LU83314A1 - Verfahren und vorrichtung zum entschwefeln von eisenschmelzen - Google Patents

Description

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Demande de brevet de .............................................

Désignation de l’Inventeur (1) Le soussigné .............................................. .............................................................................................

Avenue de la Liberté, L - 2930 LUXEMBOURG

agissant en qualité de déposant — (2) .............................................................................................................................................................................................................

(3) de l’invention concernant :

Verfahren und Vorrichtung zum Entschwefeln von Eisenschmelzen désigné comme invenieur(s) : 1. Nom et prénoms METZ Paul .............................. ............................... ...........

Adresse 18 rue J-p* Brasseur> L - 1258 Luxembourg 2. Nom et prénoms SCHLEIMER .François......................................................................................

Λ , 3 rue Bessemer, L - 4032 ESCH/ALZETTE

Adresse ...............................................................’.................... ...................................................... ....................... ........

3. Nom et prénoms . LEGILLE Edouard................ .............................................................................................

165 route de Trêves, L - 2631 LUXEMBOURG

Adresse ............................................................................ .......................................................................................-...............

£ \ ’ Il affirme la sincérité des indications susmentionnées et déclare en assumer l’entière responsabilité.

4. GOEDERT Jean , 4 rue Karl Marx, L - 3521 DUDELANGE

5- WEINER Antoine , 13 rue Emile Mayrisch, L - 2141 LUXEMBOURG

........Luxembourg..............................,le ......24-a-v-r-il- ...... 19 81 A R B E D S.A, π.....

£ · Frieden (signature) F * £>chuïnacher A 68026 Fondé de pouvoir Directeur-adjoint (’) Nom, prénoms, firme, adresse.

(2) Nom, prénoms et adresse du déposant.

Tîtro Ho Pinvontinn nnmmo risnQ Iä HpmanHp Ho hro\/ot T e \/ D

A 661

Patentanmeldung

Anmelder : ARBED S.A.

Avenue de la Liberté L - 2930 LUXEMBOURG

Verfahren und Vorrichtung zum Entschwefeln von Eisenschmelzen

Verfahren und Vorrichtung zum Entsehwefeln von Eisenschmelzen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entsehwefeln von Eisenschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, sowie die dazu erforder-5 liehe Vorrichtung.

Es ist bekannt, dass man Stahlschmelzen zum Entsehwefeln in speziell hierfür konstruierte Gefässe umfüllt, die eine geeignete Auskleidung aufweisen müssen.

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Da Entschwefelungsprozesse umso günstiger verlaufen, je weniger Sauerstoff in der Schmelze vorhanden ist, werden Stahlschmelzen vor dem Entsehwefeln desoxydiert und es wird Sorge getragen, dass die sich über dem Bad befindliche Schlacke eine solche chemische Zusammen-15 Setzung aufweist, dass die Gefahr einer Rückoxydation im Verlauf des . anschliessenden Entschwefelns unterdrückt wird. Ein Verfahren, das diese Erkenntnisse berücksichtigt, beschreibt die DE-AS 22 09 902, gemäss welcher man zum Entsehwefeln einer Schmelze dieselbe in einer Pfanne mit Auskleidung aus Schamotte, Magnesit, Dolomit oder hochton-20 erdehaltigen Materialien zunächst desoxydiert und dann mit einer Schlacke bestimmter chemischer Zusammensetzung abdeckt, um dann ein ' Gemisch aus feinkörnigem Calcium oder Ca-Verbindungen mit einem neu tralen Trägergas einzublasen. Als Entschwefelungsmittel kommen dabei in der Hauptsache Calcium bzw. Calciumverbindungen, wie CaO, CaF2, 25 CaSi, CaC2 in Frage ; das Trägergas ist ein neutrales Gas, wie z.B. Argon. Die Schlacke soll weniger als 2 % FeO aufweisen, die Mündung der Einblaslanze tiefer als 2000 mm unter dem Badspiegel liegen und die Desoxydation vorher so geführt worden sein, dass mehr als 0,015 % Al in der Metallphase vorliegen.

