DE2834737A1

DE2834737A1 - Stahlherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE2834737A1
Application number: DE19782834737
Authority: DE
Inventors: Patrick Collins
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1977-08-26
Filing date: 1978-08-08
Publication date: 1979-03-08
Also published as: GB2003591A; FR2401453A1; GB2003591B; IT7868980A0; JPS5445610A; IT1160616B

Description

Patent&nwäite Dipl.-lng. C u rt Wallach

Dip! -Ing. Günther Koch

2834737 Dipl.-Phys.Dr.Tino Haibach

J Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89)^J24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 8. AugUSt.l97S

Unser Zeichen: 16 3^9 -

Anmelder: British Steel Corporation

Grosvenor Place
London, S.W.I.,
England

Bezeichnung: Stahlherstellungsverfahren

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Die Erfindung befaßt sich mit der Arbeitsweise eines metallurgischen Gefäßes, wie diese zur Behandlung geschmolzenen Metalls benutzt werden. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Behandlung von geschmolzenem Eisenmetall in einem Konverter, wobei Strömungsmittel unter die Oberfläche der Schmelze durch ein oder mehrere Blaserohre eingespritzt werden,, die im Boden oder den Seitenwänden des Gefäßes angeordnet sind» Außerdem ist die Erfindung jedoch auch anwendbar bei der Behandlung geschmolzener Eisenmetalle mittels einer in die Schmelze eingetauchten Sauerstofflanze.

Beim Frischen von Eisenmetall in einem metallurgischen Gefäß benutzt man Blaserohre, die im Boden oder in den Seitenwänden des Gefäßes angeordnet sind, um inerte und/oder oxidierende Gase zur Behandlung der Schmelze einzublasen* Insbesondere bei dem für das Sauerstoffaufblasverfahren benutzten Gefäßen benutzt man neuerdings anstelle der Sauerstofflanze die von oben her in die Schmelze eingeführt wird, Blaserohre, die in der Gefäßwandung angeordnet sind und durch die Sauerstoff unter die Oberfläche der Schmelze geblasen wird. Zusammen mit dem Sauerstoffeinblasen wird ein Abschirmungsströmungsmittel in gasförmiger oder flüssiger Form eingeblasen, um das Auslaßende des Blaserohres zu kühlen. Dieser Kühleffekt wird dadurch erreicht, daß man zwei koaxiale Rohre als Blaserohr benutzt, die einen Kernkanal definieren, durch den das oxidierende Gas geleitet wird, und außerdem einen ringförmigen Kanal zwischen den beiden Rohren aufweisen, durch den das Kühlmittel strömen kann. Die tatsächliche Kühlwirkung bewirkt entweder ein örtliches Abziehen der Wärme durch Aufheizen eines inerten Gases, welches durch den Ringkanal hindurchströmt, oder eine Kombination eines Wärmeabzuges und einer endothermischen Reaktion durch ein Strömungsmittel, beispielsweise Methan oder Brennstofföl, welches durch den Ringkanal geleitet wird.

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Obgleich die Benutzung derartiger Kühlströmungsmittel eine Begrenzung der Äbnutzungsrate der Blaserohre ergibt, treten Probleme auf im Hinblick auf eine richtige Beziehung zwischen den Strömungsraten im Ringkanal und im Kernkanal. Wenn das gewünschte thermisch/volumetrische Verhältnis nicht erreicht wird, dann nutzen sieh die Blaserohre entweder mit hoher Geschwindigkeit ab, oder es erfolgt eine Blockierung, je nachdem ob die Kühlmittelströmung zu niedrig oder zu hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines metallurgischen Gefäßes zu schaffen, bei dem ein oder mehrere Strömungsmitteleinlässe zum Einspritzen von Strömungsmitteln unter der Oberfläche der Schmelze vorhanden sind.

Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zum Betreiben eines Strömungsmitteleinlaßkanals unter den Pegel der Schmelze in einem metallurgischen Gefäß in der Weise durchgeführt, daß die Beziehung zwischen dem Druck des durch den Kanal eingeführten Strömungsmittels und der Zeit der Zuführung während einer Behandlung der Schmelze überwacht und die Strömungsrate des Strömungsmittels so eingestellt wird, daß der Druck auf einen vorbestimmten optimalen Pegel zurückgestellt wird, nachdem eine Abweichung des überwachten Druckes von diesem vorbestimmten optimalen Druckwert festgestellt wurde.

