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Verfahren und Konverter zur Herstellung von Stahl nach dem Windfrischverfahren
Das Verblasen des Roheisens in den üblichen Konvertern, bei denen der Wind durch
den Boden dem Bad zugeführt wird, weist den großen Nachteil auf, daß während der
Reaktion des Windes mit den Eisenbegleitern, und zwar hauptsächlich während derVerbrennung
des Kohlenstoffs, ein starkes Kochen des Bades einsetzt, wobei, unterstützt durch
den von unten nach oben durch das Bad streichenden Wind, erhebliche Mengen des Einsatzes
aus der Birne herausgeschleudert werden. Dieser Auswurf ist für das Verfahren zunächst
verloren und setzt somit seine Wirtschaftlichkeit herab. Er beeinflußt aber auch
im wesentlic$en Maße die Güte des erblasenen Stahls. Es ist nämlich bekannt, daß
das Thomasverfahren hinsichtlich der Entphosphoru.ng, Entschwefelung und Eisenverschlackung
sowie eines niedrigen Manganverbrauchs dann die besten Ergebnisse zeigt, wenn in
der anfallenden Schlacke ein bestimmter Kalküberschuß vorhanden ist. Der für ein
Roheisen bestimmter Zusammensetzung erforderliche Kalkzuschlag läßt sich zwar auf
Grund der chemischen Zusammensetzung der in der Schlacke vorhandenen Komponenten
errechnen, der so bestimmten Menge ist aber die Menge an Kalk zuzuschlagen, die
mit dem Auswurf die Birne verläßt und für das Reaktionsgeschehen nicht mehr in Betracht
kommt. Da der Auswurf sowohl hinsichtlich seiner Menge als auch seiner Zusammensetzung
starken, nicht beeinflußbaren Schwankungen ausgesetzt ist, kann der wirklich erforderliche
Kalkzusatz niemals genau bestimmt werden. Das Erblasen eines Stahls von hoher, stets
gleichbleibender Güte ist daher in den üblichen Konvertern nicht möglich.
Dieser
Nachteil wird dadurch behoben, daß der Wind nicht von unten in den Konverter eingeführt
wird, sondern von der Seite, und zwar derart, daß dem Bad eine drehende Bewegung
erteilt wird. Auf Grund dieser Drehbewegung ist jedes Teilchen der Schmelze, welches
etwa beim Kochen des Bades über den Badspiegel hinausgeschleudert wird, bestrebt,
seinen Weg in Richtung auf die Konverterwand zu nehmen und nicht nach oben. Von
der Konverterwand fallen aber die Teilchen wieder in das Bad zurück und gehen so
für das Verfahren nicht verloren. Ein weiterer Umstand wirkt in der gleichen Richtung.
Da durch die vorgeschlagene Art der Windeinführung keine Durchwirbelung von Bad
und Schlacke hervorgerufen wird, haben die durch die Reaktion des Windes mit dem
Eisenbad entstehenden Oxyde, soweit sie nicht in Gasform den Konverter verlassen,
die Möglichkeit, im Bad hochzusteigen und sich auf dessen Oberfläche anzusammeln,
wo sie unter sich und mit dem zugegebenen Kalk eine Schlacke bilden, die das Bad
dauernd bedeckt. Diese Schlakkendecke hält nun die aus dem Badinnern hochgeschleuderten
Teilchen auf bzw. verringert deren Geschwindigkeit dermaßen, daß sie nur eine kurze
Strecke über der Schlackendecke zurücklegen können, worauf sie wieder in das Bad
zurückfallen. Durch diese Art der Windeinführung werden also Verluste des Einsatzes
sicher vermieden, so daß die in den Konverter eingebrachten Stoffe mit den ursprünglichen
Mengen an den Reaktionen teilnehmen.
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Durch die angestrebte Drehbewegung des Bades wird eine Durchwirbelung
des Einsatzes nicht erzielt, ein Wärmeaustausch zwischen dem Bad und dem aufgegebenen
Kalk, wie er etwa bei den Konvertern mit Bodendüsen möglich ist, findet daher bei
diesem Verfahren nicht statt. Der Kalk bleibt hier stets auf der Oberfläche des
Bades, und die Schlackenbildung zwischen diesem und den aus dem Bad aufsteigenden
Oxyden der Eisenbegleiter wird lediglich durch die vom Bad nach oben strahlende
Wärme unterstützt. Die schnelle Bildung einer reaktionsfähigen Schlacke ist daher
bei diesem Verfahren, erschwert und wird nach anfänglicher Bildung einer solchen
weiter verzögert, da die Schlakkendecke einerseits die Wärmeabstrahlung des heißen
Bades nach oben abdrosselt und da zweitens das geringe Wärmeleitvermögen der Schlacke
eine Übertragung der Wärme des Bades durch Leitung auf die noch nicht in Reaktion
getretenen Kalk-und Oxydteilchen stark verzögert. Um nun 'eine möglichst schnelle
Reaktion zwischen diesen zu erzielen, wird weiter vorgeschlagen, durch Windzufuhr
kurz oberhalb des Bades das im Bad gebildete Kohlenoxyd zu verbrennen. Durch die
hierbei frei werdenden großen Wärmemengen wird die Reaktion zwischen dem Kalk und
den Oxyden der Eisenbegleiter stark gefördert und die entstehende Schlacke in dünnflüssigem,
d. h. gut reaktionsfähigem Zustande gehalten. Um die Überführung der im Bad durch
den Wind-Sauerstoff gebildeten Oxyde in die Schlacke zu beschleunigen und die feinende
Wirkung der Schlacke auf das Bad zu fördern, ist es zweckmäßig, die unterhalb der
Badoberfläche liegenden Düsen nicht nur mehr oder weniger tangential, sondern auch
schräg nach unten oder nach oben anzuordnen, so daß außer der Drehbewegung dem Bad
auch eine umwälzende Bewegung erteilt wird, wodurch immer neue Schichten des Eisenbades
an die Schlackendecke herangeführt werden.
