DE4238970C1 - Verfahren zum Einblasen oxidierender Gase in Metallschmelzen - Google Patents
Verfahren zum Einblasen oxidierender Gase in MetallschmelzenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einblasen oxidierender
Gase in Metallschmelzen, die sich in einem Reaktionsgefäß befinden, das
über Einleitungsdüsen unterhalb der Metallbadoberfläche verfügt.
Die fortschrittlichen metallurgischen Prozesse zur Metallerzeugung verwen
den heute als Frischmittel bevorzugt Sauerstoff, insbesondere wenn dieses
Frischgas unterhalb der Metallbadoberfläche der Schmelze zugeführt wird.
Diese Verfahrensweise findet mehr und mehr Eingang in die Nichteisenmetal
lurgie. Beispielsweise wendet man Sauerstoffeinleitungsdüsen unterhalb der
Metallbadoberfläche im neuerdings bekanntgewordenen QSL-Reaktor zur Blei
herstellung an. Ebenso gehören bei der Kupfererzeugung ähnliche Prozeßva
rianten zur industriellen Praxis.
Eine herausragende Bedeutung hat jedoch das Sauerstofffrischen bei der
Stahlproduktion erlangt. Neben den verschiedenen Sauerstoffblasverfahren
für die Stahlerzeugung im Konverter wendet man nunmehr auch bei dem anderen
bedeutungsvollen Stahlherstellungsaggregat, dem Elektrolichtbogenofen,
Sauerstoffeinleitungsdüsen unterhalb der Eisenbadoberfläche an, um die
Wirtschaftlichkeit für diesen Prozeß zu verbessern. Im bodenblasenden
Konverter hat der großtechnische Einsatz von reinem Sauerstoff mit dem als
OBM- oder Q-BOP bekanntgewordenen Verfahren 1968 begonnen. Das deutsche
Patent 15 83 968 beschreibt als erstes Schutzrecht das OBM-Verfahren.
Es schlossen sich weitere Entwicklungen auf diesem Gebiet an, bei dem der
kombiniert blasende KMS-Konverter die heutige, sehr variabel einsetzbare
und optimale Lösung für die Stahlproduktion darstellt. Bei diesem Verfahren
läßt sich die Schrotteinschmelzkapazität in weiten Grenzen durch die Zugabe
kohlenstoffhaltiger Brennstoffe steuern, und der wärmetechnische Wirkungs
grad dieser Brennstoffe wird durch die Nachverbrennung der Reaktionsgase
und Rückübertragung der dabei entstehenden Wärme erheblich gesteigert.
Diese Erhöhung der Energieumsätze in Konvertern ist durch die deutsche
Patentschrift 28 38 983 geschützt.
Einen Schritt in Richtung des verbesserten Prozeßablaufes beim boden- oder
kombiniert-blasenden Konverter hat man für das Aufblas- oder LD-Verfahren
durch das Bodenspülen mit Inertgas nachvollzogen. Die dabei eingesetzten,
relativ geringen Spülgasmengen, es sind hauptsächlich die Gase Stickstoff
und Argon, werden bei dem LET-Prozeß durch Sauerstoff ersetzt. Bei diesem
Prozeß bläst man etwa 5 Nm3 Sauerstoff pro t Stahl durch zwei bis vier
Bodendüsen unterhalb der Badoberfläche in die Schmelze, und der wesentliche
Frischsauerstoffanteil wird wie in einem LD-Konverter üblich, mit der
wassergekühlten Sauerstoffaufblaslanze dem Eisenbad zugeführt.
Bei der Stahlerzeugung im Elektrolichtbogenofen hat sich in jüngster Zeit
das KES-Verfahren, u. a. in der deutschen Patentschrift DE 36 29 055
beschrieben, in mehreren Werken durchgesetzt. Bei diesem Verfahren zum
gesteigerten Energieeinbringen in Elektrolichtbogenöfen werden Sauerstoff
oder sauerstoffhaltige Gase zur Nachverbrennung der Reaktionsgase im oberen
Bereich des Ofens eingeblasen, und durch die im Boden angeordneten Düsen
führt man oxidierende Gase, hauptsächlich Sauerstoff, der Schmelze zu.
