DE2538385C2 - Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff-Blasstahl - Google Patents
Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff-BlasstahlInfo
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Description
AT=0,675 (Si-Sa)
bestimmt wird, in welcher X die Menge des einzublasenden Eisenoxids in kg je Tonne Metallinhalt der
Charge, S-, die zum Erzielen der angestrebten Endtemperatur als erforderlich festgelegte Stahlschrottmenge
und Sa die tatsächlich zugesetzte Schrottmenge bezeichnen, wobei S; und S3 in Prozent, bezogen auf den
gesamten metallischen Gehalt der Charge, ausgedrückt sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Stahlschrott in einer Menge von 0 bis
15%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Charge, zugesetzt wird, und daß während der Blasperiode in die
Charge 2£5 bis 13,5 kg feinzerteiltes Eisenoxid je Tonne Metallinhalt der Charge eingeblasen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenoxid innerhalb des eingeblasenen
Sauerstoffes in die Charge eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des eingeblasenen Eisenoxids 2,25
bis 13,5 kg Eisenoxid je Tonne Metallinhalt der Charge beträgt und der Menge des in der Charge enthaltenen
Stahlschrottes umgekehrt proportional ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des eingedüsten Eisenoxids durch
die Gleichung
X= 0,675 (20 -Y)
bestimmt wird, in welcher X die Menge des eingeblasenen Eisenoxids in kg je Tonne Metallinhalt der Charge
und Y die Menge an eingesetztem Stahlschrott in Prozent, bezogen auf den gesamten Metallinhalt der
Charge, bezeichnen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff-Blasstahl der im Oberbegriff des An
Spruchs 1 angegebenen Gattung. Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der DE-OS 23 16 786 bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren wird dem Sauerstoff und/oder dem Schutzgas bei Bedarf Feinerz zugesetzt, um
einen weiteren Schutz der feuerfesten Zustellung des Frischgefäßes sowie der Blasformen gegen örtliche
Überhitzung und den dadurch hervorgerufenen Verschleiß zu erhalten. Ferner wird durch den Zusatz von
Feinerz die unerwünschte Entwicklung von braunem Rauch herabgesetzt.
Bei dem bekannten Verfahren wird das Feinerz vorzugsweise am Ende des Frischvorganges zugesetzt, da sich
das zugegebene Feinerz dann am vollständigsten in der Metallschmelze löst. Ferner wird bei dem bekannten
Verfahren die Feinerzzugabe benutzt, um die Badtemperatur während des Frischvorganges zu steuern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen
Gattung so auszubilden, daß nur ein geringer oder ggf. gar kein Schrott im Einsatz erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich in erster Linie daraus, daß die
Kühlwirkung des Eisenoxidzusatzes lediglich dann herbeigeführt wird, wenn mehr als 0,3% Kohlenstoff in der
Schmelze vorliegen. Das bedeutet, daß, wenn die Gesamtheit des Eisenoxides in die Stahlschmelze eingebracht
worden ist, bevor der Kohlenstoffgehalt der Schmelze auf 0,3% herabgesetzt ist, es möglich ist, mit wiederholbarer
Genauigkeit genau vorherzusagen, wieviel Eisenoxid der Schmelze noch zugesetzt werden muß, um exakt
die benötigte Kühlwirkung zu entfalten. Würde Eisenoxid bei niedrigeren Kohlenstoffgehalten als 0,3% der
Schmelze zugesetzt werden, so wäre die dadurch herbeigeführte Kühlwirkung nicht vorhersehbar. Insbesondere
wäre zu befürchten, daß sich das durch Umsetzung von Eisen mit eingeblasenem Sauerstoff gebildete Eisenoxid
nur unvollständig mit Kohlenstoff in der Schmelze zu Eisen und Kohlenmonoxid umsetzt. In Kenntnis des
Umstandes, daß die Reaktion zwischen dem zugesetzten Eisenoxid und dem Kohlenstoff stets vorhersehbar und
wiederholbar vollständig bei Kohlenstoffgehalten in der Schmelze von mehr als etwa 0,3% abläuft, läßt sich
genau die benötigte Eisenoxidmenge berechnen, die der Schmelze zugesetzt werden muß, um exakt den
angestrebten Kühleffekt herbeizuführen.
