DE2944771A1 - Verfahren zum frischen von stahl - Google Patents

Verfahren zum frischen von stahl

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DE2944771A1 DE19792944771 DE2944771A DE2944771A1 DE 2944771 A1 DE2944771 A1 DE 2944771A1 DE 19792944771 DE19792944771 DE 19792944771 DE 2944771 A DE2944771 A DE 2944771A DE 2944771 A1 DE2944771 A1 DE 2944771A1
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Description

29U771
L-12298-G
UNION CARBIDE CORPORATION 270, Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V.St.A.
NATIONAL STEEL CORPORATION 2800 Grant Building, Pittsburg, Penn. 15219, V.St.A.
VERFAHREN ZUM FRISCHEN VON STAHL
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Frischen einer eisenhaltigen Schmelze durch Einblasen von Sauerstoff in die Schmelze von einer Über der Oberfläche der Schmelze liegenden Stelle aus (Sauerstoffaufblasverfahren)♦ Insbesondere hat die Erfindung ein Verfahren zum Gegenstand, dessen Zweck es ist, ein Oberlaufen aus dem Konvertermund, zu dem es bei der konventionellen Durchführung des Sauerstoffaufblasverfahrens leicht kommt, zu verhindern oder zu minimieren.
Sauerstoff wird zum Entkohlen der Schmelze benutzt. Er reagiert dabei mit dem in der Schmelze enthaltenen Kohlenstoff
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tt 29U771
unter Bildung von CO, das als Gas aus dem Konverter entweicht. Typischerweise enthält die ungefrischte Eisenschmelze auch Silicium und andere oxidierbare Elemente, wie Mangan und Phosphor, deren Oxide in flüssiger oder fester Form vorliegen und eine gesonderte Schlackephase bilden. Kalk und andere Stoffe, beispielsweise Dolomitkalk, werden in den Konverter eingegeben, um eine basische Schlacke zu bilden.
Bekanntlich verläuft der Frischvorgang besonders wirkungsvoll, wenn während des Sauerstoffblasens über der Schmelze eine Emulsion gebildet wird. Die Emulsion stellt eine schaumartige Substanz dar, die aus einem komplexen Gemisch aus flüssigen Oxiden, Gasblasen (in erster Linie CO), festen Oxidteilchen und Tröpfchen aus flüssigem Metall besteht. Idealerweise ist das Volumen der Emulsion ein Mehrfaches des Volumens der Schmelze (vergleiche Fig. 1).
Ein Problem beim Sauerstoffaufblasverfahren ist, daß sich das Volumen der Emulsion schwierig beherrschen läßt. Häufig wird das Emulsionsvolumen so groß, daß es den Kopfraum des Konverters ausfüllt und aus dem Konvertermund überläuft. Dadurch gehen wertvolles Metall und Produktionszeit verloren. Es wird eine zeitraubende Reinigung notwendig.
Zu bekannten Verfahren, dem Überlaufen zu begegnen, gehören die folgenden Schritte oder verschiedene Kombinationen derselben:
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O) Verminderung des Sauerstofflosses; vergleiche beispielsweise Stravinskas u.a. "Influence of Operating Variables on BOF Yield", I & SM, Mai 197t, Seiten bis 37;
(2) Erhöhung des Sauerstofflusses; vergleiche beispielsweise Zarvin u.a., "Some Features of Injection in the Melting of Steel in 350-Ton Basic Oxygen Furnaces", Steel in the USSR, Dezember 1976, Band 6, Seiten bis 662;
(3) Absenken der Lanze; vergleiche beispielsweise Shakirov u.a., "The Mechanism of the Foaming of Basic Oxygen Furnace Slag", Steel in the USSR, Juni 1976, Band 6;
(4) Hochfahren der Lanze; vergleiche beispielsweise Chernyatevich u.a., "Mechanism of the Formation of Ejections and Spatter from Basic Oxygen {Furnaces", Steel in the USSR, Oktober 1976, Band 6, Seiten 544 bis 547;
(5) Änderung der Ausbildung der Lanzendüse; vergleiche beispielsweise Baptizmanskii u.a., "Causes of Ejections and of Lancing Conditions in Basic Oxygen Furnace", Stal, April 1967, Seiten 309 bis 312; und
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(6) Änderungen hinsichtlich der Menge, der Bestandteile und der zeitlichen Zugabe von Flußmittelzusätzen; vergleiche beispielsweise Chernyatevich u.a., a.a.O.