Gleichzeitig können über Hohlelektroden Feststoffe, wie Schlackenbildner
und kohlenstoffenthaltende Brennstoffe, in die Schmelze geleitet werden.
Das Verfahren steigert die Wirtschaftlichkeit insbesondere über die
Einsparung von elektrischer Energie. In diesem Schutzrecht ist weiterhin
vorgeschlagen, die Düsen unterhalb der Badoberfläche von Fall zu Fall mit
erhöhtem Druck bis zu 60 bar zu betreiben.
Bei den bislang genannten Verfahren erfolgt die Sauerstoffzufuhr unterhalb
der Badoberfläche durch sogenannte OBM-Düsen, d. h. Sauerstoffeinleitungs
düsen, die zu ihrem Schutz mit Kohlenwasserstoffen ummantelt sind.
Normalerweise handelt es sich dabei um Düsen aus zwei konzentrischen
Rohren, wobei durch das Zentralrohr Sauerstoff und durch den Ringspalt
Kohlenwasserstoffe strömen, zum Beispiel Erdgas, Methan, Propan, Butan oder
leichtes Heizöl. Bei der Anwendung dieser Düse können unter günstigen
Betriebsbedingungen, wie beispielsweise in der deutschen Patentschrift DE
34 03 490 "Verfahren zum Einbau eines Konverterbodens" genannt, minimale
Verschleißraten der Bodenzustellung und der Düsen von 1,5 mm pro Charge,
entsprechend ungefähr 5 mm pro Stunde Blasezeit, erreicht werden.
Neben dem erfolgreichen, großtechnischen Einsatz der OBM-Düsen, also Düsen,
über die unterhalb der Metallbadoberfläche Sauerstoff, ummantelt von einem
gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoff, in die Schmelze gelangt, hat
es zuvor nicht an Versuchen gemangelt, Sauerstoff ohne Düsenschutzmedium in
eine Metallschmelze einzuleiten. So beschreibt das US-Patent 23 33 654 aus
dem Anmeldejahr 1940 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stahlherstel
lung, bei dem in einem Bessemer-Konverter oder einem ähnlichen Frischgefäß
Sauerstoff durch eine zwangsgekühlte Düse in die Metallschmelze geblasen
wird. Die Düse besteht dabei aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähig
keit und einem Wasserkühlsystem, bei dem mit hoher Geschwindigkeit Wasser
an die Unterseite der Düsen strömt, so daß sich zum Düsenschutz eine
Schicht aus erstarrtem Metall auf der Düsenoberfläche bildet. Dieses
Verfahren hat nie Eingang in die Stahlwerksbetriebspraxis gefunden,
wahrscheinlich, weil man die Gefahr von Undichtigkeiten und Durchbrüchen bei
der Düsenwasserkühlung und den dann befürchteten Wasserdampfexplosionen als
zu groß einschätzt.
Das US-Patent 28 55 293 aus dem Anmeldejahr 1955 bezieht sich auf eine
weitere Methode und eine Vorrichtung, um Metallschmelzen mit Sauerstoff zu
behandeln. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, Sauerstoff mit einem
Druck größer 28 bar (400 pounds per square inch) einzusetzen, um an der
Düsenspitze einen begrenzten Kühlungseffekt zu erreichen, damit das
Düsenmaterial nicht schmilzt. Die Anwendung des Verfahrens und der
Vorrichtung ist an eine Reihe von Voraussetzungen gebunden. Die wichtigsten
Bedingungen davon sind, daß der Sauerstoffdruck zwischen 28 bar und 70 bar
(400-1000 pounds per square inch) liegt, der Jet- und der Düsenquerschnitt
zwischen 0,003 bis 0,03 square inch, entsprechend einem inneren Rohrdurch
messer von 1,5 mm bis 5 mm, liegt und eine Rohrwandstärke von mindestens
4,8 mm besitzt. Unter diesen Voraussetzungen und der Wahl eines richtigen
Feuerfest-Materials für die Düsenumgebung, ist eine minimale Verschleißrate
von 0,27 inch/min, entsprechend 6,86 mm/min bzw. 411 mm/h, zu erreichen.
