DE2623264A1

DE2623264A1 - Lanze und verfahren zum einleiten eines gemisches aus reaktionsfaehigem teilchenmaterial und einem traegergas in zu entschwefelndes schmelzfluessiges eisen

Info

Publication number: DE2623264A1
Application number: DE19762623264
Authority: DE
Inventors: Robert George Petrushka
Original assignee: Jones and Laughlin Steel Corp
Current assignee: Jones and Laughlin Steel Corp
Priority date: 1975-06-16
Filing date: 1976-05-24
Publication date: 1976-12-30
Also published as: JPS51151213A; FR2314943A1

Description

PAT ENTANWÄLTE MENGES&PRAHL 2623264

Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5

Patentanwälte Menges & Prahl, Erhardtstr. 12, D-8000 München 5 Dipl.-lng. Rolf Menges

Dipl.-Chem. Dr. Horst Prahl

Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

Ihr Zeichen/Your ref.

Unser Zeichen/Ourref. I 114

Datum/Date 24. Mai 1976

Jones & Laughlin Steel Corporation Pittsburgh,PA 15230, V.St.A.

Lanze und Verfahren zum Einleiten eines Gemisches aus reaktionsfähigem Teilchenmaterial und einem Trägergas in zu entschwefelndes schmelzflüssiges Eisen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lanze, die für die Entschwefelung von schmelzflüssigen Eisenwerkstoffen, wie beispielsweise Stahl und Gußeisen, verwendbar ist. Die Lanze nach der Erfindung ist so ausgelegt, daß sie sowohl die hohen Temperaturen von etwa 1430 °C bis 1595 ⁰C aushält, die normalerweise in Eisenschmelzbädern auftreten, als auch als ein Durchlaß für das Einleiten von verschiedenen reaktionsfähigen Entschwefelungsmitteln an Stellen unterhalb der Badoberfläche dient. Eine strukturell starre Lanze, die wärmestoß-beständig ist, muß die rauhe Umgebung von Eisenschmelzbädern aushalten können. Darüber hinaus muß die Lanze ausreichend isoliert sein, um dag Erreichen von Temperaturen auszuschließen, die aus-

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reichend hoch sind, um die geförderten Entschwefelungsmittel zu veranlassen, zu schmelzen oder mit dem Trägergas zu reagieren.

Im Stand der Technik hat man sich insgesamt damit befaßt, Lösungen für gewisse Aspekte von Problemen zu finden, die dem durch die Erfindung gelösten ähnlich sind. Beispielssse'ise ist in der US-PS 2 805 147 eine fluidgekühlte Lanze beschrieben, die verwendbar ist zum Einleiten von feinkörnigen festen Zusatzstoffen, wie beispielsweise Magnesium, zusammen mit einem Trägergas, wie beispielsweise Stickstoff, unter die Oberfläche von metallischen Schmelzen . Gemäß der Erfindung wird jedoch eine starre, isolierte Lanze für die Entschwefelung verwendet, statt einer fluidgekühlten Lanze, wodurch die Betriebskomplexität und verwandte Konstruktionsund Herstellungsprobleme minimiert werden. Die US-PS 3 430 befaßt sich mit einer zusammengesetzten Injektionslanze, die für die Verwendung bei Oxygenstahlherstellungsverfahren bestimmt ist. Bei derartigen Lanzen werden Aluminiumfolieschichten verwendet und sie sind als selbstverzehrend beschrieben.

Ein typisches Entschwefelungsverfahren von heißen Metallen beinhaltet das Einführen von geraden, feuerfest überzogenen Stahlrohren, welche pulverförmige Entschwefelungsmittel unter einem Winkel von 20° bis 40° gegen die Horizontale in Roheisenmischer einleiten, die das schmelzflüssige Roheisen enthalten, bevor es weitertransportiert und zu Stahl gefrischt wird, beispielsweise durch bekannte Verfahren, wie das Siemens-Martin-oder basische Oxygenblasverfahren. Dieses bekannte Entschwefelungsverfahren ist insofern vorteilhaft, als das Entschwefelungsmittel in der Nähe eines der Enden des Roheisenmischers eingeleitet werden kann, was aufgrund der in dein Mischer hervorgerufenen Zirkulation des schmelzflüssigen Roheisens zu einer guten Vermischung des Entschwefelungsmittels mit dem Roheisen führt. Die Lanzen sind, aufgrund von. Überlegungen hinsichtlich des Austausches^ so aufgebaut ₉

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daß sie ein geringes Gewicht haben.

