DE1583293B2

DE1583293B2 - Verfahren zur Herstellung von Stahl

Info

Publication number: DE1583293B2
Application number: DE19671583293
Authority: DE
Inventors: Hugh Willmott Glamorgan South Wales Grenfell (Großbritannien)
Original assignee: The Steel Co. of Wales Ltd., Port Talbot, Glamorgan, South Wales (Großbritannien)
Priority date: 1966-09-26
Filing date: 1967-09-23
Publication date: 1972-11-16
Also published as: NL6713102A; DE1608319A1; CH478244A; GB1156740A; US3556497A; BE704314A; LU54511A1; AT298535B; FR1549352A; US3556773A; BE711215A; NL148941B; FR1558217A; GB1148602A; CH481219A; DE1583293A1; LU55431A1

Description

a) Es wird in an sich bekannter Weise während der gesamten Blaszeit Sauerstoff und der flüssige Brennstoff zugegeben, wobei beim Frischen mit Sauerstoffüberschuß über die zur vollständigen Verbrennung des flüssigen Brennstoffes erforderliche Sauerstoffmenge gefahren wird.

b) Dem flüssigen Brennstoff werden Teilchen von festen Stoffen in feinverteilter Form zugesetzt und das Gemisch aus dem flüssigen Brennstoff und den Teilchen der Flamme in Form einer Schlämme zugeführt.

c) Die Flamme ist innerhalb des Gefäßes oder des Ofens so angeordnet, daß die Verbrennungsprodukte, nicht aber die Flamme selbst, auf die Schmelze auftreffen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennstoff zugesetzten festen Stoffe Kalk, Schmelzschlacke, Eisenerz oder Eisenzunder, einzeln oder in Mischung, sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Brennstoff zugesetzte feste Stoff Kalziumkarbid, Kohle oder andere, insbesondere kohlestoffhaltige, feste Stoffe und Fußspat enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des festen Stoffes eine Teilchengröße von nicht mehr als 3,2 mm, vorzugsweise eine Teilchengröße im Bereich zwischen 1,6 mm und 76,2 μ besitzen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße des festen Stoffes zwischen 401 und 250 μ liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des in den flüssigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff eingebrachten festen Stoffes 30 bis 50 Gewichtsprozent beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem flüssigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff und den festen Teilchen bestehende Schlämme durch die Flamme speisende Düsen zugeführt wird, die einen Teil einer Vieldüsenblaslanze bilden, durch die dem Ofen bzw. Konverter ein Gemisch aus Sauerstoff und Brennstoff zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffüberschuß 1000% beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffüberschuß zwischen 150% und 200% liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige, kohlenstoffhaltige Brennstoff ein Kohlenstoffwasserstoffheizöl oder ein Koksofenteer mit niedrigem Schwefelgehalt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige, kohlenstoffhaltige Brennstoff ein Brennöl mit einer Viskosität von 48,9 cP ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des festen Stoffes so gesteuert wird, daß eine Schlakkenbasizität der Schmelze von 1,0 bis zum Beginn des letzten Drittels des Blasvorganges aufrechterhalten wird und während des letzten Drittels die Schlackenbasizität bis zu einem Wert zwischen 1,4 und 1,8 ansteigt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl in einem Siemens-Martin-Ofen oder einem von oben beblasenen Konverter.

Es sind Verfahren zur Herstellung von Stahl bekannt (britische Patentschrift 923 043), bei denen die Metallschmelze mit Sauerstoff gefrischt wird durch eine von einem Sauerstoffstrom und flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff gespeiste Flamme, wobei das Verhältnis von Sauerstoff zu flüssigem Brennstoff so eingestellt wird, daß vollständige Verbrennung des Brennstoffes erreicht wird und beim Frischen mit Sauerstoffüberschuß über die zur vollständigen Verbrennung des flüssigen Brennstoffes erforderliche Sauerstoffmenge gefahren wird.

