DE2755165B2

DE2755165B2 - Verfahren zur Erhöhung des Schrottsatzes bei der Stahlerzeugung

Info

Publication number: DE2755165B2
Application number: DE2755165A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. 8458 Sulzbach-Rosenberg Brotzmann
Original assignee: EISENWERK-GESELLSCHAFT MAXIMILIANSHUETTE MBH 8458 SULZBACH-ROSENBERG
Current assignee: Kloeckner CRA Patent GmbH
Priority date: 1977-12-10
Filing date: 1977-12-10
Publication date: 1980-09-18
Also published as: BE872620A; SU1306482A3; CZ278679B6; DE2755165A1; ZA786885B; DE2755165C3; JPS57164908A; CZ811578A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung des Schrottsatzes bei der Stahlerzeugung aus flüssigem Roheisen und Schrott, bei dem in einem Konverter von oben und von unten gleichzeitig Sauerstoff eingeblasen wird.

Stahl wird heute zum größten Teil unter Verwendung von technisch reinem Sauerstoff in Konvertern mit einem Fassungsvermögen von ca. 301 bis ca. 400! hergestellt. In der Betriebspraxix haben sich zwei grundsätzlich verschiedene Konverter-Frischmethoden durchgesetzt, Zum einen handelt es sich um das Sauserstoff-Aufblas-Verfahren und zum anderen um das Sauerstoffdurchlbas-Verfahren.

Wie brkannt, verwendet das Sauersioffaufblas-Ver

fahren eine wassergekühlte Kupfer-Lanze, die in den Konverter ragt und durch die der Sauerstoff, mit und ohne Kalkbeladung, auf die Schmelze geblasen wird. Mit sinkendem Kohlenstoffgehalt in der Schmelze laufen die Reaktionen zwischen Sauerstoff und den Eisenbegleiterm, insbesondere Kohlenstoff, langsamer ab, und damit verringert sich die Badbewegung, die im wesentlichen den Konzentrationsausgleich innerhalb der Schmelze bewirkt

ίο Das Sauerstoffdurchblas-Verfahren wendet Sauerstoffeinieitungsdüsen mit Kohlenwasserstoffummantelung an, die unterhalb der Badoberfläche in der Konverterausmauerung angeordnet sind. Der Frischsauerstoff wird mit den erforderlichen Schlackenbildern beladen, und durch das Einleiten sämtlicher Reaktionspartner in die Schmelze kommt es im Konverter zu optimalen Bedingungen für die Reaktionstechnik, wobei auch gegen Ende der Frischreaktion et s starke Badbewegung vorhanden ist Demgemäß ergeben sich erhebliche wirtschaftliche und metallurgische Vorteile beim Stahlfrischen.

Ein wirtschaftlich bedeutungsvoller Unterschied zwischen den beiden Stahl-Frischverfahren liegt darin, daß etwa 3%-Punkte Schrott also 30 kg/t Stahl, beim Sauerstoffaufblas-Verfahren mehr geschmolzen werden können als beim Sauerstoffdurchblas-Verfahren.

Es hat in der Vergangenheit nicht an Vorschlägen gefehlt, einzelne Nachteile der beiden Sauerstoff-Konverter-Frischverfahren abzustellen. In diesem Zusam- menhang sind auch Vorschläge bekanntgeworden, die Sauerstoff-Aufblas- und Sauerstoff-Durchblastechnik für spezielle Zielvorstellung miteinander zu verknüpfen. Das österreichische Patent 1 68 590 behandelt beispielsweise die Möglichkeit zusätzlich zur Aufblaslanze ein stickstofffreies Rührgas durch eine Seitenwanddüse unterhalb der Badoberfläche in den Konverter zu leiten, um die mangelnde Badbewegung zu verbessern. Als Nachteil dieses Verfahrens ergibt sich aber, daß das Rührgas der Schmelze Wärme entzieht und somit die

Schrotteinschmelzkapazität sinkt

Das US-Patent 30 30 203 beschreibt ein Verfahren, bei dem zunächst mit einer üblichen Lanze auf die Schmelze geblasen wird und dann durch entsprechende Konverterdrehung die Lanze in die Schmelze eintaucht.

Nachteilig macht sich bei diesem Verfahren der Wärmeentzug der Schmelze durch die wassergekühlte Lanze bemerkbar und zum anderen führen die konzentriert eingeleitetem, hohen Sauerstoffmengen zu einem starken Spritzen und verstärktem Konverteraus-

w wurf.

In einer weiteren US-Patentschrift 32 59 484 kombiniert man die Sauerstoff-Aufblaslanze mit einem Konverterboden aus porösem Feuerfest-Material, durch den Sauerstoff in die Schmelze eingeleitet wird.

« Nach dem heutigen Stand der Kenntnis führt das Einleiten von Sauerstoff durch poröse Steine zu einer sehr kurzen Lebensdauer dieser Böden von nur einigen Schmelzen.

Das französische Patent 21 21 522 befaßt sich mit

*o einem Verfahren, das die Anwendung einer Lanze, insbesondere einer Mehrlochlanze, mit Bodendüsen nach Art der Sauerstoff-.Kohlenwasssrrnaritelgas-Durchblasstoff-Technik kombiniert. Das Einblasen von oben und unten geschieht dabei in verschiedenen

*>^r> Badzonen. Es wird beispielsweise in der ersten Frischphase, vorzugsweise der Entsilizicrungsperiode, nur durch die Bodendüsen Sauerstoff in die Schmelze eingeleitet, und anschlieöend, nach etwa 3 min Rla.sezeit,

führt man die Lanze in den Konverter und bläst Sauerstoff auf das Bad, Das Ziel dieser Technik ist es, harte Stähle, d. h. kohlenstoffreiche Stahle mit ausreichend niedrigen Phosphorgebalten, herzustellen. Dem durch die Lanze zugeführten Sauerstoff kommt dabei hauptsächlich die Aufgabe zu, den FeO-Gehalt der Schlacke als Voraussetzung für eine möglichst weitgehende Entphosphorungsreaktion zu erhöhen. Gleichzeitig soll die Entstehung von braunem Rauch vermindert werden.

