DE1914645B2 - Verfahren zum frischen von eisen zu stahl - Google Patents

Description

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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum den geschmolzenen Einsatz geblasen wird. Das L.D.Frischen von Eisen zur Herstellung von Stahl und ins- Verfahren hat erhebliche Vorteile gegenüber dem besondere ein basisches Stahlherstellungsverfahren, bei Siemens-Martin-Verfahren, da es möglieb ist, einen dem die Anwesenheit einer basischen Schlacke erfor- Einsatz, der mit dem Einsatz eines Siemens-Martinderlich ist, um die Phosphor- und Schwefelverunreini- 5 Ofens vergleichbar ist, nämlich etwa 200 t betragen gungen aus dem geschmolzenen Roheisen zu entfernen. kann, in einer Blaszeil, zu blasen, die 20 bis .30 Minuten

Es werden zum Frischen von geschmolzenem Roh- beträgt, mit einer Gesamtzeit von Abstich zu Abstich eisen bisher drei Stahlfertigungsprozesse angewandt. von etwa 50 Minuten. Das L.D.-Verfahren hat jedoch Diese Prozesse sind das Siemens-Martin-Verfahren, auch gewisse Nachteile. Der höchste Schrotteinsatz das Thomas- oder basische Bessemer-Verfahren und io beim L.D.-Verfahren ist gering und liegt bei 27 bis das basische Sauerstoffblasverfahren, das auch als 32 Gewichtsprozent gegenüber 50 bis 65 Gewichts-Linz-Donawitz-Verfahren bekannt ist. Bei jedem die- prozentbeim Siemens-Martin-Verfahren, und manche ser Verfahren besteht die wichtige Reinigungs- oder nach dem L.D.-Verfahren arbeitenden Betriebe pro-Frischreaktion in der Oxydation der im Eisen enthal- duzieren. selbst mehr Schrott, als in ihren eigenen Kontenen Verunreinigungen, nämlich Kohlenstoff, Silizium, 15 vertern verarbeitet werden kann. Es entstehen außer-Fhosphor, Mangan und Schwefel. dem große Mengen feinteiligen (submikroskopischen)

Bei dem üblichen Siemens-Martin-Verfahren wird Eisenoxydes, die beim L.D.-Verfahren während des Üe erforderliche Wärme zugeführt durch Verbrennung Blasens als Rauch entweichen und schwierige Probleme eines flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoff- der Behandlung dieser Abgänge aufwerfen. Da das Brennstoffes mit Luft. Das Siemens-Martin-Verfahren 20 L.D.-Frischverfahren ein autogener Prozeß ist, ist es lat den Vorteil, daß es bei diesem Verfahren möglich schwierig, den Kohlenstoffgehalt und die Endtemperaist, einen hohen Prozentsatz an Schrott einzubringen, tür zu beherrschen, und mit zunehmender Anwendung <äer etwa 50 bis 65 Gewichtsprozent beträgt. Da die des Stranggießens ist es wichtig geworden, daß in Wärme für den Frischprozeß von außen dem Einsatz einem Stahlhers>.allungsverfahren der Kohlenstofflugeführt wird, muß, um die richtige Abstichtempera- 25 gehalt und die zum kontinuierlichen Stranggießen des tür und Zusammensetzung zu erzielen, das Verfahren Stahls erforderliche Temperatur genau eingehalten torgfältig überwacht werden. Das Siemens-Martin- werden. Etwa die Hälfte der Schmelzen eines L.D.Verfahren hat ferner noch den Nachteil, daß die Er- Betriebes erfordert eine Endpunktkorrektur, durch die ivärmungszeit etwa 6 bis 10 Stinden beträgt und ein die Wärmebehandlung um etwa 8 Minuten verlängert entsprechend hoher Brennstoffaufwand erforderlich 30 wird. Durch diese Korrekturen wird die Ausbeute verist. Ferner erfordert das Verfahr 1 eine komplizierte mindert, die Abnutzung der feuerfesten Auskleidung Prüfung des feuerfesten Materials, und für eine wirk- erhöht, und sie wirken sich ungünstig auf die Stahllame Energieausnutzung und Beschickung des Ofens qualität aus.

tind zeitraubende und umständliche Arbeiten erforder- Beim L.D.-Verfahren gibt es keine Möglichkeit, die

lieh. 35 Mengen der Zusatzmetalle, wie Mangan, im Stahl zu

Das basische Bessemer- oder Thomas-Verfahren ist beherrschen. Bei einem normalen L.D.-Verfahren be-

tin autogener Prozeß, bei dem die für das Frischen er- trägt der Mangangehalt der Schmelze beim Ausgießen

forderliche Wärme erzeugt wird durch die Verbren- etwa 0,1 Gewichtsprozent. Werden Mengen von 0,3 bis

iHingswärme der im Einsatz enthaltenen Verunreiiii- 0.4 Gewichtsprozent Mangan gewünscht, um die

gungen. Beim Thomas-Verfahren wird ein Konverter 40 Walzfähigkeit des Stahles zu verbessern, so ist es not-

Verwendet. der in seinem unteren Teil Öffnungen hat wendig, erhebliche Mengen Ferromangan in die Gieß-

tind der um eine horizontale Achse zur Beschickung pfanne einzubringen. Dies ist kostspielig und führt

lind für den Beginn des Blasens geschwenkt werden dazu, daß gewisse Mengen Stickstoff in die Schmelze

kann, worauf der Konverter während des Blasens in geraten, die sich auf die Stahlqualität nachteilig aus-

fieine senkrechte Stellung gebracht wird. Die Luft wird 45 wirken können.

unter Druck durch die Öffnungen im unteren Teil des Es ist ein Verfahren zum Frischen von Eisen zu

Konverters in die geschmolzene Beschickung einge- Stahl im Saiierstoffuüfblasverfahren bekannt, bei dem

blasen, wodurch es ermöglicht wird, daß eine kräftige der Schrottanteil des Einsatzes dadurch erhöht werden

