DE19545831C2

DE19545831C2 - Verfahren zum Betreiben einer Doppelgefäß-Lichtbogenofen-Anlage sowie Doppelgefäß-Lichtbogenofen

Info

Publication number: DE19545831C2
Application number: DE19545831A
Authority: DE
Inventors: Karl-Josef Schneider
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2015-12-09
Also published as: DE19545831A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie einen Doppelgefäß-Lichtbogenofen.

Für die Rohstahlerzeugung sind eine Reihe von Verfah renswegen bekannt, die einerseits über den klassischen Weg Hochofen - Konverter überwiegend heißes, flüssiges Roheisen in Kombination mit Schrott verarbeiten und andererseits Schmelzgefäße, beispielsweise Elektro- Lichtbogenöfen, bei denen überwiegend kalte bzw. vor gewärmte Einsatzstoffe, wie Schrott und Eisenschwamm, zum Einsatz kommen.

Elektro-Lichtbogenöfen wurden überwiegend als Einzel aggregate verwendet und betrieben.

In den letzten Jahren sind von der Anmelderin Doppel- Gefäß-Ofenanlagen entwickelt worden, die wegen der sich verschärfenden Knappheit von Ressourcen an Energie und Einsatzstoffen eine kostengünstige und umweltfreund liche Stahlerzeugung zum Ziel hatten.

Diese Doppelgefäßanlagen werden in der Weise betrieben, daß ein Ofengefäß für den Einschmelz- bzw. Feinungs vorgang des Schrottes/Schmelze verwendet wird. Das andere Ofengefäß befindet sich entweder in einer Zwischenreparatur oder es wird für die kurzfristige Vorwärmung des Einsatzmateriales mittels außen am Ofen gefäß angebrachten Öl-/Sauerstoff- oder Gas-/Sauer stoffbrennern verwendet.

Die in letzter Zeit entwickelten und in Betrieb genommenen Doppelgefäß-Lichtbogenöfen zeichnen sich dadurch aus, daß beispielsweise wesentliche Teile der elektrischen Ausrüstung - Transformatoren, Gleich richter, Hochstromkabel u. a. - nur einmal vorhanden sind, wobei die Schwenkvorrichtung, Stromzuführung, Elektroden, Ofendeckel und Ofendeckel-Schwenkvorrich tung für jedes Ofengefäß verfügbar sind.

Bei einem anderen Doppelgefäß-Lichtbogenofen sind sowohl die Transformatoren, Gleichrichter, Hochstrom kabel u. a. als auch die Schwenkvorrichtung, Strom zuführung und Elektroden nur einmal vorhanden, Ofen deckel und Ofendeckel-Schwenkvorrichtungen sind jedoch für jedes Ofengefäß verfügbar.

Darüber hinaus ist aus der EP 0 483 322 B1 ein Einschmelz aggregat mit zwei nebeneinander angeordneten Schmelzge fäßen mit verschließbaren Gefäßdeckeln bekannt, wobei jeder Schmelzofen zwei Gasdurchtrittsöffnungen sowie absperrbare Gasleitungen aufweist, die jeweils einen Schmelzofen mit dem anderen Schmelzofen verbinden, so daß zum Vorheizen von metallischem Einsatzmaterial die beim Schmelzprozeß entstehenden Ofengase des einen Schmelzofens in den jeweils anderen Schmelzofen ein geleitet werden können, wobei bei jedem Schmelzofen an einer Seite ein Schacht angebracht ist, der in seinem oberen Bereich eine verschließbare Beschickungsöffnung für das Einsatzmatrial und eine Gasdurchtrittsöffnung des betreffenden Schmelzofens aufweist.

Aus der DE 43 02 285 C2 ist ein Verfahren und Einrichtung zum Betreiben einer Zweiofenanlage bekannt, bei der einer der beiden Öfen zum Einschmelzen des Schrottes mit elektrischem Strom versorgt und der andere voll ständig vom Netz getrennt wird.

Der vom Stromnetz genommene Ofen wird mit Schrott chargiert, anschließend wird das Ofengefäß mit einem Deckel verschlossen und das im Gefäßraum befindliche Gas wird oberhalb der Schrottsäule abgesaugt.

Über eine zwischen beiden Öfen vorgesehene Verbindungs leitung wird das Rauchgas aus dem im Betrieb befind lichen Ofen abgesaugt, wobei während des Absaugens des Rauchgases aus dem vom Stromnetz getrennten Ofen die Rauchgasverbindung des anderen Ofens zur Gasreinigung unterbrochen wird.