Diese Verschleißraten, bezogen auf die Wandstärke eines modernen bodenbla
senden Konverters, lassen Einsatzzeiten von weniger als 10 Chargen
erwarten, während heute übliche vergleichbare Bodenhaltbarkeiten bei über
1000 Chargen liegen.
Die in diesem genannten US-Patent beschriebene Methode, Sauerstoff mit
einem Druck zwischen 28 bar bis 70 bar unterhalb einer Metallbadoberfläche
in die Schmelze einzuleiten, hat bei der Stahl- oder Metallgewinnung keine
Anwendung gefunden. Vielmehr haben die gleichen Erfinder in dem FR-Patent
14 50 718 aus dem Anmeldejahr 1965 empfohlen, Sauerstoff nur zusammen mit
einem oder mehreren gasförmigen Kohlenwasserstoffen in ein flüssiges
Metallbad einzublasen.
Wie anfangs bereits beschrieben, hat sich dieses Verfahren, den Sauerstoff
mit Kohlenwasserstoffen zu ummanteln, bei den metallurgischen Prozessen zur
Metallerzeugung durchgesetzt und führt insbesondere in Hinblick auf die
Verschleißraten der eingesetzten Düsen und der damit verbundenen guten
Wirtschaftlichkeit zu befriedigenden Ergebnissen. Es stellen sich aber auch
Nachteile ein, hauptsächlich bei der Stahlerzeugung stören in der fertigen
Stahlschmelze die relativ hohen Wasserstoffgehalte, die aus dem Düsen
schutzmedium stammen. Weiterhin sind aus Sicherheitsgründen komplizierte
Regelanlagen erforderlich, zum Beispiel um den Druck der Kohlenwasserstoffe
niedriger zu halten als den Sauerstoffdruck, damit in die Sauerstoffleitun
gen keine Überströmungen der Kohlenwasserstoffe stattfinden, aus denen sich
unerwünschte Verpuffungen und Brände im Zuleitungssystem ergeben können.
Schließlich geht ein erheblicher Anteil der Kohlenwasserstoffe zum Düsen
schutz als vagabundierendes Medium im Konverterboden verloren und führt zu
einer unerwünschten Flammenentwicklung außerhalb des Konverters,
z. B. im Bereich der Verrohrung am Konverterboden.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, Sauerstoff betriebs
sicher ohne Ummantelung mit Kohlenwasserstoffen oder anderen zusätzlichen
Düsenschutzmedien unterhalb der Badoberfläche in eine Metallschmelze zu
leiten und vergleichbare Verschleißraten des Einleitungssystems und der
umgebenden feuerfesten Ausmauerung zu erreichen, wie sie von den OBM-Düsen
bekannt sind.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die
Einblasdüsen gleichmäßig mit einer
Verschleißgeschwindigkeit von weniger als 30 mm/h
Blasezeit zusammen mit dem umgebenden Feuerfest-
Material zurückbrennen. Der Metallschmelze brauchen
keine unerwünschten Stoffe zugeführt werden. Eine
zuverlässige Prozeßregelung und eine verbesserte, hohe
Gesamtwirtschaftlichkeit des Verfahrens ist
gewährleistet.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei der
Stahlherstellung im Konverter, dem Elektrolichtbogenofen und anderen
geeigneten Gefäßen (Pfannen, Vakuumanlagen) zur Durchführung eines Frisch
vorganges, bei der Kohlevergasung im Eisenbad, bei der Schmelzreduktion von
Metallerzen und bei der Erzeugung von Nichteisenmetallen verwenden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß erst von einer Druckstufe
für das eingeleitete oxidierende Gas, insbesondere Sauerstoff, ab min
destens 85 bar die Beständigkeit der Einleitungsdüsen gegen vorzeitiges
Zurückbrennen überproportional ansteigt. Diese Erkenntnis ist überraschend,
weil bisher bei den bekannten Verfahren zum Einblasen von Sauerstoff in
Metallschmelzen im Druckbereich zwischen 28 bar bis 70 bar und in Ausnahme
fällen bis 80 bar, relativ hohe Abbrandraten für die Düsen festgestellt
worden sind, die zwar mit ansteigendem Druck sich etwas verringerten,
jedoch in den günstigen Fällen noch bei Werten von ca. 40 cm/h Blasezeit
liegen. Die stetige, geringfügige Abnahme der Abbrandgeschwindigkeit der
Düsen mit zunehmendem Sauerstoffdruck ist nach dem Stand der Technik nur
durch den Joules-Thomson-Effekt erklärbar, der zu einer Abkühlung an der
Düsenspitze führt, wenn das hochkomprimierte Gas austritt und expandiert.