Keines der vorstehend genannten Verfahren ist sonderlich verläßlich. Einige sind kompliziert. Andere machen Produktionsverzögerungen notwendig.
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verhindern von Überlaufen oder Auswurf beim Frischen von Eisenschmelzen im Sauerstoffaufblasverfahren zu schaffen, das einfacher und verläßlicher als bekannte Verfahren ist und das keine Produktionsverzögerungen verursacht.
Ein Verfahren zum Frischen einer in einem Konverter befindlichen Eisenschmelze durch Einblasen von Sauerstoff in die Schmelze von einer über der Oberfläche der Schmelze liegenden Stelle aus, wobei über der Schmelze eine Emulsion gebildet wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zum Verhindern eines Überlaufens oder Auswurfs der Emulsion aus dem Konverter
(a) bei drohendem oder beginnendem Überlaufen ein Inertgas in den Konverter in ausreichender Durchflußmenge eingeblasen wird, um das Überlaufen zum Halt zu bringen,
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während mit Sauerstoff weitergeblasen wird, und
(b) das Einblasen von Inertgas in den Konverter beendet wird, wenn das Überlaufen zum Halt gebracht ist oder nicht länger droht.
Vorzugsweise wird mit einer Inertgas-Durchflußmenge von 5 bis 30 % der Sauerstoffdurchflußmenge gearbeitet. Das Inertgas wird vorzugsweise mit dem Sauerstoff gemischt durch die Sauerstofflanze hindurch eingeleitet.
Unter Inertgas soll vorliegend ein anderes Gas als Sauerstoff oder ein Gemisch solcher Gase verstanden werden. Vorzugsweise wird als Inertgas Argon verwendet.
Unter Überlaufen oder Auswurf wird vorliegend das Überlaufen von Emulsion aus dem Konvertermund verstanden.
Unter Vermeidung von Überlaufen ist zu verstehen, daß ein weiteres Überlaufen verhindert wird, indem es rasch zum Halt gebracht oder indem ein Überlaufen Überhaupt vermieden wird.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Sauers toffaufblaskonverter wäh
rend eines Sauerstoffblasvorganges mit einer Emulsionsschicht von gewünschter Größe und
Fig. 2 einen Sauerstoffaufblaskonverter t
der während des Frischvorgangs überläuft.
Bei der Darstellung nach Fig. 1 läuft ein Sauerstoffaufblas-Frischverfahren in einem konventionellen, mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Aufblaskonverter 1 ab. Der Konverter ist nahe seiner Oberseite mit einem Stichloch 2 versehen. Er weist oben einen Mund 3 auf. Mittels einer Lanze 4 werden Gase in die Schmelze eingeblasen. Die mit einer Sauerstoffzuleitung 13 verbundene Lanze läßt sich hochfahren, so daß der Konverter gekippt werden kann, um seinen Inhalt auszugießen.
