DE4434369A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von metallurgischen Arbeiten von Eisenmetall - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von metallurgischen Arbeiten von EisenmetallInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum metallurgischen Behandeln von
Eisenmetallen, insbesondere zur Erzeugung von Stahlschmelzen sowie eine
dazugehörige Stahlwerkseinrichtung mit mindestens einem metallurgischen Gefäß,
welches durch einen verschwenkbaren Deckel verschließbar ist, der über einen
Rauchgaskrümmer mit einer Gasreinigungsanlage in Verbindung steht und durch
dessen Deckelherz mindestens eine Elektrode führbar ist, und einer Vorrichtung zum
Befüllen des Gefäßes mit Chargiergut sowie einer Schlackenabzugs- und einer im
Boden des Gefäßes angeordneten Schmelzenabstichsöffnung.
Der Markt stellt an die Inhaber von Elektrostahlwerken immer höhere Anforderungen
an die Qualität, sowohl bezüglich des Levels wie auch der Kontinuität und des
Preisniveaus der Stahlprodukte. Aufgrund schwankender Rohstoffpreise
beabsichtigen immer mehr Produzenten neben Schrott auch größere Mengen
Roheisen - flüssig oder in Masseln - im Elektrostahlwerk einzusetzen.
Bislang war das Verblasen von Roheisen mit hohen Sauerstoffraten dem Konverter
vorbehalten. So ist aus der DE-OS 28 03 960 eine Anlage zum Frischen von Roheisen
mittels Sauerstoff oder sauerstoffangereicherten Gasen bekannt, bei dem zum
Erfassen der während des Frischvorgangs entweichenden Abgase eine
Hauptabzugshaube vorgesehen ist. Die Abgase werden über ein an die
Hauptabzugshaube angeschlossenes Abzugsrohr, das zu einer Entstaubungsanlage
führt, abgesaugt. Im Abzugsrohr ist eine Öffnung vorgesehen, durch die üblicherweise
die Sauerstoffaufblaslanze führbar ist.
Die Hauptabzugshaube ist mit einer unabhängig vom metallischen Gefäß
angeordneten Decke verbunden, mit der sie als Einheit zur Seite verfahrbar
ausgestaltet ist.
Elektrolichtbogenöfen werden üblicherweise mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom
betrieben. So ist aus der DE 43 02 285 A1 eine Doppelofeneinrichtung mit
Zweiofengefäßen und ein Verfahren zum Betreiben dieser Einrichtung bekannt, die
durch Deckel verschließbar sind, welche über Rauchgaskrümmer mit einer
Gasreinigungsanlage in Verbindung stehen. Wie in der Fig. 2 dieser Schrift
erkennbar, sind einmal durch den Deckel drei Elektroden eines mit Drehstrom
betriebenen Ofens und einmal durch den Deckel eine Elektrode und im Boden des
Gefäßes die Gegenelektrode eines mit Gleichstrom betriebenen Ofens dargestellt.
Beide Öfen werden in der Weise betrieben, daß der eine Ofen zum Einschmelzen der
darin befindlichen Charge mit elektrischer Energie versorgt wird und der andere
vollständig vom elektrischen Netz getrennt ist und nach dem Chargieren mit den
warmen Rauchgasen des anderen Ofens belegt wird. Metallurgisch handelt es sich
hier um einen einstufigen Prozeß.
Es sind auch bereits metallurgische Gefäße vorgeschlagen worden. So ist aus der
DE 34 19 030 C1 ein metallurgisches Reaktionsgefäß, insbesondere ein
Stahlwerkskonverter, bekannt, das für jeden Verfahrensabschnitt eines Prozesses und
für über und/oder unter dem Reaktionsgefäß angeordnete Betriebseinrichtungen
entsprechenden Funktionsanteil um eine vertikale Drehachse dreheinstellbar
erreichbar ist. Zu den Betriebseinrichtungen zählen z. B. Abgasrohr,
Chargiereinrichtung, Meßlanze, Blaslanze und Bodenabstiegseinrichtung. Diese sind
fest installiert, während das Reaktionsgefäß über die vertikale Drehachse in die
entsprechende Position verdreht wird.