Um so mehr muß es überraschen, wenn sich gemäß der Erfindung bei einem
Druck von mindestens 35 bar an, eine überproportionale, deutliche Erniedri
gung des Abbrandes der Einleitungsdüsen einstellt. Dieser gefundene
Düsenabbrand beträgt dann weniger als 3 cm/h Blasezeit und liegt somit in
der gleichen Größenordnung wie bei OBM-Düsen, bei denen der Sauerstoff von
Kohlenwasserstoffen ummantelt ist.
Gemäß der Erfindung ist der Sauerstoff bis zum Einlauf bzw. Eintritt in die
Einleitungsdüsen über Versorgungsleitungen mit deutlich größerem freiem
Querschnitt im Vergleich zur Einleitungsdüse zu führen, um die Druckver
luste in diesen Zuführungsleitungen gering zu halten. Es hat sich gezeigt,
daß der volle Sauerstoffdruck von mindestens 85 bar, besser 90 bar, am
Einlauf der Düse, d. h. an ihrer Rück- oder kalten Seite, anzustehen hat, um
möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeiten in der Einleitungsdüse selbst zu
gewährleisten. Es liegt auch im Sinne der Erfindung, die Einleitungsdüsen
konisch auszubilden, d. h. mit geringerwerdendem Querschnitt zur Düsenmün
dung hin. Anstelle einer konischen Ausführung, kann auch mit einer
mehrfachen Abstufung des Innendurchmessers der Einleitungsdüsen gearbeitet
werden. Diese Maßnahmen mit geringerwerdendem Innendurchmesser der Einlei
tungsdüse zur Spitze hin, sind immer dann zweckmäßig, wenn man sich an der
unteren Grenze des angegebenen Druckbereiches von mindestens 85 bar bewegt,
d. h. falls kein höherer Sauerstoffdruck zur Verfügung steht. Die bevorzugte
Ausführungsform der Einleitungsdüse für das erfindungsgemäße Verfahren ist
ein rohrförmiger Düsenkörper mit gleichmäßigem Innendurchmesser, der mit
Sauerstoff im Druckbereich von 90 bar bis 120 bar versorgt wird.
Selbstverständlich können auch andere Düsenquerschnitte, abweichend von der
Kreisform, eingesetzt werden, beispielsweise ovale, schlitzförmige und
beliebige Vieleckformen.
Gemäß der Erfindung wird der Sauerstoff den Einleitungsdüsen mit Temperatu
ren von -5°C bis 50°C, bevorzugt von 10°C bis 30°C, zugeführt.
Mit dieser Temperatur steht also der Sauerstoff am Einlauf der Einleitungs
düsen an. Die Dichte des Sauerstoffs in den Versorgungsleitungen und
demgemäß am Eingang der Einleitungsdüsen liegt zwischen 120 g/dm3 bis
240 g/dm3, bevorzugt zwischen 130 g/dm3 bis 170 g/dm3. Mit diesen genannten
Werten für die Dichte des Sauerstoffs lassen sich die vorteilhaften,
geringen Verschleißraten der Einleitungsdüsen mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren erreichen.
Eine mögliche Erklärung für die unvorhersehbare, starke Verringerung der
Düsenabbrandgeschwindigkeit beim Einleiten von Sauerstoff in eine Metall
schmelze, sobald man den Druckbereich gemäß der Erfindung von ca. 85 bar
überschreitet, läßt sich nicht in dem Joules-Thomson-Effekt, also der
Gasexpansion an der Düsenspitze, finden. Vielmehr haben genauere physika
lisch-chemische Untersuchungen ergeben, daß durch die Gasexpansion in
diesem Druckbereich kaum mehr eine Abkühlung der Umgebung zu erwarten ist.
Ähnliche Verhältnisse ergeben sich auch bei der Berechnung des Kühleffektes
durch die Kohlenwasserstoffummantelung des Sauerstoffs bei den OBM-Düsen.