Reaktion in der Schmelze stattfindet. Die Verbren- soll, daß getrennt vom eigentlichen Umwandlungs-

nungsluft kann mit reinem Sauerstoff angereichert sein. 50 prozcß, d.h. vor oder nach dem Frischen bzw. zwi-

Das Thomas-Verfahren ist in seiner praktischen An- sehen den einzelnen Frischphasen eine Mischung von

Wendung beschränkt auf das Frischen von Roheisen Luft, sauerstoffangereicherter Luft oder vorzugsweise

mit einem hohen Phosphorgehalt. Das Verfahren er- Sauerstoff mit feinvertciltem Öl durch die Lanze aiii

fordert die Anwendung von zwei Schlacken, wobei die den Einsät/ aufgeblasen wird. Bei diesem bekannten

erste Schlacke während des Entkohliingsbiasens ange- 55 Verfahren erfolgt die Auf heizung des Einsatzes getrennt

wandt wird und die zweite Schlacke durch Eisen- vom eigentlichen Frischprozeß, und beim Frisch-

mangan während des Entphosphorungsblasens gebildet prozeß selbst wird mit reinem Sauerstoff geblasen, dei

wird. Der Schrottzusatz ist beim Thomas-Verfahren kein Öl enthält. Beim Aufblasen von Öl und Sauerstofl

sehr kritisch, weil der Schrott erforderlich ist zur Beein- nach dem eigentlichen Frischverfahren soll das Mi

flussung der Temperatur des Einsatzes während des 60 schungsverhältnis so eingestellt werden, daß kein über·

Blasens und eine Absenkung der Temperatur des ge- schüssiger Sauerstoff vorhanden ist. Dieses Verfahrer

schmolzenen Einsatzes bewirkt. hat sich aber nur als bedingt anwendbar erwiesen, de

Beim Linz-Donawitz-Vcrfahren (L.D.-Verfahren) bei der Verwendung von Öl Verunreinigungen in der

wird ein oben offener Konverter mit einem Einsatz aus Einsatz eingeschleppt werden. Mit diesem bekannter

geschmolzenem Eisen beschickt, das dadurch zu Stahl 65 Verfahren ist auch eine genaue Beherrschung des Ge

geblasen wird, daß es einem kalten Strom von Sauer- haltcs an Kohlenstoff und Zusatzmetallen nicht mög

stoff hoher Reinheit ausgesetzt wird, der mittels einer lieh.

Lanze mit Überschallgeschwindigkeit abwärts gegen Es ist weiterhin ein Verfahren zum Frischen voi

Siahl im Sauerstoffaiifblasverfahren bekannt, bei dem die Entstehung von Eisenoxydrauch dadurch verhindert werden soll, daß dem Sauerstoffstrom ein flüssiger Hrennstoff beigemischt wird. Hierbei wird die Schmelze vor dem eigentlichen Frischprozeß aufgeheizt, indem ikr benutzten Blaslanze Brennstoffe und Sauerstoff in nahezu stöchiometrischem Verhältnis zugeführt werden, und während des Frischens wird der Brennstoffanteil herabgesetzt. Auch bei diesem bekannten Verfahren besteht die Gefahr des Einschleppens von Verunreinigungen in den Einsatz, und die genaue Beherrschung des Gehaltes an Kohlenstoff und Zusatznieiallen ist nicht in dem gewünschten Umfang möclieh. Bei einem weiteren bekannten Verfahren, bei dein Lbenfalls die Entstehung von Eisenoxydrauch verhindert werden soll, wird in das Frischgefäß eine durch :;nen Strom von Sauerstoff und einem flüssigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff gespeiste Flamme eingebracht, wobei das Verhältnis von Sauerstoff zu BiVMinstoff so eingestellt wird, daß vollständige Verbrennung erreicht wird und die Flamme innerhalb des < :ef;ißes so angeordnet ist, daß nur die Verbrennungsprndukte, aber nicht die Flamme selbst auf die Schmelze auftreffen können. Gemäß diesem Verfahren ;.-,: es auch bekannt, mit einem Überschuß an Sauerv.üff über die zur vollständigen Verbrennung notwendige Menge hinaus zu arbeiten. Dieser Überschuß kann 150 bis 200% betragen, er kann aber auch '.ί'ΌΠ % betragen.

Auch eine Blaslanze zur Durchführung des zuletzt ivschriebenen Verfahrens ist bereits bekanntgeworden, rill deren Hilfe ein gegen den Einsatz gerichteter !■'ii-chgasstrom erzeugt wird, der einen sauerstoffreichen Mantel besitzt, der die Berührung unverbrannlen Brennstoffs mit der Schmelze oder mit reaktionsfähigen Teilen der Schlacke verhindert. Aber auch bei liiesem Ltzten Verfahren ist eine genaue Beherrschung des Gehaltes an Kohlenstoff und Zusatzmetallen nicht gegeben.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ein Frischverfahren zu schaffen, das die \ orteile der bekannten Verfahren vereinigt und deren obenerwähnte Nachteile vermeidet, insbesondere solltt erreicht werden, daß mit einer relativ kurzen Blaszeit und unter Einsatz beliebiger Schrottmengen ein Stahl mit dem jeweils gewünschten Kohlenstoff- und Mangangehalt erhalten wird, wobei keine zusätzlichen Verunreinigungen in die Schmelze eingebracht werden sollen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Frischen von Eisen zu Stahl in einem Konverter unter Verwendung eines heißen Frischgas- »iromes. der aus einer mit Sauerstoff und flüssigem Kohlenwasserstoff gespeisten Lanze austretend mit liohcr Geschwindigkeit abwärts gegen den Einsatz getichtel ist und Verbrennungsprodukte und freien Sauerstoff enthält, wobei während der gesamten Blaset mit Saucrstoffiiberschuß gefahren und das Verhältnis des Sauerstoffes zum flüssigen Brennstoff geändert wird, und daß der gegen den Einsatz gerichtete Frischgasstrom einen sauerstoffreichen Mantel besitzt, Jcr die Berührung i.inverbrannten Brennstoffes mit der Schmelze oder mit reaktionsfähigen Teilen der Schlacke verhindert.