Aus der DE 44 45 209.A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Doppelgefäß-Lichtbogenofens zur Stahlerzeugung bekannt, bei dem der metallische Einsatz von flüssigem Roheisen bis zu 70% beträgt. Eines der beiden Ofengefäße wird während des Verfahrensablaufes vom Stromnetz getrennt, das zweite Ofengefäß verbleibt jedoch am Stromnetz.

Das Verfahren wird jedoch zeitgleich in beiden Ofenge fäßen durchgeführt, wobei in einem Ofengefäß nach der Konverterphase gearbeitet wird - Frischen des flüssigen Roheisens mit Sauerstoff durch eine Blaslanze - bei gleichzeitiger Zugabe von Eisenschwamm/Kühlmitteln und Kalk. Im anderen Ofengefäß läuft die Lichtbogenofen phase ab, bei der weiterer Eisenschwamm/Kühlmittel bei reduzierter Sauerstoffmenge und weiterer Kalk/Kohle zufuhr mittels Lichtbogen eingeschmolzen wird.

Die auf einer Schwenkvorrichtung angeordneten Elektroden sind wahlweise zu Ofengefäß 1 oder 2 schwenkbar.

Für die Erzeugung von leicht- und mittellegierten Kohlenstoffstählen bis zu hochlegierten Edelstählen werden bisher Lichtbogenöfen verwendet, die als Einzel aggregate arbeiten, die sowohl mit einer konventio nellen Abstichrinne als auch bereits mit einem Boden abstich direkt in Verlängerung des Ofenherdes ausge rüstet sind.

Die Produktion von Kohlenstoff(C)-Stählen und von rost-, säure- und hitzebeständigen (RSH)-Güten für eine Jahreserzeugung kleiner als 1 Mio t erfolgt heute nach zwei unterschiedlichen Prozeßrouten, in die nicht nur das eigentliche Schmelzgefäß, sondern auch die sekundärmetallurgischen Nachbehandlungsanlagen einge schlosen sind und die beide mit einem Elektro-Licht bogenofen (LBO) als Einschmelz- oder Vorschmelzgefäß starten:

C-Stähle:
LBO/Doppel-LBO - Pfannenofen - Stranggießanlage

RSH-Stähle:
LBO - Konverter - Vakuumanlage - Stranggießanlage.

Während die Sekundärmetallurgie für die beiden Qualitätsgruppen deutliche Unterschiede aufweist, wird der Elektro-Lichtbogenofen als Schmelzaggregat für beide Gruppen eingesetzt. Im Hinblick auf die verfahrenstechnischen Unterschiede bei der Erschmelzung der beiden Qualitätsgruppen haben sich jedoch bei der Ausführung des Ofens folgende Unterschiede als sinnvoll erwiesen:

C-Stähle:
LBO als UHP-Ofen mit kurzen Einschmelz zeiten und exzentrischem Bodenabstich (EBT) für einen schlackenfreien Abstich und Sumpffahrweise oder entsprechender Doppel-LBO.

RSH-Stähle:
LBO nach herkömmlicher Bauart mit Abstich über eine Schnauze, wobei die Schmelze oder auch eine Vorschmelze und die Schlacke komplett in eine Pfanne entleert werden.

Dieser wesentliche Unterschied in der Abstichtechnik liegt in der hohen Chromverschlackung bei RSH-Stählen begründet. Ein wirtschaftliches Chromausbringen erfordert eine Reduktion der Ofenschlacke während des Abstichvorganges, d. h. Stahl und Schlacke müssen gemeinsam in die Pfanne abgestochen werden. Weitere Nachteile eines Bodenabstiches bei RSH-Stahlen betreffen die Sumpffahrweise, wenn ein Wechsel von ausstenitischen zu ferritischen Stahlen erfolgt sowie die erhöhten Wartungsprobleme im Bereich des Boden abstiches bei Chromschlacken.

Durch den wachsenden Bedarf an RSH-Stählen wird bei neuen Anlagen in zunehmendem Maße von den Betreibern ein kombiniertes Qualitätsprogramm mit C-Stählen und RSH-Güten mit einer entsprechend der Marktsituation gebotenen Flexibilität des Produktionsprogrammes gefordert.