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Es fällt auf, dass die Eintauchtiefe-der Blaslanze mindestens 2 m betragen soll; im spezifischen Ausführungsbeispiel werden 2.6 m für eine 4 m hohe Pfanne angegeben. In der Tat wird vorausgesetzt, dass Calcium, das bei 1600°C einen Dampfdruck von 2.13 atm. hat, innerhalb der 5 Schmelze flüssig vorliegt, sofern es sich zumindest 1.7 m unterhalb der Badoberfläche befindet. So wird gelehrt, dass die flüssigen Calciumtropfen wesentlich langsamer aufsteigen als die Dampfblasen dies tun, wodurch man eine verlängerte Reaktionszeit und damit eine günstigere Ausnutzung der eingesetzten Calciummengen erzielt.

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Ein Verfahren das es erlaubt Eisenschmelzen weitestgehend zu entschwe-feln und gleichzeitig auf den Einsatz synthetischer Schlacken und auf die Beachtung der Zusammensetzung der Ofenschlacke zu verzichten, sowie die verschleissfordernden hohen Eintauchtiefen der Blaslanzen zu 15 vermeiden, wurde von der Anmelderin entwickelt und in der luxemburgischen Patentanmeldung LU 82.977 beschrieben. Dieses Verfahren sieht vor, dass man eine Eisenschmelze in eine geeignete Pfanne einträgt, sorgfältig abschlackt und mit 1 - 2 kg Kalk/Tonne Eisen abdeckt, dass man die Schmelze bis auf höchstens 35 ppm Sauerstoff desoxydiert und 20 ihr anschliessend ein Gemisch bestehend aus Kalk, Flusspat und metallischem Aluminium durch Einblasen mittels eines Trägergases durch eine Tauchlanze so zuführt, dass der Lanzenausgang sich auf einer mittleren Tiefe von ca. 1.50 m unterhalb der Badoberfläche befindet.

25 Um die beim Umfüllen der Schmelze und beim Behandeln mittels kühlenden Trägergasen unvermeidlichen Wärmeverluste auszugleichen, wurde vorgeschlagen, die Schmelze in der Pfanne mit geeigneten Mitteln, vorzugsweise elektrothermisch aufzuheizen, was hohe Kosten verursacht.

30 Das Ziel der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren vorzuschlagen, das auf die Zuhilfenahme stark kühlender Hilfsmittel weitgehend verzichtet, das das zeitraubende und temperaturverlustträchtige Umfüllen vermeidet und das ohne die Verwendung teurer und verschleis-sender Blaslanzen auskommt und darüber hinaus durch einen Langzeitkon-35 takt zwischen der Schmelze und den Behandlungsstoffen verlängerte Reaktionszeiten sowie eineverbesserte Ausnutzung der Reagenzien ermöglicht.

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Dieses Ziel wird erreicht durch das erfindungsgemässe Verfahren, das vorsieht eine Stahlschmelze unmittelbar nach dem Frischen weitestgehend abzuschlacken und ihr sodann Gase und in Gasen suspendierte Feststoffe je nach Bedarf einzeln und kombinert, durch ein und dasselbe 5 Beschickungsaggregat von unten zuzuführen, wobei letzteres im wesentlichen aus einem feuerfesten Gefässbodenstein besteht, den man mit orientierten Durchgängen solcher Art versieht, dass sie gleichzeitig gasdurchlässig sind, ohne den Durchtritt flüssigen Metalls zu gestatten und sowohl die Gaszufuhr als die Feststoffzufuhr je nach Be-10 darf einzuschalten, mengenmässig zu steuern und zu unterbrechen.

Der Grundgedanke, der die Basis für die Entwicklung des erfindungsge-mässen Verfahrens bildet, kann wie folgt ausgedrückt werden: Will man Metallschmelzen durch das Zuführen geeigneter Stoffe, im Rahmen üb-15 licherweise komplizierter Verfahren desoxydieren und nachträglich ent-schwefeln, so muss man sich von den in der Fachwelt bestehenden Vorurteilen befreien, welche u.a. besagen, dass man Schmelzen mit Feststoffen nur durch Einträgen von oben, durch Einblasen mittels Lanzen und durch Eindüsen von unten bewerkstelligen kann, wobei ein genügend 20 starker Trägergasdurchfluss durch die Einführvorrichtung stattfinden muss, um das Eindringen von flüssigem Metall zu verhindern. Weiter muss man sich von der Ansicht entfernen, dass Gefässbodensteine nur gas-, nicht aber feststoffdurchlässig gestaltet werden können und dass Gefässbodensteine zum Beschicken mit Gasen allein geeignet seien.