Es gilt 's gesichert, daß beim Erzeugen von Sauerstoff-Blasstahl im bodenblasenden Frischgefäß nahezu die |5
Gesamtheit des eingeblasenen Sauerstoffs mit Kohlenstoff reagiert, solange der Kohlenstoffgehalt im Schmelz- iyi
bad mehr als etwa 0,3% beträgt. Es wird jedoch nicht angenommen, daß sich der Kohlenstoff direkt mit dem ρ
eingeblasenen Sauerstoff umsetzt, sondern es wird davon ausgegangen, daß die Reaktion über die Bildung von |'ί:
flüssigem FeO läuft, wie in der folgenden Formel angegeben: |i(
Fe-I-V2O2-FeO $
Dieses flüssige FeO reduziert seinerseits den Kohlenstoff aus dem Bad gemäß
FeO+C— FE+CO
Die Geschwindigkeit der zweiten Reaktion wird in erster Linie durch den Transport von Kohlenstoff zur
Reaktionsgrenzfläche im geschmolzenen Metall bestimmt Bei hohen Kohlenstoffgehalten ist die treibende
Kraft hinreichend groß, um einen vollständigen Ablauf der zweiten Reaktion sicherzustellen. Unterhalb von
03% Kohlenstoff läuft die zweite Reaktion jedoch unvollständig ab. Dieses wird durch den Umstand belegt, daß
der FeO-Gehalt in der Schlacke während des Verfahrensablaufes so lange ganz niedrig bleibt, bis das Bad einen
Kohlenstoffgehalt von etwa 03% erreicht hat, worauf der FeO-Gehalt rasch ansteigt
Die Erfindung beruht auf dem Eindosen von Eisenoxiden, wie Fe2O3, Fe3O4 und/oder FeO, welche Kohlenstoff
leicht aus der Schmelze reduzieren, wobei dieses bei Kohlenstoffgehalten von mehr als etwa 03% in gleicher
Wirksamkeit abläuft, wie bei Verwendung von FeO. Bei diesen höheren Kohlenstoffgehalten laufen diese
Reaktionen, wie beispielsweise
Fe2O3+3C—2Fe+3CO
vollständig selbst dann ab, wenn sich der eingeblasene Sauerstoff im wesentlichen vollständig umsetzt Die
Reduktion des Eisenoxids läuft jedoch endotherm ab und demzufolge kann die Steuerung der Eisenoxideindüsung bei Kohlenstoffgehalten von mehr als etwa 03% zur Steuerung der Temperatur des Schmelzbades benutzt
werden. Demzufolge können durch sinkende Schrottsätze im ursprünglichen Einsatz verursachte steigende
Badtemperaturen dadurch kompensiert werden, daß Eisenoxid gemeinsam mit dem Sauerstoff in das Bad
eingebracht wird, während der Kohlenstoffgehalt des Bades oberhalb von etwa 03% liegt
Zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung können herkömmliche Einrichtungen zur Herstellung von
Blasstahl mit Hilfe eines bodenblasenden Verfahrens verwendet werden, es sei denn, daß Umbauten erforderlich
sind, um ein selektives Eindüsen des feinzerteilten Eisenoxides zu gestatten. Wenngleich das Eisenoxid mit Hilfe
einer Vielzahl von Einrichtungen, wie beispielsweise pneumatischen Einrichtungen durch eine von oben auf das
Bad gerichtete Lanze eingedüst werden kann, so wird doch ein Eindüsen des Oxides innerhalb des Sauerstoff-Blasstrahls bevorzugt Dieses erfordert indes keinerlei mühevollen Anstrengungen im Hinblick auf Konstruktion
und Entwicklung geeigneter Einrichtungen, da geeignete Einrichtungen in aller Regel zur Hand sind, da die
meisten großtechnischen bodenblasenden Blasstahl-Anlagen über Einrichtungen verfügen, mit welchen feinzerteilter Kalk oder andere Flußmittel mit dem Sauerstoff-Blasstrahl eingeblasen werden. Somit sind in der Regel
geeignete Verteilerleitungen, Speisesysteme usw. bereits in Gebrauch, wenngleich diese ursprünglich dazu
bestimmt sind, in kontrollierter Weise Flußmittel in den Sauerstoffstrahl einzubringen. Um eine Einrichtung zum
Eindüsen des feinzerteilten Eisenoxides zu schaffen, ist es lediglich erforderlich, eine Verdopplung des für die
Flußmittelzugabe vorgesehenen Systems vorzunehmen.
Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein bodenblasender Sauerstofftiegel
mit dem zu frischenden Warmeinsatz beschickt Typischerweise handelt es sich bei einem derartigen Warmeinsatz um Hochofen-Roheisen, dessen Zusammensetzung in der Größenordnung von 4 bis 5% Kohlenstoff, 0,5 bis
1,0% Mangan, 1 % Silicium, 0,03 bis 0,10% Phosphor und 0,05% Schwefel liegt. Der Warmeinsatz wird üblicherweise mit einer Temperatur von 1300 bis 14000C eingesetzt Im Gegensatz zu bodenblasenden Blasstahl-Erzeugungsverfahren nach dem Stand der Technik, bei welchen außerdem 20 bis 25% Schrott eingesetzt werden,
besteht die wesentlichste Aufgabe der Erfindung darin, Schrottzusätze ganz zu vermeiden oder wenigstens auf
ein Minimum zu verringern. Demzufolge wird beim erfindungsgemäßen Verfahren kein Schrott oder höchstens
ein Schrottsatz von bis zu 15 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Metalleinsatz, verwendet.
Nachdem das warme Metall und ggf. der begrenzte Anteil an Schrott in das Schmelzgefäß eingesetzt worden
sind, wird das Blasen in Übereinstimmung mit herkömmlichen großtechnischen Arbeitsweisen begonnen, wobei
vorzugsweise ein basisches Flußmittel, wie Kalk zusammen mit dem Sauerstoff eingeblasen wird. Bei den in der
Zeiteinheit eingeblasenen Mengen handelt es sich dabei im wesentlichen um die gleichen, wie sie beim herkömmlichen Betrieb derartiger Schmelzgefäße verwendet werden. Die jeweils verwendeten Durchflüsse (Men-
ge je Zeiteinheit) hängen von der Größe und Gestalt des Schmelzgefäßes, der Größe und Anordnung der
Blasformen sowie der chemischen Zusammensetzung der Charge ab. Typischerweise liegt die Gesamtmenge an
eingedüstem Sauerstoff innerhalb eines Bereiches von 39 bis 56 m3 je Tonne Metall. Wie bereits erwähnt, soll die
Menge an eingeblasenem Umhüllungsgas bei Verwendung von Erdgas als Umhüllungsmedium etwa 8 Vol.-%
der eingedüsten Sauerstoffmenge betragen, um eine optimale Lebensdauer der Blasformen und des feuerfesten
Tiegel- oder Konverterbodens zu erzielen. Typischerweise werden etwa 0,45 kg Kalk je 0,28 m3 Sauerstoff
eingeblasen.
Das kritische Moment der Erfindung besteht in dem gleichzeitigen Eindüsen von feinzerteiltem Eisenoxid
während des ersten Abschnittes des oben genannten Blasvorganges bevor der Kohlenstoffgehalt des warmen
Metalls auf 0,3% verringert worden ist, um die Temperatur des warmen Metalles auf bevorzugten niedrigeren
Werten zu halten. Dieses erfordert Eisenoxid-Einblasungen von 2,25 bis 13,5 kg je Tonne Warmeinsatz. Dabei
hängt die einzublasende Eisenoxidmenge vom Schrottsatz, der chemischen Zusammensetzung des Warmeinsatzes, der Ausgangstemperatur des Warmeinsatzes und der angestrebten Endtemperatur des Bades ab.
Zur Illustration der durch das Eisenoxid ausgeübten Kühlwirkung sei zunächst hervorgehoben, daß typische
herkömmliche Arbeitsweisen, die mit einem 20%igen Schrotteinsatz arbeiten, mit einer Warmeinsatztemperatür von 1300 bis 144O0C beginnen. Ist der Schrott eingeschmolzen und die Charge vollständig verblasen, so liegt
die Schlußtemperatur im Bereich von 1600 bis 1650° C. Ohne den genannten Schrotteinsatz würde die Schlußtemperatur im Bereich von 1760 bis 1820°C liegen. Demzufolge führt der 20%ige Schrottsatz zu einer Absen-
§ kung der Bad-Endtemperatur um etwa 1700C. Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß
■-, deshalb bei ohne Schrottanteil eingesetzten Chargen eine hinreichende Menge Eisenoxid eingeblasen werden,
^i um die sonst fehlende Kühlwirkung zu kompensieren, was heißt, daß hinreichend viel Eisenoxid zugesetzt
|i werden muß, um die Stahlschmelze um etwa 170° C abzukühlen. Da die Reaktion zwischen Fe^3 und dem im
ϊ, 5 flüssigen Eisen gelösten Kohlenstoff endotherm bis zu einem Ausmaß von 132 Kcal/Mol Fe2O3 abläuft, erfordert
< dieses etwa 13,5 kg Fe2O3 je Tonne Warmeinsatz, sofern ein vollständiger Ablauf der Fe2O3-Eirtkohlung ange-
V nommen wird. Wie bereits erörtert, läuft bei Kohlenstoffgehalten von mehr als 03% des Wanneinsatzes die
Reaktion im wesentlichen vollständig ab, wozu etwa 13,5 kg Fe2O3 je Tonne Warmeinsatz «rfordeilich sind, um
J> eine Temperaturabsenkung um 170° C zu erzielen. Ist im Einsatz etwas Schrott enthalten, dann braucht natürlich
/ ίο nur eine geringere Fe2O3-Menge eingeblasen werden. Besitzt eine Charge beispielsweise einen 15%igen
\ Schrottanteil, so wären noch 3,1 kg FeO3 je Tonne Metalleinsatz einzudüsen. Wird der Schrottartteil zunehmend
über die genannten 15% hinaus verringert, so wird fortschreitend mehr Fe2O3 benötigt, bis die 133 kg Fe2O3 je
Tonne Metalleinsatz erreicht sind, die für eine gänzlich schrottfreie Charge erforderlich sind. Als Faustregel
kann davon ausgegangen werden, daß durch je 0,45 kg Fe2O3, die je Tonne Metalleinsatz eingedüst werden, eine
etwa 5,5° C betragende Absenkung der Metallendtemperatur erreicht wird. Wird dieses mit der Kühl wirkung
L des Schrottes in Beziehung gesetzt, so ist ersichtlich, daß bei jeder gegebenen Charge für jede Prozentpunktvcr-
κί minderung des Schrottsatzes unterhalb des idealen Satzes von 20% 0,67 kg Fe2O3 je Tonne Metalleinsatz
eingeblasen werden müssen, wenn die gleiche Endtemperatur erreicht werden soll. In mathematischer Schreib-
;. weise läßt sich dieser Zusammenhang wie folgt ausdrücken:
X[kg Fe2O3Zt]=0,675 (20- Y)
In der vorstehenden Gleichung bezeichnet Vden jeweils verwendeten Schrottsatz und X die Menge an Fe2O3,
die in kgZt benötigt wird, um eine übereinstimmende Endtemperatur zu erzielen. Wenngleich die obige Erörterung
auf Fe2O3 als Kühloxid beschränkt worden ist, so sei doch hervorgehoben, daß Fe3Oi und FeO über
Kühlungseigenschaften verfügen, die sich nur sowenig von denen des Fe2O3 unterscheiden, daß die für Fe2O3
angegebenen Mengen auch für Fe3Oi und FeO zutreffen. Somit beläuft sich die Menge an Eisenoxid, die ohne
Veränderung der Endtemperatur zuzugeben ist, auf 0,675 (20— Y) kg Eisenoxid je Tonne Metalleinsatz, wobei Y
den prozentualen Schrottanteil im Metalleinsatz bezeichnet.
Die vorstehend erörterten Beziehungen sind seibstverständlich in erster Linie lediglich illustrativ im Hinblick
auf die bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzte Kühlwirkung von Eisenoxiden. Die
erwähnten Beziehungen basieren auf der Voraussetzung, daß die chemische Analyse des Warmeinsatzes dem
Üblichen entspricht, daß ein 20%iger Schrotteinsatz für eine derartige Charge ideal gewesen wäre, selbstverständlich
ohne ein Einblasen von Eisenoxid, und daß die gleichen Endtemperaturen angestrebt werden. In der
Praxis werden jedoch für jede Charge individuelle Verfahrensparameter berechnet, die auf der chemischen
Zusammensetzung, der Temperatur und dem Volumen des Warmeinsatzes, der angestrebten Endtemperatur
; und anderen Faktoren beruhen. Hinsichtlich der vielen zum Tragen kommenden Variablen ist ein Schrottsatz
von 20% nicht als für jede Charge ideal anzusehen. Wird somit davon ausgegangen, daß für eine gegebene
Charge ein idealer Schrottsatz 5,· berechnet wurden, und daß ein kleinerer Schrottsatz Sa als der berechnete
Schrottsatz 5, benutzt werden soll, wobei jedoch weder das Verhältnis von Sauerstoff zu Umhüllungsgas, noch
die angestrebte Endtemperatur geändert werden soll, so kann die folgende mathematisch ausgedrückte Beziehung
zugrundegelegt werden:
X [kg Eisenoxid je Tonne Warmeinsatz] = 0,675 (Si— Sa)
Wie der vorstehenden Gleichung zu entnehmen, muß die infolge des verringerten Tchrottsatzes (Si-S11)
verminderte Kühlwirkung dadurch kompensiert werden, daß X kg Eisenoxid je Tonne Warmeinsatz eingedüst
werden. Wie bereits zuvor erwähnt, muß das gesamte Eisenoxid in die Charge eingeblasen werden, bevor der
Kohlenstoffgehalt der Charge auf 0,3% verringert worden ist.
Aus dem Vorstehenden ist verständlich, daß der Bereich von 2,25 bis 13,5 kg Eisenoxid je Tonne Metalleinsatz
auf der Voraussetzung beruht, daß ein 20%iger Schrotteinsatz als ideal anzusehen sei. Es versteht sich jedoch,
daß es bei außergewöhnlichen Gegebenheiten erforderlich sein kann, weniger als 2,25 kg und mehr als 13,5 kg
Eisenoxid je Tonne Metalleinsatz einzublasen.
Wenngleich das Einblasen des Eisenoxids in bezug auf Menge je Zeiteinheit nicht kritisch ist, wird eine solche
Art der Eindüsung bevorzugt, die ein Verstopfen der Blasformen oder des Blasformen-Speisesystems ausschließt.
Wie bereits ermähnt, muß jedoch das gesamte Eisenoxid zugesetzt worden sein, bevor der Kohlenstoffgehalt
der Charge auf O,3o/o verringert worden ist. Demzufolge ist es vorteilhaft, daß mit der Eisenoxideindüsung
unmittelbar nach Beginn des Sauerstoffblasens begonnen wird, so daß die Eindüsung hinsichtlich Menge je
Zeiteinheit auf ein Minimum gebracht werden kann.
Beim Einblasen des Eisenoxids in die heiße Metallcharge setzt sich der darin enthaltene Sauerstoffgehalt mit
dem Kohlenstoff um, Während der Eisengehalte in die Charge geht. Demzufolge führt das erfindungsgemäße
Verfahren zu einem gesteigerten Metallausbringen. So werden z. B. je 0,45 kg Fe2O3, welches je Tonne Warmeinsatz
in die Charge eingeblasen wird, 0,31 kg Eisen der Charge zugeführt, wodurch das Ausbringen um 0,035%
gesteigert wird. Etwas höhere Ausbeuten werden durch Einblasen von Fe3O4 oder von FeO erzielt.
Ferner gestattet das Eindüsen von Eisenoxid und die dadurch hervorgerufene Verminderung des Kohlenstoffgehaltes
eine gewisse Verringerung des Bedarfs an eingeblasenem Sauerstoff. In 450 g eingeblasenem Fe2O3
sind 0,135 kg Sauerstoff enthalten. Beim maximalen Zusatz von 13,5 kg Fe2O3 je Tonne Metall führt dieses zu
einer etwa 9%igen Ersparnis am gesamten Sauerstoffbedarf, was eine beachtliche 9%ige Einsparung am
eingeblasenen gasförmigen Sauerstoff und natürlich auch eine entsprechende Verminderung des Bedarfs an
Umhüllungsgas zur Folge hat.
Umhüllungsgas zur Folge hat.
Claims (1)
1. Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff-Blasstahl in einem bodenblasenden Frischgefäß, bei welchem in
dem Frischgefäß eine Stahlcharge unter Zusatz von Schrott und/oder feinzerteiltem Eisenoxid mit Hilfe von
mit Schutzgas ummanteitem Sauerstoff gefrischt wird, wobei der erforderliche Schrottzusatz zum Erreichen
der angestrebten Endtemperatur im Frischgefäß vorherbestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Charge solange deren Kohlenstoffgehalt noch oberhalb von 03% Hegt zum zumindest teiiweisen
Ersatz von Schrott das feinzerteilte Eisenoxid während des Sauerstoffblasens eingeblasen wird, wobei die
Menge des eingeblasenen Eisenoxids durch die Gleichung
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