Andererseits hat das typische bekannte System mehrere Nachteile. Erstens muß der Roheisenmischer durch eine Lokomotive genau positioniert werden, um sicherzustellen, daß die Lanze angesichts der Winkellage genau in die Mündung oder obere öffnung des Mischers eingeführt werden kann. Zweitens muß die Mündung des Mischers frei von Mündungsbären und Schlackenansatz sein, um ein Brechen oder Verbiegen der Lanze zu verhindern. Die Schlackenansammlung unterhalb der Mischerdecke oder an seinem Boden trägt dazu bei, daß die Lanze bricht bzw. daß ihre Spitze verstopft wird. Schließlich führen über lange Zeit ausgedehnte Injektionsbehandlungen, wie sie beispielsweise erforderlich sind, um den Schwefelgehalt von etwa 0,100 % auf 0,010 % zu senken, zu einer überhitzung des Rohres und infolgedessen zum Erweichen und Verbiegen aufgrund der Auftriebswirkung des dichteren Roheisens und der Rührbewegung des Mischvorganges. Die Zeiten, um die es sich bei der oben genannten Entschwefelung handelt, liegen normalerweise in einem Bereich von 15 Minuten bis ·. 45 Minuten.

Es ist deshalb zu erkennen, daß das oben beschriebene typische Verfahren und Lanzensystem bei längeren Entschwefelungsbehandlungen insgesamt nicht zufriedenstellend ist. Das gilt insbesondere in Fällen, in welchen es zu starken Schlackenbildungen kommt oder in welchen das .Entschwefelungsmittel einen relativ niedrigen Schmelzpunkt hat und mit dem Trägergas reagiert. Es ist klar, daß der letztere Fall ein komplexeres Lanzensystem erfordert, damit eine zufriedenstellende Betriebsdauer erreicht wird, ohne daß es zu einer Verstopfung oder Blockierung des Systems kommt.

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Das System nach der Erfindung wurde hauptsächlich für die Lösung von Problemen konzipiert, die bekannten Systemen eigen sind. Es umfaßt insgesamt ein starres, offenendiges, langgestrecktes Förderrohr, welches von einer Schicht aus Isoliermaterial umgeben ist, die ihrerseits von einem zweiten Rohr umgeben ist, das mit einer Schicht aus feuerfestem Material bedeckt ist. Die Isolierqualität und die Konstruktionsfestigkeit der Lanze ist so groß, daß die Lanze für längeren und wiederholten Gebrauch bei Entschwefelungsverfahren benutzbar ist und eine ausreichende Isoliereigenschaft hat, so daß reaktionsfähiges Teilchenmaterial, wie beispielsweise Magnesium oder seine Legierungen, mit einem Trägergas, wie beispielsweise Stickstoff, eingeleitet werden können, ohne daß das Teilchenmaterial schmilzt oder mit dem Stickstoff reagiert. Im Gebrauch kann die Lanze vertikal in einen Mischer eingeführt werden, wodurch viele der im Stand der Technik vorhandenen Probleme vermieden werden.

Die Erfindung schafft somit eine Lanze, die eine ausreichende Konstruktionsfestigkeit hat, um einen zeitlich ausgedehnten Gebrauch bei der Entschwefelung von schmelzflüssigen Eisenmetallen auszuhalten.