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Das tangentiale Einblasen des Windes unterhalb des Badspiegels, wodurch
dem Bad eine Drehbewegung erteilt wird, ist an sich bekannt. Dieser Vorschlag hat
aber keinen Eingang in die Praxis gefunden. Auch ist schon vorgeschlagen worden,
das im Bad gebildete Kohlenoxyd oberhalb des Bades zu verbrennen, um eine Verbesserung
des Verfahrens in wärmetechnischer Hinsicht zu erzielen. Aber auch dieser Vorschlag
ist bei den üblichen Konvertern nur in einem Sonderfalle praktisch angewendet worden,
nämlich zum Schmelzen von Mündungsbären. Ordnet man bei den Konvertern mit Bodendüsen
die die Sekundärluft führenden Düsen dicht oberhalb des Bades an, um die bei der
Verbrennung entstandenen Wärmemengen dem Bad selbst zuzuführen, so. werden die Düsen
durch die hochge-,vIrbelten Schlacken- und Eisenteilchen bald verstopft und außer
Betrieb gesetzt. Erst durch die Kombination der bekannten Verfahren gemäß der Erfindung
werden sowohl die verfügbaren Wärmemengen für das Verfahren restlos nutzbar gemacht
wie auch Verluste dies Einsatzes sicher vermieden. Dadurch wird es aber erst ermöglicht,
die für die günstigste Durchführung des Wi:ndfrischverfahrens gemachten Erkenntnisse
besonders hinsichtlich des Kalkzuschlages für den praktischen Betrieb auszuwerten
und einen Stahl von hoher, stets gleichbleibender Güte im Konverter zu erzeugen.
Das vorgeschlagene Verfahren ist nicht auf das Windfrischen von Roheisen beschränkt,
sondern auf alle Metalle anwendbar, die sich im Konverter verblasen lassen.
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Die Abb. i bis 4 zeigen schematisch eine mögliche Ausführungsform
des beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten Konverters.
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Abb. i stellt einen Schnitt durch. die Achse des Konverters dar; Abb.
a und 3 zeigen Querschnitte nach Linie I-1 der Abb. i, und Abb. 4 zeigt einen Schnitt
nach Linie II-II der Abb. i.
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A bezeichnet den Windkasten für die unter der Badoberfläche liegenden
Düsen. Der Wind wird ihm .in bekannter Weise durch den einen hohlen Tragzapfen der
Birne und eine -#Jerbindungsleitung zugeführt. B ist der Windkasten für die oberhalb
des Bades liegenden Düsen. Er ist durch die Leitung C mit dem Windkasten A verbunden,
und die ihm zugeführte Windmenge kann durch dis Venti1'D geregelt werden. Der Wind,
der unterhalb der Badoberfläche eingeführt wird und dem Bad eine drehende Bewegung
verleiht, kann entweder nur durch einige wenige, zum Bad mehr oder weniger tangential
gerichtete Kanäle mit großem Querschnitt
zugeführt werden (Abb.
2) oder aber durch eine Vielzahl von Düsen mit engerem Querschnitt (Abb. 3). Diese
Kanäle und Düsen werden vorzugsweise in mehr als einer Reihe übereinandler angeordnet.
Sie können weiterhin, wie beschrieben, zusätzlich nach oben und unten geneigt sein,
um dem Bad auch eine umwälzende Bewegung zu erteilen. Die oberhalb des Bades befindlichen
Düsen für die Sekundürluft liegen waagerecht bzw. nach unten geneigt und sind so
gerichtet, daß der Windi die ;.,anze Querschnit.tsfläche des Konverters bestreicht
(Abb. 4). Alle Düsen sind nur auf dem Teil des Konverterumfangs vorzusehen, der
bei gekipptem Konverter nicht unter dem Badspiegel liegt. Da der Konverterunterteil
einem stärkeren Verschleiß unterworfen ist als der über dem Bad liegende Teil, ist
er zur leichteren Durchführung von Reparaturen in der Höhe E-E abnehmbar.