Die obengenannte Aufgabe svird dabei dadurch ge-¹OSt, daß erfindungsgemäß das Verfahren aus drei Stufen besteht, wobei in allen drei Stufen der Sauer- >(offüberschuß über dis zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes notwendige Menge mindestens 25% beträgt, daß in der ersten schlackenbildenden und vorfrischenden Stufe der Gasstrom reich an Verbrennungsprodukten und relativ arm an freiem Sauerstoff

ist, während in der zweiten Entkohlungsstufe der Gasstrom relativ arm an Verbrennungsprodukten und relativ reich an freiem Sauerstoff ist und in der dritten Stufe zum Fertigmachen der Schmelze der Gasstrom wieder relativ reich an Verbrennungsprodukten und

ίο relativ arm an freiem Sauerstoff ist.

In den Unteransprüchen 2 bis 7 werden in weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens Angaben über das Verhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff während der drei Verfahrensstufen gemacht.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand der Figuren und in Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Flußdia^ramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;

so F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch einen oben offenen Konverter, mit einer Blaslanze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Blaslanze.

Bei dem Stahlherstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird ein oben offener Konverter 1 mit einer Auskleidung aus basischem, feuerfestem Material verwendet, der mit geschmolzenem Eisen und festem Schrott beschickt wird. Eine Blaslanze 2 und eine in den Figuren nicht dargestellte Befestigungsvorrichtung sind in bezug auf den Konverter so angeordnet, daß die Blaslanze durch die obere Öffnung des Konverters senkrecht in diesen eingeführt und herausgezogen werden kann. Die Blaslanze hat, wie aus F i g. 2 ersichtlich, am einen Ende Austrittsdüsen, durch die der flüssige Brennstoff austreten kann. Bei größeren Konvertern, beispielsweise bei Konvertern mit einem Fassungsvermögen von 200 t, ist zweckmäßig eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen vorgesehen, die so angeordnet sind, daß der Brennstoffstrom in bezug auf die Achse der Lanze nach unten und außen austritt.

Bei kleineren Konvertern, beispielsweise mit einem Fassungsvermögen von 50t. genügt eine einzige Austrittsöffnung in der Lanze.

Im folgenden werden nun die drei Verfahrensschritte, die der Einfachheit halber als Stufe I, Stufe FI und Stufe HF bezeichnet werden, beschrieben.

Die Lanze wird mit Dampf durchgespült und in ihre Anfangsarbeitsstellung abgesenkt. Die Sauerstoffzufuhr beginnt, und sobald Sauerstoff durch das untere Ende der Lanze austritt, wird die Dampfzufuhr beendet, und die Brennstoffzufuhr beginnt. Das Brcnnöl entzündet sich sofort, und die Entzündung der Schmelze erfolgt unmittelbar darauf.

Schlackcnbildende Stoffe können der Beschickung von Anfang an zugesetzt sein, jedoch werden sie üblicherweise der Beschickung 1 bis 2 Minuten nach der Entzündung zugesetzt. Die schlackenbildenden

Stoffe könne:- beispielsweise Ätzkalk, Kalkstein, Dolomitkalk oder Gemische derselben sein.

Stufe I des Verfahrens ist im wesentlichen ein schlackenbildender, dem Bad die richtige Beschaffenheit gebender und eine Anfangsreinigung bewirkender Prozeß, in welchem ein Strom von reinem Sauerstoff und flüssigem kohlenstoffhaltigem Brennstoff der Blaslanze zugeführt werden in einem solchen Verhältnis, daß ein heißer Gasstrom erzeugt wird tier verhältnis-

mäßig reich an Verbrennungsprodukten und verhältnis- nem Heizwert verwendet werden, und der Sauerstoffmäßig arm an ungebundenem Sauerstoff ist. Überschuß kann dabei wesentlich von den in den Bei-

Durch den Ausdruck »relativ reich an Verbrennungs- spielen angegebenen Verhältnissen abweichen,
produkten« ist nicht notwendig zum Ausdruck ge- Die von der Flamme am unteren Ende der Lanze bracht, daß der größte Teil des Frischgasstromes in 5 ausgehenden heißen Gase, deren Temperatur im Stufe Γ aus Verbrennungsprodukten besteht, obwohl wesentlichen bei 2200 bis 2750°C liegt, reichen im alldies der Fall sein kann. Dieser Ausdruck gibt vielmehr gemeinen aus, das schlackenbildende Material zum eine relative Zusammensetzung des Frischgases an, im Schmelzen zu bringen, ohne den Zusatz üblicher Fluß-Vergleich zu der Verfahrensstiife II. mittel. Es können aber übliche Flußmittel, wie Fluß-