Weiter schafft die Erfindung ein Lanzensystem, deren Isolationsvermögen so groß ist, daß ein längerer Gebrauch bei der Einleitung von magnesiumhaltigern Teilchenmaterial und Stickstoff in Eisenschmelzen nicht zu einem Schmelzen des Teilchenmaterials oder zu dessen Reaktion mit dem Stickstoff führt, wodurch das Verstopfen oder Blockieren des Systems vermieden wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Schnittansicht der Lanze, welche die

verschiedenen, das Förderrohr umgebenden Schichten zeigt, die zu der strukturellen Steifigkeit und Festigkeit sowie zu den erwünschten Isoliereigenschaften führen, und

Fig. 2 veranschaulicht ein Anwendungsverfahren der

Lanze nach der Erfindung in Verbindung mit einem Roheisenmischer.

Die Lanze nach der Erfindung kann als eine Verbundlanze bezeichnet werden. Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß die Lanze verschiedene Schichten aufweist, die ein Innenrohr 11 umgeben. Dieses Rohr ist ein starres, am Ende offenes, langgestrecktes Förderrohr, dessen Ende 16 für den Anschluß an eine herkömmliche Speiseleitung (nicht dargestellt) zum Einleiten eines Gemisches aus Teilchenmaterial und einem Trägergas in das Rohr 16 vorgesehen ist. Das Rohrende 18 dient zum Einleiten des geförderten Gemisches unter die Oberfläche von schmelzflüssigem Material. Es ist klar, daß verschiedene Konfigurationen von Öffnungen und/oder Düseneinsätzen für das Einleiten des Gemisches unter die Oberfläche von verschiedenen schmelzflüssigen Eisenwerkstoffen benutzt werden können. Die in Fig. 1 dargestellte kreisförmige Konfiguration ist jedoch für die Zwecke der Erfindung ausreichend. Ein übliches Stahlrohr ist für das Rohr 11 geeignet. Es könnten aber auch andere wärmebeständige Werkstoffe benutzt werden.

Eine Isoliermaterialschicht 12 ist um das Förderrohr 11 herum und in direkter Berührung mit demselben angeordnet. Die Isoliermaterialschicht sollte eine ausreichende Dicke haben, um das Schmelzen des reaktionsfähigen Teilchenmaterials und seine Reaktion mit dem Trägergas zu verhindern.

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Verschiedene Isolationsarten und -dicken sind für diese Zwecke geeignet und von der Art des einzuleitenden Gemisches abhängig. Für das Einleiten von Magnesium enthaltenden Teilchenmaterialien mit Stickstoff als Trägergas ist eine 6 mm bis 12,5 mm dicke Schicht aus Kao-Wolle oder Asbest in Gewebeform mit Erfolg verwendet worden.

Ein zweites starres Rohr 13 ist um die Isoliermaterialschicht 12 herum und in direktem Kontakt mit derselben angeordnet. Das Rohr 13 dient dem Zweck, die strukturelle Steifigkeit zu schaffen, die für den erfindungsgemäßen Gebrauch erforderlich ist. Ohne das Vorhandensein des zweiten Rohres würde bei den Temperaturen, die während des Einleitungsprozesses auftreten, sich ein unzulässiges Maß an Verbiegung und/oder Durchbiegung ergeben. Das Rohr 13 kann aus denselben Materialien hergestellt werden, die oben für das Förderrohr 11 angegeben worden sind. Das Rohr 13 kann ebenfalls für eine Verbindung mit gewissen Teilen ausgebildet sein, die Materialeinleitvorrichtungen zugeordnet sind, wie in dem Fall des Förderrohres 11. Dieser Aspekt ist an dem Rohrende 17 dargestellt.Das Rohr 13 ist seinerseits mit einer Schicht aus feuerfestem Material 14 versehen, mit einer Zusammensetzung und einer ausreichenden Dicke, um der Erosion zu widerstehen, die durch das schmelzflüssige Eisen während des Prozesses verursacht wird. Die feuerfeste Schicht 14 dient außerdem dazu, die Lanze so weit zu isolieren, daß das Teilchenmaterial während seines Durchgangs durch das Förderrohr 11 nicht schmilzt oder mit dem Trägergas reagiert. Es hat sich gezeigt, daß ringförmige feuerfeste Hülsen, wie sie für Stahlpfannenverschlußstangen benutzt werden,und die so groß sind, daß sie auf das Rohr 13 passen, um das Rohr 13 herum angeordnet werden können. Ein solches feuerfestes Material ist beispielsweise ein 12,5 mm dickes siliziumhaltiges feuerfestes Material. Keilförmige Abschnitte werden in dem Bereich benutzt, wo die Lanze gebogen ist. Zur Verhinderung von Lecken