Das Reaktionsgefäß ist jeweils für ein Verfahren geeignet. So dient es der Erzeugung
von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, sowie der Erzeugung von Gasen
wie z. B. von CO-Gasen aus Kohle und einem Stoff, der durch seine Anwesenheit eine
Reaktion unterstützt und sich dabei nur wenig oder überhaupt nicht verbraucht, wie
z. B. von Roheisenschmelze.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine hierzu geeignete Einrichtung zu
schaffen, mit dem energiesparend, umweltschonend und kostengünstig die
metallurgische Arbeit von Eisenmetallen, insbesondere zur Erzeugung von
Stahlschmelzen, durchführbar ist.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des
Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 10. In den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Weiterbildungen dargelegt.
Erfindungsgemäß werden sämtliche metallurgischen Arbeiten in einem Gefäß
durchgeführt, wobei dieses Gefäß einmal die Funktion eines Konverters und
unmittelbar anschließend ohne Umfüllen des Schmelzproduktes die Funktion eines
Lichtbogenofens übernimmt. In besonders vorteilhafter Weise läßt sich dieses
Verfahren in zwei in ihren Arbeitstakten um 50% überschneidenden metallurgischen
Gefäßen gestalten.
Nach dem schlackefreien Abstechen der Metallschmelze aus dem Lichtbogenofen
befindet sich im Boden des Gefäßes ein Sumpf, der beim üblichen
Lichtbogenschmelzen zum erneuten Starten des Prozesses erforderlich war. Um
heftige Reaktionen mit dem flüssigen Metall beim vorliegenden Verfahren zu
unterbinden, wird AL/SI zum Binden des flüssigen Metallsumpfes eingebracht.
Nachfolgend wird kohlenstoffarmes Metall in Form von Schrott oder flüssigem Metall
chargiert.
Anschließend wird Sauerstoff aufgeblasen, hierbei wird der Siliciumgehalt reduziert
und die Charge wird insgesamt aufgeheizt. Während der Reduktionsarbeit wird
gleichzeitig Roheisen als Kühlmaterial zugegeben, um die Stahltemperatur auf einen
vorgegebenen Wert zu halten. Gleichzeitig wird zur Einstellung der Basizität Kalzium
gegeben. Während dieser ganzen Zeit ist keinerlei elektrische Arbeit erforderlich.
Zwischenzeitig wird etwa 50% der mit Silicium angereicherten Schlacke abgeschlackt.
Während der Reduktionsarbeit werden die Abgase abgesaugt. Nach Beendigung des
Aufblasens wird die phosphorhaltige Schlacke abgeschlackt.
An dieser Stelle wird ein Austausch von Betriebseinrichtungen vorgenommen, und
zwar werden die Lanze und der Abgaskrümmer entfernt, statt dessen werden die
Elektroden eingesetzt und die Rauchgasleitung geöffnet, um anschließend die
Schmelzarbeit über den elektrischen Lichtbogenofen durchzuführen. Am Ende des
Prozesses wird die Restschlacke abgeschlackt und die Flüssigschmelze über den
Bodenabstich abgestochen.
Anstelle des Aufblasens von Sauerstoff über eine Sauerstofflanze wird vorgeschlagen,
zum Entkohlen des Roheisens Sauerstofferdgas- oder Sauerstoffölbrenner
einzusetzen und diese mit überlanger Flamme und überstöchiometrischer Fahrweise
zu betreiben.
Beim Einsatz von flüssigem Metall weist dieses eine Temperatur von über 1300° auf.
Es werden verschiedene Metallmixe vorgeschlagen. Als kostengünstig hat sich ein
Verhältnis des flüssigen Roheisens zum flüssigen Metall von etwa 50 : 50 erwiesen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, ein Verhältnis von Schrott : Roheisen von um die 30 : 70
zu fahren. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, Schrott : Roheisen : Flüssigmetall im
Bereich eines Verhältnisses von 10 : 60 : 30 bis 10 : 40 : 50 einzusetzen.
Nach jedem kompletten Verfahrensschritt wird der Bodenabstich gereinigt und wieder
geschlossen, das entsprechende Material wird chargiert, der Deckel des Ofengefäßes
geschlossen, die Lanze bzw. der Brenner und der Abgaskrümmer in Position gebracht
und der Prozeß kann erneut gestartet werden.