Die deutsche Offenlegungsschrift 22 37 253 bezieht sich auf die Verwendung von Düsen aus konzentrischen Rohren mit Düsenschutzmedium, die in der feuerfesten Ausmauerung des Bodens sowie in der Seitenwand eines Konverters eingebaut sind. Die Düsen im oberen Teil der Seitenwand dienen der Zufuhr einer Suspension aus pulverförmigen Schlackenbildnern und Transportgas. Die Seitenwanddüsen können nach dieser Erfindung so angeordnet sein, daß sie in Blasstellung des Konverters unterhalb der Badoberfläche liegen oder sich auch oberhalb der Badzone befinden und schräg auf das Bad blasen. Solange sie auf das Bad blasen, benutzt man sie nur zur Zufuhr von pulverförmigen Schlackenbildnern. Ein Merkmal dieser Erfindung ist es, daß der Impuls der austretenden, pulverförmigen Stoffteilchen so groß ist, daß diese gut in das Bad eindringen. Nach einem weiteren Merkmal dieser Erfkidung kann das Transportgas für den Fall daß die Düsen unterhalb des Badspiegels angeordnet sind, oxidierendes Gas, beispielsweise reiner Sauerstoff, sein. Es handelt sich in diesem Fall um die Anwendung der bekannter· Sauerstoff-Mantelgas-Oüsen.

Der Erfindungsgedanke der.ieutsch· η Offenlegungsschrift 22 37 253 besteht hn wesentlichen darin, eine Suspension aus Transportgas und ]■ ilverförmigen Schlackenbildnern auf die zu frischende Schmelze zu blasen.

Eine weitere deutsche Auslegeschrift 24 05 351 behandelt die Kombination von Aufblas-Lanzen und Bodendüsen. Es wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, zu Beginn des Frischprozesses das Frischen im wesentlichen durch Aufblasen von oben durchzuführen und die Sauerstoffzufuhr von unten zu steigern, sobald die Frischwirkung nachzulassen beginnt. Dies ist nach der Beschreibung bei Kohlenstoffgehalten zwischen 0.2 bis 0,05% der Fall. Durch die bevorzugte Anwendung der Aufblas-Technik kann das Verfahren die damit verbundenen Nachteile nicht in ausreichendem MaOe vermeiden.

Weiterhin gehören zum Stand der Technik die deutsche Offenlegungsschrift 25 22 467, das DDR-Patent 1 01 916 und das US-Patent 38 95 784.

Diese drei Erfindungen beinhalten im wesentlichen die Anwendung von Düsen mit Kohlenwasserstoffummantelung oberhalb der Badoberfläche in einem sonst üblichen Durchblas· Konverter, mit der Zielsetzung, eine CO-Nachveibrennung zur Verbesserung des Wärmehaushaltes zu erreichen.

In der deutschen Offenlegungsschrift 25 22 467 dient die CO-Nachverbrennung zur gezielten Vergrößerung des Wärmeangebotes im oberen Bereich des Konverters, dem sogenannten Hut, um damit eine Ansatzbüdung zu vermeiden.

Das DDR-Patent beschreibt die CO-Nachverbrennung im Konverter und in anderen Stahlfrischgefäßen, beispielsweise Elektrolichtbogenofen. Alt wesentliche Merkmale der Erfindung werden die Einbaulage der .Sauerstoffdüsen oberhalb dei Badoberfläche zur CO- Nacnverbrsnnung und die zugeführten Sauerstoffmengen zu den Bodendüsen und den Nachverbrennungsdüsen in Relation 2ur CO-Entwicklung der Schmelze herausgestellt

Die Einbaulage der Nachverbrennungsdüsen soll nicht mehr als 20°, vorzugsweise nicht mehr als 10°, von der Waagerechten nach oben und unten abweichen. Noch vorteilhafter ist es, wenn der Winkel der Sauerstoffzugabevorrichtung leicht nach unten genügt

ίο wird und nicht mehr als 5° von der Horizontalen abweicht, wobei sich als besonders vorteilhaft ein Winkel von 4° erwiesen hat Diese Ausführungen in der Offenlegungsschrift lassen die hohe Bedeutung erkennen, die der ungefähr waagerechten Einbaulage der

CO-Nachverbrennungsdüsen zukommt

Die relative Geschwindigkeit des Sauerstoffeinblasens durch die Bodendüsen wird so reguliert, daß die CO-Entwicklung optimiert wird, und die erforderliche Sauerstoffmenge ist in einer Zone der CO-Entwicklung, nahe der Oberseite des flüssigen Bades, zuzuführen, um CO in CO2 umzuwandeln. Als bevorzugte Sauerstoffmengen für die Seitenwanddüsen nennt die Patentschrift 25% bis 30%.

Die obererwähnte US-Patentschrift 32 59 484 greif:

im wesentlichen den Gedanken der gesteuerten Umwandlung von CO in CO2 auf und beschreibt einen Regelkreis, der die Abgaszusammensetzung mißt und entsprechend die Sauerstoffzufuhr in das Frischgefäß steuert, sowie die Einbaulage der Sauerstoffeinleitungs düsen oberhalb der Badoberfläche verändert. Die Düseneinbauposition in der Konverterwand während der Frischzeit zu variieren, erweist sich in der Betriebspraxis als undurchführbar. Die Öffnungen in der Konverterwand werden nach kurzer Zeit durch

J5 Stahlspritzer und entsprechende Ansätze verlegt und damit unverbrauchbar, die Düsenrohre lassen sich dann nicht mehr bewegen.

Aus »Stahl und Eisen«, 1957, S. 1296 bis 1303 ist es schließlich bekannt, beim Sauerstoffaufblas-Verfahren eine Vorverlegung der Entphosphorung zu erreichen, daß die Schmelze mit Hilfe einer durch den Konverterboden eingeblasenen Rührgases in Bewegung versetzt wird. Der Lanzenabstand wird dabei so eingestellt, daß der Sauerstoffstrahl die Badoberfläche nicht erfaßt und ein wesentlicher Teil des Sauerstoffs in die Schlacke gelangt. Dabei entsteht eine für die Entphosphorung günstige Schaumschlacke mit hohem Eisenoxydulgehalt, während die unterhalb der Badoberfläche als Rnhrgas eingeblasene Luft eine Deschleunigung des Stoffumsat zes mit sich bringt. Mit der Vergrößerung des Lanzenabstandes soll zugleich eine stärkere Nachverbrennung des die Schmelze verlassenen Kohlenmonoxyds und damit ein größerer Wärmegewinn verbunden sein. Dieser Wärmegewinn fällt jedoch in dem Konverterraum oberhalb der Badoberfläche an und bringt keine wesentliche Erhöhung des Wärmeinhalts der Schmelze mit sich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der besonderen Vorteile des

«· Sauerstoffdurchblas-Verfahrens eine Schrottsatzerhöhting über den Schrattsatz des Sauerstoffaufblas-Verfahrens hinaus zu ermöglichen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß zwischen 20

>>^r< bis 80% der gesamten Sauerstoffmenge von oben durch einen oder mehrere auf die Badoberfläche gerichtete Gasstrahlen, die über einen wesentlichen Teil des Frischprozesses als in einem Gasraum blasende

Freistrahlen wirken und daher beträchtliche Mengen der Konverterabgase einsaugen, dem Frischpruzeß zugeführt werden.

Wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß der von oben zugeführte Sauerstoff Ober eine längere Laufstrecke als Freistrahl im Konverterraum bläst Dabei werden von dem Freistrahl große Mengen der Konverterabgase angesaugt

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhöht sich der Schrottsatz um 5 bis 10 Prozentpunkte, es wird also gegenüber der normalen Betriebsweise eines Sauerstoffdurchblas-Konverters ein um 50 kg bis 100 kg gesteigerter Schrottanteil pro Tonne Rohstahl verarbeitet Der Schrottsatz liegt damit auch wesentlich höher als bei einem ühlichen Sauerstoffaufblas-Konverter, wobei noch zu bemerken ist, daß der höhere Schrottsatz beim Ausblas-Verfahren im Vergleich zum Durchblas-Verfahren teilweise auf die Verschlackung von Eisen zurückzuführen ist Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen bleibt der Eisenoxidgehalt der Schlacke so niedrig wie beim Sauerstoffdurchblas-Proreß.

Mit dem Sauerstoffaufblasen aileine, ohne die gleichzeitige Zufuhr von Sauerstoff unterhalb der Badoberfläche, lassen sich die Vorteile der Erfindung nicht realisieren. Beim Sauerstoffaufblasen ist es im Hinblick auf die metallurgischen Reaktionen erforderlich, möglichst schnell eine Schaumschlacke im Konverter zu bilden. Diese Schaumschlacke füllt dann einen wesentlichen Teil des freien Konverterraumes oberhalb der Badoberfläche aus, so daß der Sauerstoffstrahl während der längsten Zeit des Frischlaufes \r diese Schaumschlacke bläst, also nicht im freien Gasraum. Bei einer derartigen Betriebsweise kommt es hauptsächlich zu einer Erhöhung des Eisenoxydgehaltes der Schlacke mit den entsprechenden metallurgischen Effekten, wie sie vom Sauerstoff-Aufblasverfahren her bekannt sind. Unter diesen Betriebsbedingungen werden die erfindungsgemäßen Vorteile, d.h. hoher Schrottsatz und niedrige Eisenoxydgehalte in der Schlacke, nicht erreicht.

Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Ausbildung von Schaumschlacke im Konverter zu vermeiden. Dieses Ziel wird insbesondere durch die Zufuhr von mindestens 20% der Gesamt-Sauerstoffmenge unterhalb der Badoberfläche erreicht, wobei gleichzeitig ein wesentlicher Teil des für den Frischprozeß benötigten Kalkes durch die unterhalb der Badoberfläche angeordneten Düsen eingeblasen wird.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung bildet sich der eingeleitete Sauerstoff als Freistrahl im Gasraum aus, und der Gasstrahl trifft auf die Badoberfläche der Schmelze. Mit diesem erfindungsgemäßen Prinzip gelingt es, etwa 90% der über die Nachverbrennung von Konverterabgasen gewonnenen Energie an das Bad zu übertragen. Es ist für die erfindungsgemäßc Wirkung erforderlich, daß die Freistrahlen im Gasraum eine bestimmte Strecke durchlaufen, innerhalb der sich beträchtliche Mengen der Konverterabgase ansaugen. Es kommt dabei zu einer starken Vermischung von Sauerstoff und Konverterabgas, und auf die Badoberfläche trifft dann nur noch ein heißes Gas. Has aus CO nnH CO₂ besteht und praktisch keinen freien Sauerstoff mehr enthält. Dementsprechend wird auch die Bildung von braunem Rauch, d. h. die Eisenverbrennung, vermindert, und das erfindungsgemäße Verfahren weist, ähnlich wie das Sauerstoff-Durchblasverfahreii, nur einen Verlust aus der Eisenverdampfung von 0,3% auf.