Die Crack-Energie der Kohlenwasserstoffe wird dabei nahezu vollständig
durch die Verbrennung des Kohlenstoffs zu CO aufgewogen, und es ergibt sich
demgemäß ein ungefähr wärmeneutrales Verhalten der Kohlenwasserstoffgase
beim Einleiten in eine Eisenschmelze. Während man die Wirkung der
Kohlenwasserstoffummantelung heute mehr als Reaktionsverzögerung durch die
Kohlenwasserstoffe bzw. deren Crack-Produkte beim Einleiten von Sauerstoff
in eine Eisenschmelze ansieht, besteht für die überraschende Erkenntnis der
überdurchschnittlichen Verschleißverringerung beim Sauerstoffeinblasen mit
Drucken über 85 bar zunächst nur eine sehr vage Deutung. Wahrscheinlich
wird von diesem Druckniveau an neben den zu erwartenden Kühleffekten durch
die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs im Düseneinleitungsrohr
und der Expansion an der Düsenspitze, eine Vorverlegung der Reaktionszone
des Sauerstoffs mit der Metallschmelze vor die Düsenmündung bewirkt. Der
Abstand zwischen der Düsenmündung und dem davorliegenden Bereich der
größten Reaktionsdichte zwischen Sauerstoff und beispielsweise der Eisen
schmelze und somit der Eisenoxydulbildung - FeO - ist groß genug, um die
Rückwirkung dieser Hochtemperaturzone auf die Düsenspitze deutlich herabzu
setzen. Es ist denkbar, daß sich mit ansteigendem Sauerstoffeinblasdruck
hier langsam ein Reaktionsabstand wie beschrieben zwischen Düsenspitze und
Hauptreaktionszone ausbildet. Dieser Reaktionsabstand hat aber erst von
einem bestimmten Druckniveau an meßbare Auswirkungen auf die Abbrandge
schwindigkeit der Sauerstoffeinleitungsdüse. Obwohl diese Erläuterungen
zunächst spekulativ erscheinen, stehen sie im Einklang mit den bisherigen
Erkenntnissen auf diesem Gebiet. Vergleichsweise wird z. B. auch die
Zündzone von einem Bunsenbrenner mit ansteigendem Gasdruck vorverlegt.
Als Einleitungsdüsen kommen normalerweise handelsübliche Rohre zum Einsatz.
Die Abmessungen der Einleitungsdüsen variieren in Relation zu ihrer
Anwendung. Enge Grenzen sind hier vom erfindungsgemäßen Verfahren nicht
vorgegeben. Beispielsweise beträgt beim Einbau in den Boden eines Stahler
zeugungskonverters die Länge der Einleitungsdüse ca. 1 m und ihr Innen
durchmesser 6 mm. Die Einleitungsdüse ist aus einem handelsüblichen
Kupferrohr mit der Wandstärke von 3 mm hergestellt. Es haben sich
Düseninnendurchmesser von ca. 1 mm bis ca. 20 mm bewährt. Bevorzugt kommen
Sauerstoffeinleitungsdüsen mit einem Innendurchmesser von 2 bis 6 mm zum
Einsatz.
Bei der Materialauswahl sind Werkstoffen der Vorzug zu geben, die nicht bei
Anwesenheit von Sauerstoff zünden und dann eventuell unkontrolliert
zurückbrennen, wie sich beispielsweise unlegierte Stahlrohre verhalten. Es
sind demgemäß Kupfer, Kupferlegierungen und rostfreie bzw. hochlegierte
Stahlrohre zu empfehlen. In Sonderfällen haben sich Keramikrohre und davon
insbesondere mehrschichtig aufgebaute Keramikrohre als Sauerstoffeinlei
tungsdüsen empfohlen. Bei diesen mehrschichtig aufgebauten Keramikrohren
handelt es sich um mindestens zwei und bis zu fünf konzentrisch ineinander
passende Rohre aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien, wie
beispielsweise Korund, Mullit, Spinell, Magnesit, die auch miteinander
verklebt sein können. Mit diesen Klebeschichten lassen sich die Materialei
genschaften, wie Temperaturwechselbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit und
Bruchfestigkeit verbessern. Kombinationen von Keramik- mit Metallrohren
kommen ebenfalls als Sauerstoffeinleitungsdüsen in Frage.