Es ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Stahl bekannt (österreichische Patentschrift 224 669), bei dem auf die Stahlschmelze Festzusatzstoffe aufgeblasen werden, wobei als Trägergase Sauerstoff oder Kohlenmonoxyd usw. verwendet werden können. Die Zuführung fester Stoffe mittels eines Trägergases stößt jedoch auf beträchtliche technische Schwierigkeiten, da alle Teile, insbesondere Leitungen, die von dem mit dem festen Stoff beladenen Trägergas durchströmt werden, einem starken und unregelmäßigen Verschleiß ausgesetzt sind, der entweder umständliche und kostspielige Maßnahmen zur laufenden Kontrolle erfordert oder häufige Betriebsstillstände durch unvermutete Brüche verursacht. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß der auf die Schmelze aufgeblasene Sauerstoff und das verwendete Trägergas beim Austritt aus der Blaslanze eine starke adiabatische Ausdehnung erfahren. Dies hat zur Folge, daß dem Gas und seiner Umgebung sehr viel Wärme entzogen wird und damit auch den Feststoffen, die sich in dem Gasstrom befinden. Die Gase und die Feststoffe treffen daher in einem relativ kalten Zustand auf die Schmelze auf, wodurch die Schmelze ihrerseits abgekühlt wird und beispielsweise der mögliche Zusatz an Schrott hierdurch beträchtlich herabgesetzt wird.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren (österreichische Patentschrift 220 174) zur Herstellung von Stahl wird vor oder nach dem Frischen bzw. zwischen einzelnen Frischphasen eine Mischung aus Luft, mit

Sauerstoff angereicherter Luft oder Sauerstoff mit feinverteiltem Öl durch eine Blaslanze auf den Einsatz aufgeblasen. Während des eigentlichen Frischprozesses selbst wird mit reinem Sauerstoff geblasen, der kein Öl enthält.

Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß Verunreinigungen, insbesondere Schwefel, in den Einsatz eingeschleppt werden können. In einer Weiterentwicklung dieses bekannten Verfahrens (österreichisehe Patentschrift 225 214) wird daher an Stelle von Öl als Brennstoff ein brennbares Gas verwendet. Dieses letztgenannte Verfahren weist aber wiederum den Nachteil auf, daß ein Zugeben von festen Teilchen als Zusatzstoffe nicht ohne weiteres möglich ist, weil dann die bei dem weiter oben genannten Verfahren (österreichische Patentschrift 224 669) geschilderten Nachteile auftreten.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Stahl in einem Siemens-Martin-Ofen oder einem von oben beblasenen Konverter, bei dem die Metallschmelze mit Sauerstoff gefrischt wird durch eine von einem Sauerstoffstrom und flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff gespeiste Flamme, wobei das Verhältnis von Sauerstoff zu flüssigem Brennstoff so eingestellt wird, das vollständige Verbrennung des Brennstoffes erreicht wird. Gemäß einem älteren Vorschlag wird bei dem Verfahren eine Vieldüsenblaslanze verwendet, bei der der austretende Sauerstoff die Austrittsöffnung für den Brennstoff ringförmig umgibt, und die Blaslanze ist innerhalb des Frischgefäßes so angeordnet, daß nur die Verbrennungsprodukte, nicht aber die Flamme selbst, auf die Schmelze auftreffen können. Hierdurch soll erreicht werden, daß keine aus dem verwendeten flüssigen Brennstoff stammenden Verunreinigungen in die Schmelze eindringen können.

Dieses ältere Verfahren hat sich gut bewährt. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, das ältere Verfahren so zu verbessern, daß einerseits ein Stahl sehr großer Reinheit erzeugt werden kann, andererseits die Endtemperatur der Schmelze sehr genau einstellbar ist und große Schrottmengen eingesetzt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Es wird in an sich bekannter Weise wahrend der gesamten Blaszeit Sauerstoff und der flussige Brennstoff zugegeben, wobei beim Frischen mit Sauerstoffuberschuß über die zur vollständigen Verbrennung des flussigen Brennstoffes erf orderliehe Sauerstoffmenge gefahren wird.

c) Die Flamme ist innerhalb des Gefäßes oder des Ofens so angeordnet, daß die Verbrennungsprodukte, nicht aber die Ramme selbst, auf die Schmelze auftreffen