Ohne Überlaufen arbeitet die Vorrichtung gemäß Fig. 1 wie folgt. Zunächst werden schmelzflüssiges Roheisen, Schrott^ Kalk und andere, dem Fachmann geläufige Stoffe in den Konverter eingegeben. Dann wird Sauerstoff in die Schmelze 5 von einer über der Oberfläche der Schmelze liegenden Stelle aus durch die Lanze hindurch eingeblasen, wodurch irv der Oberfläche der Schmelze eine Mulde la ausgebildet wird. In
der Schmelze verhondene oxidierbare Elemente reagieren mit Sauerstoff. In der Schmelze vorhandener Kohlenstoff setzt sich mit Sauerstoff unter Bildung von CO-Gasblasen um,, die zu der Oberfläche der Schmelze hochsteigen und aus dem Konvertermund entweichen- Nachdem rund ein Drittel der Blasdauer verstrichen ist, bildet sich die Emulsion 6, die ein komplexes Gemisch aus flüssigen Oxiden, Gasblasen, festen Oxidteilchen und Tröpfchen aus flüssigem Metall ist. Die in der Emulsion vorhandenen Metalltropfen haben eine sehr große spezifische Oberfläche, was die erwünschte Reaktion zwischen Sauerstoff und Verunreinigungen der Schmelze fördert. In den letzten Stufen des Sauerstoffblasvor^gangs sackt die Emulsion im allgemeinen zusammen. Das Frischen mit Sauerstoff wird dann fortgesetzt, bis die Schmelze die gewünschte Zusammensetzung hat. Anschließend wird der Sauerstoffstrom gestoppt. Die Lanze 4'wird über den Mund 3 hochgefahren. Die gefrischte Schmelze wird über das Stichloch 2 aus dem Konverter gegossen.
Das Gesamtvolumen des Konverters betrögt ein Mehrfaches des Volumens der Schmelze. Eine wesentliche Aufgabe des zusätzlich im Konverter über der Schmelze vorhandenen Raums/ d.h. des Konverterkopfraums, besteht darin, die Emulsion aufzunehmen. Das Volumen der Emulsion kann jedoch nicht auf1 einfache Weise gesteuert werden. Zuweilen wird dieses Volumen größer als der Kopfraum. Es kommt zu einem überlaufen, wie
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dies in Fig. 2 dargestellt ist. In diesem Fall ist der Emulsionspegel über den Mund 3 angestiegen. Emulsionswellen 7 treten durch den Mund 3 hindurch aus und laufen an der Außenwand des Konverters 1 herunter. Dadurch wird die Ausbeute vermindert, Die Sicherheit ist gefährdet. Zeitraubende Reinigungsarbeiten werden notwendig. Während des Überlaufens kann Emulsion auch aus dem Stichloch 2 austreten.
Die Kohlenstoffbeseitigungsrate und dementsprechend auch die CO-Entwicklung verlaufen in Abhängigkeit von der Zeit während des Sauerstoffblasvorgangs gemäß einer im wesentlichen glockenförmigen Kurve. Dies ist darauf zurückzuführen, daß im frühen Stadium der Blasperiode der größte Teil des Sauerstoffs mit metallischen Verunreinigungen, beispielsweise Silicium, bevorzugt gegenüber Kohlenstoff reagiert. Die auf diese Weise gebildeten flüssigen und festen Oxide gehen in die Schlackephase über. Nachdem die metallischen Verunreinigungen im wesentlichen oxidiert sind, steht mehr Sauerstoff für die Reaktion mit dem in der Schmelze vorhandenen Kohlenstoff zur Verfügung; CO wird in verstärktem Umfang entwickelt. Die C0-Blasen kombinieren sich mit der Schlacke unter Bildung der Emulsion. Während der späteren Stufe des Blasvorganges nimmt mit sinkendem Kohlenstoffgehalt der Schmelze die Kohlenstoffbeseitigungsrate und die CO-Entwicklung ab; die Emols-iefn sackt zusammen. Zu einem
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Überlaufen kommt es am wahrscheinlichsten während der Zeitspanne der stärksten CO-Entwicklung.
Entsprechend dem vorliegenden Verfahren muß Inertgas zum richtigen Zeitpunkt und in geeigneter Menge in den Konverter eingeblasen werden. Dies geschieht vorzugsweise, indem eine Inertgaszuleitung 15 an die Sauerstoffzuleitung 13 angeschlossen wird, so daß das Inertgas gemischt mit Sauerstoff durch die Sauerstofflanze hindurch geblasen wird. Statt dessen kann auch mit gesonderten Lanzen für den Sauerstoff und das Inertgas gearbeitet werden. Des weiteren ist es möglich, in der gleichen Lanze gesonderte Durchlässe für Inertgas und Sauerstoff vorzusehen.
