DE2401540A1 - Verfahren zum einschmelzen von eisenschwamm - Google Patents

Verfahren zum einschmelzen von eisenschwamm

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Description

FRIED. KRUPP GESELISGHAPT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG- in Essen
Verfahren zinn Einschmelzen von Eisenschwamm
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen von Eisenschwamm, bei dem stückiger oder pelletierter Eisenschwamm, der teilweise durch Schrott ersetzt sein kann, auf die Oberfläche eines Metallbades gegeben wird und bei dem der Metallschmelze durch mindestens eine unterhalb der Badoberfläche des Schmelzgefäßes angeordnete Düse Sauerstoff oder ein Gemisch aus Sauerstoff und staubförmigem gebranntem Kalk (CaO) und durch eine oder mehrere jeder Düse zugeordnete weitere Düsen weitere für das Einschmelζverfahren erforderliche Stoffe unter Druck zugeführt werden.
Es ist bekannt, daß beim Frischen von Roheisen in einem Konverter der im Roheisen in eiiH? Menge bis zu 4 $ enthaltene Kohlenstoff sowie andere oxidierbare Begleitelemente durch die eingeblasene Luft oder den eingeblasenen Sauerstoff verbrannt werden. Die dabei entstehende Wärme kann zum Einschmelzen von Eisenschwamm genutzt werden. Die Aufnahmefähigkeit des Konverters für einzuschmelzenden Eisenschwamm wird aber durch den Kohlenstoffgehalt und den Gehalt an oxidierbaren Begleitelementen des im Konverter befindlichen Roheisens und "der einzuschmelzenden Stoffe in unerwünschter Weise begrenzt. Außerdem unterliegen die Düsen, mit denen der Sauerstoff in das flüssige Roheisen eingetragen wird, starken mechanischen, thermischen und chemischen Beanspruchungen, die zu Störungen des Frisch- und Schmelzprozesses führen. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, durch geeignete Maßnahmen in den Konverter größere Wärmemengen einzubringen und die prozessbedingten Beanspruchungen, denen die Sauerstoff eintragsvorrichtungen ausgesetzt sind, zu vermindern,. Das Aufheiaäti eines im Konverter befindlichen Metallbades durch eine mit Sauerstoff betriebene Ölfeu-
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erung hat sich nicht bewährt, da die Aufnahmefähigkeit des Konverters für einzuschmelzenden Eisenschwamm wegen des unzureichenden Wärmeüberganges von den Verbrennungsgasen auf das Metallbad aus wirtschaftlichen Gründen nicht wesentlich gesteigert werden konnte. Auch durch Zugabe von stückigem Calciumcarbid auf die Schmelze konnte aus wirtschaftlichen Gründen keine wesentliche Erhöhung der Einschmelzkapazität erreicht werdeno
Es ist weiter bekannt, daß bei Prischverfahren zum Schütze der Sauerstoffdüsen und des Konverterbodens gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffe verwendet werden, die durch den Sauerstoffdüsen zugeordnete Düsen in die Schmelze eingebracht werden, sodann bei der im Schmelzbad herrechenden Temperatur in einer endothermen Reaktion zerfallen und dadurch eine Kühlung der Sauerstoffdüsen und des Konverterbodens bewirken. Das Einblasen des Sauerstoffs und der Kohlenwasserstoffe kann durch Manteldüsen erfolgen. Obwohl sich d^urch das Einblasen von Kohlenwasserstoffen die Schmelzkapazität des Konverters erhöhen kann, ergeben sich dennoch wesentliche Nachteile. Die gasförmigen Pyrolyseprodukte, vorzugsweise Wasserstoff, strömen derartig schnelldurch die Schmelze, daß ein Teil von ihnen unverbrannt in das Konverterabgas gelangt. Weiterhin löst sich ein Teil des Wasserstoffs in der Metallschmelze und muß durch Spülen mit gasLgneten Gasen, zum Beispiel Stickstoff, aus ihr entfernt werden. Die Pyrolyseprodukte sind, wenn ihnen Sauerstoff im bestimmten Verhältnis zugemisDht ist, außerordentlich explosiv und gefährden feher die Sicherheit der gesamten Anlage. Aus diesem Grunde werden nur geringe Mengen an Kdienwasserstof f en in den Konverter eingeblasen, was aber mit einer Begrenzung der Schmelzkapazität des Konverters verbunden ist.