Der Strömungsmitteleinlaßkanal kann eine Sauerstofflanze oder ein Blaserohr sein und es kann ein einziger Kanal für ein Strömungsmittel vorgesehen werden, oder mehrere derartige Kanäle, die konzentrisch angeordnet sind und mehrere Strömungsmittel führen können.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

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Pig. 1 eine schematische Darstellung eines koaxialen Bl as er ohr es j, welches in der feuerfesten Auskleidung eines metallurgischen Gefäßes eingesetzt ist;

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Drucks im Kernkanal, aufgetragen über der Behandlungszeitj

Pig. 3 eine graphische Darstellung der Strömungsrate im Ringkanal, aufgetragen über der Strömungsrate im Kernkanal, woraus die Abhängigkeit der Ausbildung des Blaserohrendes auf den Sauerstoffgehalt der gemischten Strömungsmittel veranschaulicht wird;

Fig. 4a,

b, und c schematische graphische Darstellungen der Wirkungen verschiedener Arten von Blockierungen des Blaserohres auf die Strömungsmitteldrücke im Ringkanal und im Kernkanal;

Fig„ 5 eine graphische Darstellung der Strömungsraten aufgezeichnet über dem Strömungsmitteldruck in Bezug auf den Ringkanal.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein koaxiales Blaserohr in den Boden eines metallurgischen Gefäßes,, welches Experimentierzwecken dient und 1,25 t faßt, eingesetzt. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Blaserohr aus zwei koaxialen Metallrohren 10 und 12 besteht, die in die feuerfeste Auskleidung 14 des Gefäßes eingesetzt sind,, Das innere Rohr 10 definiert einen Kernkanal 16 für das Strömungsmittel und der Raum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr definiert einen Ringkanal 18 für Strömungsmittel. Geeignete T-Verbindungen sind außerhalb des Gefäßes vorgesehen, um Strömungsmittel unabhängig voneinander

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durch die Speiseleitungen 20 und 22 nach dem Kernkanal bzw. dem Ringkanal zu schicken und in den beiden Speiseleitungen 20 und 22 ist je ein Druckwandler eingebaut. Die Druckablesung der Druckwandler in der Speiseleitung für den Kernkanal wird mit Pc bezeichnet und die entsprechende Druckablesung im Ringkanal wird mit Pa bezeichnet.

Bei diesem Beispiel dienen die Strömungsmittel, die über das Blaserohr eingeführt werden, der Bewegung des Bades, während die Hauptfrischreaktion mittels einer herkömmlichen Sauerstofflanze durchgeführt wird, die von oben her eingetaucht ist. Die die Bewegung hervorrufenden Strömungsmittel sind zweckmäßigerweise Luft, die durch den Kernkanal 16 als Hauptrührgas hindurehtritt, während durch den Ringkanal 18 Stickstoff geleitet wird, der als Kühlmittel dient. Das Arbeitsverfahren gemäß der Erfindung basiert auf der Messung des Druckes, der benötigt wird um die Gase durch den Kernkanal und durch den Ringkanal hindurchzudrücken. Aus strömungsmitteldynamischen Erwägungen für eine Konstantströmungsrate des zugeführten Gases ist der Druck, der erforderlich ist um ein Strömungsmittel durch ein Rohr zu pumpen, umgekehrt proportional der Querschnittsfläche des Rohres. Demgemäß zeigen die Druckänderungen, die von den Druckwandlern als Pa und Pc im Ringkanal und im Kernkanal gemessen werden, jeweils die folgenden Änderungen der Austrittsfläche am Ende des Blaserohres wie folgt an:

(1) verminderte Fläche - ansteigender Druck

(2) vergrößerte Fläche - abfallender Druck

(3) konstante Fläche - konstanter Druck.

Diese ansteigenden und abfallenden Drücke können auf diese Weise verknüpft werden mit der Blockierung des Blaserohres und einer potentiellen Blaserohr-Erosion, und hierdurch wird die

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Grundlage für das erfindungsgemäße Steuersystem gebildet.