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Der erste Verfahrensschritt nach der Erfindung ist, wie bereits gesagt, das möglichst totale Abschlacken der Schmelze. Dieser Schritt ist we-- sentlich, da bekanntlich bei Abwesenheit von Ofenschlacken die Tendenz zur Aufnahme von Stickstoff und von Wasserstoff in die Schmelze merk-30 lieh zurückgedrängt wird. In diesem Zusammenhang ist auch das erfindungsgemässe, später erwähnte Abdecken des Bades mit reinem Kalk in erster Linie als Schutzmassnahme gegen die Stickstoff bzw. Wasserstof faufnahme zu sehen und erst in zweiter Linie als Massnahme zum Beeinflussen der metallurgischen Vorgänge an den Phasengrenzen. In der 35 Tat konnte festgestellt werden, dass sowohl Stickstoff als auch Wasserstoff beim anschliessenden Entschwefeln in die Metallmatrix ein-dringen, sofern Ofenschlacken bestimmter Zusammensetzung in ausreichen- - 4 - den Mengen vorhanden sind.

Erfindungsgemäss besteht der nächste Schritt darin, dass man durch das Beschickungsaggregat, das man gruppenweise im Boden des metallurgischen 5 Gefässes anordnet, vorerst reinen Kalk mit Hilfe eines neutralen Trägergases in die Schmelze einführt. Als Trägergas dient bspw. Argon. Diese Massnahme dient zum Abdecken der Schmelze und damit zum Schutz gegen eine Aufnahme unerwünschter Gase aus der Luft.

10 Nach dem Abdecken der Schmelze mit Kalk wird eine weitere Schutzmassnahme gegen die Aufnahme von N2 bzw. H2 vorgenommen, indem man das Ge-fäss mit einem dicht anliegenden Deckel abschliesst, der lediglich Oeffnungen zum Einführen von Messonden zum Erfassen der Temperatur und eventuell der Sauerstoffaktivität aufweist.

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Als nächster Schritt erfolgt eine Drosselung der Kalkzufuhr und ein Hinzumischen von metallischen Aluminium mit dessen Hilfe man die Schmelze desoxydiert. Das von unten eingeführte Aluminiumpulver de-soxydiert die Schmelze besonders wirkungsvoll; wichtig ist, dass man 20 zum glatten Durchgang des Aluminiums durch das Beschickungsaggregat, dieses im Gemisch mit Kalk im Verhältnis von 1:1 bis 1:5 einsetzt.

Ist die Schmelze bis auf höchstens 35 ppm 02 desoxydiert, so führt man, immer durch das gleiche Beschickungaggregat ein Gemisch bestehend 25 aus metallischem Aluminium zu 0-30 Gew.%, aus Flusspat zu 0-20 Gew. % und aus Kalk zu 50-100 Gew. % in die Schmelze ein.

Zum Einblasvorgang selbst ist zu sagen, dass er sich erfindungsgemäss abspielt indem man einen konstanten Trägergasdurchfluss durch das Be-30 Schickungsaggregat einstellt und die Menge an einzutragendem Gemisch pro Zeiteinheit, je nach Bedarf variiert. So wird man je nach der Schmelztemperatur die Menge an Gemisch über die Behandlungszeit hinweg konstant halten, oder aber den Hauptanteil innerhalb der Anfangsperiode eintragen. Alternativ ist es erfindungsgemäss vorgesehen, dass man die 35 Gemischmenge pro Zeiteinheit konstant hält und den Trägergasdurchfluss variiert und zwar dann, wenn man zu bestimmten Zeitpunkten auf eine stärkere oder schwächere Durchwirbelung des Bades Wert legt. Die - 5 -

Flexibilität des erfindungsgemässen Verfahrens erlaubt es, die Feststoffzufuhr zu drosseln, zu unterbrechen und nach ausreichender Durchwirbelung des Bades wieder einzuschalten.