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Es ist weiterhin allgemein erforderlich, den zu erschmelzenden stückigen oder pelletierten Eisenschwamm, der teilweise durch Schrott ersetzt werden kann, chargenweise in den Konverter zu gehen und die Schmelze diskontimierlich abzuziehen, wodurch für den Konverter längere Anfahr- und Standzeiten verursacht werden. Beim diskontinuierlichen Terfahren ist die Abgasnutzung wenig wirtschaftlich, da große Teile des Abgases, die zu Beginn und am Ende des Schmelzprozesses anfallen, verworfen werden müssen.
Die besonderen Schwierigkeiten beim Einschmelzen von Eisenschwamm werden im wesentlichen von seiner schlechten Wärmeleitfähigkeit verursachte Beispielsweise kann in Elektrolichtbogenofen ein hoher Anteil des metallischen Einsatzes aus Eisenschwamm bestehen (bis zu 80$), wobei sich. aber in Folge der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Eisenschwamms die Einschmelzkosten erhöhen. Die hohe Bewegungsintensität der Schmelze beim diskontinuierlichen Schmelzprozeß wirkt sich beim Prischen mit Sauerstoff auf die Einschmelzkapazität für Eisenschwamm zwar günstig aus, doch ist die einschmelzbare Eisenschwammenge durch die im Roheisen enthaltenen Energieträger auf etwa 30 $ begrenzt. Zudem kann es wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Eisenschwamms zur Bildung schwer aufschmelzbarer Schollen kommen, die vor allem beim Abschlacken zu Schwierigkeiten führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einschmelzen von Eisenschwamm zu schaffen, das es ermöglicht, beliebig große Mengen von Eisenschwamm einzuschmelzen, ohne daß die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Eisenschwamms sich störend auf den Schmelzprozeß auswirkt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als für das EinschmeIzverfahren erforderliche weitere Stoffe feste, staubförmige Kohlenstoffträger und feinkörniger Eisenschwamm verwendet werden. Zur Durchführung des der Erfindung entsprechenden Verfahrens ist es notwendig, daß der Sauerstoff oder das Gemisch aus Sauerstoff und gebranntem Kalk und die weiteren für das Einschmelzverfahren erforderlichen Stoffe in unmittelbarer Nähe zueinander in das Schmelzbad eingebracht werden. Um die Einsatzstoffe mittels Düsen unterhalb der Oberfläche des Schmelzbades in das Schmelzgefäß einbringen zu können, ist es erforderlich, daß die staubförmigen Kohlenstoffträger und der freinkörnige Eisenschwamm in einem geeigneten Trägergas suspendiert sindo Neben dem pneumatischen Ofensport der Einsatzstoffe bewirkt das Trägergas zusammen mit dem Verbrennungsgas eine intensive Durchmischung des Metallbades und schafft dadurch gleichmäßige Temperatur- und Konzentrationsverhältnisse im Schmelzgefäß. Als Trägergas sind alle die Gase gasLgnet, die nicht oder nur in geringem Maße mit den Stoffen reagieren, die im Trägergas befördert werden und die keine negativen Auswirkungen auf die Zusammensetzung des erschmolzenen Metalls und des Abgases haben,, Die Suspendierung der für das Einschmelzverfahren notwendigen Stoffe im Trägergas ermöglicht es, daß die Entnahme des erschmolzenen Eisens und der Schlacke aus dem Schmelzgefäß sowie die Zufuhr der Einsatzstoffe (Sauerstoff, Kalk, Kohlenstoff träger, Trägergas, stückiger oder pelletierter sowie feinkörniger Eisenschwamm und Schrott) in das Schmelzgefäß kontinuierlich erfolgt. Für das Einschmelzverfahren ist es besonders vorteilhaft, wenn als fester staubförmiger Kohlenstoffträger Kohlenstaub vermeidet wird» Aber auch die Verwendung von festen Rückständen der Erdölverarbeitung, die durch den Zusatz geeigneter Stoffe - z.B. Tonerde - zu staubförmigen Produkten verarbeitet werden können, ist möglicho Weiterhin ist der Einsatz von feinkörnigem Calciumcarbid möglich.