Beim Einleiten von Sauerstoff im oberen Teil des

Konverters durch im wesentlichen waagerecht, oder bis zu 20° aus der Waagerechten geneigt angeordnete Düsen zur CO-Nachverbrennung, läßt sich auch bei Sauerstoffmengen von 10% bis 20% der gesamten

s Sauerstoffmenge keine fühlbare Wärme an das Stahlbad übertragen. Die Nachverbrennung der Konverterabgase führt lediglich zu Schaden am Feuerfest-Material. Bevorzugt tritt ein voreilender Verschleiß der Ausmauerung im Konverterhut und an den Wänden

ι ο gegenüber den Sauerstoffeinleitungsdüsen auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt demgegenüber zu keinem erhöhten Ausmauerungsverschleiß. Dieser Vorteil ist sicherlich darauf zurückzuführen, daß kein Gasstrahl mit hoher Temperatur auf die feuerfeste

! 5 Konverterausmauerung trifft — im Gegenteil, es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die Freistrahlen im Konverter-Gasraum auf die Badoberfläche der Schmelze gerichtet sind.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfsh-

rens wird eine Schrottsatzvxv>öhung, an der unteren Grenze des angegebenen Bereiches von 40 bis 50 kg pro Tonne Rohstahl, bereits erreicht, wenn die auf das Bad geblasene Sauerstoffmenge mindestens 2G bis 30% der Gesamt-Sauerstoffmenge beträgt Als besonders vor- :ei!haft hat es sich jedoch erwiesen, die gesamte Sauerstoffmenge ungefähr zu gleichen Teilen auf die Düsen unterhalb der Badoberfläche und das Sauerstoffeinleitungssystem im oberen Konverterraum aufzuteilen. So kann beispielsweise bei dieser Gleichverteilung des Sauerstoffs auf die Boden- und Aufblasdüsen ein um mindestens 6 Prozentpunkt erhöhter Schrottsatz gesetzt werden. Der Schrottsatz, definiert als Gewichtsverhältnis zwischen Schrott und flüssigem Stahl, erhöht sich demgemäß von üblicherweise 27% beim bodenbla senden Verfahren auf 33% beim erfindungsgemäßen Sauerstoff-Einleiten. Selbstverständlich ermäßigt sich der Roheisensatz dementsprechend. Der insgesamt zugeführte Sauerstoff liegt dabei um c«l 12% höher gegenüber dem üblichen Sauerstoffsatz von ca.

60 NmVt Roheisen. Der Kohlenstoffgehalt der fertigen Stahlschmelze beträgt ca. 0,02%, und der Eisenox^ehalt in der Endschlacke liegt bei 15%. Bei Kohlenstoffgehalten von ca. 0,05% ergibt sich ein Fisenoxidgehalt in der Schlacke von ca. 8%. Dieser Eisenoxidgeanteil in der Schlacke entspricht den Vergleichswerten der Chargen, die nach dem Sauerstoff-Durchblasprinzip erzeugt werden.

Der um etwa 12% erhöhte Sauerstoff-Verbrauch gegenüber dem Frisch-Sauerstoff erlaubt es, ca. 24% CO im Konverterabgas zu CO2 zu verbrennen. Die dabei frei weidende Wärmemenge reicht bei einem wärmetechnischsn Wirkungsgrad von 90% dazu aus, den gesteigerten Schno»tsatz von 6 Prozentpunkten zusätzlich zu schmelzen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es also, nahezu die gesamte Wärmemenge, die aus der Verbrennung von CO zu CO2 resultiert, an die Schmelze zu übertragen.

Gemä3 einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befinden sich Sauerstoffeinleitungsdüsen, die aus zwei konzentrischen Rohren bestehen, oberhalb der Badoberfläche in der Konverterausmi-uerung. Durch das Zentralrohr der Düse strömt der Sauerstoff, und der Kingspalt zwischen den beiden Düsenrohren dient zur Einleitung des Düsenschutzmediums, vorzugsweise

M gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe. Der in den Konverter geleitete Sauerstoff wird unter den Gesichtspunkten der großtechnischen Anwendung vollkommen ausgenutzt. Der wesentlich*: Anteil von ca.

75% beteiligt sich an dem Frischvorgang, die restliche Sauerstoffmenge dient zur CO-Nachverbrennung und resultiert in einem erhöhten Schrottsatz.

Es liegt im Sinne der Erfindung, eine optimale Laufstrecke des Sauerstoffstrahls im Gasraum des Konverters anzustreben. Um den vollen Vorteil gemäß der Erfindung zu nutzen, soll der Abstand zwischen den Austrittsöffnungen der Sauerstoffzuführungssysteme und der ruhenden Badoberfläche etwa dem 40- bis 80fachen des Durchmessers der Austrittsöffnungen entsprechen.

Unter Berücksichtigung der Konvertergeometrie ergibt sich eine Neigung bei einem Einbau der Sauerstoffeinleitungsdüsen in die Konverterseitenwand, von mehr als 35", vorzugsweise mehr als 45°, aus der Waagerechten in Richtung Badoberfläche.

Der Gasstrahl, der im wesentlichen aus CO und CO2 besteht, trifft mit einer hohen Temperatur, die erheblich

250O⁰C beträgt, auf die Badoberfläche im Konverter auf. Zur Reaktion mit der Schmelze und zur Wärmeübertragung steht eine sehr große Oberfläche zur Verfügung, die sich aufgrund der unterhalb der Badoberfläche zugeführten Sauerstoffmenge und der daraus resultierenden, starken Badbewegung herleitet. Soweit Kenntnisse über die Badbewegung im Konverter vorliegen, beispielsweise aus Modellversuchen, ist mit einer Spritz- und Eruptionszone an der Badoberfläche von mindestens 1 m Höhe zu rechnen. Die damit stark vergrößerte Peaktionsoberfläche, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Frischbeginn bis Frischende erhalten bleibt, ist sehr wahrscheinlich entscheidend für den hohen Ausnutzungsgrad des zugeführten Sauerstoffs und die gute Wärmeübertragung auf das Bad bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.

In einem bodenblasenden Sauerstoff-Konverter, von beispielsweise 60 t Kapazität und ungefähr kugelförmiger Gestalt, ist oberhalb der Konverterdrehzapfen an beiden Seiten je eine Düse unter einem Neigungswinkel von ca. 45^r in der feuerfesten Ausmauerung des Konverters installiert. Die Düsenaustrittsöffnungen liegen an der Konverterinnenseite, ca. 2 m oberhalb der Badoberfläche bei dem neu ausgemauerten G>;fäß. Mit zunehmender Einsatzzeit vergrößert sich der Abstand auf ca. 3 m. Die Sauerstoffeinleitungsdüsen bestehen aus zwei konzentrischen Rohren mit einem lichten Durchmesser des Zentralrohres für die Sauerstoffzufuhr von 40 mm. Die Ringspaltbreite zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr beträgt ca. 1 mm. Zum Schutz der Düsen gegen vomnlenden Verschleiß gegenüber der feuerfesten Ausmauerung leitet man durch den Ringspalt 1 Vol-% Propan, bezogen auf den Sauerstoffdurchsatz.

Bei einer Gesamt-Sauerstoffzufuhr von ca. 20 000NmVh, davon strömen ca. 10 000NmVh durch die Bodendüsen und ca. !0 000 NmVh durch die beiden Seitenwanddüsen oberhalb der Badoberfläche, beträgt die Frischzeit ca. 10 min. Die Kühlschrottmenge ist bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrenweise ca. 4 t höher gegenüber der gleichen Gesamt-Sauerstoffzufuhr, ausschließlich durch die Bodendüsen. Die Eisenoxidwerte der Schlacke liegen im Durchschnitt gleich niedrig, wie bei Anwendung der Bodenblastechnik.

Gemäß einer weiteren Alternative der vorliegenden Erfindung ist oberhalb der Badoberfiäche eine größere Anzahl von Düsen in der feuerfesten Ausmauerung eingebaut Bevorzugt wird eine Einbaulage von über

2 m über der Badoberfldche. Diese Einbauposition erlaubt günstige konstruktive Lösungen. Bei der erfindungsgemäßen Forderung, die Düsen auf das Bad zu richten, ist es einfacher, sie im oberen Teil des Konverters, dem sogenannten Hut, anzuordnen, da aufgrund der Hutneigung die Durchdringungsstrecken der Düsen in der Konverterausmauerung kleiner werden. Damit wird es u. a. leichter, die Ausmauerung an die Düsenrohre anzupassen, hauptsächlich, wenn mehr als eine Düse auf jeder Konverterseite im Bereich oberhalb der beiden Drehzapfen eingebaut werden. Beispielsweise sind in einem Konverter 6 Düsen, d. h. auf jeder Konverterseite 3 Düsen, ca. 2 m oberhalb des Badspiegels eingebaut. Die Düsenmündungen liegen an der Innenseite des Konverters, im Übergangsbereich von dem zylindrischen Konverteil zum oberen Konverterkonus. Die Neigung der Düsen gegenüber der Waagerechten liegt zwischen 45° bis 70°, und sie sind so ausgerichtet, daß die Auftreffberp'chp Ηργ Gasstrahlen ungefähr gleichmäßig auf der Badoberfläche verteilt werden.

Mit der erhöhten Düsenanzahl oberhalb der Badoberfläche und der beschriebenen Anordnung, werden die Vorteile der Erfindung optimal genutzt. Es lassen sich damit die obere Grenze der Schrottsatzerhöhung und niedrige Eisenoxidgehalte in der Schlacke erreichen.

Eine weitere Variante bei der Düsenanordnung, die zu eine ^ weiteren Schrottsatzsteigerung, über 5 Prozentpunkte hinaus, führt, besteht darin, die Auftreff-Flächen der Gasstrahlen so auszurichten, daß sie in dem Bereich mit maximaler Schlackenschichtstärke auf die Badoberfläche treffen. Dieser Bcraich der Badoberfläche befindet sich in den Kreisabschnitten neben dem Konverterboden-Mittelstreifen, auf dem die Sauerstoffeinleitungsdüsen verteilt sind. Durch diese erf'ndungsgemäße Maßnahme ist es möglich, den Schrottsatz um insgesamt 10 Prozentpunkte, im Vergleich zum Sauerstoff-Durchblasverfahren, zu steigern. Der Sauerstoffverbrauch steigt dabei um ca. 20% gegenüber dem Frischsauerstoff an. Es wird angenommen, dieser überraschende Effekt ist damit zu erklären, daß die Gasstrahlen aus den Einleitungsdüsen oberhalb der Badoberfläche nur noch zu einem geringen Anteil auf Eisenschmelze treffen, und daß über die schräg angeordneten Sauerstoffstrahlen eine beträchtliche Rotation der Konverterabgase und damit eine Verbesserung des Ansaugens dieser Abgase emelt wird.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird die auf das Bad geblasene Sauerstoffmenge durch eine Lanze vorgenommen. Diese Lösung bietet sich insbesondere dann an, · enn entsprechende Einrichtungen vorhanden sind und beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren in einem ursprünglich als Sauerstoff-Aufblaskonverter arbeitenden Frischgefäß nach entsprechender Umrüstung angewendet wird.

Bei dem Betrieb der Lanze als Sauerstoffeinleitungssystem oberhalb der Badoberfläche gemäß der Erfindung, sind allerdings wesentliche Änderungen in der Betriebsweise gegenüber dem Sauerstoff-Aufblasverfahren zu beachten. Von entscheidender Bedeutung ist es, die Bildung von Schaumschlacke im Konverter zu vermeiden, was erfindungsgemäß durch das Einblasen eines wesentlichen Teiles der Kalkmenige in Form von Staubkalk durch die unterhalb der Badoberfläche angeordneten Düsen erfolgt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, kann die Anzahl der Bodendüsen bei einem Durchblas-

Konverter nach seiner Umrüstung auf das erfindungsgemäße Verfahren verringert werden. Mit diesem Schritt sind keine Nachteile verbunden, solange der unterhalb der Badoberfläche im Konverter installierte Düsenquerschnitt ausreicht, um während der Frischzeit die ·-> Gesamtmenge der staubförmigen Schlackenbildner in den Konverter zu fördern. Normalerweise läßt sich dabei von Beladungsraten der Schlackenbildner zum Sauerstoff bis zu etwa lOkg/Nm³ Sauerstoff ausgehen. Die Mindestanzahl der Bodendüsen kann demgemäß mi und unter Berücksichtigung der Betriebsverhältnisse im Stahlwerk individuell ermittelt werden. Beispielsweise sind beim Frischen von phosphoramem Roheisen und den damit verbundenen, geringeren Kalksätzen für die Schlackenbildung, weniger Düsen unterhalb der Bad- r> oberfläche im Konverter erforderlich, als beim Frischen von phorphorreichem Roheisen, das bekanntermaßen höhere Kalksätze für Hie SrhlarkrnhilHiing vprlangi

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die Vorteile der Zugabe von staubförmigen Schlackenbildnern durch die Bodendüsen gemäß einem besonderen Vorteil der Erfindung, gerade beim Frischen von phosphorarmem Roheisen bedeutungsvoll sind. Denn erst die Beladung des Sauerstoffs mit den staubförmigen Schlackenbildnern ermöglicht es, die r> Bedingungen zu schaffen, die für das Aufblasen des Sauerstoffs in Form von in einem Gasraum blasenden Freistrahl erforderlich sind.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahren; in einem bodenblasenden Konverter, der beispiels- »1 weise mit zwei Sauerstoffeinleitungsdüsen oberhalb der Badoberfläche im Bereich der Konverterdrehzapfen ausgerüstet ist, kann die Anzahl der Düsen im Konverterboden erniedrigt werden. In einem 2001 Konverter, der mit 20 Düsen und einem Gesamtblas- s> querschnitt von 150 cm² ausgerüstet ist und in dem phosphorarmes Roheisen gefrischt wird, genügen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung 10 Bodendüsen mit einem Gesamtblasquerschnitt von 80 cm² und jeweils zwei Aufblasdüsen oberhalb der Konverterdreh- «> zapfen mit einem Gesamt-Sauerstoffblasquerschnitt von 50 cm². In dem so umgerüsteten Konverter werden in einer um ca. 25% verkürzten Frischzeit von ca. 8 bis 10 mm 200 t Stahl produziert. Dabei bleiben sämtliche prozeßmetaliurgischen Merkmale des Sauerstoff- 4^r» Durchblasverfahrens erhalten, und darüber hinaus ergibt sich als weiterer Vorteil ein erhöhter Kühlschrottsatz von 12 t, entsprechend ca. 6%.

Darüber hinaus reduziert sich der Verbrauch an flüssigen bzw. gasförmigen Kohlenwasserstoffen zum ™ Düsenschutz um etwa '/3 gegenüber dem Sauerstoff-Durchblasverfahren. Dieser geringere Verbrauch an Kohlenwasserstoffen setzt sich aus einem um ca. 50% ermäßigten Anteil für die Bodendüsen und einer geringeren Schutzmediumrate von ca. 1 Gew.-%, v> bezogen auf den Sauerstoff, für die Aufblasdüsen zusammen. Die etwa auf den halben Anteil reduzierte Kohlenwasserstoffmenge, die das Bad durchströmt ergibt neben der Kostenersparnis als weiteren Vorteil einen geringeren Wasserstoffgehalt im Fertigstahl. &° Während bei dem üblichen Durchblas-Prozeß der Wasserstoffgehalt im Fertigstahl in der Größenordnung von 4 ppm liegt beträgt er bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Mittel 3 ppm. Die Aufteilung der gesamten Frisch-Sauerstoffmenge er- μ folgt daher ungefähr zu gleichen Teilen auf die Aufblas- und Durchblas-Düsen.

Mit der verminderten Anzahl von Durchblasdüsen im Konverterboden sind selbstverständlich eine Reihe von Vorzügen verbunden. Bei einer Düsenanordnung im Konverterboden verkleinert sich die Gesamtfläche, auf der die Düsen verteilt sind, d. h. bei der üblichen Einbauweise auf einem Bodenmittelstreifen ist eine geringere Streifenbreite erforderlich. Daraus wiederum resultiert ein größeres Volumen für die Schmelze; der gleiche Konverter eignet sich dann für höhere Einsatzgewichte bzw. die Konverterkapazität vergrößert sich damit. Bei wenigen Düsen unterhalb der Badoberflache wird auch eine Einbaulage im unteren Konverterwandbereich vorteilhaft. Beispielsweise haben sich dafür sogenannte Ringschlitzdüsen bewährt. Bei diesen Düsen gemäß dem deutschen Patent 24 38 142, strömt der Sauerstoff mit oder ohne Kalkbeladung durch einen Ringspalt, der größere Durchsatzraten pro Düse zuläßt. Ebenso ist die

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normalen Dcppelrohrdüsen, und somit treffen die Gasstrahlen der Seitenwanddüsen nicht auf die gegegenüberliegende Konverterwand auf. Dadurch vermeidet man einen voreilenden Verschleiß der Ausmauerung.

Weiterhin hat eine geringere Düsenanzahi im Konverterboden konstruktive Vereinfachungen zur Folge. Es genügt ein kleinerer Kalkverteiler, und die Anzahl der Zuführungsi'ohre für den Sauerstoff und das Schutzmedium am Konverterboden verringert sich. Die Querschnitte der Sammelversorgungsleitung bis zum Kalkverteiler und für das Düsenschutzmedium können dementsprechend verkleinert werden.

Die Sauerstoffzufuhr zu den Düsen unterhalb der Badoberfläche und den auf die Badoberfläche gerichteten Einleitungssystemen erfolgt normalerweise durch eine getrennt steuerbare Versorgung, die sich unabhängig voneinander regeln läßt. Beispielsweise kann bereits nach dem Chargieren, beim Aufrichten des Konverters in die Blasstellung, das Aufblassysiem mit der gewünschten Sauerstoffmenge betrieben werden, während man die Bodendüsen beim Konverteraufrichteti mit Stickstoff beschickt und erst nach Erreichen der Blassteilung auf Sauerstoff und Düsenschutzmedium umschaltet. Gegenüber der normalen Praxis bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der ungefähr gleiche Sauerstoffmengen durch die Aufblas- und Durchblas-Düsen strömen, kann auch mit unterschiedlichen Sauerstoffdurchflußmengen gearbeitet werden.

Beispielsweise bei einer Roheisenanalyse mit hohem Siliziumgehalt von 1,5 bis 2%, erweist es sich als günstig, in der Anfangsfrischphase ca. 60% der Sauerstoffmenge durch die Düsen im Konverterboden zu leiten und mit hoher Kalkbeladung zu arbeiten, um kieselsäurereiche Schlacken im Konverter zu vermeiden.

Die getrennte Steuerung der Sauerstoffzufuhr für die Durchblas-Düsen und das Aufblassystem verleiht dem erfindungsgemäßen Verfahren eine hohe Flexibilität und ermöglicht es, sich unterschiedlichen Betriebsbedingungen gezielt anzupassen. Die zugeführte Sauerstoffmenge kann so gesteuert werden, daß die Endtemperatur des Stahles im Konverter damit geregelt wird.

Die Erfindung wird nun anhand einiger nichteinschränkender Beispiele, die bevorzugte Anwendungen des Verfahrens beschreiben, näher erläutert

In einem Konverter mit einem Schmelzengewicht von 601 der im neu ausgemauerten Zustand ein inneres Volumen von 55 m³ aufweist und ungefähr kugelförmige Gestalt hat befinden sich auf einem ca. 90 cm breiten

Mittelstreifen 10 Düsen. Dieser Konverter wird bei Anwendung der üblichen Durchblas-Technik nach dem OBM-Verfahren, mit ca. 18 t Schrott gemischter Zusammensetzung und ca. 49 t Roheisen beschickt. Die Schrottzusammensetzung besteht beispielsweise aus 5 t Blechpaketen, 7 t handelsüblichem Mischschrott und 6 t Walzwerks- und S'ahlwerksrücklaufschrott mit Einzelstücken bis zu 4 t Gewicht. Die mittlere Roheisenanalyse weist 3,5% Kohlenstoff, 0,7% Silizium, 1% Mangan, 1,7% Phosphor auf. Nach einer Gesamtfrischzeit von 12 min, die sich in eine Hauptblasperiode von 10 min und ein zweiminütiges Nachblasen unterteilt, ist der Stahl mit einer Zusammensetzung von 0,03% Kohlenstoff, 0,1 % Mangan, 0,025% Phosphor erzeugt und wird aus dem Konverter abgestochen. Während dieser Frischzeit führt man dem Konverter 3000 Nm^J Sauerstoff in Blasraten von 15 000 bis 20 000 NmVh durch die Bodendüsen zu. Als Düsenschutzmedium strömen durch die Ringspalte der Bodendüsen ca. 60 Nm¹ Propan bei einer Blasrate von 300 bis 350 NmVh. Mit dem Sauerstoff werden ca. 4 t Staubkalk in den Konverter gefördert. Die Kalkzugaben erfolgen bevorzugt gleich zu Beginn des Frischprozesses während der Entsilizierungsperiode und gegen Ende des Frischens bzw. beim Nachblasen.

In dem gleichen Konverter hat man zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei Sauerstoffeinleitungsdüsen ca. 2,50 m oberhalb der Badoberfläche int Bereich über den beiden Konverterdrehzapfen installiert. Die Düsen bestehen aus zwei konzentrischen Rohren mit einem Zentralrohr von 50 mm lichtem Durchmesser für die Sauerstoffzufuhr, umgeben von einem Ringspalt mit etwa 2 mm Breite. Die Zentrierung der beiden Düsenrohre erfolgt durch 6 Rippen auf dem Sauerstoffrohr.

Der Konverter wird mit 22 t Schrott, entsprechend der genannten Mischung, und 451 Roheisen der genannten Analyse beschickt. Bei Beginn des Frischprozesses werden die Bodendüsen mit 10 000 NmVh Sauerstoff beaufschlagt Die Propanblasrate beträgt ca. 165 Nm³/h für die Bodendüse·? und ca. 100 NmVh für die Aufblasdüsen. Nach einer Gesamtfrischzeit von 10 min, die sich aus 8 min Hauptblasperiode und 2 min Nachblasen zusammensetzen, wird der fertige Stahl mit der genannten Zusammensetzung aus dem Konverter abgestochen. Die Zugabe der Kalkmenge von ca. 4 t erfolgt nach dem gleichen Zugabeschema wie beim Durchblas-Prozeß. ausschließlich durch die Bodendüsen.

In einem 200 t-Konverter, der gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung über 4 Sauerstoffeinleitungsdüsen oberhalb der Badoberfläche verfügt, die jeweils paarweise über den Konverterdrehzapfen mit einem Neigungswinkel von ungefähr 60° aus den Horizontalen auf das Bad gerichtet sind, werden 701 Schrott und 1501 Roheisen mit einer Zusammensetzung von 4% Kohlenstoff, 1% Mangan, 1,2% Silizium, 0,1% Phosphor chargiert Über die 16 Düsen im Konverterboden mit einem Sauerstoffrohrdurchmesser von 28 mm führt i/.an während der Frischzeit von 10 min 5000 Nm' Sauerstoff und gleichzeitig durch die vier Aufblasdüsen mit einem Sauerstoffrohrdurchmesser von 50 mm 5000 Nm' Sauerstoff der Charge zu. Die zur Schlackenbildung benötigte Kalkmenge von 15 t wird in pulverisierter Form ausschließlich dem Sauerstoff der Bodendüsen aufgeladen. Die Beladungsraten variieren während der Frischzeit. Durch das erfindungsgemäße Frisch-Verfahren konnte in diesem Q-BOP-Konverter ein um 12 t höherer Kühlschrottanteil, entsprechend einer Steigerung von 6 Prozentpunkten, verarbeitet werden. Die Frischzeit wird um ca. 20% kürzer, womit eine entsprechende Produktionserhöhung verbunden ist.

Bei einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet der 200 t-Konverter nunmehr mit einer reduzierten Anzahl von Bodendüsen und zwei nhprhalh Apr RaHohprflÄrhp antrpnrrinptpn Saiiprctnff-Aufblasdüsen. Der Konverter verfügt jetzt über 10 in zwei Reihen angeordnete Düsen im Konverterboden gegenüber einer Düsenanzahl von 16 beim Durchblas-Verfahren. Der Durchmesser der Sauerstoffleitungsrohre im Boden beträgt 28 mm, und damit läßt sich die gesamte, zur Schlackenbildung erforderliche Kalkmenge von 151, beim Frischen von phosphorarmem Roheisen, während einer verkürzten Frischzeit von 8 min der Schmelze zuführen. Die erforderliche Gesamt-Sauerstoffmenge von 10 000 Nm³ wird bei Blasraten von 70 000NmVh ungefähr gleichmäßig auf die Boden- und Aufblas-Düsen verteilt. Durch die Bodendüsenanordnung in zwei Reihen, d. h. einem schmalen Band parallel zur Konverterdrehachse, erzielt man ein größeres freies Konvertervolumen für die Schmelze im Konverter, unter Beibehaltung des erforderlichen Sicherheitsabstandes zwischen der Badoberfläche und den Düsen bei Probenahme- bzw. Abstichstellung des Konverters. Es werden in diesem Konverter nunmehr Chargen bis 250 t Abstichgewicht erzeugt.

Bei der Umstellung eines 100 t-Sauerstoff-A'ifblaskonverters auf das erfindungsgemäße Verfahren, hat man in der unteren Konverterseitenwand, ungefähr 20 cm über dem Konverterboden, zwei Ringschlitzdüsen installiert. Diese unterhalb der Badoberfläche angeordneten Düsen haben eine Ringschlitzbreite von 8 mm bei einem mittleren Ringschlitzdurchmesser von 300 mm. Über diese Ringschlitzdüsen werden in die Schmelze während einer Frischzeit von 10 min 2500 Nm³ Sauerstoff und die erforderliche Kalkmenge für die Schlackenbildung von 6 t eingeleitet Ungefähr die gleiche Sauerstoffmenge wird mit der gleichen Blasrate von 15 00ONmVh über die vorhandene, wassergekühlte Lanze auf das Bad aufgeblasen. Der Lanzenabstand beträgt 2,50 m.

Durch den beschriebenen Umbau des Sauerstoff-Aufblaskonverters nach den Lehren der Erfindung, werden die prozeßmetallurgischen Vorteile der Durchblas-Technik bei gleichzeitig erhöhtem Schrottsatz ausgenutzt

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Erhöhung des Schrottsatzes bej der Stahlerzeugung aus flüssigem Roheisen und Schrott, bei dem in einen Konverter von oben und unten gleichzeitig Sauerstoff eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 20 bis 80% der gesamten Sauerstoffmenge von oben durch einen oder mehrere auf die Badoberfläche gerichtete Gasstrahlen dem Frischprozeß zugeführt wird, wobei die Gasstrahlen über einen wesentlichen Teil des Frischprozesses als in einem Gasraum blasende Freistrahlen wirken und beträchtliche Mengen der Konverterabgase ansaugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Anteil des für den Frischprozeß benötigten Kalkes in Form von Staubkalk durch die unterhalb der Badoberfläche angeordneten Düsen eingeblasen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ruhenden Badoberfläche und den Austrittsöffnungen der Sauerstoffstrahlen etwa dem 40- bis 80fachen des Durchmessers der Austrittsöffnungen für den Sauerstoffstrahl entspricht.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr auf die Badoberfläche der Schmelze im Konverter durch Sauerstoffeinieitungsdüsen erfolgt, die in der Konverterausmauerung eingebaut sind und mit einer Kohlenwasserstoffummantelung gegen vorzeitiges Zurückbrennen geschützt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ajisprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffeinieitungsdüsen oberhalb der Badoberfläche in der Konverterausmauerung mindestens 35°, vorzugsweise mehr als 45°, aus der Waagerechten geneigt auf die Badoberfläche ausgerichtet sind.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoffverbrauch für den Düsenschutz gegenüber dem Sauerstoff-Durchblas-Verfahren niedriger liegt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffversorgung der Düsen unterhalb der Badoberfläche und der Sauerstoffeinleitungssysteme oberhalb des Badspiegels unabhängig voneinander erfolgt und durch getrennte Regelsysteme steuerbar ist.