DE2042811C3

DE2042811C3 - Verfahren zum Frischen von Stahl

Info

Publication number: DE2042811C3
Application number: DE2042811A
Authority: DE
Inventors: James Calvin Fulton; Sundaresan Remachandran
Original assignee: Allegheny Ludlum Industries Inc
Current assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Priority date: 1969-08-29
Filing date: 1970-08-28
Publication date: 1980-11-27
Also published as: DE2042811A1; FR2059745A1; BE755456A; DE2042811B2; JPS499007B1; FR2059745B1; GB1308212A; US3649246A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruchs 1 angegebenen Gattung, wie beispielsweise aus der GB-PS 9 44 479 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren, welches auf das Frischen von phosphorreichem Roheisen gerichtet ist, wird ein vorzugsweise 2000 bis 3000⁰C warmes Frischgas verwendet, welches nicht mehr als 40% Sauerstoff und wenigstens 40% CO₂ enthält, während der Rest im wesentlichen aus CO besteht.

Derart hohe CO₂-Gehalte des Frischgases führen jedoch zu Nachteilen, da CO2 eine höhere Wärmekapazität als CO besitzt und daher der Schmelze relativ viel Wärme entzieht. Unter dem Gesichtspunkt, das Sauerstoffangebot im Frischgas herabzusetzen, sind große CO2-Gehalte auch unzweckmäßig, weil sich CO2 ni nit Sauerstoff, sondern lediglich mit Kohlenstoff umsu/i. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ist darin zu sehen, daß alle aus dem Frischgefäß entweichenden Gase in den Abgaskamin gelangen, um von dort in die Atmosphäre einzutreten. Ferner sei bemerkt, daß das bekannte Verfahren wegen seiner hohen im Frischgas enthaltenen Sauerstoffkonzentrationen beim Frischen zu hohen Metallverschlackungen führt.

Aus der DE-OS 15 08159 ist ein Verfahren zum Gewinnen und Entstauben von kalorienreichem Konverterabgas bekannt, bei welchem gegebenenfalls in einer dem Konverter nachgeschaltetem Gasaufbereitungsanlage auftretende große Druckschwankungen dadurch vermieden werden, daß der Gasaufbereitungsanlage eine geregelte: Menge aufbereiteten Konverterabgases zugeführt wird.

Aus der DE-OS 14 58 906 ist ein Entstaubungsverfahren für Konverterabgas bekannt, bei welchem die erforderliche VorküMung des Abgases mit Hilfe einer endothermen chemischen Reaktion, wie dem Zerfall Von CO2 in Anwesenheit von Kohlenstoff zu CO, herbeigeführt wird.

Ferner ist aus der US-PS 30 03 865 ein Frischverfahren für chromhaltige legierte Stähle bekannt, bei welchen als Frischgas Luft oder Mischungen aus Luft und Sauerstoff zugesetzt werden, um den Chromabbrand gering zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung so auszubilden, daß die Sauerstoffkonzentration im Frischgas herabgesetzt wird. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1

aufgeführten Merkmale gelöst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß durch ein Recycling des Konverterabgases zum einen das Sauerstoffangebot im Frischgas auf die erforderlichen Werte herabgesetzt wird und zum anderen gleichzeitig das eingeblasene Gasvolumen auf wirtschaftlich vorteilhafte Weise konstant gehalten wird, da nicht, wie im Stand der Technik gelegentlich anzutreffen, chemisch inerte Füllgase, sondern im normalen Betrieb anfallende Hüttengase verwendet werden. Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung wird somit der Metallabbrand gering gehalten, die Badumrührung auf der erforderlichen Höhe gehalten und gleichzeitig die Entwicklung braunen Rauches auf ein unter dem Gesichtspunkt der Umweltbelastung erträgliches Maß herabgesetzt. Dadurch, daß der für metallurgische Zwecke nicht benötigte Sauerstoffanteil eingespart wird, ergibt sich ein zusätzlicher Kostenvorteil.
In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angegeben.