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zwischen den Hülsen kann eine dünne Schicht aus einer lufttrocknenden Aufschlämmung, wie beispielsweise der von der Firma Miller Refractories Co., 8901 Woodland Avenue, Cleveland, Ohio 44104, hergestellte sogenannte Miller's Stopper Rod Cement aufgebracht werden. Selbstverständlich können statt der feuerfesten Art und der Ringform, die oben beschrieben sind, verschiedene andere Arten und Formen oder getrocknete Aufschlämmungen verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie die verlangte Funktion erfüllen.

Es wird bevorzugt, in der Nähe des Einleitendes der Lanze eine Biegung zu schaffen. Als optimaler Abstand werden 60 bis 90 cm von ihrem Ende angesehen. Eine solche Biegung sollte typischerweise mit der Längsachse des Rohres 11 einen Winkel von 30° bis 45° bilden, damit die Lanze vertikal in das Eisenbad abgesenkt und dann das Gemisch unter einem Abwärtswinkel in das Bad eingeleitet werden kann. Ein solches Einleiten dient zur Förderung des Vermischens des Teilchenmaterials und des Bades, da die Zirkulation dadurch gefördert wird. Eine typische Biegungskonfiguration ist an der Stelle 15 in Fig. 1 dargestellt.

Wie Fig. 1 an der Stelle 18 zeigt, ist die Spitze des Förderröhres 11 mit den drei Deckschichten der Lanze im wesentlichen bündig. Diese Anordnung wird bevorzugt, weil die Ansatzbildung von Teilchenmaterial und/oder das Zurückströmen (durch das sich zurückbleibende Reste ergeben) von heißem schmelzflüssigem Material in die Lanze dadurch verhindert wird. Somit ergibt sich aufgrund der geringeren Gelegenheit für ein Verstopfen der Lanze eine längere Lanzenlebensdauer. Dieser Aspekt ist für das Einleiten von reaktionsfähigem Teilchenmaterial mit niedriger Schmelztemperatur, wie beispielsweise Magnesium und Magnesiumlegierungen, besonders wichtig.

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Es hat sich herausgestellt, daß Lanzen nach der Erfindung typischerweise für fünf bis acht Entschwefelungsbehandlungen verwendet werden können, von denen jede eine Dauer von ungefähr 15 bis 25 Minuten hat. Dagegen haben gerade feuerfest überzogene Stahlrohre eine nutzbare Lebensdauer von etwa zwei Entschwefelungsbehandlungen, wenn sie zum Einleiten von kein Magnesium enthaltenden Entschwefelungsmitteln, wie beispielsweise Calciumcarbid, benutzt werden, und von weniger als einer Behandlung, wenn sie für das Einleiten von Magnesium enthaltenden Pulvern benutzt werden. Zu den Magnesium enthaltenden typischen Teilchenmaterialien gehören: reines Magnesiumpulver, Magnesium-Aluminium-Legierungen und Magnesium-Calcium-Legierungen. Typische Größenbereiche, die für die Durchführung der Erfindung geeignet sind, gehen von etwa 0,30 bis 0,85 mm. Das Einleiten solcher Pulver führt dazu, daß die Lanze während des frühen Stadiums der Behandlung verstopft und dadurch schnell betriebsunfähig wird. Magnesium und seine Legierungen schmelzen bei relativ niedrigen Temperaturen von beispielsweise etwa 425 ⁰C bis 593 C und reagieren anschließend schnell mit dem als Trägergas dienenden Stickstoff. Wenn Magnesium enthaltende Pulver in schmelzflüssiges Eisen eingeleitet werden, sollte deshalb die Lanze ausreichend isoliert sein, um sicherzustellen, daß der Temperaturanstieg in dem Förderrohr 11 während des Verfahrens nicht weiter als bis etwa 425 C geht. Die Reaktion führt zu dem Ansatz von Reaktionsprodukten an den Wänden oder nahe der Spitze des Förderrohres 11.

Statt die Lanze unter einem Winkel gegen die Horizontale einzuführen, wie es in dem oben beschriebenen Stand der Technik erfolgt, wird die Lanze nach der Erfindung vertikal in das Bad abgesenkt. Dieses Verfahren ist in Fig. 2 dargestellt, welche die Lanze 21 in Verbindung mit einem Roheisenmischer 22 zeigt. Die mit gestrichelten Linien 23 dargestellte Lanze zeigt die Position der Lanze 21 vor ihrem Einführen in den Mischer 22. Durch eine Biegung in dem unteren Teil der Lanze,

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wie in Fig. 1 dargestellt, wird die Zufuhr und die wirksame Ausnutzung des Gemisches aus dem Trägergas und dem reaktionsfähigen Teilchenmaterial erleichtert. Bei Bedarf kann die Lanze um ihre Achse um 5 bis 15 schwenkbar ausgeführt werden, um das Einführen der Lanze an der Oberseite unter die Decke des Roheisenmischers 22 sicherzustellen. Dadurch wird das Einführen der Lanze in den Mischer 22 erleichtert und außerdem wird die Wirksamkeit des Entschwefelungsprozesses gefördert.

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Claims

Patentansprüche :

π. Lanze zum Einleiten eines Gemisches aus reaktionsfähigem Teilchenmaterial und einem Trägergas unter die Oberfläche von zu entschwefelndem schmelzflüssigem Eisenmaterial, mit einem starren, offenendigen, langgestreckten Förderrohr, welches ein erstes Ende hat, das zur Verbindung mit einer Zufuhreinrichtung zum Einleiten des Gemisches in das Förderrohr vorgesehen ist, und ein zweites Ende hat, das dazu dient, das Gemisch, nachdem es das Förderrohr passiert hat, unter der Oberfläche des schmelzflüssigen Eisenmaterials einzuleiten, gekennzeichnet durch:

a) eine Isoliermaterialschicht, die um das Förderrohr herum und in direktem Kontakt mit demselben angeordnet ist und eine ausreichende Dicke hat, um das Schmelzen des Teilchenmaterials und seine Reaktion mit dem Trägergas zu verhindern,

b) ein zweites starres Rohr, das um die Isoliermaterialschicht herum und in direktem Kontakt mit derselben angeordnet ist, und

c) eine Schicht feuerfesten Materials, die um das zweite Rohr herum und in direktem Kontakt mit demselben angeordnet ist und eine derartige Zusammensetzung hat, daß es erosionsbeständig ist, wenn es mit schmelzflüssigem Eisenmaterial in Berührung gebracht ist, sowie eine ausreichende Dicke hat, um das Schmelzen des Teilchenmaterials und seine Reaktion mit dem Trägergas zu verhindern.
2. Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Nähe des zweiten Endes unter einem Winkel von etwa 30 bis etwa 45 gegen ihre Längsachse gebogen ist.
3. Lanze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende des Förderrohres im wesentlichen mit dem

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Isoliermaterial, dem zweiten Rohr und dem feuerfesten Material bündig ist.
4. Verfahren zum Einleiten eines Gemisches aus reaktionsfähigem Teilchenmaterial und einem Trägergas unter die Oberfläche von zu entschwefeIndem schmelzflüssigem Eisenmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze nach Anspruch 1 verwendet wird, um das Gemisch unter der Oberfläche des schmelzflussigen Eisenmaterials einzuleiten, ohne daß das Teilchenmaterial schmilzt und ohne daß es zu einer Reaktion zwischen dem Teilchenmaterial und dem Trägergas kommt. ·
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchenmaterial einen Teil umfaßt, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Magnesium, Magnesium enthaltenden Legierungen und Magnesium enthaltenden Verbindungen besteht, und daß das Trägergas Stickstoff enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur von nicht mehr als etwa 425 °C in dem Förderrohr während des Gebrauches der Lanze gebildet wird.

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