Der Einbau der Einleitungsdüsen in die feuerfeste Ausmauerung des Frischge
fäßes unterhalb der Metallbadoberfläche kann so erfolgen, daß in einem
vorgefertigten Düsenkanal, der einen 1 mm bis 20 mm größeren Innendurchmes
ser aufweist als dem Außendurchmesser der Einleitungsdüse entspricht, die
Einleitungsdüse zentrisch eingeschoben und fixiert wird. Den freibleibenden
Ringspalt füllt man mit einer keramischen Gießmasse auf, oder vorzugsweise
kommt hier eine Düseneinrüttelmasse zum Einsatz, die beim Einfüllen in den
freien Ringspalt durch das Vibrieren der Düse besser verdichtet wird als
eine normale Gießmasse. Nach dem Einbau der Einleitungsdüsen schließen ihre
Mündungen in einer Ebene mit dem umgebenden Feuerfest-Material ab, oder die
Düsenrohre stehen geringfügig daraus hervor. Aus feuerfestem Material
aufgebaute, bienenkorbartige Aufwölbungen, in denen sich das Sauer
stoffeinleitungsrohr befindet, wie es der Stand der Technik beschreibt,
sind nicht erforderlich.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem kombiniert
blasenden Sauerstoffkonverter für die Stahlerzeugung ergaben sich erhebli
che Vorteile für den Produktionsablauf im Vergleich zum Einsatz der
OBM-Düsen. Beim Stahlfrischen nach den bekannten Verfahren befinden sich in
dem Konverter mit einer Kapazität von 65 t acht Düsen im Konverterboden mit
einem Innendurchmesser für das zentrale Sauerstoffeinleitungsrohr von
24 mm. Um das Sauerstoffeinleitungsrohr herum befindet sich ein Ringspalt
mit einer Breite von 1 mm, durch den zum Düsenschutz etwa 10% Erdgas,
bezogen auf den Sauerstoffdurchsatz, strömen. Es wird durch diese Boden
düsen etwa 60% der gesamten Sauerstoffmenge unterhalb der Badoberfläche in
die Eisenschmelze geleitet. Die Durchflußrate beträgt ca. 12 000 Nm3/h bei
einem mittleren O2-Druck von 10 bar.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können diese relativ
aufwendigen OBM-Düsen durch die gleiche Anzahl von einfachen Sauerstoffein
leitungsdüsen, die aus Rohren mit 7 mm Innendurchmesser bestehen, ersetzt
werden. Bei einem Sauerstoffeingangsdruck in diese Düsen von 120 bar kann
die gleiche Sauerstoffmenge in das Eisenbad geblasen werden. Das Blasver
halten des Konverters erweist sich bei dem Betrieb nach dem erfindungsge
mäßen Verfahren als außerordentlich ruhig. Die befürchteten Erscheinungen
von sogenannten Durchbläsern oder eine verstärkte Kochbewegung, verbunden
mit starken Spritzern, lassen sich nicht beobachten. Da die Verschleißraten
der Sauerstoffeinleitungsdüsen und des gesamten Konverterbodens ca. 6 mm/h
Blasezeit betragen, liegen sie im Rahmen des Bodenverschleißes beim Einsatz
von OBM-Düsen. Für den Stahlwerksbetrieb ergeben sich schon aus der
Einsparung der Erdgasmengen und der deutlich verringerten Wasser
stoffgehalte im fertigen Stahl bemerkenswerte wirtschaftliche Vorteile.
Darüber hinaus sind die Einleitungsdüsen kostengünstiger, und die relativ
aufwendigen Steueranlagen für die Regelung des Düsenschutzmediums
entfallen.