Bei dem Verdünnungsgas, welches erfindungsgemäß dem einzublasenden Sauerstoff zugesetzt wird, handelt es sich vorzugsweise um Kohlenmonoxid, ggf. auch um Gemische aus Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Das Verdünnungsgas wird durch Auffangen und Aufbereiten des aus dem Frischgefäß austretenden Abgases gewonnen. Wie im Anspruch 1 angegeben, sollte auf vier Teile Sauerstoff wenigstens ein Teil Verdünnungsgas zugesetzt werden, um ein spürbares Herabsetzen der Metallverschlackung zu erzielen. Das Verhältnis zwischen Verdünnungsgas und Sauerstoff kann jedoch in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie der Schmelztemperatur und der Schmelzbadzusammensetzung weitgehend verändert werden. Zweckmäßigerweise wird das günstigste Verhältnis durch Bestimmen der Entkohlungsgeschwindigkeit und der Sauerstoffzufuhr stöchiometrisch festgelegt.

Beim Frischen von Stahl werden häufig verschiedene Elemente, beispielsweise Silizium und Aluminium entfernt, bevor der Kohlenstoffgehalt auf die angestrebten Werte herabgesetzt werden kann. In solchen Fällen kann die Oxidationsgeschwindigkeit von Silizium, Aluminium usw. gemessen und bei der Bestimmung der

in der Zeiteinheit in das Frischgefäß eingeführten Sauerstoffmenge berücksichtigt werden, um sicherzustellen, daß hinreichende Sauerstoffmengen für den Frischvorgang zur Verfügung stehen und dennoch Sauerstoffüberschüsse vermieden werden.

Beim Frischen einfacher Kohlenstoffstähle wird man im allgemeinen zunächst reinen Sauerstoff als Frischgas benutzen um dann, wenn die Schlacke einen Eisenoxidgehalt von wenigstens 10%, vorzugsweise jedoch von 15 bis 20% aufweist, das Verdünnungsgas zuzusetzen. Eine weitere Steigerung des Eisenoxidgehalts in der Schlacke würde lediglich den Fe-Abbrand erhöhen, ohne die Entphosphorung nennenswert zu beeinflussen. Außerdem wirkt Eisenoxid stark oxidierend, wodurch die Auskleidung des Frischgefäßes stark angegriffen würde.

Legierte Stähle werden gegenwärtig durch Einblasen von einem Sauerstoff in das Gefäß gefrischt. Dabei reagiert der Sauerstoff exotherm mit d^n Elementen, beispielsweise Chrom, in der Schmelze, wodurch sich die ^Temperatur der Schmelze erhöht. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden Gase, nämlich Kohlenmonoxid, in einem solchen Verhältnis eingeblasen, daß ein zu starker Metallabbrand mit der sich daraus ergebenden Temperatursteigerung der Schmelze vermieden wird. Die bekannten Gleichgewichtsverhältnisse zeigen, daß bei atmosphärischem Druck am Ende des Sauerstoff-Blasens eine sehr hohe Temperatur der Schmelze erzielt werden muß, um bis auf einen niedrigen Kohlenstoffgehalt zu entkohlen und doch einen relativ hohen Chromgehalt beizubehalten. Mit den erfindungsgömäßen Mischungsverhältnissen der Entkohlungsgase sind solche hohen Temperaturen im allgemeinen nicht erzielbar. Daher ist es notwendig, den Druck des Kohlenmonoxids in dem Gefäß zu senken. Das Senken des Drucks des Kohlenmonoxids ändert die Gleichgewichtsverhältnisse und verschiebt den bei niedrigeren Temperaturen erzielbaren geringsten Kohlenstoffgehalt nach unten, ohne daß eine Verringerung des Chromgehalts der Schmelze erforderlich wird. Die Verringerung des Drucks kann durch eine Druckverringerung in dem Gefäß und/oder Einführen von Argon in das Gefäß erfolgen. Das Argon kann zusammen mit Sauerstoff, mit Sauerstoff und Kohlenmonoxid, oder auch mit Sauerstoff, Kohlenmonoxid ind Kohlendioxid eingeblasen werden.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Rückgewinnungsanlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Anlage entnält ein eine Stahlschmelze 2 enthallendes Gefäß 1, eine geschlossene Haube 3, eine durch die Haube 3 in das Gefäß 1 ragende Lanze 4, Absperrorgan 5, eine Gasreinigungsund Kühlkammer 6, ein Sauggebläse 7, Fühl- und Meßeinrichtungen 8, ein Austrittsrohr 9, einen Kompressor 10, ein Austrittsrohr 11, eine Vorratskammer 12, eine Reduktionsanlage 13 für Kohlendioxid, einen Vorratsbehälter 14, eine Zufuhreinrichtung 15 für Argon, einen Argon-Abscheider 19, erien Kompressor 16, eine Sauerstoffzufuhr 17 und ein Silo 18. Die Lanze 4

ίο kann beliebige Form aufweisen. Die Kühl- und Reinigungskammer 6 kann einen Wärmetauscher und ein Sackfilter oder andere geeignete Kühl- und "Reinigungseinrichtungen enthalten. Das Sauggebläse 7 saugt das aus dem Gefäß 1 austretende Gas in die

ΐϊ Rückgewinnungsanlage. Außerdem wird durch das Sauggebläse 7 die Anlage, und damit das erfindungsgemäße Verfahren, für ein Unterdnick-Entgasungsverfahren verwendbar, bei dem Stickstoff und Wasserstoff sowie Blei und andere flüchtige Beimengungen aus der im Gefäß 1 enthaltenen Schmelze entfernt werden. Die Fühl- und Meßeinrichtungen 8 dienen der Bestimmung der Zusammensetzung, des Druckes und der Temperatur der Gase. Der Kompressor 10 fördert die Gase in die Kammer 12. In der Kammer 12 ist eine Meßeinrichtung für Zusammensetzung, Druck und Temperatur der Gase eingebaut. Durch das Austrittsrohr 11 ist ein stark erhitztes Gas für andere Beheizungszwecke im Stahl-

' werk entnehmbar. Der Reduktionsapparat 13 enthält Koks oder Graphit zur Reduktion von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid. Der Kompressor 16 fördert das Verdünnungsgas in die Lanze 4. Der Silo 18 dient der Zufuhr von Schlackenbildnern, beispielsweise Kalk. Der Argon-Abscheider 19 trennt Argon von den anderen Gasen, so daß Argon gespeichert und nach Bedarf in das System eingeführt werden kann.

Das nachstehende Beispiel dient der Erläuterung verschiedener Besonderheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es wurden zwei chromhaltige Schmelzen entkohlt.

Die erste Schmelze, im folgenden als Charge A bezeichnet, wurde nur mittels Sauerstoff entkohlt. Die zweite Schmelze, im folgenden als Charge B bezeichnet, wurde durch Zufuhr von Sauerstoff und Kohlenmonoxid entkohlt. Tabelle I zeigt die Ausgangsanalysen der Chargen A und B, Analysen der Chargen A und B in verschiedenen Stadien des Entkohlens, Gasanalysen und Gasflußraten für die Chargen A und B zu verschiedenen Stadien des Entkohlungsvorgangs und

- die Temperaturen der Schmelzen in verschiedenen Stadien des Entkohlens.

Tabelle I

Charge	Blaszeit	Tempe ratur der Schmelze	Schmelzanalysen	% Mn	%Si	%Cr	%FE	26.7	Gas durch satz	Kohlengase im Frischgas
	(min)	( C)	%C	0.15	0.10	14.35	Rest	26.7	[rrrVh · t]	CO O₂ VoI-% Vol-%
A	0	1620	V.53	0.14	0.10	13.80	-	26.7 26.7	45,4	100
(Stand	6	-	0.31	0.11 0.10	0.10 0.10	13Λ3 12.75	—	26.7	45,4	100
der Technik)	12 17	1710	0.18 0.14	0.10	0.10	11.40	-	26.7	45,4 45,4	100 100
	26	1740	0.12	0.085	0.10	10.15	-	45,4	100
	35	1750	0.10					45,4	100

-orlselzunu

Charge Blaszcil Tempc- Schmelzanalysen
ratur der
Schmelze

(min)

( C)

%C

¹K. Mn

%Cr % Ι-Έ

	Gas- durch- salz	Kohlengasc im Frischgas	O₂ Vol-%
	\|m-Vh · t]	CO VoI-¹K,	-
26.7	45,4	-	15
26.7	45,4 -	85	15
26.7	45,4	85	5-15
26.7	45,4	85-95	5-10
26.7	45,4	90-95	5
26.7	45,4	95

(erfindungs
gemäß)

0	1710	0.65	0.13	0.12	14.70
4,5	1590	0.45	0.15	0.11	14.90
9	-	0.29	0.16	0.11	14.80
12	1670	0.26	0.16	0.10	14.93
22	1730	0.23	0.16	0.10	14.70
3!	1730	0.20	0.16	0.10	14.76

Rest

Aus der Tabelle geht hervor, daß die nur mit Sauerstoff auf einen Gehalt von 0,43% C entkohlte Charge A einen Chromverlust von etwa 30% erlitt, während die mit Sauerstoff und Kohlenmonoxid bis auf einen Gehalt von 0,45% C entkohlte Charge B keinen erkennbaren Chromverlust erlitt. Weiterhin zeigt die Tabelle, daß Kohlenmonoxid einen sehr hohen Prozentsatz des Gases im Blasstrom während des gesamten Entkohlungsvorganges bei der Charge B ausmachte. Der Kohlenstoffgehalt der Schmelze betrug nämlich eingangs nur 0,65% bei relativ hohem Chromgehalt.

Wäre der Kohlenstoffgehalt der Schmelze zunächst höher gewesen, beispielsweise 3%. dann hätte der Gehalt an Kohlenmonoxid im Blasstrom niedriger sein können, beispielsweise 20%. Bei einem hohen Kohlenstoffgehalt der Schmelze ist ein höherer Sauerstoffgehalt und ein geringerer Kohlenmonoxidgehalt zulässig. Der höchstzulässige Sauerstoffgehalt im Blasstrom bei unerheblicher Oxidierung der Metalle nimmt ab, wenn der Kohlenstoffgehalt der Schmelze sinkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Frischen von Stahl, bei welchem ein Sauerstoff sowie Kohlenoxide und gegebenenfalls Argon enthaltendes Frischgas in das Frischgefäß eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas aufgefangen und nach einer Aufbereitung als Verdünnungsgas dem einzublasenden Sauerstoff in einem Mengenverhältnis von wenigstens 1 Teil Verdünnungsgas auf 4 Teile Sauerstoff zugesetzt wird, wobei wenigstens der Kohlenmonoxidanteil des aufgefangenen Abgases wiederverwendet wird.

2. Verfahen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlendioxidanteil des aufgefangenen Frischgases zu Kohlenmonoxid -reduziert wird, bevor das aufbereitete Abgas dem Sauerstoff zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbereiten des aufgefangenen Abgases ein Reinigen sowie eine Kühlung umfaßt

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ίο gekennzeichnet, daß das Verdünnungsgas erst dann dem eingeblasenen Sauerstoff zugesetzt wird, wenn die im Frischgefäß gebildete Schlacke wenigstens 10% Eisenoxid enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsgas erst dann dem Sauerstoff zugesetzt wird, wenn 15 bis 20% Eisenoxid in der Schlacke enthalten sind.