Die Verwendung einer Schlämme aus flüssigem Brennstoff und feinverteilten Festteilchen hat den Vorteil, daß der Verschleiß in den Zuführungen und der Lanze sehr gering gehalten werden kann, da durch den Schmiereffekt des flüssigen Brennstoffes eine Erosion der Innenwände der Zuleitungen und der Lanze verhindert wird. Hierdurch werden alle aufwendigen und kostspieligen Kontrollmaßnahmen, die bei der Verwendung von Trägergasen erforderlieh sind, überflüssig. Andererseits ist aber auch eine besonders genaue und gleichmäßige Dosierung der Zusatzstoffe möglich, wodurch das Verfahren einem ohne Träger arbeitenden Verfahren erheblich überlegen ist. Die dem Brennstoff zugesetzten festen Stoffe können Kalk, Schmelzschlacke, Eisenerz oder Eisenzunder sein, die sowohl einzeln als auch in Mischung verwendbar sind. Ferner können in dem flüssigen Brennstoff Flußmittel für die Schlacke, KaI-ziumkarbid, Kohle oder andere feste, kohlenstoffhaltige Stoffe und Flußspat enthalten sein.

Die festen Stoffe werden in den Strom des flüssigen Brennstoffes, vorzugsweise in feinverteilter Form, eingebracht, d. h. mit einer Teilchengröße von weniger als 3,2 mm und insbesondere in einer Teilchen-,größe im Bereich von 1,6 mm bis 76,2 μ, wobei die am besten geeignete Größe im Bereich zwischen 401 und 250 μ liegt. Zweckmäßig wird die aus den festen Teilchen und dem flüssigen Brennstoff bestehende Schlämme den Düsen zugeführt, durch die die Flamme gespeist wird. Die Düsen können Teile einer Vieldüsenblaslanze sein, wie sie zum Einbringen eines Gemisches aus Sauerstoff und Brennstoff in eine Stahlerzeugungsvorrichtung verwendet wird. Wird in den flüssigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoff ein Flußmittel für die Schlacke eingebracht, so kann dieses mit hoher Geschwindigkeit in das Metall eingebracht werden, wodurch die Reinigung der Schmelze in hohem Grade beherrschbar ist. Es kann erheblich mehr Schrott, Zunder oder Eisenerz verwendet werden, als die Berechnung auf Grund der Verbrennungswärme der verwendeten Menge flüssigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffes und der Wärme, die benötigt wird, um den Schrott auf Abstichtemperatur zu erhitzen, normalerweise bei von oben angeblasenen Konvertern ergibt. Da die Verbrennungsprodukte, ebenso wie der Sauerstoff, in das Bad des geschmolzenen Materials geblasen werden, finden weitere Reaktionen zwischen dem Kohlendioxyd in diesen Gasen und den Komponenten des Bades statt, die endothermisch sind, und die Zusätze müssen deshalb unter Beachtung des Wärmegleichgewichtes im ganzen Prozeß berechnet werden.

_{Der überschuß an} Sauerstoff über die Menge, die _{erforderlich ist um} vollständige Verbrennung des _{Brennstoffes zu} erreichen, kann mehr als 1000 % be-

_{t Die t ischen Werte für den} Sauerstoffüber-

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kohlen}stoffhalti_ge Brennstoff kann ein Kohlenwasserstoff-Brennöl oder ein Koksofenteer mit niedrigem Schwefelgehalt sein.

Ein gut verwendbarer Brennstoff ist ein Brennöl mit geringem Schwefelrest. Wird zur Bildung einer Schlämme Kalk eingebracht, so ist es zweckmäßig, ^_o ⁿ _n ^H?!^{ZÖ1 2}^ verwenden mit einer Viskosität von **,9 cP, wobei das Verhältnis des eingebrachten Kalkes 30 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise Gewichtsprozent, berechnet aut das Gewicht des Öles, beträgt.

Der Sauerstoff soll im Mundstück oder in der Flamme vorgewärmt werden, da bei der Durchführung des Verfahrens mit Hilfe eines üblichen von oben beblasenen Konverters, wie er allgemein verwendet wird, der zugeführte Sauerstoff kalt ist. Er wird außerdem noch weiter abgekühlt durch die

adiabatische Ausdehnung, die stattfindet, wenn das Sauerstoffgas durch das Mundstück austritt. Dies hat einen beträchtlichen Abfluß der Wärme zur Folge, die bei der Reaktion erzeugt wird, wodurch wieder die Menge des Schrottes begrenzt wird, der der Schmelze vor oder während des Reinigungsprozesses zugesetzt werden kann.

