DE2159094B2 - Verfahren zur Stahlerzeugung durch Erschmelzen einer metallischen Charge aus festem Material - Google Patents

Description

bewegten Kohlenstofftcilchen die Zuführrohre und selbst die Einblas-Lanze. Darüber hinaus tragen beim weiteren Verfahrensverlauf die bei der Raffination entstehenden Gase die Kohlenstoffteilchen mit sich, die zum großen Teil in den Schornsteinen außerhalb des Konverters verbrennen und schließlich die Schornsteine und andere Verkleidungen sehr schnell zerstören.

Zum Wieder-Erschmelzen des für den Konverter bestimmten festen Roheisens ist ferner die Anwendung eines Heißgas-Kupolofens vorgeschlagen worden. Obwohl diese Lösung einfacher ist als die Anwendung eines Hochofens, ist sie wegen der hohen Wiedererschmelzungskosten im Kupolofen völlig unwirtschaftlich und außerdem sehr umständlich, weil die Ausrüstung und vor allem die Transport- und Speichermittel für das geschmolzene Metall aufwendig und hinderlich und außeidem die erschmolzenen Mengen vergleichsweise gering und begrenzt sind.

Ferner ist vorgeschlagen worden, für das Erzeugen der für das Erschmelzen der festen Charge erforderlichen Wärme einen in den Konverter eingeführten Brenner zu verwenden. Der Hauptnachteil dieser Lösung besteht darin, daß während des Schmelzens ein erheblicher Anteil des Eisens unter einem großen Verlust in der Stahlausbeute oxidiert wird.

Schließlich wird bei dem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (FR-PS 1 514 381) zu Beginn des Schmelzvorganges direkt im Brennraum eines Brenners eine unterstöchiometrische Verbrennung einer Mischung aus Brennöl und Sauerstoff durchgeführt und die dabei entstehende, mit unverbrannten Brennstoffteilchen beladene Flamme gegen die zu schmelzenden Rohstoffe gerichtet. Anschließend wird die Brennstoffzufuhr schrittweise vermindert, so daß sich eine Verbrennung unter Sauerstoffüberschuß ergibt. Während der unterstöchiometrischen Verbrennung ergeben sich in den schmelzenden Rohstoffen reduzierende Bedingungen, obwohl oberhalb der Schmelze eine oxidierende Atmosphäre herrscht. Auch bei diesem bekannten Verfahren können beträchtliche Oxidationsverluste nicht vermieden werden.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem eine feste Charge schnell und ohne große Oxidationsverluste eingeschmolzen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre über der Charge bis zu deren Erweichung und der Zündung des Kokses durch stöchiometrische Verbrennung des während seiner fortschreitenden Absenkung dem ersten Brenner zugeführten Brennstoffes erzeugt wird, anschließend nach Zugabe des Kalks durch Drosselung der dem ersten Brenner zugeführten Sauerstoffmenge auf einen Teil, vorzugsweise die Hälfte der ursprünglichen, eine reduzierende Atmosphäre über der Charge erzeugt und aufrechterhalten wird, während gleichzeitig die Rauchgase im Abstand von der Charge durch Zufuhr von Sauerstoff zu dem zweiten Brenner vollständig verbrannt werden, und im Anschluß an die Phasen der stöchiometrischen Verbrennung und der reduzierenden Atmosphäre eine weitere Phase mit einer überstöchiometrischen Atmosphäre über der erschmolzenen Charge als Raffinationsphase folgt.

Beim Schmelzen werden also zwei Reaktionszonen im Konverter gezündet und aufrechterhalten, von denen die eine eine auf die Charge einwirkende Reduktionszone ist, während die andere eine nicht auf die Charge einwirkende Üxidationszone ist. Das wird insbesondere dadurch erreicht, daß mittels einer geeigneten Vorrichtung und in geringem Abstand über der Charge ein flüssiger oder gasförmiger, auf Kohlenstoff- und Wasserstoff-Basis aufgebauter

ίο Brennstoff wie Heizöl. Gasöl oder Erdgas mit einer unterstöchiometrischen Sauerstoffmenge derart verbrannt wird, daß eine an CO und EL₂ reiche, dagegen an CO* und H.,O arme Atmosphäre, mit anderen Worten" eine reduzierende Atmosphäre, in der Nähe der Metallcharge geschaffen wird. Die bei dieser unterstöchiometrischen Verbrennung entstehenden Gase treffen bei ihrem Weg aufwärts zu dem Konvertermund auf einen Sauerstoffstrom, mit dem sie reagieren und so den Oxidationsprozeß vollenden, indem eine zusätzliche Wärmemenge freigemacht wird, die zum Erschmelzen und Überhitzen des Stahles erforderlich ist. Diese zweite Verbrennung mit oxidierendem Charakter findet In einer weit von der metallischen Charge entfernten Zone statt.

Die Anwendung von zwei Reaktionszonen gemäß der Erfindung, nämlich einer Reduktiionszone in Kontakt mit der Charge und einer Oxidationszone, ermög]^;cht eine höhere Metallausbeute und den Verfahrensablauf in kürzerer Zeit als mit irgendeinem der heute bekannten Verfahren.

Das Verfahren kann in beliebigen Konvertern durchgeführt werden. Vorteilhafterweise kommt jedoch als Konverter eine kippbare, vorzugsweise um ihre Vertikalachse rotierbare Form zur Anwendung, deren Drehzahl während der Erweichung der Charge ca. 25 U/min und während der Aufrechterhaltung der reduzierenden Atmosphäre über der Charge ca. 85 U/min beträgt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit der Erfindung wird der Konverter zunächst mit Koks in einem Verhältnis von 20 bis 50 kg/t beladen. Dann werden Stahlschrott und Roheisenstücke (gegebenenfalls auch flüssiges Roheisen, falls verfügbar) eingebracht. Dann wird der Konverier in langsame Drehung versetzt (mit 15 bis 30 U/min) und der Brenner abgesenkt, der in dieser Anfangsphase mit 2 bis 3 l/min Brennstoff je Tonne Charge und mit 4 bis 6 Nm'Vmin Sauerstoff je Tonne Charge — forthin als »Primärsauerstoff« bezeichnet — betrieben wird. Die Flamme des Brenners schmilzt Teile der Charge und ermöglicht ein weiteres Absenken des Brenners; dieser erreicht in einer zwischen 10 und 20 min veränderlichen Zeit seine Endlage in einem Abstand von dem Konverterboden, der dem 1,0- bis l,6fachen des Konverterinnendurchmessers entspricht.

In dieser Phase beginnt die Koksverbrennung, und es erfolgt der Kalkzusatz mit 30 bis 5Ü kg/t. Wenn der Brenner seine Endlage erreicht hat, wird die Konverterdrehzahl allmählich bis auf ihren Maximalwert von 50 bis 85 U/min gesteigert und gleichzeitig der Zufluß des Primäresauerstoffs auf 2 bis 3 Nm³/ min je t der Charge verringert. Die sich so über bzw. in Kontakt mit der geschmolzenen oder noch pastösen Charge einstellende reduzierende Atmosphäre verhindert die Oxydation des Eisens.

Während der Zufluß des Primärsauerstoffes verringert wird, wird der Sekundärsauerstoff-Strom

durch eine Sekundärlanze eingeleitet, die ringförmig Das erfindungsgemäße Verfahren wird im iolgenausgebiklet, konzentrisch zu dem Brenner angeordnet den anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben: und unabhängig von diesem beweglich ist. Diese 150 kg Koks und 4Ü00 kg Stahlschrott werden dem Lanze wird in dem Konverter derart abgesenkt, daß stillstehenden Konverter aufgegeben und füllen ihn ihre Düsen von dem Konvertermund einen Abstand 5 vollständig. Nachdem der Konverter auf eine langhaben, der zwischen 10 und 60% des Konverter- same Umdrehung von 25 U/min gebracht worden ist, durchmesser ausmacht. Dieser Sekundärsauerstoff wird der mit 8 l/min Brennstoff und 16 Nm³/min wird mit einer Anfangsmenge eingeblasen, die ca Sauerstoff (stöchiometrische Verbrennung) betriebene 2 Nm³/min je t Charge beträgt und nach und nach Brenner abgesenkt. Nach ungefähr 10 min erreicht auf ca. 3,5 Nm³/min je t Charge gesteigert wird. io der Brenner seine Arbeitslage in 130 cm Abstand

In dieser Phase wird dann durch entsprechende vom Konverterboden. Nachdem 100 1 Brennöl

Steigerurg des Primärsauersioff-Zuflusses auch das stöchiometrisch verbrannt sind, beginnt der Koks

Frischen der Schmelze vorgenommen, wobei der sich zu entzünden, wie an der vergrößerten Flamme

Kohlenstoffgehalt auf den gewünschten Wert ab- am Konvertermund zu erkennen ist. In dieser Phase

gesenkt wird. 15 werden 150 kg Kalk zugesetzt. Zur gleichen Zeit wird

Sobald der überschüssige Kohlenstoff aus der die Drehzahl des Konverters auf 85 U/min gesteigert Schmelze entfernt ist, wird die Sauerstoffzufuhr be- und der Zufluß des Primärsauerstoffes auf 8 Nm³/ endet und der Brenner ausgefahren. Die Schmelze min gesenkt, um eine unterstöchiometrische Verbrenist dann völlig flüssig und so überhitzt, daß das Ver- nung zu erzielen. Die Charge ist jetzt teilweise ergießen, gegebenenfalls das Entschlacken, Legieren 20 schmolzen, während der Rest sich in pastösem Zu- oder ähnliche Maßnahmen vorgenommen werden stand befindet,
können. Die Sekundärlanze wird dann abgesenkt und der

Die Dauer dieses zweiten Verfahrensteiles vom Sekundärsauerstoff-Zufluß entsprechend der Inten-

Beginn des Sekundärsauerstoff-Zuflusses bis zum sität der Koksverbrennung zwischen 8 und 13 Nm³/

Ausfahren des Brenners ist veränderlich und liegt 25 min eingestellt,

zwischen 20 und 35 min. Nach 20 min ist der Koks verbrannt. Der Kon-

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verterantrieb, die Zuflüsse von Primärsauerstoff, Seist im weitesten Umfang anwendbar: Es macht das kundärsauerstoff und Brennstoff werden abgestellt Stahlwerk unabhängig, indem Stahl aus jeder An und die Badtemperatur mit 1580⁰C gemessen,
metallischer Charge hergestellt werden kann. Dar- 30 Dann wird der Konverter wieder in Drehung verüber hinaus ist das Verfahren außerordentlich wirt- setzt, Sauerstoff- und Brennölzufluß wieder eingeschaftlich sowohl hinsichtlich der Investitions- als schaltet und dabei der Primärsauerstoff-Fluß so einauch der Betriebskosten. Es ist gleichfalls sehr fle- gestellt, daß die Schmelze auf den gewünschten xibel, weil es die Möglichkeit gibt, während des Zu- Kohlenstoffgehalt abgesenkt wird. Diese zweite Blasflusses des Sekundärsauerstoffes sowohl den Kohien- 35 phase dauert 10 min. Anschließend wird das Blasen stoffgehalt der Schmelze als auch den Gehalt an Ver- beendet und der Konverter gestoppt. Die Schmelzunreinigungen — speziell Phosphor — und Legie- temperatur ist auf 165O⁰C gestiegen. Beim Verrungselementen beim anschließenden Entschlacken, gießen erhält man Masseln von 3800 kg entsprechend Legieren und ähnlichen Vorgängen zu regulieren. einer Stahlausbeute von 95 %.

Claims (6)

1 2 dem 1- bis l,6fachen Konverterdurchmesser entPatentansprüche: spricht. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

1. Verfahren zur Stahlerzeugung durch Er- dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärsauerschmelzen einer metallischen Charge aus festem 5 stoff mittels einer von dem Brenner unabhängigen Material wie Stahlschrott, Eisenstücken und ge- Lanze in den Konverter eingeführt wird, deren gebenenfalls einem geringen Anteil an flüssigem Düsen im Konverterinneren in einer Entfernung Roheisen unter Zusatz von Koks in mehreren vom Konvertermund liegen, die zwischen 10 und aufeinanderfolgenden Stufen unterschiedlicher 60% des Konverterdurchmessers beträgt.
Atmosphäre in einem mit einem ersten Brenner io

für Brennstoff und Sauerstoff und einem zweiten

Brenner für Sauerstoff versehenen Konverter.

dadurch gekennzeichnet, daß die Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stahl-

Atmosphäre über der Charge bis zu deren Er- erzeugung durch Erschmelzen einer metallischen weichung und der Zündung des Kokses durch 15 Charge aus festem Material wie Stahlschrott, Eisenstöchiometrische Verbrennung des während stücken und gegebenenfalls einem geringen Anteil seiner fortschreitenden Absenkung dem ersten an flüssigem Roheisen unter Zusatz von Koks in Brenner zugeführten Brennstoffes erzeugt wird, mehreren aufeinanderfolgenden Stufen unterschiedanschließend nach Zugabe des Kalks durch Hcher Atmosphäre in einem mit einem ersten Bren-Drosselung der dem ersten Brenner zugeführten 20 _ner f_ur Brennstoff und Sauerstoff und einem zweiten Sauerstoffmenge auf einen Teil, vorzugsweise die Brenner für Sauerstoff versehenen Konverter.
Hälfte der ursprünglichen, eine reduzierende Verfahren zur Stahlerzeugung, bei denen Sauer-

Atmosphäre über der Charge erzeugt und auf- stoff auf die Oberfläche einer Schmelze geblasen rechterhalten wird, während gleichzeitig die _wi_rd, sind in der Technologie seit langem bekannt. Rauchgase im Abstand von der Charge durch 25 Bei diesen Verfahren wird bei Anwesenheit von Zufuhr von Sauerstoff zu dem zweiten Brenner basischer Schlacke Sauerstoff auf die Oberfläche vollständig verbrannt werden, und daß im An- _ei_nes flüssigen Metallbades geblasen. Der Sauerstoff schluß an die Phasen der stöchiometrischen Ver- oxidiert dabei Kohlenstoff und die als Verunreinigunbrennung und der reduzierenden Atmosphäre gen in der Schmelze vorhandenen Elemente, wie beieine weitere Phase mit einer überstöchiometri- 30 spielsweise Silizium, Phosphor oder Mangan, die auf sehen Atmosphäre über der erschmolzenen diese Weise der metallischen Schmelze entzogen und Charge als Raffinationsphase folgt. mindestens teilweise von der Schlacke aufgenommen

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- werden. Die durch die Verbrennung dieser Elemente kennzeichnet, daß als Konverter eine kippbare, entstehende Wärme reicht im allgemeinen aus, um vorzugsweise um ihre Vertikalachse rotierbare 35 den Stahl auf die erforderliche Gießtemperatur, d. h. Form zur Anwendung kommt, deren Drehzahl Abstichtemperatur, zu bringen und dabei einen gewährend der Erweichung der Charge ca. 25 U/min wissen Anteil von fester Charge zu erschmelzen. Um und während der Auirechterhaltung der redu- solche Verfahren durchführen zu können, benötigt zierenden Atmosphäre über der Charge ca. man flüssiges Roheisen, das aus dem Hochofen oder 85 U/min beträgt. 40 aus Transport-, Lager- oder Mischbehältern für Roh-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch eisen kommen kann. Derartige Aufnahmemöglichgekennzeichnet, daß in der Anfangsphase ein keiten für den Transport, die Lagerung oder das flüssiger oder gasförmiger, Wasserstoff oder Mischen flüssigen Roheisens sind sehr teuer und er-Kohlenwasserstoffe enthaltender Brennstoff in fordern außerdem hohe Unterhaltungskosten. Außereiner Menge von 2 bis 3 l/min je t Charge und 45 dem ist es manchmal erforderlich oder wünschens-Sauerstoff in einer Menge von. 4 bis 6 NnWmin wert, unabhängig von derartigen Behältern und den je t Charge zugeführt wird. Verunreinigungen des Roheisens vorgehen bzw.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, arbeiten zu können, oder einen solchen Schrottanteil dadurch gekennzeichnet, daß 30 bis 50 kg/t Kalk zu verarbeiten, daß das zum Schmelzen der gesamten zugegeben werden und daß während des Schmelz- 50 Charge und Erreichen der Gießtemperatur erforderstadiums und während der Raffination ein flüssi- liehe Temperaturgleichgewicht nicht sichergestellt ger oder gasförmiger Wasserstoff oder Kohlen- werden kann.

stoff enthaltender Brennstoff in einer Menge von Es sind viele Verfahren bekannt oder vorge-

2 bis 3 l/min je t Charge mittels Sauerstoff ver- schlagen worden, um die Stahlerzeugung von dem brannt wird, der in einer Menge von 2 bis 55 Vorhandensein flüssigen Roheisens unabhängig zu

3 Nm³/min je t Charge zugeführt wird. machen oder zumindest den höchstmöglichen Anteil

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ungeschmolzener Charge verarbeiten zu können,
dadurch gekennzeichnet, daß während des Eines dieser Verfahren besteht darin, daß man der Schmelzstadiums und während der Raffination teilweise flüssigen Charge Verbindungen zusetzt, Sauerstoff in das Konvertinnere in eine von der 60 deren Oxidation stark exotherm verläuft, z. B. Ferro-Brennstoffflamme und der Charge entfernte Zone silizium. Diese Verbindungen sind jedoch teuer und in einer Menge von ca. 2 bis ca. 3,5 Nm³/min je t erhöhen den Wiirmeinhalt der Schmelze nur in beCharge eingeführt wird. scheidenen Grenzen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, Es ist weiter vorgeschlagen worden, mit dem dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kopf des 65 Sauerstoff Kohlenstaub einzublasen, aber selbst dieses Brenners, in dem der Sauerstoff verbrannt wird, Verfahren ist unter dem Gesichtspunkt einer Verin seiner endgültigen Arbeitslage in einer Ent- bes.serung des Wärmehaushaltes nicht sehr wirksam; fernung von dem Konverterboden befindet, die daneben beschädigen die mit hoher Geschwindigkeit