Aus der DE-OS 27 45 722 ist es zwar in Verbindung mit einem Verfahren zum Herstellen von Stahl mit niedrigem Stickstoff- und niedrigem Sauerstoffgehalt bekannt, während der letzten Stufen der Entkohlung Inertgas in die Schmelze einzublasen, und zwar insbesondere Argon in den Sauerstoffaufblaskonverter von einem Zeitpunkt ab einzuleiten, bei dem der Stickstoffgehalt seinen Kleinstwert erreicht hat, und die Argonzufuhr bis zum Ende des Sauerstoffblasvorgangs fortzusetzen. Bei dem bekannten Verfahren ist kein Überlaufen während der Zeitspanne des Blasvorgangs zu erwarten, innerhalb deren Argon eingeblasen wird. Zu Überlaufen kann es Jedoch gleichwohl während der früheren Stufen des Blasvorgangs kommen,, wenn
kein Argon (oder ein stickstof freies Fluid) eingeblasen wird und die CO-Entwicklung hoch ist. Gerade während der Stufen hoher CO-Entwicklung, während deren bei dem bekannten Verfahren kein Argon eingeleitet wird, ist die Wahrscheinlichkeit für ein Überlaufen besonders hoch.
Unter den bisher überprüften Inertgasen erwies sich Argon als besonders wirkungsvoll und zweckmäßig, weil Argon relativ billig, generell verfügbar und frei von unerwünschten Verschmutzungen ist und weil Argon eine niedrige Wärmekapazität hat. Jedoch sind vom technischen Gesichtspunkt her auch andere Gase, wie Stickstoff, Neon, Xenon, Radon Krypton, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Dampf, Ammoniak oder ein Gemisch dieser Gase, akzeptabel. Wenn vorliegend als Inertgas Stickstoff verwendet werden soll, kann an Stelle von Stickstoff mit Luft gearbeitet werden, weil Luft bekanntlich etwa 79 % N_, 1 % Argon und 20 % Sauerstoff enthält. Weil während des Zusatzes von Inertgas der Sauerstoffblasvorgang fortgeführt wird, wird durch den mit der Luft eingeleiteten kleinen Sauer stoffüberschuß das Frischverfahren nicht nachteilig beeinflußt.
Das Inertgas muß in einer Menge eingeleitet werden, die ausreicht, um den Emulsionspegel abzusenken. Die erforderliche Durchflußmenge kann bei unterschiedlichen Sauerstoffaufblasverfahren fBOF-Verfahren) variieren. Vorzugsweise wird mit einer Inertgas-Durchflußmenge gearbeitet, die zwischen 5 und 30 %-
der Sauerstoffdurchflußmenge beträgt.
Die geeignete Zeitsteuerung für die lnertgaseinföhrung ist für das vorliegende Verfahren von kritischer Bedeutung. Sobald die Emulsion übermäßig hochsteigt, sollte, während weiterhin Sauerstoff eingeblasen wird, sofort Inertgas in den Konverter eingeleitet werden. Die Inertgaszufuhr sollte fortgeführt werden, bis das Überlaufen aufgehört hat oder anzunehmen ist, daß keine weitere Gefahr eines Überlaufens besteht. Eine rechtzeitige Unterbrechung des Inertgasflusses ist gleichfalls wichtig, weil eine unnötige Fortführung der Inertgaszufuhr Inertgas vergeudet und die Emulsionshöhe übermäßig vermindert, so daß der Wirkungsgrad der Sauerstofffrischreaktion unnötig verkleinert wird.