Ein Gemisch aus dem flüssigen Brennstoff und festen Teilchen kann dem Ofen bzw. Konverter mit Hilfe eines Vieldüsengebläsemundstückes zugeführt werden, das am Ende einer Blaslanze angeordnet ist, wie es z. B. in dem deutschen Gebrauchsmuster 1 912 040 beschrieben ist. Es handelt sich dabei um ein längliches Bauelement, das eine zentral liegende Brennstoffzuführungsleitung und eine diese umgebende Sauerstoffzuführungsleitung besitzt, womit für den Sauerstoff ein Durchtrittsweg von kreisringförmigem Querschnitt entsteht. Das Bauteil ist an einem Ende mit einem Austrittsmundstück versehea, das eine Vielzahl von Austrittsöffnungen besitzt. Die Austrittsöffnungen sind mit einer Vielzahl von Röhren, die winklig zur Längsachse der Lanze angeordnet sind, mit der Sauerstoffzuführungsleitung verbunden. Die Brennstoffzuführungsleitung ist an ihrem Austrittsende ebenfalls mit einer Vielzahl von Röhren versehen, die aus ihr herausragen und deren Endstück jeweils in einem der sauerstofführenden Rohre liegt, so daß der in diesen Rohren zur Austrittsöffnung strömende Sauerstoff das Ende des den Brennstoff führenden Rohres kreisringförmig umgibt und der Brennstoff beim Austritt aus den Austrittsöffnungen in die Sauerstoffzuführungen eintritt.

Um eine solche Lanze an einen der üblichen Konverter zur Stahlerzeugung anzupassen, sind jedoch einige Veränderungen erforderlich. Die Länge der Lanze wird vergrößert, und hierdurch ergibt sich die Möglichkeit einer intensiven Kühlung des Heizöles auf seinem Wege die Lanze abwärts. Diese Kühlung kann durch Ummantelung der Heizölzuführungsleitung geschehen oder durch Vorsehen eines zusätzlichen Rohres außerhalb des Brennstoffzuführungsrohres, wobei ein Zwischenraum zwischen den beiden Rohren verbleibt, der einen Widerstand für den Wärmeübergang darstellt.

Bei der Verwendung an einem offenen von oben beblasenen Konverter wird die Lanze gegen das offene Oberteil des Konverters gerichtet und dann die Sauerstoff- und Heizölzufuhr eingeschaltet. Das Gemisch entzündet sich am Ausgang des Mundstückes und erzeugt eine Flamme mit einer Länge von etwa 45 bis 60 cm, gerechnet von den Austrittsöffnungen am Ende der Lanze an. Die Lanze wird dann gesenkt, so daß die Austrittsöffnungen 120 bis 180 cm von der Oberfläche der Schmelze entfernt sind, d. h. also, daß die Flamme selbst nicht auf die Oberfläche der Schmelze auftrifft. Das zugeführte Heizöl wird dann ersetzt durch eine Schlämme von festen Teilchen in Heizöl. Die Zufuhr des Gemisches aus Sauerstoff und Schlämme wird fortgesetzt, bis der Frischprozeß vollendet ist. Die Schlämme wird vorzugsweise unter Druck zugeführt, so daß der Impuls der Teilchen aus festem Material genügend groß ist, um diese in die Schmelze des Materials selbst hineinzubringen.

Stahl mit einem Phosphorgehalt von weniger als 0,015 Gewichtsprozent kann hergestellt werden aus einem heißen Metall, das bis zu 0,08 Gewichtsprozent Phosphor enthält, wobei nach dem Frischen eine Endschlacke anfällt mit einem Eisengehalt von weniger als 25 %.

Der höhere Phosphorgehalt des heißen Metalls, der bei dem Verfahren nach der Erfindung zugelassen werden kann, ist zurückzuführen auf die günstigen physikalischen und chemischen Bedingungen beim Einbringen der festen Teilchen, die im flüssigen Brennstoff enthalten sind, in die Flamme im Konverter bzw. Ofen. Diese Bedingungen sind

1. Erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit des durch das flüssige, kohlenstoffhaltige Heizöl eingebrachten Kalkes, dank der sehr großen Oberfläche des feinverteilten Kalkes im Vergleich zu Stückkalk.

*5 2. Direkte Einführung des Kalkes in die Reaktionszone, bewirkt durch das Auftreffen von Sauerstoff auf die Oberfläche der Schmelze nach dem Brennen.