Während des Blasprozesses findet beim Einsatz einer Zweiofenanlage ein
Schmelzprozeß mittels Elektroden im anderen Ofengefäß statt. Diese Rauchgase
werden über einen Rauchgaskrümmer in eine Mischkammer geleitet und mischen sich
dort mit den Abgasen aus dem Blasprozeß. Da der Blasprozeß durch Nachverbrennen
des CO sehr hohe Abgastemperaturen erlaubt, ist somit sichergestellt, daß evtl.
kältere Abgase aus dem Elektroofenbetrieb sicher nachverbrannt werden. Hierdurch
wird eine evtl. Geruchsbelästigung und ggf. noch andere
Kohlenwasserstoffverbindungen wie etwa Furane und Dioxine sicher verhindert.
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Stahlwerkseinrichtung mit einem
metallurgischen Gefäß vorgeschlagen, bei dem Deckel zum Einsatz kommen, deren
Deckelherzen entfernbar sind. Auf die Deckelherzöffnung wird die Mündung eines
Abgaskrümmers angesetzt, durch diesen Krümmer und die Öffnung im Deckel wird
mindestens eine Lanze oder mindestens ein Brenner in den Innenraum des Oberteils
des metallurgischen Gefäßes gebracht.
Durch diese angepaßten Bauteile ist mit wenigen Handgriffen und denkbar konstruktiv
einfachen Mitteln das metallurgische Gefäß vom Elektrolichtbogenofen auf einen
Konverter umbaubar. Die durch den Abgaskrümmer geführte Lanze ist an eine
Verfahreinrichtung angeschlossen, die den Lanzenkopf vorgebbar tief in das Gefäß
eintauchen läßt.
Die eingesetzte Lanze kann als reine Sauerstofflanze, als reiner Brenner, aber auch
als Multifunktionslanze ausgestaltet sein.
Der für den Elektrolichtbogenofen übliche Rauchgaskrümmer weist Absperrorgane auf,
die während der Blasphase und des Absaugens über den Abgaskrümmer
verschlossen werden.
Zum Chargieren von Flüssigmetall bzw. flüssigem Roheisen wird vorgeschlagen, am
unteren Teil des Gefäßes eine Ausbuchtung zum einfachen Zuführen der
Flüssigcharge vorzusehen.
Beim Einsatz einer Stahlwerkseinrichtung mit zwei metallurgischen Gefäßen ist
insgesamt nur eine Lanze bzw. Brennereinrichtung und ein Abgaskrümmer sowie auch
nur eine elektrische Zuführung über Tragarm und Elektrode bzw. Elektroden
erforderlich.
Durch kollisionsfreie Anordnung des Elektrodentragarmes und des
Rauchgaskrümmers einschließlich der Lanzen bzw. Brennereinrichtung können durch
einfaches und kurzzeitiges Schwenken die jeweiligen Funktionen der Gefäße geändert
werden. Das nachteilige Öffnen der Deckel entfällt ebenso wie ein evtl. Umfüllen der in
den Gefäßen befindlichen Schmelze.
Die Schwenkpunkte der Elektrodenschwenkeinrichtung und der Drehvorrichtung des
Abgaskrümmers sind auch bei einer E-Ofenanlage mit nur einem Ofengefäß auf einer
Trennlinie angeordnet, die exakt das erste Ofengefäß von dem zweiten
(Erweiterungs-)Ofengefäß trennt.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt
die
Fig. 1 eine Draufsicht,
Fig. 2 eine Seitenansicht des metallurgischen Gefäßes.
Die Fig. 1 zeigt die Draufsicht einer Einofenanlage mit der Möglichkeit, sie als
Doppelofenanlage auszubauen.
In der Draufsicht ist vom Ofengefäß außer der Ausbuchtung 18 (28) und der
Abstichöffnung 19 (29) <hier die Schlacketür< der an die Deckelschwenkeinrichtung 14
(24) angehängte Deckel 13 (23) zu erkennen, und zwar in ausgeschwenkter und in
Betriebsposition.
Bei dem möglicherweise eingesetzten zweiten Ofen ist darüber hinaus noch deutlich
das Deckelherz 25 erkennbar.
An die Deckel 13 (23) sind Rauchgaskrümmer 51 (52) angeschlossen, die über ein
Absperrventil 53 (54) mit einer Rauchgashauptleitung 55 in Verbindung stehen. An die
Rauchgashauptleitung 52 sind darüber hinaus die Absaugungen 56 (57) der
Ausbuchtungen 18 (28) angeschlossen.
Der Deckel 13 ist lösbar verbunden mit einem Abgaskrümmer 61, der über eine
Drehvorrichtung 63 schwenkbar ist. Die Rauchgashauptleitung 55 und eine
Abgashauptleitung 64 werden in einer Nachbrennkammer 71 zusammengeführt.
Durch den Abgaskrümmer 61 ist eine Lanze 41 geführt, die von einem Lanzentragarm
42 gehalten wird.
Durch das Deckelherz 25 ist eine Elektrode 31 geführt, die über einen
Elektrodentragarm 32 an eine Elektrodenschwenkeinrichtung 33 angeschlossen ist.
Die Fig. 2 zeigt schematisch die beiden Betriebszustände, und zwar einmal das
metallurgische Gefäß in der Funktion eines Konverters und zum anderen als
Lichtbogenofen. An einem Lanzentragarm 42 ist eine Lanze 41 befestigt, die koaxial
zur Gefäßhauptsache I durch einen Abgaskrümmer 61 und die Deckelherzöffnung 16
in den Innenraum des Gefäßoberteils 12 geführt ist. Das Oberteil 12 und das Unterteil
17 bilden zusammen das Ofengefäß 11, das durch einen Deckel 13 verschlossen ist.
Der Deckel 13 besitzt eine Deckelherzöffnung 16, gegen das die Mündung 62 des
Abgaskrümmers 61 sich anlehnt. Der Abgaskrümmer 61 ist über eine Drehvorrichtung
63 verschwenkbar.
Das Untergefäß 17 weist eine Abstichöffnung 19, hier den Bodenabstich, für die
Metallschmelze auf.
Der in der linken Bildhälfte dargestellte Ofen zeigt einen Elektrodenarm 32, an dem im
vorliegenden Fall drei Elektroden 31 befestigt sind, die durch das Deckelherz 25,
welches die Deckelherzöffnung 26 verschließt, geführt sind.
Bezugszeichenliste
Ofen 1 und 2
11, 21 Ofengefäß
12, 22 Gefäßoberteil
13, 23 Deckel
14, 24 Deckelschwenkeinrichtung
15, 25 Deckelherz
16, 26 Deckelherzöffnung
17, 27 Unterteil
18, 28 Ausbuchtung
19, 29 Abstichöffnung
11, 21 Ofengefäß
12, 22 Gefäßoberteil
13, 23 Deckel
14, 24 Deckelschwenkeinrichtung
15, 25 Deckelherz
16, 26 Deckelherzöffnung
17, 27 Unterteil
18, 28 Ausbuchtung
19, 29 Abstichöffnung
Elektrische Versorgung
31 Elektrode
32 Elektrodentragarm
33 Elektrodenschwenkvorrichtung
31 Elektrode
32 Elektrodentragarm
33 Elektrodenschwenkvorrichtung
Energieversorgung
41 Lanze
42 Lanzentragarm
41 Lanze
42 Lanzentragarm
Rauchgasführung
51 Rauchgaskrümmer für 11
52 Rauchgaskrümmer für 21
53 Absperreinrichtung 51
54 Absperrvorrichtung 52
55 Rauchgashauptleitung
56 Absaugung Ausbuchtung 19
57 Absaugung Ausbuchtung 29
51 Rauchgaskrümmer für 11
52 Rauchgaskrümmer für 21
53 Absperreinrichtung 51
54 Absperrvorrichtung 52
55 Rauchgashauptleitung
56 Absaugung Ausbuchtung 19
57 Absaugung Ausbuchtung 29
Abgas
61 Abgaskrümmer
62 Mündung Abgaskrümmer
63 Drehvorrichtung
64 Abgashauptleitung
61 Abgaskrümmer
62 Mündung Abgaskrümmer
63 Drehvorrichtung
64 Abgashauptleitung
Gasverwertung
71 Nachbrennkammer
I Gefäßhauptachse
II Trennlinie
71 Nachbrennkammer
I Gefäßhauptachse
II Trennlinie
Claims (17)
1. Verfahren zum metallurgischen Behandlen von Eisenmetallen, insbesondere zur
Erzeugung von Stahlschmelzen,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - Einbringen von Al/Si zur Bindung des metallischen Sumpfes am Gefäßboden
- - Chargieren von kohlenstoffarmen Metallen
- - Einbringen von nichtelektrischer Wärmeenergie
- - Durchführen der Reduktionsarbeit bei gleichzeitigem Chargieren von Roheisen und Zugabe von Kalk
- - zwischenzeitiges Abschlacken von bis zu 50% der Si-haltigen Schlacke
- - während der Aufblasphase Absaugen der Abgase
- - am Ende der Endkohlungsphase des Roheisens Abschlacken der phosphorhaltigen Schlacke
- - Schmelzarbeit durch Einbringen von Wärmeenergie über einen elektrischen Lichtbogen
- - Absaugen der Rauchgase
- - Abschlacken der Restschlacke und abschließend
- - Abstechen der Flüssigschmelze.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das kohlenstoffarme Metall Schrott ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das kohlenstoffarme Metall in flüssiger Form zugegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das flüssige Metall eine Temperatur von über 1300°C aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reduktionsarbeit mittels Aufblasen von Sauerstoff durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reduktionsarbeit durch Verbrennen eines Sauerstoff-Erdgas- oder
Sauerstoff-Öl-Gemisches mit überlanger Flamme in überstöchiometrischer
Fahrweise durchgeführt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis flüssiges Roheisen : flüssiges Metall etwa 50 : 50 beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis Schrott : Roheisen im Bereich von 20 : 80 bis 40 : 60 liegt.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis Schrott : Roheisen : Flüssigmetall 10 : 60 : 30 bis 10 : 40 : 50 beträgt.
10. Stahlwerkseinrichtung mit mindestens einem metallurgischen Gefäß, welches
durch einen verschwenkbaren Deckel verschließbar ist, der über einen
Rauchgaskrümmer mit einer Gasreinigungsanlage in Verbindung steht und durch
dessen Deckelherz mindestens eine Elektrode führbar ist, und eine Vorrichtung
zum Befüllen des Gefäßes mit Chargiergut, sowie einer Schlackenabzugs- und
einer im Boden angeordneten Schmelzenabstichsöffnung versehen ist, zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Deckelherz (15 bzw. 25) von dem Deckel (13 bzw. 23) entfernbar ist,
daß an die Deckelherzöffnung (16 bzw. 26) die Mündung (62) eines
Abgaskrümmers (61) ansetzbar ist und
daß über den Abgaskrümmer (61) durch die Deckelherzöffnung (16 bzw. 26)
mindestens eine Lanze (41) in den Innenraum des Oberteils (12 bzw. 22) des
metallurgischen Gefäßes (11 bzw. 21) bringbar ist.
11. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lanze (41) koaxial zur Gefäßhauptachse (I) führbar und in ihrer
Eintauchtiefe in das Gefäß (11 bzw. 21) einstellbar ist.
12. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lanze (41) an eine Sauerstoffversorgungsstation angeschlossen ist.
13. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lanze (41) zusätzlich an eine Versorgungsstation von Brennstoffen wie
Erdgas oder Öl angeschlossen und als Brenner ausgestaltet ist.
14. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abgaskrümmer (61) an eine Nachbrennkammer (71) angeschlossen ist,
die mit der Rauchgashauptleitung (55) in Verbindung steht.
15. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Unterteil (17 bzw. 27) des metallurgischen Gefäßes (11 bzw. 21) eine
Ausbuchtung (18 bzw. 28) zur Zuführung von Flüssigchargen vorgesehen ist.
16. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei durch Deckel (13, 23) verschließbare metallurgische Gefäße (11, 21)
vorgesehen sind, die an nur eine elektrische Energieversorgung und an nur eine
Sauerstoff- sowie Brennstoffstation angeschlossen sind.
17. Stahlwerkseinrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abgaskrümmer (61) auf einer, beide Gefäße (11, 21) trennenden Linie (II)
angeordnet, in einer Drehvorrichtung (63) in der Weise gelagert ist, daß die
Mündung (62) des Abgaskrümmers (61) alternativ auf eine der Drehherzöffnungen
(15, 25) ansetzbar ist.
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