Bei der Verfahrensstufe I wird der Sauerstoff der io spat oder Walzzunder zugesetzt werden, um die BiI-Blaslanze in einer Menge, die die zur vollständigen dung der flüssigen Schlacke zu beschleunigen und in Verbrennung des Brennstoffes theoretisch erforder- dem nachstehend beschriebenen Prozeß die rasche Entire Menge übersteigt, zugeführt, so daß das Frischgas fernung des Phosphors zu unterstützen,
noch freien Sauerstoff enthält. Der Überschuß des Die Stufe I hat im allgemeinen eine Dauer von 4 bis zugeführten Sauerstoffes in Stufe F ist klein im Ver- 15 10 Minuten, und während dieser Zeit wird eine erhebhältnis zu dem Überschuß, der in Stufe II angewandt liehe Menge von Phosphor- und Schwefelverunreiniwird, und stellt eine vollständige Verbrennung des gungen aus dem Einsatz entfernt. In Stufe I des VerBrennstoffes sicher und vermindert die Gefahr, daß im fahrens kann der FeO-Gehalt der Schlacke verhältnis-Brennstoff enthaltene Verunreinigungen in die Be- mäßig hoch sein, während das Bad verhältnismäßig Schickung gelangen und ermöglicht durch den freien 20 kalt ist. Diese Bedingungen führen von selbst zu einei Sauerstoff eine vorläufige Reinigung. Der Überschuß frühzeitigen Entfernung des Phosphors und de« ist jedoch nicht so groß, daß eine heftige frühe Ver- Schwefels aus dem Bad. Etwas Kohlenstoff und SiIibrennung des Kohlenstoffes, wie im L.D.-Verfahren, zium werden in Stufe I auch bereits entfernt, wie bestattfindet. Die heißen Frischgase sind vielmehr sauer- reits oben festgestellt. Der größere Teil des Kohlenstoffarm im Vergleich zum L.D.-Verfahren, bei dem 25 stoffes w^;rd jedoch erst in der zweiten Verfahrenssttife das Frischgas aus unverdünntem reinem Sauerstoff entfernt.

besteht, und die typischen frühen Frischreaktionen Es ist für das erfindungsgemäße Verfahren wesentvon Silizium und Kohlenstoff erfolgen deshalb in viel lieh, daß es eine genaue Kontrolle über den Mangangeringerem Ausmaß. Die heißen Gase haben in dieser gehalt des durch den erfindungsgemäßen Frischprozef Stufe"eine Temperatur von etwa 2200 bis 2750 C und 30 erhaltenen Stahles ermöglicht.

unterstützen das Flüssigwerden des schlackenbildenden In Walzstählen verbessert ein Mangangehalt vor

Materials zur Bildung einer reaktionsfähigen flüssigen 0,30 bis 0.40% die Walzeigenschaften des Stahls er

Schlacke innerhalb der ersten Minuten von Stufe I. heblich. Selbst bei einem Roheisen, das einen verhältnis

Auf diese Weise wird bei dem Verfahren eine reaktions- mäßig hohen Mangangehalt besitzt, wird bei einerr

fähige basische Schlacke gebildet, was vorteilhaft ist 35 normalen L.D.-Frischprozeß ein Stahl erhalten mi'

bei der Entstehung von überschüssiger Kieselsäure, da einem Mangangehalt von weniger als 0,15 °,'_o, und dei

dabei der Angriff der Kieselsäure auf die basische Aus- Ausgleich muß dadurch geschaffen werden, daß Ferro

kleidung des Konverters vermindert wird. Dies steht mangan in die Gießpfanne zugesetzt wird. Bei Stähler

im Gegensatz zu dem autogenen L. D.-Prozeß, bei dem mit anderem Verwendungszweck ist jedoch oftmals eir

die Schlackebildung abhängig ist von der Wärme, die 40 Mangangehalt, der so klein wie möglich ist, erwünscht

durch den exothermen Frischprozeß gebildet wird bei Es wurde festgestellt, daß der Mangangehalt ir

de- Reaktion des kalten Sauerstoffes mit den Ver- einem nach dem erfindungsgemäßen FrischprozeL

unreinigungen im Roheisen, mit dem der Konverter hergestellten Stahl durch Änderung der Dauer dei

beschickt wurde. Stufe I beeinflußt werden kann. Im allgemeinen wire

Das Verhältnis des zugeführten Sauerstoffes zu dem 45 eine kurze Stufe I einen Stahl ergeben, der einen ver

zueeführten Brennstoff wird zweckmäßig, wie die fol- hältnismäßig hohen Mangangehalt hat, im Vergleicl

genden Beispiele zeieen, so gewählt, daß der Überschuß zu einem nach dem L.D.-Frischprozeß herge^ellter

an Sauerstoff zwischen 25 und 300 % der Sauerstoff- Stahl, wenn von dem gleichen Roheisen ausgeganger

menge liest, die theoretisch zur vollständigen Ver- wird. Eine lange Stufe I ergibt einen Stahl mit ver

brennuna ~des Brennstoffes erforderlich ist. Vorzugs- 50 hältnismäßig niedrigem Mangangehalt im Vergleicl

weise wird ein Sauerstoffüberschuß von 50 bis 150% zum L.D.-Verfahren, wenn dies zur Herstellung eine;

und insbesondere ein Sauerstoffüberschuß von 60 bis vergleichbaren Stahles angewandt wird. So ist es mög

70° ο angewandt. Ein Überschuß an freiem Sauerstoff lieh, durch die Dauer der Stufe Γ den Mangangehalt in

von mehr als 300% in Stufe I ergibt eine verhältnis- Stahl nach Wunsch zu beeinflussen,

mäßig geringe Schlackenbildung und Badbeeinfiussung. 55 Die Stufe II ist der Verfahrensschritt, in welchem ir

da durch den Sauerstoffüberschuß eine kühlere der Hauptsache die Entkohlung der Schmelze statt

Flamme erhalten wird und auch weil der höhere Über- findet. Während dieses Verfahrensschrittes erfolgt da;

schuß Frischreaktionen bewirkt, insbesondere Silizium- Frischen mit einem hohen Überschuß an freiem Sauer

reaktionen, zu einem Zeitpunkt, der in diesem Verfah- stoff, gegenüber der zur vollständigen Verbrennung de: ren zu früh ist. Ein Überschuß von weniger als 25% 6° Brennstoffes erforderlichen Sauerstoffmenge, insbe

ergibt eine unnötige Verlängerung der Frischzeit, die sondere mit einem Überschuß von 1000 bis 1300%

auf eine geringere Wärmeübertragung des verbrannten Ist der Brennstoff ein flüssiger kohlenstoffhaltige!