5 Wie bereits angedeutet, werden im Boden des metallurgischen Gefässes, also im Konverterboden mehrere Beschickungsaggregate angeordnet, die man im Verlauf des Verfahrens je nach Bedarf einzeln bis insgesamt betreibt und die man einzeln mit Gasen allein bzw. mit in Gasen suspen-w dierten Feststoffen beschickt. Dies begreift auch die Massnahme, dass 10 man der chemischen Reaktivität der Gase bzw. der Feststoffe, sowie den thermischen Gegebenheiten innerhalb der Schmelze insofern Rechnung trägt, als man endotherm reagierende Gase bzw. Feststoffe mit Hilfe von solchen Beschickungsaggregaten in die Schmelze einleitet, die unterhalb heisserer Badzonen angeordnet sind und dass man beim eventuel-15 len Verwenden exotherm reagierender Gase bzw. Feststoffe entsprechend umgekehrt vorgeht.

Jedes Beschickungsaggregat begreift einen feuerfesten, gasdurchlässigen Baukörper, der aus mindestens zwei, an Längsflächen aneinanderlie-20 genden, aus feuerfestem, ungebranntem, z.B. mit einem Kohlenstoffträger gebundenem oder chemisch gebundenem Material bestehenden Segmenten aufgebaut ist, die an mindestens einer Längsfläche mit einer ver-schleissfesten Auflage versehen sind. Die Segmente sind durch ein gemeinsames Metallgehäuse zusammengefasst, das an Längsflächen der Seg-25 mente dicht, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Mörtelschicht, anliegt, wobei an einer Stirnfläche des Baukörpers mindestens ein Anschluss und ein Verteilungsraum für die Materialzufur angeordnet . sind und der Anschluss mit zumindest einer Gas- und mit zumindest einer Feststoffzuführeinrichtung verbunden ist, von denen jede eine 30 Dosiervorrichtung begreift.

Somit werden erfindungsgemäss gasdurchlässige Baukörper, die dem Stand der Technik entsprechend zum Zuführen von Gasen in flüssige Metalle vorgesehen werden und wie sie die Anmelderin in ihren luxemburgischen 35 Patenten LU 82.552, 82.553, 82.554, 82.597 beschrieben hat, zum kombinierten Einführen von Gasen und Feststoffen herangezogen, was durch ein Koppeln des Baukörpers mit ebenfalls bekannten, jedoch in anderen 9 - 6 -

Zusammenhängen verwendeten FeststoffZufuhreinrichtungen ermöglicht wird. So ist die Dosiervorrichtung für Feststoffe nützlicherweise eine an sich bekannte Zellenrad-Druchblasschleuse Wie die Anmelderin sie z.B. in ihrem luxemburgischen Patent LU 80.692 beschrieben hat. 5 Letztere ermöglicht ein stufenloses, lediglich durch Aendem der Zellenrad-Umdrehungsgeschwindigkeit zu bewirkendes Variieren der einzutragenden Menge an Gemisch pro Zeiteinheit, wobei der Trägergas-Durchfluss unabhängig hiervon variiert werden kann.

v 10 Eine besonders günstige Verfahrensweise wird ferner dadurch ermöglicht dass man die Menge an tatsächlich eingeblasenen Entschwefelungsmitteln kontinuierlich bestimmen kann und zwar genügt es hierzu, das Gewicht des sich entleerenden Gemisch-Vorratsbehälters laufend zu messen; eine Massnahme die die Bauweise der meistens konventionneller Anlagen nicht 15 gestattet.

Die nach dem erfindungsgemässen Verfahrens entschwefeiten Schmelzen weisen nicht nur den erwünschten niedrigen Schwefelgehalt auf, sondern das Metall selbst zeichnet sich durch einen äusserst niedrigen Gehalt 20 an Einschlüssen aus, wobei letztere ausgesprochen sphärischen Charakter haben.

Claims (12)

1. Verfahren zum Entschwefeln von Eisenschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schmelze unmittel- 5 bar im Anschluss an den Frischprozess im hierfür verwendeten metal lurgischen Gefäss weitestgehend abschlackt und ihr sodann ausschliesslich durch den Gefässboden Gase und in Gasen suspendierte Feststoffe je nach Bedarf einzeln und kombiniert durch ein und dasselbe Beschickungsaggregat zuführt, wobei letzteres im wesentlichen 10 aus einem feuerfesten Gefässbodenstein besteht, den man mit orientierten Durchgängen solcher Art versieht, dass sie gleichzeitig gas-durchlässig sind, ohne den Durchtritt flüssigen Metalls zu gestatten und dass man sowohl die Gaszufuhr als auch die FeststoffZufuhr je nach Bedarf einschaltet, mengenmässig steuert und unterbricht. 15

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man der Schmelze zum Erzielen einer schützenden Deckschicht reinen Kalk zuführt, wobei das Trägergas ein neutrales Gas ist."

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man nach Abschlacken der Schmelze und nach Abdecken mit Kalk, einen Deckel dicht auf das Gefäss aufsetzt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass man 25 der Schmelze bis zum Erreichen einer Sauerstoffkonzentration von höchstens 35 ppm ein Gemisch aus metallischem Aluminium und aus Kalk im Mengenverhältnis von 1:1 bis 1:5 zuführt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man 30 der Schmelze nach dem Desoxydieren ein Gemisch an Feststoffen zu führt, das einen Anteil von 0-30 Gew.% an metallischem Aluminium, einem Anteil von 0-20 Gew.% an Flusspat und einen Anteil von 50-100 Gew.% an Kalk aufweist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Menge an tatsächlich eingeblasenem Gemisch kontinuierlich misst, indem man die Gewichtsabnahme des Gemisch-Vorratsbehälters kontinu- » - 2 - ierlich bestimmt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass man im Boden des metallurgischen Gefässes mehrere Beschickungsaggregate 5 anordnet, die man im Verlauf des Prozesses je nach Bedarf einzeln bis insgesamt betreibt und die man einzeln mit Gasen bzw. mit in Gasen suspendierten Feststoffen beschickt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass man 10 der chemischen Reaktivität der Gase bzw. der Feststoffe, sowie den thermischen Gegebenheiten innerhalb der Schmelze insofern Rechnung trägt, als man endotherm reagierende Gase bzw. Feststoffe mit Hilfe von solchen Beschickungsaggregaten in die Schmelze einleitet, die unterhalb heisserer Badzonen angeordnet sind und dass man beim even-15 tuellen Verwenden exotherm reagierender Gase bzw. Feststoffe entsprechend umgekehrt vorgeht.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Feststoffe mittels einer Zellenrad-Durchblasschleuse dosiert, 20 wobei man einen konstanten Trägergasdurchfluss einstellt und die Menge an einzutragendem Gemisch stufenlos variiert.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass man den Trägergasdurchfluss ändert. 25

11. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden eines mit einer Sauerstoff- , Aufblaslanze ausgerüsteten Konverters mehrere Beschickungsaggregate angeordnet sind, wobei jedes Beschickungsaggregat einen feuerfesten, 30 gasdurchlässigen Baukörper begreift, der aus mindestens zwei, an Längsflächen aneinanderliegenden, aus feuerfestem, ungebranntem, z.B. mit einem Kohlenstoffträger gebundenem oder chemisch gebundenen Material bestehenden Segmenten aufgebaut ist, die an mindestens einer Längsfläche mit einer verschleissfesten Auflage versehen sind, 35 dass die Segmente durch ein gemeinsames Metallgehäuse zusammengefasst sind, das an Längsflächen der Segmente dicht, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Mörtelschicht, anliegt, und dass an - 3 - Λ einer Stirnfläche des Baukörpers mindestens ein Anschluss und ein Verteilungsraum für die Materialzufuhr angeordnet sind, wobei der Anschluss mit zumindest einer Gas- und mit zumindest einer Feststoff Zufuhreinrichtung verbunden ist und letzteres eine Dosiervor-5 richtung begreift.

12. Vorrichtung nach dem Anspruch 11, dadruch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung eine an sich bekannte Zellenrad-Durchblasschleuse ist.