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Die festen, staubförmigen Kohlenstoffträger müssen vor ihrer Suspendierung im Trägergas weitgehend vom anhaftenden Wasser befreit werden. Das die Erfindung betreffende Verfahren benötigt zur Verbrennung von 1 kg Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid zwischen 0,7 und 1,3 Nm Sauerstoff. Dabei werden 2469 Kcal frei, wovon ungefähr 1069 Kcal vom Kohlenmonoxid und dem Trägergas aus dem Schmelzgefäß abgeführt werden, so daß für den Schmelzvorgang noch 1400 Ecal genutzt werden können. Da der einzuschmelzende Eisenschwamm häufig unterschiedliche Eisengehalte aufweist, ist es erforderlich, die Menge des Kohlenstoffträgers entsprechend zu variieren. I1Ur das Verfahren ist es weiterhin sehr vorteilhaft, wenn als Trägergas Kohlenmonoxid verwendet wird. Besonders wirtschaftlich ist es, wenn als Trägergas das Abgas des .Schmelzprozesses verwendet wird. Das Abgas enthält fast nur Kohlenmonoxid und kann ohne aufwendige Entstaubung im Kreislauf geführt werden. I1Ur den pneumatischen Transport der Kohlenstoffträger und des Eisenschwamms werden 3 bis 25 Nl Trägergas pro kg Peststoff benötigt, wobei die Teilchengröße der Feststoffe maximal ^ des engsten Förderquerschnitts betragen sollte und vorzugweise 20/Hm beträgt. Der Druck, mit dem die Einsatzstoffe in das Schmelzgefäß gefördert werden, ist den jeweiligen Abmessungen des Gefäßes, seinem Füllstand und der Düsenzahl anzupassen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindtmg betreffen die Art der Einbringung der Einsa/tzstoffe in das Schmelzgefäß. Häufig ist es zweckmäßig, wenn der Säuerstoffgasstrahl, in dem staubförmiger gebrannter Kalk suspendiert sein kann, von einem Trägergasstahl, in dem feste staubförmige Kohlenstoffträger suspendiert sind, mantelartig umhüllt wird. Diese Form der Stoffzufuhr wird mit einer Manteldüse erreicht,, in deren innerem Rohr der Sauerstoff strömt
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und in deren äußerem Rohr der Kohlenstoff-träger transportiert wird, line andere vorteilhafte VerfahrensVariante sMit vor, daß der Sauerstoffstrahl, in dem staubförmiger gebrannter Kalk suspendiert sein kannp von einem Trägergasstrahl, in dem feste staubförmige Kohlenstoffträger und feinkörniger Eisenschwamm suspendiert sind, mantelartig umhüllt wirdo
Häufig wird eine andere die Zufuhr der Einsatzstoffe betreffende Ausgestaltung der Erfindung angewendet, die darin besteht, daß der den Sauerstoffstrahl ummantelnde Trägergasstrahl, in dem die staubförmigen Kohlenstoffträger suspendiert sind, von einem weiteren Trägergasstrahl, in dem der feinkörnige Eisenschwamm suspendiert ist, mantelartig eingehüllt wirde Dadurch wird eine schnelle Erschmelzung des Eisenschwamms ermöglicht, und das Trägergas verhindert während des Eisenschwammtransports zum Einschmelzgefäß die unerwünschte Reoxidatione Auch diese vorteilhafte Art der Einbringung von Eisenschwamm und Kohlenstoffträgern in den Konverter wird durch eine Mehrmanteldüse, die aus drei konzentrisch angeordneten Düsenrohren besteht, erreichte In anderen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, die Einsatzstoffe so durch eine Mehrmanteldüse zu führen, daß ein Trägergasstrahl, der Eisenschwamm mitführt, mantelartig von einem Sauerstoffstrahl, der staubförmigen Kalk enthalten kann, eingehüllt wird und daß der Sauerstoffstrahl wiederum durch einen Trägergasstrahl mantelartig eingehüllt wird, in dem staubförmige Kohlenstoffträger suspendiert sindo Mit dieser Fahrweise kann insbesondere Eisenschwamm vorteilhaft erschmolzen werden, bei dem zur Entfernung unerwünschter Begleitstoffe, wie zum Beispiel Phosphor, eine oxidierende Reaktion erforderlich ist. Da das die Erfindung betreffende Verfahren kontinuierlich abläuft und da dem Schmelzgefäß mit Ausnahme von
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pelletiertem oder stiöcigem Eisenschwamm und Schrott alle Einsatzstoffe pneumatisch zugeführt werden, können zur legelung der Schmelzbadtemperatur und des Kohlenstoffgehaltes des Metallbades die Mengenströme des Kohlenstoffträgers, des Schrotts, des Eisenschwamms, des Trägergases und des Sauerstoffs in gegenseitiger Abhängigkeit voneinander geändert werden. Wird zum Beispiel die Sauerstoff- und Kohlenstoffdosierung erhöht, kann bei gleichbleibender 3ch.rottdosage die Eisenschwammzufuhr erhöht werden, ohne daß sich die Badtemperatur ändert.
Diese Steuerung der Mengenströme kann auch dazu verwendet werden, gezielt solche Kohlenstoffgehalte im Metallbad einzustellen, die für das Aufschmelzen fester metallischer Einsätze besonders günstig sind, beziehungsweise für den Ablauf bestimmter metallurgischer Reaktionen, Z0B. der Entschwefelung, von Vorteil sind.
Mit der Erfindung werden gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile erzielt:
a. Die Verwendung fester Kohlenstoffträger, insbesondere Kohlenstaub, verbilligt den Einschmelzvorgang, da Kohlenwasserstoffe, insbesondere Propan und Butan, teurer sind als Kohle, Außerdem wird durch <3Le Verwendung fester Kohlenstoffträger die Schmelzleistung des Konverters und die Betriebssicherheit des Abgassystems erhöht.
bo Während des Schmelzvorganges entsteht Kohlenmonoxid, das als Trägergas für den Transport der Einsatzstoffe, als Gas zur Durchmischung der Schmelze und als Schutzgas für die Metallschmelze besonders gut geeignet ist.
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c. Die pneumatische Zufuhr der Einsatzstoffe macht es möglich, daß der EinschmelζVorgang kontinuierlich durchgeführt werden kann und gut regelbar ist.
d. Da das beim Einschmelζverfahren kontinuierlich anfallende Abgas zu 90 bis 99 $ aus Kohlenmonoxid besteht, kann der Abgasanteil, der nicht als Trägergas verwendet wird, als Rohstoff für chemische Synthesen oder als Heizgas dienen.
d. Das Yerfahren ermöglicht es, den Kohlenstoffgehalt des Metallbades durch eine Regelung der Sauerstoff- und Kohlenstoff mengen, die auf die kühlenden Zusätze abgestimmt werden, so zu steuern, daß er während des Einschmelzens des Einschwamms in einem optimalen Bereich liegt, in dem beispielsweise die Auflösung metallischer Zusätze besonders gut abläuft oder die Entschwefelung besonders günstigt ist.
Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfin~ dungsgegenständes dargestellt, das im folgenden näher beschrieben wird. In einem feuerfest ausgekleidete^ Schmelzgefäß 1 befindet sich eine Metallschmelze 2, auf der eine Schlackeschicht 3 schwimmt. Das Schmelzgefäß 1 ist mit einer weitgehend gasdichten Abdeckhaube 4 versehen, aus der über eine Absaugvorrichtung 5 das Abgas entnommen wird. Das Abgas gelangt über einen Strahlungskessel zur Dampferzeugung und einen Entstauber 7 in einen Vorratstank 8. Aus dem Vorratstank 8 werden die Gasströme entnommen, die zum Trans-
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port der Einsatzstoffe erforderlich, sind. Der Rest des Abgases wird seiner weiteren Verwertung zugeführt. Die Teilströme werden in den Kompressoren 9 und 10 auf den erforderlichen Betriebsdruck komprimiert. Dem in der Gasleitung 11 befindlichen Trägergas wird aus einem Vorratsbunker 14 der in einer Mühle 13 ggf. unter KohlenmonoxidatmoSphäre gemahlene und in einem Trockner 12 getrocknete Kohlenstoffträger - hier ist es Kohlenstaub - zudosiert. Diese Arbeitsweise ist besonders dann notwendig, wenn jüngere Kohlearten, wie zoB. Braunkohle, verwendet werden. Das für den MahlVorgang erforderliche Schutzgas wird dem Vorratstank 8 entnommen. Die Trocknung der Kohle erfolgt mit Heißdampf, der im SUah.-lungskessel 6 gewonnen wird. Der Dampf wird in der Leitung 15 im Kreislauf geführte Dem in der Gasleitung 16 geführten Trägergas wird aus einem Vorratsbunker 17 feinkörniger Eisenschwamm zudosiert. Dem in der Gasleitung geführten Sauerstoff wird aus einem Vorratsbunker 19 Kalkstaub zudosiert. Die Zugabe von Kalk ist zur Bindung der in der Schmelze enthaltenen Verunreinigungen Phosphor, Silicium und Schwefel fast immer erforderlicho Die Gasleitungen 11, 16 und 18 sind an eine oder mehrere Manteldüsen 20 angeschlossen, wobei der Sauerstoff im inneren, der Kohlenstoffträger im mittleren und der Eisenschwamm im äusseren Rohr geführt wirdo Es sind aber auch andere Zufuhrmöglichkeiten für die Einsetzstoffe anwendbar. Die Anordnung der Manteldüsen erfolgt am besten am Boden des Schmelzgefässes. Die Anzahl der erforderlichen Manteldüsen ist von der Größe und der geometrischen Form des Schmelzgefäßes abhängige Am Schmelzgefäß 1 sind Meßvorrichtungen 21 angebracht, von denen die einzelnen Mengenströme gesteuert werden. Sinkt beispielsweise die Temperatur des Schmelzbades 9 so wird die Zufuhr von Eisenschwamm gedrosselt. Aus dem am Schmelzgefäß befindlichen Auslaß 22 wird kontinuierlich oder in kurzen Ab-
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ständen das erschmolzene Eisen entnommen, daß einen Kohlenstoffgehalt aufweisen kann, wie es für Stahl zu fordern ist. Über den Auslaß 23 wird die Schlakke kontinuierlich oder in kurzen Abständen entnommeno Die Menge der anfallenden Schlacke ist abhängig vom Eisengehalt des Eisenschwamms, rom Kohlenstoffgehalt der Kohlenstoffträger und von der zugegebenen Kalkmenge„ In der Abdeckhaube 4 sind Dosieevorrichtungen 24 und 25 vorhanden, über die grobstückiger oder pelletierter Eisenschwamm, dem Schrott zugesetzt sein kann, so in das Schmelzgefäß gelangen, daß kein Abgas entweichen kann. Es ist zweckmäßig, das Schmelzgefäß 1 so groß auszubilden, daß es gleichzeitig als Vorratsbehälter verwendet werden kann, dem ein Vormetall mit einer Grundzusammensetzung entnommen wird, welches in einer nachgeschalteten Weinbehandlung nach bekannten metallurgischen Verfahren in den gewünschten Stahl umgewandelt wird.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche :
    1· Verfahren zum Einschmelzen von Eisenschwamm, bei dem stückiger oder pelletierter Eisenschwamm, der teilweise durch Schrott ersetzt sein kann, auf die Oberfläche eines Metallbades gegeben v/ird und bei dem der Metallschmelze durch mindestens eine unterhalb der Badoberfläche des Schmelzgefäßes angeordnete Düse Sauerstoff oder ein Gemisch aus Sauerstoff und staubförmigem gebrenntem Kalk (OaO) und durch eine oder mehrere jeder Düse zugeordnete weitere Düsen weitere für das 3inschmelζverfahren erforderliche Stoffe unter Druck zugef uhr Ij^e r den s dadurch gekennzeichnet, daß als für das Einschmelzverfahren erforderliche weitere Stoffe feste, staubfö'rmige Kohlenstoff träger und feinkörniger Eisenschwamm verwendet werden,,
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet 3 daß der Sauerstoff oder das. Gemisch aus Sauerstoff uncj/gebrenntem Kalk und die weiteren für das Einschmelζverfahren erforderlichen Stoffe in unmittelbarer Nähe zueinander in das Schmelzbad eingebracht werdene
    3ο Verfahren nach den Ansprüchen 1und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die staubfö'rmigen Kohlenstoff träger und der feinkörnige Eisenschwamm in einem geeigneten Trägergas suspendiert sind.
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    Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme des erschmolzenen Eisens und der Schlacke aus dem Schmelzgefäß sowie die Zufuhr der Einsatzstoffe (Sauerstoff, Kalk, Kohlenstoffträger, Trägergas, stückiger oder pelletierter sowie feinkörniger Eisenschwamm und Schrott) in das Schmelzgefäß kontinuierlich erfolgt.
    ο Verfahren nach den Ansprüchen 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als fester staubförmiger Kohlenstoffträger Kohlenstaub verwendet wird.
    βο Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Kohlenmonoxid verwendet wird <,
    7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas das Abgas des Schmelzprozesses "verwendet wird.
    8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß 3 bis 25 ITl Trägergas pro kg Kohlenstoffträger und pro kg feinkörnigem Eisenschwamm verwendet werden.
    9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgasstrahl, in dem staubförmiger gebrannter Kalk suspendiert sein karcj von einem Trägergasstrahl, in dem feste, staubförmige Kohlenstoffträger suspendiert sind, mantelartig umhüllt wird.
    10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgasstrahl, in dem staubförmiger gebrannter Kalk suspendiert sein kann, von einem Trägergasstahl, in dem feste staubförmige Kohlenstoffträ-
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    ger und feinkörniger Eis «schwamm suspendiert sind, mantelartig umhüllt wird. -
    ο Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der den Sauerstoffstrahl ummantelnde Trägergasstrahl, in dem die staubförmigen Kohlenstoffträger suspendiert sind, von einem weiteren Trägergasstahl, in dem der feinkörnige Eisenschwamm suspendiert ist, mantelartig eingehüllt wirdo
    12oVerfahren nach den Ansprücten 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägergasstahl, der Eisenschwamm mitführt, mantelartig von einem Sauerstoffstrahl, der staubförmigen Kalk enthalten kann, eingehüllt wird und daß der Sauerstoffstrahl wiederum durch einen Trägergasstrahl mantelartig eingehüllt wird, in dem staubförmige Kohlenstoffträger suspendiert sindo
    13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Schmelzbadtemperatur und des Kohlenstoffgehaltes des' Metallbades die Mengenströme des Kohlenstoffträgers, des Schrotts, des Eisenschwamms, des Trägergases und des Sauerstoffs in gegenseitiger Abhängigkeit voneinander geändert werdeno
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    Leers'eite
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