In der nachfolgenden Tabelle sind vergleichbare Daten und Ergebnisse der
Verfahren nach dem Stand der Technik und dem Prozeß gemäß der Erfindung
zusammengetragen. Das US-Patent 28 55 293, das sich mit der Behandlung von
flüssigen Metallen mit Sauerstoff befaßt, gibt in Spalte 8, ab Zeile 20,
unter der Überschrift "Refractory", Verschleißzahlen für zwei verschiedene
Feuerfest-Materialien an, nämlich saurer Schamotte und basischem Magnesit,
die sich in Spalte 1 der Tabelle wiederfinden. In Spalte 2 dieser Tabelle
ist der Verschleiß der Feuerfest-Materialien zusammen mit den bekannten
OBM-Düsen genannt. Es kommt bei diesem Prozeß ein Düsenschutzmedium zur
Anwendung, im dargestellten Fall handelt es sich um Erdgas, in einer Menge
von 10% bezogen auf den Sauerstoffdurchsatz. Die Daten zum Feuerfest-Ver
brauch finden sich in dem DE-Patent 34 03 490. Diese Zahlen sollen zum
Ausdruck bringen, mit welchen Verschleißwerten und demgemäß Einsatzzeiten
für die feuerfeste Ausmauerung bei den heute großtechnisch angewendeten
Verfahren zu rechnen ist, allerdings mit den beschriebenen Nachteilen,
die sich aus der Kohlenwasserstoffummantelung für den unterhalb der
Badoberfläche in eine Metallschmelze eingeleiteten Sauerstoff ergeben.
Die Spalte 3 der Tabelle zeigt die entsprechenden Daten für das erfindungs
gemäße Verfahren. Bei einem Vergleich der Werte in den Spalten 1 und 3
dieser Tabelle, die sich beide auf das Sauerstoffeinblasen ohne Zusatz
medium in eine Metallschmelze unterhalb der Badoberfläche beziehen, wird
deutlich, wie groß die unvorhersehbare Abnahme des Verschleißes für die
Einblasdüsen und das umgebende Feuerfest-Material ist, wenn der Sauerstoff
mit einem Druck von mehr als 85 bar durch die Einleitungsdüsen in die
Schmelze geblasen wird. Der genannte Minimum-Verschleiß der Feuerfest-Mate
rialien und der Düsen ist um einen Faktor 68,5 und der Maximum-Verschleiß
sogar um einen Faktor 100 kleiner bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im
Vergleich zum bekannten, im US-Patent beschriebenen Prozeß. Auf welchen
bislang nicht erklärbaren Effekt diese unerwartet deutliche Verschleißredu
zierung der Einblasdüsen bei der Druckerhöhung über 85 bar zurückzuführen
ist, muß hier offenbleiben. Die möglichen Deutungen sind bereits zuvor in
dieser Erfindungsbeschreibung erfolgt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in einfacher Weise den Betriebsbedin
gungen in den Reaktionsgefäßen zum Frischen von Metallschmelzen anzupassen.
Unter anderem können damit in den relativ großen LD-Konvertern die
Inertgasspüleinrichtungen unterhalb der Badoberfläche ersetzt werden. Es
liegt im Sinne der Erfindung, das Verfahren zum Einblasen oxidierender Gase
in Metallschmelzen abzuwandeln und seine Vorteile über eine geschickte
Anpassung an bestehende metallurgische Prozesse zu nutzen. Solange oxidie
ende Gase, insbesondere Sauerstoff, im Druckbereich zwischen 85 bar bis
70 bar zum Einsatz kommen, bewegt man sich im Rahmen der Erfindung.
Claims (8)
1. Verfahren zum Einblasen oxidierender Gase in
Metallschmelzen, die sich in einem Reaktionsgefäß
befinden, durch Einleitungsdüsen unterhalb der
Metallbadoberfläche, dadurch gekennzeichnet,
daß die oxidierenden Gase mit einem
Eintrittsdruck zwischen 85 bar bis 170 bar den
Einleitungsdüsen zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das oxidierende Gas Sauerstoff ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Eintrittsdruck zwischen 90 bar
und 120 bar liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sauerstoff den
Einleitungsdüsen mit einer Temperatur zwischen -5°C
bis 50°C zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur zwischen 10°C und
30°C liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß den Einleitungsdüsen der
Sauerstoff mit einer Dichte zwischen 120 g/dm3 bis 240 g/dm3
zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichte zwischen 130 g/dm3
bis 170 g/dm3 liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt
der Sauerstoffeinleitungsdüsen von der Einlaßseite
her zur Düsenspitze hin abnehmend ausgeführt
wird.
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4238970A DE4238970C1 (de) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | Verfahren zum Einblasen oxidierender Gase in Metallschmelzen |
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