Öles zurückzuführen ist. Ferner kann der geringere Brennstoff, wie Heizöl, so hat es sich als zweckmäßig

Überschuß dazu führen, daß ein höherer Prozentsatz erwiesen, den Sauerstofffluß aufrechtzuerhalten und die an Eisenoxyd in der Schlacke verbleibt, wobei durch 65 Brennstoffzufuhr zur Lanze entsprechend zu vermin

ein »weiches« Blasen die Ausbeute vermindert wird. dem. Der hohe Überschuß an Sauerstoff in Stufe Ii

Indessen kann der vorgesehene Überschuß verändert bewirkt ein heftiges Kohlenstoff kochen in der Schmelze

werden, wenn Brennstoffe von wesentlich verschiede- und der größte Teil der Kohlenstoffreinigung des Ver

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fahrens erfolgt in dieser Stufe. Der heiße Frischgasstrom, der in dieser Verfahrensstufe von der Blaslanze ausgeht, enthält 90 bis 95 Gewichtsprozent freien Sauerstoff und ist mittels der Austrittsöffnungen oder Düsen der Lanze mit hoher Geschwindigkeit nach abw^i ts gerichtet. Die heißen Gase, die insbesondere eine Temperatur in der Größenordnung von 1370 bis 1650⁰C besitzen, tragen dazu bei, dV Schlacke flüssig zu erhalten, da sie ein Abkühlen oder Einfrieren der Schlacke verhindern, das beim L.D.-Verfahren eintreten kann, weil kalter Sauerstoff mit einer Temperatur von - 100 C auf die Beschickung geblasen wird.

Die Dauer der Verfahrensstufe II beträgt im allgemeinen 8 bis 15 Minuten und ist größer oder kleiner, je nach dem gewünschten Kohlenstoffgehalt und der gewünschten Endtemperatur. Die Dauer der Stufe II ist auch abhängig von dem Verhältnis der im Einsatz enthaltenen Schrottmenge. Im allgemeinen führt ein höherer Schrottgehalt im Tinsatz zu einer kürzeren Dauer von Stufe II.

Stufe III des Verfahrens dient zum Fertigmachen der Schmelze und ist eine Endreinigungs- und Verbesserungsstufe, in der so weit wie möglich die End- »emperatur und der Kohlenstoffgehalt eingestellt werden. Dies wird bewirkt durch Erhöhung des Geha'tes an Verbrennungsprodukten im Frischgasstrom, derart, daß der Überschuß an ungebundenem Sauerstoff gegenüber der zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes erforderlichen Menge etwa 25 bis 200 °/₀ beträgt.

Die Dauer der Stufe IM ist im allgemeinen bestimmt durch die Notwendigkeit, sicherzustellen, daß in dem Verfahren der insgesamt erforderliche Brennstoff verwendet wird. Bei einer zweckmäßigen Durchführung des Verfahrens liegt die erniedrigte zweckmäßige Temperatur zwischen 1590 bis 1610⁰C. Diese Temperatur wird eingestellt durch die Menge des Schrotts, der in den Einsatz eingebracht wird und durch die Gesamtmenge an Brennstoff, die dem Frischgefäß während des Blasens zugeführt wird, um den Einsatz zu erhitzen. Die Dauer der Verfahrensstufe III beträgt im wesentlichen etwa 5 bis 16 Minuten. Die heißen Frischgase, die in Stufe III des Prozesses verwendet werden, enthalten genügend freien Sauerstoff, um den Frischprozeß zu vervollständigen in einer Weise, bei der Kohlenstoffgehalt und Endtemperatur schrittweise f^eherrschbar angenähert werden. Dies steht im Gegensatz zu dem autogenen Blasverfahren im L.D.-Prozeß, hei dem der kalte Strom reinen Sauerstoffs während des ganzen Frischprozesses 3uf die Charge geblasen vvird. und bei dem es keine Möglichkeit gibt, am Ende des Verfahrens die gewünschten Endpunkte zu erreichen.

Ein Flußdiagramm des Verfahrens ist in F i g. 1 dargestellt. IirTGegensatz zum L.D.-Prozeß ermöglicht es das Verfahren nach der Erfindung, einen hohen Prozentsatz an Schrott in den Einsatz einzubringen, der insbesondere bei 40 Gewichtsprozent liegt, im Vergleich zu 30 Gewichtsprozent bei dem praktisch durchgeführten L.D.-Verfahren. Das Verfahren ist jedoch" bezüglich der verwendeten Schrottmenge veränderbar.

Im weiteren Gegensatz zum L.D.-Verfahren ist die Teilchengröße des beim Verfahren nach der Erfindung entstehenden Rauches wesentlich größer als die Teilchengröße des Rauches, der beim L.D.-Prozeß entsteht, und die Gesamtmenge ist wesentlich geringer. Dies erleichtert die Abtrennung und Ausscheidung des Ab ganges.

Der gesamte Frischprozeß nach der vorliegendei Erfindung erfordert im allgemeinen 20 bis 30 Minuten aber diest Dauer kann geändert werden, wenn die notwendig oder wünschenswert ist, und hängt zun Teil von der Sauerstoff menge ab, die dem Konverter gefäß zugeführt werden kann, sowie von den Eigen schäften des Brennstoffes und den Eigenschaften de

ίο Blaslanze. Im allgemeinen wird, je größer dii Sauerstoffzufuhr ist, die Dauer des Frischprozessei kürzer.