Das vorliegende Verfahren wird vorzugsweise so eingesetzt, daß ein Überlaufen verhindert und nicht nur Zum Halt gebracht wird, nachdem es bereits eingetreten ist. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß Argon in den Konverter eingeleitet wird, wenn ein Überlaufen zu drohen scheint. Ein drohendes Überlaufen läßt sich dadurch feststellen, daß kleine Mengen an Emulsion aus dem Stichloch des Konverters ausgeworfen werden. Sobald Emulsion aus dem Stichloch herausquillt, sollte daher Inertgas eingeführt werden. Die Inertgaszufuhr kann unterbrochen werden, wenn keine Emulsion mehr aus dem Stichloch ausströmt.
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BEISPIELE
Die Erfindung ist anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Alle Chargen wurden in einer Sauerstoffaufblas-Frischanlage mit den folgenden Kennwerten hergestellt:
Konvertervolumen: Konvertermundfläche: Abstichgewicht der Charge: Benutztes Inertgas:
Die drei Chargen der Beispiele 1 bis 3 sind repräsentativ für 10 Versuchschargen, bei denen versucht wurde, das Überlaufen in bekannter Weise zum Halt zu bringen, indem lediglich die Sauerstoffdurchflußmenge herabgesetzt, d.h. nicht entsprechend dem vorliegenden Verfahren vorgegangen wurde.
Beispiel 1
142 m 3 2
m
8, ,8
213 t
Argon
Das Überlaufen machte sich erstmals nach einer Blasdauer von 9 min bei einer Sauerstoffdurchflußmenge von 515 Nm /min bemerkbar. Die Sauerstoffdurchflußmenge wurde auf 459 Nm /min herabgesetzt, nachdem die Schmelze 9 min und 10 s geblasen war. Das Überlaufen verlangsamte sich bis zu einer Blasdauer von 10 min und 30 s, d.h. 1 1/2 min, nachdem es begonnen hat-
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te, und wurde dann schlimmer. Das Überlaufen hörte nach einer Blasdauer von 12 min und 30 s, d.h. 3 1/2 min, nachdem es begonnen hatte, endgültig auf. Um ein erneutes Oberläufen zu verhindern, wurde die niedrige Sauerstoffdurchflußmenge bis zum Ende der Blasdauer aufrechterhalten. Dadurch wurde für diese Charge die Produktionsdauer erhöht.
Beispiel 2
Ein leichtes Überlaufen begann nach einer Blasdauer von 7 min und 30 s bei einer Sauerstoffdurchflußmenge von 527 Nm /min. Daraufhin wurde die Sauerstoffdurchflußmenge auf 425 Nm /min herabgesetzt. Das Überlaufen dauerte jedoch an und wurde nach einer Blasdauer von 9 min und 15 s stärker. Es kam schließlich nach einer Blasdauer von 11 min und 25 s endgültig zum Halt. Die Sauerstoffdurchflußmenge wurde anschließend wieder allmählich gesteigert und erreichte nach einer Blasdauer von 13 min und 20 s einen Wert von 532 Nm /min,
Beispiel 3
Ein starkes Überlaufen setzte plötzlich nach einer Blasdauer von 13 min und 10 s bei einer Sauerstoffdurchflußmenge von 515 Nm /min ein. Die Sauerstoffdurchflußmenge wurde nach einer Blasdauer von 14 min und 30 s auf 43? Nm /min herabgesetzt. Das Überlaufen hörte 1 bis 1 T/2 min nach dem Kerab-
setzen der Sauerstoffdurchflußmenge auf. Sauerstoff wurde für eine Gesamtdauer von 2 1/2 min mit verminderter Durchflußmenge geblasen.
Von den 10 Chargen, bei denen versucht wurde, das Überlaufen durch Herabsetzen der Sauerstoffdurchflußmenge zum Halt zu bringen, hörte das Überlaufen nur bei 2 Chargen innerhalb von 1 1/2 min auf. Bei den 8 anderen Chargen dauerte das Überlaufen mehr als 1 1/2 min lang an. Bei allen 10 Chargen war die Produktionsgeschwindigkeit herabgesetzt.