Diese Forderung konnte bisher durch zwei Lösungen realisiert werden:

1) Vollkommen getrennte Produktionslinien mit zwei LBO's Vorteile

- hohe Flexibilität

Nachteile

- hoher Investitionsaufwand
- geringe Auslastung der Anlagen

2) Eine Produktionslinie mit einem LBO mit Wechselgefäß bzw. einem Wechselboden Vorteile

- geringerer Investitionsaufwand gegenüber 1)

Nachteile

- eingeschränkte Flexibilität, Betrieb nur in Kampagnen mit ca. 50% C-Stahl und 50% RSH-Güten möglich
- Aufwand des Gefäßwechsels ca. 1 × je Woche
- erhöhte Krankapazität erforderlich
- Problematik des Abstiches durch unterschiedliche Positionen Ofen/Pfanne.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und einen Doppelgefäß-Lichtbogenofen zu schaffen, die eine Kombination der Vorteile der bekannten Lösungen bei gleichzeitiger Minimierung der aufgezeigten Nachteile aufweisen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Doppelgefäß-Lichtbogenofen mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Die Unteransprüche betreffen eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.

Der erfindungsgemäße Doppelgefäß-Lichtbogenofen, der sowohl als Drehstromofen mit drei Elektroden als auch als Gleichstromofen mit einer Deckelelektrode und einer Bodenelektrode ausgeführt werden kann, vereint die Vor teile der bekannten Ausführungen wie folgt:

- Programmspezifische Ausführung der beiden Ofengefäße für die oben beschriebene Produktion der Stahlquali täten (C- oder RSH-Stähle),
- große Flexibilität für die Durchführung des Produk tionsprogrammes, d. h. alle Varianten von 100% C-Stahl bis 100% RSH-Stahl sind möglich, ein Pro grammwechsel ist beliebig zwischen aufeinander folgenden Chargen möglich, Einschränkungen sind wie bei allen bekannten Lösungen nur durch die nachge schalteten Anlagen (z. B. Konverterverfügbarkeit) gegeben,
- Konzentriertes Layout und optimaler Stofffluß für die beiden Produktionslinien LBO - Pfannenofen und LBO - Konverter - Vakuumanlage,
- Nutzung der Vorteile der Doppelofentechnik wie z. B. minimale Totzeiten und Vorwärmung des Einsatzes (Schrott) durch die Abgase oder durch Zusatzbrenner,
- Der Zeitaufwand und die Investitionskosten für einen Gefäßwechsel entfallen,
- Die Investitionskosten bleiben im Rahmen eines Doppelofens und bringen Vorteile gegenüber zwei getrennten Öfen.

Der erfindungsgemäße Doppelgefäß-Lichtbogenofen mit auf einer Schwenkvorrichtung angeordneten und mit einer Stromzuführung verbundenen Elektroden(e) bzw. im Ofenherd angeordneter Bodenelektrode wird bei einem Ofengefäß mit einem außermittigen Bodenabstich am Ofen herd zur Herstellung von C-Stählen, bei dem anderen Ofengefäß mit einer seitlichen Abstichrinne außerhalb ders Ofenherdes zur Herstellung von RSH-Stählen aus gerüstet.

Beide Ofengefäße können zusätzlich mit seitlich ange ordneten Öl-Sauerstoff- bzw. Gas-Sauerstoff-Brennern sowie mit Blaslanzen, gekühlt oder auch ungekühlt, für die Zugabe von Schlackenbildern (Feinkalk, Feinkohle u. a.) ausgerüstet werden, um Abstichzeiten von 60 Minuten und auch kleiner zu erreichen.

Durch eine gleichzeitige Nachbehandlung der Vorschmelze in den obengenannten sekundärmetallurgischen Anlagen sind Sequenzgüsse in einer Stranggießanlage gesichert.

Dem Ofengefäß mit außermittigem Abstich wird zur Stahl nachbehandlung ein Pfannenofen (LF), dem Ofen mit Ab stichrinne wird ein mit Bodendüsen ausgestatteter Konverter und eine Vakuumanlage nachgeschaltet.

Jedes Ofengefäß ist mit einem schwenkbaren Ofendeckel und mit einem kleinen Zusatzdeckel ausgerüstet, um den Ofendeckel nach Abschwenken der Elektroden(e) ver schließen zu können.

Anstelle der kleinen Zusatzdeckel kann auch ein soge nanntes Ofendeckel-Herz aus ff-Material mit Öffnungen für das Einfahren der Elektroden(e) verwendet werden.

Die Betriebszeiten der beiden Ofengefäße sind zumin dest bei der Erzeugung von RSH-Stählen mit einem Cr-Gehalt bis ca. 10% und einem Ni-Gehalt bis ca. 20% von der Haltbarkeit der feuerfesten Zustellung des mit Bodendüsen ausgerüsteten Konverters und dessen Zeit für die Neuzustellung mit einer feuerfesten Ausmauerung incl. Aufheizen abhängig.