Verschiedene Düsen oder Lanzen können praktiscl für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden

und die möglichen Änderungen sind für den Fachmani leicht erkennbar. In den Verfahrensstufen werder Ströme von flüssigem kohlenstoffhaltigem Brennstofl und im wesentlichen reiner Sauerstoff in den im vorstehenden angegebenen Verhältnissen der Blaslanzf zugeführt und in dieser in Berührung gebracht, so dal; ein Brennstoff-Sauerstoff-Strom entsteht. Der Brennstoff-Sauerstoff-Strom wird von der Lanze vorzugsweise mit Überschallgeschwindigkeit ausgestoßen, um die Turbulenz in dem Strom zu beseitigen oder zu vermindern. Turbulenz in dem Strom soll im allgemeinen vermieden werden, um eine wirksame Einwirkung der heißen Frischgase auf die Schmelze sicherzustellen. Die Strahlungshitze der Gefäßwandungen und der Schmelze ist ausreichend, um die Entzündung zu bewirken und eine Flamme herzustellen, die von den Austrittsöffnungen der Lanze ausgeht. Die heißen Frischgase, die von der Flamme ausgehen, enthalten Verbrennungsprodukte und freien Sauerstoff und sind im wesentlichen von der Lanze nach unten und nach außen mit hoher Geschwindigkeit gegen den Einsatz gerichtet.

Es hat sich ergeben, daß eine an sich bekannte Lanze, mit der in F i g. 3 dargestellten Düsenanordnung, besonders geeignet ist. Diese Lanze enthält einen länglichen Grundkörper 11, an dessen unterem Ende das Brennermundstück 12 angeordnet ist. Im Inneren des Grundkörpers 11 der Lanze sind eine Anzahl kreisringförmiger Kanäle oder Leitungen angeordnet, durch die Sauerstoff und flüssiger Brennstoff einer Anzahl Austrittsöffnungen 13 im Mundstück 12 zugeführt werden. Die Anzahl der Düsen ergibt sich in gewissem Ausmaß durch die Größe des Frischbehälters. Bei kleinen Behältern ist eine einzelne Düse ausreichend. Es hat sich aber ergeben, daß bei den üblichen Konvertergrößen von 200 bis 300 t Inhalt eine Lanze mit drei oder vier Austrittsöffnungen 13 in einem Brennerkopf 12 geeignet ist. Die Brennstoffzuführung besteht aus einem Rohr 14 und ist zweckmäßig zentral in dem Grundkörper 11 der Lanze angeordnet. Mehrere Rohre 23 sind über Schweißverbindungen mit der Brennstoffzuleitung 14 fest verbunden und erstrecken sich nach abwärts, wobei die Zahl der Rohre 23 der Zahl der Austrittsöffnungen 13 und der Zahl der Sauerstoffzuführungsrohre 21 entspricht, die im Winkel zur Längsachse der Lanze angeordnet sind und Mittel zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Sauerstoffes, wie Venturirohre 33, enthalten. Die Brennstoffzufuhrleitung ist zweckmäßig umgeben von einem ringförmigen Raum, der sich zwischen der Brennstoffleitung und der Sauerstoffleitung befindet,

um das vorgeheizte Öl in der ölzuführung zu isolieren. Dies ist notwendig, wenn als Brennstoff Schweröle verwendet werden, da die niedere Temperatur des Sauerstoffes, der durch die Sauerstoffzuführungs-

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leitung 18 fließt, das Öl zum Einfrieren bringen und dadurch den Ölzufluß verhindern könnte.

Jedes der Brennstoffrohe 23 hat ein Endstück, das in dem entsprechenden Sauerstoffzuführungsrohr 21 befestigt ist, so da."¹, der durch diese Ziiführungsrohre zu den Aiistrittsöffiumgen fließende Sauerstoff in einem Ringraum um die entsprechende Brennstoffzuleitung fließt, wobei der Brennstoff beim Austreten aus den Austrittsöffnungen von Sauerstoff umgeben ist.

Die Düsenanordnung der Lanze ergibt ein Austreten des Brennstoffes in einem Strom aus im wesentlichen reinem Sauerstoff, der, wenn er aus der Düse austritt, sich entzündet und eine kurze Flamme ergibt, die mantelartig von einer Hülle umgeben ist, die reich an freiem Sauerstoff ist. Diese Anordnung stellt sicher, daß während des Frischprozesses die Verbrennungsprodukte, aber nicht die Flamme selbst, in Berührung mit der Schmelze und mit der Schlacke kommen, wodurch eine Beeinträchtigung der Schmelze durch im Brennstoff enthaltene Verunreinigungen, wie Schwefel, verhindert ist. Die Vermeidung einer Beeinträchtigung der Charge durch Verunreinigungen ist für das Verfahren gemäß der Erfindung wesentlich.

Die folgenden Beispiele erläutern weiterhin das Verfahren nach der Erfindung.

Beispiel 1

Ein oben offener Konverter wurde beschickt mit 122000 kg geschmolzenen Roheisen;., 79600 kg Stahlschrott und 7060 kg kalten Roheisens, entsprechend einem Verhältnis von 58,5 °_/0 zu 38,3 % zu 3,2% des Gewichtes der Gesamtbeschickung. Die Analyse des Roheisens war: C 4.6%. Mn 0,94^c/₀. P0.09⁰/₀ und Si 0,70%. Das geschmolzene Eisen befand sich auf einer Temperatur von 1342^CC. Eine Blaslanze von der in F i g. 3 dargestellten und beschriebenen Art, mit vier Austrittsöffnungen, v.nrde in den Konverter eingebracht bis zu einer Höhe von 229 cm oberhalb der ruhigen Badoberfläche. Der Lanze wurde während der ersten Verfahrensstufe ein Bunker C-Heizöl zugeführt, mit einem Heizwert von 6844 Kcal'l bei einem Brennstoffaufwand von 1021 pro Minute, und Sauerstoff hoher Reinheit in einer Menge von 490 cbm/Min., was einem Sauerstoff Überschuß von 110% über die zur vollständigen Verbrennung des Heizöles erforderlichen Menge entspricht. Die beiden Ströme wurden innerhalb der Lanze miteinander in Berührung gebracht, wobei das Heizöl vom Sauerstoff umgeben war, und der erhaltene Strom wurde nach abwärts und außen aus dem Mundstück der Lanze mit Überschallgeschwindigkeit ausgespritzt. Die Entzündung erfolgte beim Austreten und ergab eine kurze Flamme von etwa 61 cm Länge, gemessen von den Austrittsöffnungen. Nach 2 Minuten wurden 5670 kg Ätzkalk und 1135 kg Dolomitkalk in den Konverterbehälter gegeben. Nach 8 Minuten wurde der gleiche Zusatz noch einmal zugegeben. Es wurde festgestellt, daß während dieser Zeit praktisch keine Rauchbildung stattfand. Nach 4 Minuten war die erste Verfahrensstufe beendet, und die Brennstoffzufuhr wurde vermindert auf 15,13 l/Min. Die Sauerstoffzufuhr wurde unverändert gehalten, so daß sich ein Sauerstoffüberschuß von 1300% über die zur vollständigen Verbrennung des Heizöles erforderliche Menge ergab. Mit der Verminderung der Ölmenge setzte eine heftige Entkohlung des geschmolzenen Metalls ein. Diese zweite Verfahrensstufe wurde 8 Minuten lang durchgeführt, daraufhin wurde die Heizölzufuhr wieder erhöht auf 132,5 I/ Min., was einem Sauerstoffüberschuß von 65% entspricht. Die Brennstoffzufuhr wurde mehr als 16 Minuten lang auf dieser Höhe gehalten, so daß sich eine Gesamtblaszeit von 28 Minuten ergab. Die Sauerstoffzufuhr blieb unverändert. Der Konverter wurde bei einer Temperatur von 1603⁰C gekippt, und der erhaltene Stahl hatte folgende Analyse: C 0.03%, Mn 0,09%, P 0.005 %. Der FeO-Gehalt in der Schlacke betrug

ίο 27%. Während des Frischverfahrens wurde die Lanze von ihrer Ausgangsstellung, die 229 cm oberhalb des ruhigen Badspiegels betrug, in eine Stellung gesenkt, die 138,5 cm über dem Badspiegel lag. Der während des Frischprozesses austretende Rauch hatte une Teilchengröße, die wesentlich größer war als im Rauch eines üblichen L. D.-Frischprozesses.

Beispiel 2

Ein oben offener Konverter wurde beschickt mit 122000 kg geschmolzenem Roheisen, 8000C kg Schrott und 6890 kg kaltem Roheisen, entsprechend dem Gewichtsverhältnis 58,4% zu 38,4% zu 3,2% der Beschickung. Das Roheisen halte folgende Analyse: C 4,55%, Mn 1,0%, P 0.09% und" Si 0,70%. Das geschmolzene Eisen hatte eine Temperatur "on 141O⁰C.

Es wurde die gleiche Blaslanze benutzt wie im lleispiel 1, und sie wurde wieder in eine Höhe von 229 cm über der ruhigen Badfläche eingestellt. Während der ersten Verfahrensstufe wurde das gleiche Heizöl ,vie im Anspruch 1 und in der gleichen Menge pro Minute zugeführt und reiner Sauerstoff in einer Menge von 487 m³/Min. Die Ströme wurden wieder in der La ize so zusammengeführt, daß das Heizöl vom Sauerstoff umgeben war, und der Gesamtstrom winde nach ibwärts und außen aus der Lanze mit Überschallgeschwindigkeit ausgespritzt. Die Entzündung des Brennstoffes erfolgte beim Ausspritzen und ergab eine kurze Flamme. Nach 2 Minuten wurden 7390 kg Ätzkalk und 1135 kg Dolomitkalk zugesetzt und nach 8 Minuten eine gleiche Zugabe wiederholt. Während dieser Verfahrensstufe fand praktisch keine Rauchbildung statt.

Nach 4 Minuten wurde die erste Reinigungsstufe beendet und die Brennstoffzufuhr auf 15,13 l/Min, vermindert. Die Sauerstoffzufuhr wurde unverändert beibehalten, um einen wesentlichen Überschuß über die zur vollständigen Verbrennung des Heizöles erforderliche Menge zu erzielen. Mit der Verminderung der Brennstoffzugabe setzte eine heftige Entkohlung der Metallschmelze ein. Die zweite Verfahrensstufe wurde während 8 Minuten durchgeführt, und daraufhin wurde die Heizölmenge wieder erhöht auf 132,5 I/Min. und diese Menge aufrechterhalten für die Restdauer des Blasens, nämlich weitere 14 Minuten, so daß die gesamte Blaszeit 27 Minuten betrug. Der Konverter wurde bei einer Temperatur von 1608 "C gekippt, und der erzeugte Stahl hatte folgende Analyse: C 0,04%. Mn 0,09 %, P 0,01 %. Der FeO-Gehalt der Schlacke betrug 29,5%.

Während des Frischprozesses wurde die Lanze von ihrer Ausgangsstellung 229 cm oberhalb der Oberfläche des Bades beim folgenden Verfahren abgesenkt, und zwar 5 Minuten nach dem Beginn des Blasens auf 177,5 cm. 8 Minuten nach dem Beginn des Blasens auf 138.5 cm, 12 Minuten nach dem Beginn des BIa-

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Deutsche Kl. Auslegetag:

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16. Dezember 1971

Zur.chlciq busi.-,eher., schl ackenbi Idenaen Πα r.eri-31 s , achmelzen des Schrotts, Lchl acker.-bildung u-i l vorläufiges Frischen mif-. einem heißen Gasgemisch, das reich cn Verbrennungs- -rodukten und arm an ungebundenem Sauersf-ofi

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sens auf 127 cm und 20 Minuten nach dem Beginn des Bissens auf 138.5 cm.

Beispiel 3

Beispiel 2 wurde wiederholt mit einem Einsatz von 122000 kg geschmolzenem Metall, 79400 kg Schrott und 6800 kg kaltem Roheisen. Der Einsatz an geschmolzenem Roheisen hatte folgende Analyse: C4,66%, Mn 0,84%, P0,08%, Si 0,66%. und die Anfangstemperatur betrug 1315°C. Die Heizölzufuhr betrug in der ersten Verfahrensstufe 102 l/Min., und die Blasfolge war folgende:

Dauer der ersten Stufe: 10 Minuten; Dauer der zweiten Stufe: 10 Minuten mit einer Ölzufuhr von 15,13 I/ Min.; Dauer der dritten Stufe: 8 Minuten mit einer ölzufuhr von 102 l/Min. Die Sauerstoffzufuhr betrug 482cbm/Min. während des gesamten Blasprozesses von ^:p_s.gesamt 28 Minuten. Zweimal wurde ein Zuschlag von je 5670 kg Ätzkalk und 907 kg Dolomitkalk zugegeben.

Die Ausgießtemperatur betrug 1588°C. Die Analyse ergab: C 0,045%. Mn 0,07%, P 0,01%, und die Schlacke enthielt 26.0% FeO. Die Einstellung der Lanze war folgende: Ausgangshöhe über der ruhigen Badoberfläche 229 cm, 5 Minuten nach Beginn des Blasens 177,5 cm. 8 Minuten nach Beginn des Rlasens 138,5 cm, 13 Minuter nach Beginn des BJasens 127 cm und 20 Minuten nach Beginn des Blasens bis zum Ende 138.5 cm.

30 Beispiel 4

Beispiel 2 wurde wiederholt mit einem Einsatz von 130000 kg geschmolzenem Eisen (62,3%). 78900 kg Schrott (37,7%). Der Zuschlag betrug 12000 kg Ätzkalk und 240 kg Dolomitkalk und wurde in zwei gleichen Zugaben nach 2 und 8 Minuten nach dem Beginn des Blasens zugesetzt.

Die eingesetzte Schmelze hatte folgende Analyse: C 4,54%, Mn 0,98%. P 0,10%, Si 1,05%. Die Temperatur der Schmelze betrug 1352°C.

Das dreistufige Verfahren wurde folgendermaßen (durchgeführt:

In der ersten Verfahrensstufe wurden dem Brenner 132,5 l/Min. Heizöl zugeführt. Nach 5 Minuten war tfie erste Stufe beendet, und die Ölzufuhr wurde herabgesetzt auf 15,13 l/Min., und nach weiteren 11 Minuten fc'urde die zweite Stufe beendet, und die Ölzufuhr erlöht auf 132,5 l/Min, für die restliche Blaszeit, nämlich für weitere 11 Minuten. Der gesamte Ölverbrauch betrug 2240 I. Während des Blasens betrug die Sauerstoffzufuhr ständig 488 m³/Min.

Beim Kippen betrug die Temperatur der Schmelze 1608⁰C. und die Analyse ergab: C 0,04%, Mn 0,10%. P 0,010 % ,und die Schlacke enthielt 18,1 % FeO.

Die Blaslanze war wieder bei Beginn auf eine Höhe von 229 cm über der Badoberfläche eingestellt. Nach 5 Minuten 177,5 cm, nach 8 Minuten nach Beginn des Blasens 138,5 cm, nach 11 Minuten vom Beginn des Blasens 114,5 cm, und die Lanze wurde auf dieser Höhe gehalten bis zur Beendigung des Blasens.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Frischen von Eisen zu Stahi ir einem Konverter unter Verwendung eines heißer Frischgasstromes, der aus einer mit Sauerstoff und flüssigem Kohlenwasserstoff gespeisten Lanze austretend, mit hoher Geschwindigkeit abwärts gegen den Einsatz gerichtet ist und Verbrennungsprodukte und freien Sauerstoff enthält, wobei während der gesamten Blaszeit mit Sauerstoffüberschuß gefahren und das Verhältnis des Sauerstoffes zum flüssigen Brennstoff geändert wird, und der gegen den Einsatz gerichtete Frischgasstrom einen sauerstoffreichen Mantel besitzt, der die Berührung unverbrannten Brennstoffes mit der Schmelze oder mit reaktionsfähigen Teilen der Schlacke verhindert, dadurch gekennz"ichnet, daß das Verfahren aus drei Stufen besteht, wobei in allen drei Stufen der Sauerstoffüberschuß über die zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes notwendige Menge mindestens 25% beträgt, daß in der ersten, schlackenbildenden und vorfrischenden Stufe der Gasstrom reich an Verbrennungsprodukten und relativ arm an freiem Sauerstoff ist, während in der zweiten Entkohlungsstufe der Gasstrom relativ arm an Verbrennungsprodukten und relativ reich an freiem Sauerstoff ist und in der dritten Stufe zum Fertigmachen der Schmelze der Gasstrom wieder relativ reich an Verbrennungsprodukten und relativ arm an freiem Sauerstoff ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Verfahrensstufe das Verhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff so gewählt wird, daß der Sauerstoffüberschuß über die zur vollständigen Verbrennung theoretisch erforderliche Menge 25 bis 300% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff Überschuß 50 bis 150" „ beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffüberschuß 60 bis 70° „ beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß während der zweiten Entkohlungsstufe der Überschuß an freiem Sauerstoff über die zur vollständigen Verbrenn^, -g des Brennstoffes theoretisch erforderliche Menge — wie an sich bekannt — 1000% oder bis zu 1300% beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der ersten Verfahrensstufe 4 bis 10 Minuten, die Dauer der zweiten Verfahrensstufe 8 bis 15 Minuten und die Dauer der dritten VerfahrenssHife 5 bis 16 Minuten beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis r>. dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Stufe zum Fertigmachen der Schmelze der Überschuß an freiem Sauerstoff über die zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes theoretisch erforderliche Menge 25 bis 200% beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen