsystem für das Arbeitsverfahren der vorliegenden Erfindung, wie oben erwähnt, zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209 5Π/50"

Claims

Patentansprüche:

1, Verfahren zur Ermittlung des Kohlenstoffgehaltes einer Stahlschmelze in einem Sauerstoffaufblaskonverter, bei dem durch eine Lanze eine bestimmte Menge Sauerstoff kontinuierlich in die Stahlschmelze zum Frischen geblasen und die Menge der abgesaugten Abgase gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom nur in der Endphase des Frischens, während der der erzeugte Abgasstrom eine . schnell abnehmende Tendenz aufweist, gemessen wird, indem man den Eintritt der Außenluft dadurch unter Kontrolle bringt, daß man eine mit einem Sauggebläse verbundene Haube dicht auf dem Konvertermund aufsetzt und gleichzeitig den Gasdruck in dem Kühler auf einen bestimmten Wert regelt, und daß auf Grund der aus den Erfahrungen mit mehreren, unter denselben Blasbedingungen zuvor behandelten Chargen gewonnenen, in einer Kurve dargestellten Beziehungen zwischen dem Abgasstrom in der Endphase des Frischens und dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze, die entsprechend der Konverterart vorher bestimmt sind, der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze zum betreffenden Zeitpunkt dadurch bestimmt wird, daß man den tatsächlich gemessenen Wert des Abgasstroms mit den bekannten Beziehungen vergleicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine bestimmte Inertgasmenge in das erzeugte Abgas eingeblasen wird, um die Gasmenge zu erhöhen, wenn der Volumenstrom des erzeugten Abgases den bestimmten Betrag unterschreitet, wobei die durch das Zuführen des Inertgases zum Abgas entstandene Gasmenge gemessenwird.