Neuzustellungszeiten zwischen drei und fünf Tagen sind in der Regel vorzusehen.

In der Stillstandszeit des Konverters, die Haltbarkeit der Konverterausmauerung ist erheblich niedriger als die des Elektro-Lichtbogenofens, ist das Ofengefäß in Betrieb, das mit einem Bodenabstich ausgerüstet ist und nur C-Stähle erzeugt. Daher ist völlig ausreichend, wenn der Doppelgefäßofen nur mit einer elektrischen Stromversorgung - Transformator, Schwenkvorrichtung und Deckelelektroden(e) - ausgerüstet wird, die wahlweise einem der beiden Ofengefäße zugeschaltet werden.

Bei einer Schmelzanlage dieser Ausführung ist die Erzeugung von RSH-Stählen in der Regel vorrangig.

Würde die Schmelzanlage nur mit einem Ofengefäß für beide Produktionslinien - C-Stähle und RSH-Stähle - ausgerüstet sein, müßten bei einem generellen Programm wechsel längere Stillstandszeiten in Kauf genommen werden. Dies trifft insbesondere für den Wechsel von RSH- auf C-Stähle zu, da aufgrund der hohen Cr-Ver schlackung eine Reihe von sogenannten Reinigungs schmelzen gefahren werden müßten, um die Cr-Ablage rungen auf bzw. im ff-Material zu entfernen.

Schmelzen mit einem vorher nicht zu definierenden Cr-Gehalt sind in der Regel keiner spezifischen Gütegruppe zuzuordnen und daher auch kaum verkäuflich.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrich tung wird anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ofengefäßes mit Bodenabstich,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Ofengefäßes mit Abstichrinne,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Doppelgefäßanlage mit abgeschwenkten Elektroden,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Doppelgefäßanlage mit eingeschwenkten Elektroden im Ofengefäß I.

In Fig. 1 und Fig. 2 sind die beiden unterschiedlichen Ofengefäße I und II (1) und (2) mit dem im Herdboden (21, 22) außermittig angeordneten Bodenabstich (15, 24) und mit der außerhalb des Herdbodens (21, 22) angeord neten Abstichrinne (16) dargestellt. Der Abstich (24) vom Ofengefäß II (2) befindet sich in Höhe der Schmelze (25) in der seitlichen Ofenwand (19). Die Abstichrinne (16) ist mit einer feuerfesten Ausklei dung (23) versehen.

Außer diesen obengenannten Merkmalen werden für die Ofengefäße I und II (1, 2) gleiche Komponenten ver wendet.

Bei den Ofengefäßen I und II (1, 2) werden drei Elektroden (3) verwendet, die durch ein Deckelherz (17) durch den Ofendeckel I (4) bzw. durch den Ofendeckel II (5) in das Innere abgesenkt werden.

Die Ofenwände bestehen aus gekühlten Ofenwandelementen (18) und darunter angeordneten, mit einer Ausmauerung (19) und einer Schlackentür (20) versehenen Wänden.

Auf dem Ofenherd (21), der mit einer ff-Masse (22) ausgestampft ist, bilden sich während des Einschmelzens durch die Elektroden (3) die flüssige Schmelze (25) und eine flüssige Schlacke (26).

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Doppelgefäßanlage (1 und 2) mit abgeschwenkten Elektroden (3, 8), die über eine Stromzuführung (9) mit einem Transformator (10) verbunden sind.

Beide Ofengefäße I und II (1, 2) werden durch Ofendeckel (4, 11) bzw. (5, 12) verschlossen, die an einem Schwenkwerk (6) bzw. (7) befestigt sind.

Durch außen angeordnete Zusatzdeckel (13, 14) können die in der Mitte der Ofendeckel (4, 5) befindlichen Öffnungen für die Elektroden (3) verschlossen werden.

Während Ofengefäß (1) mit einem außermittigen Boden abstich ausgerüstet ist, ist Ofengefäß (2) mit einer Abstichrinne (16) versehen.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Doppelgefäßanlage (1, 2) mit in das Ofengefäß (1) eingeschwenkten Elektroden (3). Das nicht in Betrieb befindliche Ofengefäß (2) ist durch einen Zuzatzdeckel (13) verschlossen.

Dem Ofengefäß (1) ist für die Stahlnachbehandlung der C-Stähle ein Pfannenofen (27), dem Ofengefäß (2) ist ein Konverter (28) mit Bodendüsen zur Verarbeitung des Vormetalles zur Erzeugung von RSH-Stählen nachge schaltet.

Bezugsziffernliste

1

Ofengefäß I

2

Ofengefäß II

3

Elektroden

4

Ofendeckel I

5

Ofendeckel II

6

Deckel-Schwenkwerk I

7

Deckel-Schwenkwerk II

8

Schwenkvorrichtung für

3

9

Stromzuführung

10

Transformator

11

Abgasstutzen Ofen I

12

Abgasstutzen Ofen II

13

Zusatzdeckel

14

Deckeltragvorrichtung

15

Bodenabstich

16

Abstichrinne

17

Ofendeckel-Herz

18

Gekühlte Ofenwand

19

Ausmauerung

20

Schlackentür

21

Ofenherd

22

ff-Zustellung

23

Ausmauerung der Abstichrinne

24

Abstichloch

25

Schmelze

26

Schlacke

27

Pfannenofen

28

Konverter

Claims

1. Verfahren zur metallurgischen Behandlung von Eisen zur Erzeugung von rost-, säure- und hitzebeständigen (RSH-)Stählen sowie von Kohlenstoff (C)-Stählen,
wobei zur Herstellung von RSH-Stählen die in einem Ofengefäß erzeugte RSH-Schmelze oder RSH-Vorschmelze zusammen mit der hochchromhal tigen Schlacke über eine Abgußschnauze in eine erste Pfanne abgestochen und das Ofengefäß vollständig entleert wird, während des Abstichs eine Reduktion der hochchromhaltigen Ofenschlacke durch intensive Vermi schung von Vorschmelze und Schlacke sowie gleichzeitige Zugabe von ge eigneten Reduktionsmitteln erfolgt, das Vorschmelzen-Schlackengemisch zur metallischen Nachbehandlung in eine Konverteranlage gefüllt wird, an schließend vakuumbehandelt und danach einer Stranggußanlage zugeleitet wird,
und zur Herstellung von Kohlenstoff (C)-Stählen die in einem Ofen er zeugte Vorschmelze unter Beibehaltung eines Sumpfes über einen Boden abstich im Ofen möglichst schlackenfrei abgestochen wird und nach einer Behandlung in einem Pfannenofen einer Stranggußanlage zugeführt wird,
wobei die beiden Prozesse zur Herstellung der RSH-Stähle sowie der Koh lenstoff (C)-Stähle kombiniert in einer Doppelgefäß-Lichtbogenofen-Anlage ablaufen,
wobei die RSH-Stähle in einem zweiten Ofengefäß II einer Doppelgefäß- Lichtbogenofenanlage erzeugt und in einem ersten Ofengefäß I die Kohlen stoff (C)-Stähle erzeugt werden,
während der Neuzustellung bzw. bei Stillstand der Konverteranlage auch Ofengefäß II außer Betrieb genommen wird und im Ofengefäß I eine Koh lenstoff (C)-Schmelze erzeugt wird, und nach Beendigung der Neuzustel lung der Konverteranlage das Ofengefäß II in Betrieb genommen und Ofengefäß I stillgesetzt wird.

2. Doppelgefäß-Lichtbogenofen, wobei die Ofengefäße I und II durch schwenkbare Ofendeckel verschließbar sind, mit auf einer Schwenkvor richtung angeordneten und mit einer Stromzuführung verbundenen Elektro den oder mit auf einer Schwenkvorrichtung angeordneten und mit einer Stromzuführung verbundenen Elektrode sowie einer im Ofenherd angeord neten Bodenelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß das Ofengefäß I (1) mit einem außermittigen Bodenabstich (15) am Ofenherd (21) ausgerüstet ist und daß am Ofengefäß II (2) eine seitliche Abstichrinne (16) außerhalb des Ofenherdes angeordnet ist.

3. Doppelgefäß-Lichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstichloch (24) des Bodenabstiches (15) von der ff-Zustellung (22) des Ofenherdes (21) umgeben ist.

4. Doppelgefäß-Lichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstichrinne (16) mit einer Ausmauerung (23) ausgekleidet ist und unterhalb des Abstichloches (24) am Ofenherd (21) angebracht ist.

5. Doppelgefäß-Lichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ofengefäß (1) mit Bodenabstich (15) zur Stahlnachbehandlung ein Pfannenofen (27) nachgeschaltet ist.

6. Doppelgefäß-Lichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ofengefäß II (2) mit seitlicher Abstichrinne (16) zur Stahlnachbe handlung ein Konvertergefäß (28) mit Bodendüsen nachgeschaltet ist.