3. Der Impuls der aus den Düsen der Lanze herausgeschleuderten Teilchen ist an der Oberfläche der Schmelze größer als der Impuls der Gasteilchen.

4. Das Verfahren nach der Erfindung fördert die Bildung einer Schlacke und auf diese Weise die Entfernung des Phosphors aus der Stahlschmelze.

5. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht eine ständige Beherrschung der chemischen Zusammensetzung der Schlacke und der Schlackenbasizität.

Es hat sich ergeben, daß das Verfahren nach der Erfindung alle Vorteile eines Stahlfertigungsverfahrens hat, bei dem von oben Sauerstoff eingeblasen und pulverisierter Kalk eingebracht wird, ohne die Nachteile der Erosion der Lanze und der Rohrleitungen durch den pulverisierten Kalk und ohne den Verlust an Kalkpulver durch die Gefäßmündung und ohne den Verschleiß der Gefäßauskleidung durch den gepulverten Kalk.

Das Blasverfahren erfolgt in genau der gleichen Weise, wie bei dem Linz-Donawitz-Prozeß, mit dem Unterschied, daß die Brennölschlämme mit dem festen Stoff während des Blasens in der Lanze verbrannt wird. Dabei ist die Menge des eingeblasenen Kalkes ein wichtiger Faktor für die physikalische und chemische Beherrschung der Schlacke. Die Kalkmenge in kg pro Tonne heißen Materials wird berechnet aus der erforderlichen Schlackenbasizität, der Reinheit und dem Futterverschleiß. Die erforderliche Schlackenbasizität wird berechnet nach folgender Gleichung:

Schlackenbasizität =

% CaO

1,86VoSiO₂ + 1,18% P₂O₅

Günstige chemische Bedingungen für das Schäumen werden erreicht, wenn eine Schlackenbasizität von 1,0 solange wie möglich aufrechterhalten wird, und die Menge des in die Schlämme eingebrachten Kalkes wird so variiert, daß diese Bedingung eingehalten wird, bis ²Is des Blasvorganges erreicht sind. Der zum Erreichen der Endbasizität erforderliche restliche Kalk wird dann während des letzten Drittels des Blasvorganges zugesetzt.

Die Durchführung des Verfahrens kann folgendermaßen erfolgen: Die Lanze wird gesenkt, bis sie gerade innerhalb des Gefäßes ist, und die Sauerstoff-

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zuführung wird so weit geöffnet, daß die Menge zur beeinflußt werden durch Senken der Lanze und durch

Verbrennung des Brennstoffes ausreicht. Die Brenn- Drosseln der Sauerstoffzufuhr. In der Schlämme sind

stoffzufuhr wird ebenfalls geöffnet, und die Verbren- während der ersten ²/a des Blasvorganges genügend

nung beginnt sofort. Die Lanze wird dann weiter schlackenbildende Bestandteile enthalten, um in dem

gesenkt bis in die normale Blasstellung, und die 5 Gefäß eine Schlackenbasizität von etwa 1,0 aufrecht-

Sauerstoffzufuhr wird weiter geöffnet bis zu der Blas- zuerhalten. Der Rest an Kalk wird dann während

menge, und der Schmelze wird Flußmittel zugesetzt. des letzten Drittels des Blasens zugesetzt, um eine

Daraufhin wird an Stelle des Brennstoffes eine Endschlacke mit einer Basizität von 1,4 bis 1,8 zu

Brennstoffschlämme zugeführt, die im wesentlichen erhalten. Am Ende wird der Schlämmezufluß unter-

45 Gewichtsprozent Kalk enthält. Innerhalb von io brachen und das System unter Verwendung von

2 bis 6 Minuten tritt im Reaktionsgefäß ein Auf- reinem Brennstoff gespült, der dann wieder mit

schäumen ein, und das Ausmaß des Schäumens kann Dampf ausgespült wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Stahl in einem Siemens-Martin-Ofen oder einem von oben beblasenen Konverter, bei dem die Metallschmelze mit Sauerstoff gefrischt wird, durch eine von einem Sauerstoffstrom und flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff gespeiste Flamme, wobei das Verhältnis von Sauerstoff zu flüssigem Brennstoff so eingestellt wird, daß vollständige Verbrennung des Brennstoffes erreicht wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: