DE2356924C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Erschmelzen von Stählen im Elektroofen - Google Patents

Description

Beschickung mit reduzierenden Flammen zu füllen, um eine übermäßige Oxydation zu verhindern. Im Fall des Lichtbogenofens kann man diese Substanz auch in den der Uchtbogenwänne ausgesetzten Ofenraum einblasen. S

Andererseits ist aus der DT-OS 2033 975 ein Verfahren zum Blasen von reinem Sauerstoff im Konverter durch eingetauchte verzehrbare Düsen bekannt Dieses Verfahren, bei dem der durch den Boden oder die Wand des Konverters eingeführte Sauerstoffstrahl an seinem Umfang von einem zum Schutz der feuerfesten Materialien gegen ihren Heißverschleiß dienenden Stoff umgeben ist, der z. B. Heizöl oder ein anderes Öl sein kann, ermöglicht das Blasen voa reinem Sauerstoff unterhalb der Schmelzoberfläche im Konverter und vermindert gleichzeitig den Verbrauch an feuerfesten Stoffen im Vergleich mit den Verfahren, die ein Blasen von Luft angereicherter Luft oder anderen oxydierenden Gasgemischen durch den Boden des Konverters vorsehen.

Daneben wurde aus der DT-OS 22 04 789 ein Verfahren zum Frischen von Roheisen im Konverter mittels Einblascns technisch reinen Sauerstoffs durch mindestens eine im Konverterfutter eingebettete Düse aus zwei konzentrischen Rohren unterhalb der Badoberfläche bekannt bei dem durch das Außenrohr der Düse ein Schutzgas, insbesondere Erdgas, eingeblasen wird und während der ersten Phase des Frischens ein vorzugsweise nicht oxydierendes, mit Kalk beladenes Gas, insbesondere Stickstoff oder Argon oder ebenfalls Erdgas eingeblasen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so auszugestalten, daß man eine Beschleunigung der metallurgischen Reaktionen und auch eine kürzere Einschmelzzeit der Charge im Elektroofen bei verringertem Stromverbrauch erreicht und einen hierfür angepaßten Elektroofen anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Einblasen der Gase durch verzehrbare, in die feuerfeste Auskleidung des Ofens eingebettete, unter dem Schmelzbadniveau mündende Doppelspeisungsdüsen erfolgt wobei man zunächst beim Einschmelzen von Schrott und Kohlenstoffträgern in einer Menge, die den Kohlenstoffgehalt des Bades auf 0,6% bringt Luft durch beide Düsenkanäle einbläst bis etwa 40% des Schrotts geschmolzen sind, man dann reinen Sauerstoff durch den zentralen Kanal und Heizöl durch den äußeren Kanal jeder Düse zum Schutz des feuerfesten Ofenmaterials gegen Heizverschleiß einbläst bis der gewünschte niedrige Kohlenstoffgehalt des Schmelzbades erreicht ist zu welchem Zeitpunkt dieses abgeschlackt und mit einer neuen, desoxydierenden Schlacke versehen wird, bis zu deren Schmelzen man einen geringen Sauerstoffdurchsalz beibehält und man schließlich während der entschwefelnden und desoxydierenden Phasen durch beide Düsenkanäle Stickstoff oder Argon einbläst und das Schmelzbad vor dem Gießen nochmals entschlackt

Die Anwendung des oben genannten bei Konvertern bekannten Sauerstoffblasverfahrens unter ganz spezieller Anpassung auf Elektroöfen ermöglicht so ein neuartiges Verfahren zum Erschmelzen von Stahl, das auf der Kombination eines Einschmelzens von festen Stoffen in einem Elektroofen mit dem Einblasen eines oxydierenden Gases oder Gasgemisches, wobei auch reiner Sauerstoff gemeint ist derart beruht, daß der durch den Boden oder die Wand des Ofens eingeführte Strahl des oxydierenden Gases an seinem Umfang von die feuerfesten Stoffe schützendem und im Schmelzbad um de« Sauerstoffstrahl einmündenden Heizöl umgeben ist

Bei diesem Verfahren beschleunigt die massierte Zuführung von Sauerstoff durch das Schmelzbad in wesentlichem Ausmaß die metallurgischen Reaktionen im Lauf der Frischphase und ermöglicht auch ein schnelleres Einschmelzen der Charge.

Das Einblasen von Sauerstoffstrahlen, die von Strahlen aus durch thermische Zersetzung Kohlenstoff abgebendem Heizöl umgeben sind, erhöht andererseits die Verschleißbeständigkeit des ganzen Ofenbodenmaterials, so daß man hisrfür trotz des Blasens von reinem Sauerstoff billigere feuerfeste Stoffe verwenden kann.

Nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung kann man während der reduzierenden Phasen im neutralen oder reduzierenden Gas Kalkpulver oder pulverförmige Reduktionsmittel, wie z. B. Kohlenstoff, Silizium u»w„ in bekannter Weise in Suspension einbringen.

Allgemein bläst man in den Phasen des Erschmelzungsverfahrens, wo das Einblasen von reinem Sauerstoff nicht wünschenswert oder unerläßlich ist ein neutrales Gas oder Luft ein, um die Verstopfung der Düsen durch aus dem Schmelzbad oder der festen Phase stammenden Abscheidungen zu verhindern.

In Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, die elektrische Heizung während einiger Phasen des Blasens des reinen Sauerstoffs oder oxydierenden Gases, vorzugsweise während des Imschmelzens der letzten etwa 20% des Schrotts, zu unterbrechen und somit Energie einzusparen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Erzeugung von Legierungsstählen aus Schrott und Ferrolegierungen geeignet deren Kohlenstoffgehalt weit höher als der sein kann, der sonst allgemein im Elektroofen ohne Blasen von Sauerstoff zulässig ist. Insbesondere läßt sich das erfindungsgemäße Verfahi cn zum Erschmelzen von nicht oxydierenden Stählen aus einem mit Chrom chargierten Schmelzbett anwenden, das z. B. Zuschläge von Chromstählen und Ferrolegierungen erhält

Hierbei kann es zweckmäßig sein, den Sauerstoff im Laufe des Frisch Vorganges durch Wasserdampf oder jedes andere Verdünnungsgas, z. B. ein neutrales Gas, oder auch durch in den Sauerstoffstrom injiziertes zerstäubtes Wasser mehr oder weniger zu verdünnen.

Diese Arbeitsweise ermöglicht eine Verminderung der Chromverluste für einen gegebenen Kohlenstoffendwert und eine gegebene Endtemperatur.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Elektroofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem Kennzeichen, daß er eine oder mehrere verzehrbare Düsen mit doppelter oder mehrfacher getrennter Speisung aufweist, die den Boden oder die Wand des Ofens durchsetzen, in die feuerfeste Auskleidung des Ofens eingebettet sind und unter dem Schmelzbadniveau münden, wobei die Mündungen zweckmäßig außerhalb der Vertikalen von solchen öffnungen, wie z. B. Arbeitstüren, Entschlackungstür, Gießloch usw. liegen.

Diese bei Stahlwerkskonvertern bereits bekannten Düsen können z.B. aus zwei konzentrischen Rohren bestehen, wobei das zentrale Rohr mit Sauerstoff und das Umfangsrohr völlig getrennt vom Sauerstoffstrom mit einem die Nase der Düse gegen die heißen Oxide schützenden Heizöl gespeist wird.

Um die Erfindung näher zu erläutern, sollen ein Ausführungsbeispiel eines Elektroofens gemäß der Erfindung und ein Schmef?- und Frischvorgang gemäß der Erfindung in diesem Lichtbogenofen beschrieben werden.

Es geht hierbei um das Erschmelzen eines besonders weichen Stahls aus Schrott

Man schmilzt in einem Lichtbogenofen für 501, der mit zwei Doppelspeisungsdüsen ausgerüstet ist, deren Innendurchmesser 20 mm beträgt, die schräg von unten nach oben zum Inneren des Ofens mit einem Winkel von 30° zur Vertikalen gerichtet sind und in der Nähe des Bodenumfangs münden, Schrott-Teile mit 030% Kohlenstoff und 400 kg Anthrazit, um den Kohlenstoffgehalt des Schmelzbades auf 0,60% zu bringen. Nach Zündung des Lichtbogens bläst man durch die beiden Kanäle jeder Düse gewöhnlich Luft mit einem ausreichenden Durchsatz zum Homogenisieren der Temperatur der zu schmelzenden Masse und zur Förderung des Schmelzens. Das Schmelzen ist hierbei gegenüber einem Arbeiten in einem Elektroofen ohne Blasprozeß erheblich beschleunigt, und nach 30 Minuten verbleiben nur noch 60% des Schrotts zu schmelzen.

Man bläst dann anstelle von Luft reinen Sauerstoff mit einem Durchsatz von 10 nWmin durch den zentralen Kanal der beiden Düsen ein, wobei der äußere Kanal mit Heizöl bei einem Durchsatz von 1.21 jede Minute gespeist wird. Die Temperatur des Bades erhöht sich rasch, und nach 20 Minuten des Blasens mit Sauerstoff in Gegenwart des Lichtbogens bleiben nur noch 20% des

Schrotts zu schmelzen übrig. Man stellt dann den Lichtbogen ab und bläst reinen Sauerstoff mit einem Durchsatz von 25 m³/min je Düse, wobei der Durchsatz des Heizöls unverändert bleibt Nach 20 Minuten dieses Sauerstoffblasens mit ftarkem Durchsatz ist das Schmelzen vollendet und der Kohlenstoffgehalt ist im Band nur mehr 0,2%.

Man setzt dann das Blasen von Sauerstoff mit

ίο starkem Durchsatz fort, bis der Kohlenstoffgehalt nur noch 0,07% beträgt Man nimmt dann das Entschlacken vor und bildet eine desoxydierende Schlacke. Man behält einen geringen Sauerstoffdurchsatz (10 mVmin) bis zum Ende des Schmelzens der Schlacke, d.h.

während etwa 10 Minuten bei.

Man nimmt dann die Schlackendesoxydation unter bekannten Zusätzen von reduzierenden Stoffen vor, während man durch beide Kanäle beider Düsen Stickstoffe, mit einem Durchsatz von 10 mVmin 15 Minuten lang einbläst. Nach Erreichen der gewünschten Zusammensetzung und nach dem Entschlacken gießt man einen besonders weichen Stahl, der gut entsctiwefelt und desoxydiert ist und einen sehr geringen Phosphorgehalt aufweist.

Die Erfindung ist im übrigen nicht nur auf den Lichtbogenofen, sondern auch auf andere bekannte Typen von Elektroofen, z. B. Induktionsöfen, anwendbar.

Claims (6)

1. "'--. Patentansprüche:

   I Verfahren zum Schmelzen von Stählen im Elektroofen, bei dem man in das Schmelzbad ^während bestimmter Phasen, die oxydierende Phasen sind, wenigstens einen Strahl von reinem Sauerstoff oder eines an Sauerstoff reichen Gases einbläst und während bestimmter anderer Schmelz phasen, die reduzierende, entschwefelnde und desoxydierende Phasen sind, statt des Sauerstoffs oder an Sauerstoff reichen Gases ein nichtoxydierendes, z.B. neutrales Gas, einbläst^ 8 ad ure h gekennzeichnet, daß das Einblasen der Gase durch verzehrbare, in die feuerfeste Auskleidung des Ofens eingebettete, unter dem Schmelzbadniveau mündende Doppelspeisungsdüsen erfolgt, wobei man zunächst beim Einschmelzen von Schrott und Kohlenstoffträgern in einer Menge, die den Kohlenstoffgehalt des Bades auf 0,6% bringt Luft durch beide Düsenkanäle einbläst, bis etwa 40% des Schrotts geschmolzen sind, man dann reinen Sauerstoff durch den zentralen Kanal und Heizöl durch den äußeren Kanal jeder Düse zum Schutz des feuerfesten Ofenmaterials gegen Heißverschleiß einbläst, bis der gewünschte niedrige Kohlenstoffgehalt des Schmelzbades erreicht ist zu welchem Zeitpunkt dieses abgeschlackt und mit einer neuen, desoxydierenden Schlacke versehen wird, bis zu deren Schmelzen man einen geringen Sauerstoffdurchsatz beibehält und man schließlich während der entschwefelnden und desoxydierenden Phasen durch beide Düsenkanäle Stickstoff oder Argon einbläst und das Schmelzbad vo^r dem Gießen nochmals entschlackt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man während der reduzierenden Phasen im neutralen oder reduzierenden Gas Kalkpulver oder pulverförmige Reduktionsmittel, wie z. B. Kohlenstoff, Silizium usw., in Suspension einbringt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizung während einiger Phasen des Blasens des reinen Sauerstoffs oder oxydierenden Gases, vorzugsweise während der. Einschmelzens der letzten etwa 20% des Schrotts, unterbrochen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff in Mischung mit einem endotherm zerset'baren Fluid oder einem Verdünnungsmittel, wie z. B. Wasserdampf oder in Suspension in dem Sauerstoffstrom zerstäubten Wasser eingeblasen wird.
5. 5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 4 zum Erschmelzen von nicht oxydierenden Stählen aus einem Chrom enthaltenden Schmelzbett
6. 6. Elektroofen zum Erschmelzen von Stählen nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet daß er eine oder mehrere verzehrbare Düsen mit doppelter oder mehrfacher getrennter Speisung aufweist, die den Boden oder die Wand des Ofens durchsetzen, in die feuerfeste Auskleidung des Ofens eingebettet sind und unter dem Schmelzbadniveau münden.

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erschmelzen von Stählen im Elektroofen, bei dem man in das Schmelzbad während bestimmter Phasen, die oxydierende Phasen sind, wenigstens einen Strahl von reinem Sauerstoff oder eines an Sauerstoff reichen Gases einbläst und während bestimmter anderer Schmelzphasen, die reduzierende, entschwefelnde und desoxydierende Phasen sind, statt des Sauerstoffs oder an Sauerstoff reichen Gases ein nichtoxydierendes, z. B. ίο neutrales Gas einbläst und auf einem Elektroofen zur Durchführung dieses Verfahrens·

   In Elektroöfen werden z. B. Schrott Erz, Ferrolegierungen usw. zum Preis eines bestimmten Verbrauchs an elektrischer Energie geschmolzen.

   Auf die Einschmelzphase folgt im Fall von Stählen allgemein eine Frischphase, in deren Lauf die Entkohlung und die Entphosphorung stattfinden, und auf diese Weise folgt dann allgemein eine Desoxydationsphase, in deren Lauf auch die Entschwefelung in Gegenwart einer zweiten kalkhaltigen Schlacke erfolgt die durch Zusätze von Reduktionsmitteln, wie z. B. Silizium und Kohlenstoff, reduzierend gemacht ist

   Der für die Frischphase erforderliche Sauerstoff hat verschiedene Ursprünge:
   a) die Oxide, die sich an der Oberfläche der Schrotteile befinden,

   b) der freie Sauerstoff der Ofenatmosphärc. der allgemein in geringer Menge während der Entkohlung existiert

   c) das Ausglühen des Kalksteins, falls er im Ofen vorliegt

   d) die Oxide von zugesetzten Ferrolegierungen,

   e) der Sauerstoff von eingebrachten Erzen oder Zunder.

   f) der in das Bad mittels einer allgemein durch eine Ofentür eingeführten Lanze oder mittels einer Wasserdüse eingeblasene Sauerstoff, die in einer Ofenwand angeordnet ist und auf oder in das Schmelzbad oder auch gerade an dessen Oberfläehe bläst.

   Im Fall einer nicht verzehrbaren, wassergekühlten Düse ist das Blasen von reinem Sauerstoff oder an Sauerstoff reichen Gasen unterhalb der Schmelzoberfläche, obwohl es schon empfohlen wurde, während einer langen Zeit im Lauf des Frischens wegen der schnellen Zerstörung der Einblasdüse, die sich dabei ergibt, praktisch gar nicht durchführbar.

   Bei allen Verfahren zum Blasen von reinem Sauerstoff im Elektroofen, die bisher angewendet wurden, hat man außerdem eine bedeutende Verstärkung des Verschleißes der gesamten Ofenausmauerung beobachtet.

   Üblicherweise wird daher gegenwärtig das eingangs genannte Verfahren etwa nach der US-PS 35 07 642 in der Weise durchgeführt, daß man beim Schmelz- und Frischvorgang zunächst Sauerstoff durch Lanzen von oberhalb des Schmelzspiegels und anschließend durch eine in die Schmelze eintauchende Lanze einbläst und nachher der Schlacke ein Reduktionsmittel zusetzt und während der reduzierenden Phase ein nichtoxydierendes, z. B. neutrales Gas durch die in die Schmelze eintauchende Lanze einbläst

   Auch bei dem Elektroofenverfahren nach der FR-PS 15 36 531 wird der Frischsauerstoff durch wenigstens eine Lanze eingeblasen; zusätzlich bringt man von Anfang an mit dem Einsatz eine Substanz auf Kohlenwasserstoffbasis ein, die dazu dient ein reduzierendes Gas zu bilden und den Ofenraum über der