Die Beispiele 4 bis 6 gelten für das vorliegend erläuterte Verfahren der Überlaufsteuerung.
Beispiel 4
Ein Überlaufen setzte nach einer Sauerstoffblasdauer von 15 min und 25 s ein. Daraufhin wurde über die Sauer stofflanze Argon in einer Durchflußmenge von 93 Nm /min eingeleitet, während mit einer Sauerstoffdurchflußmenge von 515 Nm /min weitergeblasen wurde. Das Überlaufen hörte in weniger als 20 s auf. Daraufhin wurde der Argonstrom abgeschaltet ^
Beispiel 5
Heftiges überlaufen wurde noch eiaer Blasdeuer von etwa 13 min festgestellt. Daraufhin wurde Argon in den Konverter in der zuvor beschriebenen Weise in einer Durchf tußmenge von 113 Nm /min eingeleitet. Das überlaufen hörte innerhalb von 5 s auf. Der Argons troin wurde nach 1 min abgeschaltet.
Beispiel 6
Ein Überlaufen wurde nach einer Sauerstoffblasdauer von 13 min festgestellt. Daraufhin wurde Argon in der zuvor erläuterten Weise in einer Durchflußmenge von 91 N« /mit» eingeblasen. Das Überlaufen hörte fast augenblicklich auf. Argon wurde 1 min lang zugeführt; dann wurde der Argonstrom abgeschaltet. Das Überlaufen setzte erneut ein und wurde durch Einführen von Argon in der zuvor beschriebenen Jteise mieder gestoppt. Da ein weiteres Überlaufen zu drohen schien, wurde die zweite Axgonzuführung 3 min lang fortgesetzt.
Es zeigt sich, daß mit dem vorliegenden Verfahren das überlaufen innerhalb von Sekunden gestoppt wird, während das bekannte Herabsetzen der Sauerstoffdurchflußmenge mehrere Minuten bedingte, um das Gleiche zu erzielen. Die Zeiteinsparung ist nicht nur hinsichtlich der Geschwindigkeit von Bedeutung, mit
der ein Überlaufen gestoppt wird, sondern weil dadurch > auch keine Produktionsdauer verlorengeht. Außerdem ist der Verlust an Metall wesentlich geringer. Durch das raschere Stoppen des Überlaufens wurden auch die notwendigen Reinigungsmaßnahmen wesentlich vermindert.
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Claims (6)

PATENTANWALT DIPl.-ING. GERHARD SCHWAN ELFENSTRASSEU ■ OtOOO MÜNCHEN 13 2944771 L-12298-G Ansprüche
1. Verfahren zum Frischen von in einem Konverter befindlichem schmelzflussigem Stahl durch Einblasen von Sauerstoff in die Schmelze von einer Über der Oberfläche der Schmelze liegenden Stelle aus, wobei über der Schmelze eine Emulsion gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verhindern eines Überlaufens der Emulsion aus dem Konverter
(a) bei drohendem oder beginnendem Überlaufen ein Inertgas in den Konverter in ausreichender DurchfluOmenge eingeblasen wird, um das Überlaufen zum Hält zu bringen, während mit Sauerstoff weitergeblasen wird, und »
(b) das Einblasen von Inertgas in den Konverter beendet
wird, wenn das überlaufen zum Halt gebracht ist oder
■> nicht länger droht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Argon verwendet wird.
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FERNSPRECHER: 019/601203» · KABEL: ELECTRICPATENT MUNOHlN
OFUGINAL INSPECTED
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas gemischt mit dem Sauerstoff durch die Sauerstofflanze hindurch in den Konverter geblasen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas in einer Durchflußmenge von 5 bis 30 Vol.% der Sauerstoffdurchflußmenge in den Konverter geblasen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Frischens ein im wesentlichen konstanter Sauerstoffluß aufrechterhalten wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Blasen von Inertgas begonnen wird, unmittelbar nachdem das Überlaufen angefangen hat.
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