Während einer Reihe von Versuchsdurchführungen mit dem Konverter werden die Drücke Pa und Pc kontinuierlich überwacht und am Ende jeder Erhitzung mit der Bedingung des Blaserohres verglichen. In Fig. 2. ist eine graphische Darstellung des Druckes Pc gegenüber der Zeit angegeben, wobei eine minimale Blasrohrabnutzung der Kurve b zugeordnet ist, eine rapide Abnutzung der Kurve c und eine Verstopfung des Blaserohres der Kurve a. Die Blasrohrendbedingung, die den Kurven b, c und a entspricht j, waren die folgenden: 50 bis 80$ blockiert, 0$ blockiert und 100$ blockiert, jeweils bei etwa 4 Minuten in der Hitze. Bei den Kurven a und b spricht die Blockade für das Ansteigen im Druck, der erforderlich ist um die gewünschte Gasströmung zu liefern«

Die tatsächlichen Gasströmungsraten sind in der graphischen Darstellung nach Fig. 3 aufgezeichnet,, Die Strömungsraten wurden derart gewählt, daß der Prozentsatz von Sauerstoff in der Gasmischung konstant für jede Schmelze gehalten wurde und experimentelle Datenpunkte, die auf den gemessenen Strömungsraten basieren, zeigen die Bedingungen Blockieren/Freiwerden/ keine Änderung - des Blasrohres an und am Ende eines Schmelzvorganges werden sie auf der Karte gemäß Fig. 3 aufgezeichnet, woraus sich ergibt, daß die Blaserohrabnutzung ein Minimum ist, wenn der Sauerstoffgehalt des gemischten Gases auf etwa 18,5$ eingestellt wurde.

Demgemäß wird die Bedienungsperson durch Wahl der optimalen Strömungsraten, die den optimalen Sauerstoffgehalt im vermischten Gas liefern, in Verbindung mit der kontinuierlichen Überwachung der Drücke Pa und Pc in die Lage versetzt, die Bedingung des Blaserohrendes in jeder Schmelze einzustellen. Beispiele der Art und Weise, auf die das Druckverfahren inter-

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pretiert werden kann, sind in Fig. 4 dargestellt. So veranschaulicht beispielsweise Fig. ^a, daß ein kleiner Leckstrom von Metall M in den Kern 16 den Kernkanaldruck Pc erhöht, Fig. 4b veranschaulicht, daß die Erzeugung einer Ringkappe aus Metall M über dem Blasrohrende ein Ansteigen des Druckes Pa im Ringkanal zur Folge hat. Fig. 4c zeigt, daß eine schwere Kappe über dem gesamten Blaserohrende sowohl ein Ansteigen des Druckes Pc im Ringkanal als auch des Druckes Pa im Kernkanal zur Folge hat. Wenn daher im Betrieb die Bedienungsperson ein ungewöhnliches Ansteigen entweder eines der Drücke Pa und Pc oder beider Drücke feststellt, die über die Wandler gemessen werden, dann kann er die Strömungsrate des Jeweiligen Gases so einstellen, daß diese Bedingung korrigiert wird. Wenn beispielsweise ein Druckanstieg festgestellt wird, dann kann die Kühlmittelströmung vermindert oder die Kernströmung vergrößert werden. Bei der in Fig. 4c dargestellten Bedingung mit Kappe kann es notwendig sein, zeitweilig Luft durch den Ringkanal 18 und durch den Kemkanal 16 zu schicken, um diese Kappe zu entfernen bevor die Luft wieder durch den Kernkanal strömt und Stickstoff durch den Ringkanal geleitet wird.

Die vorstehende Beschreibung befaßt sich in erster Linie mit diskreten Änderungen der Strömungsrate, um unerwünschte Bedingungen am Ende des Blaserohres zu korrigieren. Ein alternatives System zur Steuerung besteht darin, das Verhältnis Kerngas/Kühlgas zu entwickeln und eine kleine Ringkappe von Metall über dem Blaserohrende aufrechtzuerhalten, um dieses zu schützen. Derartige Schutzringkappen müssen genügend groß sein, um einen Pufferschutz während Perioden unzureichender Kühlung zu liefern. Aber es müssen die gewünschten Verhältnisse hindurchtreten können und falls erforderlich, müssen Festkörper eingespritzt werden können. Im allgemeinen würde dies ein höheres Verhältnis von Kern/Kühlmittelströmung in der ersten Hälfte des Blasvorgangs erfordern, wobei in der zweiten Hälfte ein niedri-

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geres Verhältnis erforderlich ist. Unter der Annahme, daß die antreibende Druck/Strömungsrate-Charakteristik, die dem optimalen Ausmaß der Schutzringbildung entspricht, bekannt war, dann braucht man nur die Strömungsrate des Kühlmittels einzustellen, um den Antriebsdruck auf dem erforderlichen Wert zu halten.

Eine solche charakteristische Kurve ist in Fig. 5 dargestellt. Der Antriebsdruck ist ein zusammengesetzter Parameter und weist vier Komponenten auf, d.h. den ferrostatischen Kopf, den Blasenüberdruck, den Blasrohraustrittsdruck und den Druckverlust im Blasrohr über der Länge.

Durch Überwachung der Druckwerte während des Schmelzvorganges kann die Strömungsrate so eingestellt werden, daß sie sich der charakteristischen Kurve für das jeweilige Blaserohr anpaßt und auf diese Weise kann eine minimale Abnutzung des Blaserohres erreicht werden, und gleichzeitig kann das Blaserohrende am Auslaß die gewünschte Querschnittsfläche beibehalten.

Die Steuerung der Blaserohrendbedingung durch Einstellung der Sauerstoff- und Kühlmittelgasverhältnisse wie bei diesem Beispiel beschrieben, kann die feuerfeste Auskleidung des Gefäßes über längere Zeiträume aufrechterhalten _s als dies bisher unter Verwendung von Blaserohren überhaupt möglich war, Bei den vorerwähnten Verfahren, bei denen ein Sauerstoffkerngas und ein Kühlmittelgas im Ringkanal während des gesamten Frischvorganges benutzt werden, wird nur eine relativ geringe Zahl von Blaserohren benötigt, und ihre Austrittsöffnungen und die zugeordnete örtliche Abnutzung in der Gefäßseitenwand oder am Boden des Gefäßes wird klein im Vergleich mit der Gesamtfläche des feuerfesten Materials unter der Badoberfläche. Die Häufigkeit solcher Situationen, wo eine Gefäßauskleidung zum Zwecke der Wartung und Überwachung herausgenommen werden muß, kann durch Benutzung

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von Ersatzblaserohren vermindert werden, die an Stellen eingesetzt werden, die von den abgenutzten Zonen entfernt liegen, welche durch Blaserohre erzeugt wurden, welche bereits im Betrieb benutzt worden sind. Diese Ersatzblaserohre können insgesamt mit einem Kühlgas unter Druck gesetzt werden, so daß sie sich nicht mit einer Rate abnutzen, die der Umgebungsabnutzung des umgebenden feuerfesten Materials zugeordnet ist, sondern sie bleiben mit Kappen bedeckt, weil Kühlgas vorhanden ist.

Wenn die Abnutzung der arbeitenden Blaserohre einen annehmbaren Wert überschritten hat, dann können diese Blaserohre mit einer Kappe versehen werden> in dem das Behandlungsgas durch Kühlgas ersetzt wird, während Luft oder Sauerstoff nach den vorher mit Kappen versehenen Ersatzblaserohren geleitet werden kann, um die Kappe abzubrennen und sie in eine Bedingung zu überführen, in der sie betriebsbereit sind. Nachdem das Drucküberwachungssystem gemäß der Erfindung anzeigt, daß die Ringöffnung und die Kein öffnung offen ist, dann können die Ersatzblaserohre gemäß der Erfindung betrieben werden.

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Claims

Dip1.-Ing. Curt Wallach Dip!.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys Dr.Tino Haibach 2834 7 V?" Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp D-GOOO fvlüiiuheii 2 · Kaufingersuaße 3 · Tdeio.-, (G £0) 21 02 75 T^'«v * 1^ ^13 wakai d Datum: Ό a HUgüSt 19/\ Unser Zeichen: Io j)4vi - K/ftp Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung der Arbeitsweise eines Strömungsmitteleinlaßkanals unter dem Pegel der Schmelze in einem metallurgischen Gefäß, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen dem Druck des durch den Kanal zugeführten Strömungsmittels und der Zeit dieser Zuführung während einer Behandlung der Schmelze überwacht wird, und daß die Strömungsrate des Strömungsmittels so eingestellt, wird, daß der Druck auf einen vorbestimmten optimalen Pegel wieder eingestellt wird,wenn sich eine Abweichung des überwachten Druckes von diesem vorbestimmten optimalen Wert einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmitteleinlaßkanal wenigstens zwei konzentrische Rohre umfaßt, um ein oxidierendes Strömungsmittel durch das zentrale Rohr und ein Kühlmittel durch den Ringkanal zwischen den beiden Rohren schicken zu können.

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3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennz ei chne t, daß der Strömungsmitteleinlaßkanal das Blaserohr eines Konverters bildet, das unter dem Pegel der Schmelze angeordnet ist,

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmitteleinlaßkanal eine eingetauchte Lanze aufweist, wobei der Auslaß unter dem Pegel der Schmelze liegt.

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