DE1800131C - Mehrzonenschmelz verfahren und Mehrzonenschmelzofen für die kontinuierliche Herstellung von Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrilft ein fvichrzonensehriielzverfahreii für die kontinuierliche Herstellung von Stahl durch elektrolhermische Reduktion von oxydischen Erzen. Einschmelzen und Frischen derselben, so daß der fertige Stahl in feste Formen gegossen werden kann. Außerdem betrilft die Erfindung einen MehrzoneiischriiL'lz.oi'en für die kontinuierliche Herstellung \ün Stahl mit einer Elektroreduktionskammer und einer Aulblas-Frischkammer zum Durchführen des vorgeschlagenen Verfahrens. in

Ls sind Mehizonenschmelzöfen bekannt, bei denen zu schmelzendes Metall in eine Schmelzkammer chargenweise oder kontinuierlich eingegeben und die Schmelze in einer an die Schmelzkammcr angeschlossenen Frischkammer gefrischt wird. Schlacke und Stahl werden unmittelbar aus der Frischkammer abgestochen, d. li. uus einer verhältnismäßig unruhigen Zone, so darf die Schlacke einen verhältnismäßig hohen Fe-Gehait aufweist (USA.-Patentschrift 3 353.St), bzw. französische Patentschrift I 4S2 029).

Außerdem ist es bei einem Einkammcisuimelzofen bekannt, kontinuierlich vorerwärmtes zerkleinertes Erz in die Behandlungskammer einzugeben, in der es geschmolzen und gefrischt wird. Auch hierbei werden die Schlacke und eier fertige Stahl unmittelbar aus der Frischzone abgestochen, weshalb ein hoher Fe-Gclialt in der Schlacke nicht zu vermeiden ist (USA.-Patentschrifi I 81M2..9).

Ferner ist es bekannt, vorr;duzie"e Erze in einem Mehrkammerofen zu schmelzen und die aus Roheisen bestehende Schmelze von eier S₁. ilacke zu trennen und in einem gesonderten Ofen zu frischen. Um aus der Schlacke soviel Eisen wie möglich abzuscheiden, ist eine zweite Schmelzkammer vorgesehen, in tier die Schlacke vor dem endgültigen Abstechen nochmals behandelt wird, jedoch erfolgt der Abstich der beim Schmelzen entstehenden Schlacke in einer ·. erhiillnisinäßig unruhigen Zone (britische Palentehrill 'K.I 40X).

'Andere-seits ist es bekannt, Erze \or dem konti- 4« innerlichen eingeben in einen Elektroschmelzofen vorzuheizen und \orzurcduzieren (USA.-Patentschrift 1 ''S7 '»:"<2; Auch ist es bei Elektroschmelzöfen ).·! mills,itzlich bekannt, die Schmelze induktiv /11 Mihreii.

I'm die Schlacke in einer verhältnismäßig ruhigen /one iiach dem Frischen von der Schmelze zn trennen, winde bereits ein Frischofen vorgeschlagen, der !■ine I 1 !'.elifammer mit Metallabstich aufweist, in die (I.is r se liiiiolzene Roheisen eingegeben wird und an .V> du 111 Conn eiiii · Abzweiges eine gesondeite Ni hlacki abs; Ik idi-Liinniei angeschlossen Kt. Dabei Nudel w , nir-.iens r»- il ■.·. 1. is_t· ein GegciMrom zwischen SiIiI K'l·:- und Silinn1/v .|,itt. so daß au-· (Lr Schlacke viii ile-ii M'.li.li ili'isilben noch abgeschiedenes I Ken v. ic.lei in die Hauptmasse der Schmelze /\\ rück! einen kann il ¹SA -Patentschrift 132om72). Bei einer .iinl.f. 11 Atisfiiliriinnsform eines I riscliofens wild in einer Knminei unK-r Bildung einer Emulsion an. Schlacke und McIaII fcfrisclil und in einer wei ^fi" I ii 11 K.immer diese I mulsioii beruhigt so dall sich die NcIiI ic!' ,ib. izi und abgestochen weiden kann (iislerreielii,(li. l',il· ui-,t In ift 2f)l Γι·1 S). Si liliel'ilich ist es .in· Ii 11- k mm, (I is I rischcn in mehreren unter iiiiaiidir . 11Μ111Ί·. in ii KiimiiicMi duich/ufüliieii (bei ^fl.i ifisih 1 ii ,· hiifi ■■ 17 Kl-I). In diesen diei lallen niüssLii dl·. I i/e alki in einem gesonderten Ölen ν 'illi.'i ι ι ι lilliitlz·. .1 .'-. lilell.

Allen diesen bekannten Stahllierstellungsverfahren ist der Nachteil gemeinsam, daß ein verhältnismäßig großer apparativer Aufwand notwendig ist, wobei die Schlacke einen verhältnismäßig hohen Fe-Oehalt aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin. Stahl mit verhältnismäßig geringem Kapitaleinsatz herzustellen, wobei die abgestochene Schlacke einen äußerst gerümen Fe-Gehalt hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein MehrzonenschmelzAerfahren für die kontinuierliche Herstellung vor Stahl durch elektrothermische Reduktion von oxydischen Erzen, Einschmelzen und Frischen vorgeschlagen, das durch die Kombination folgender an sich bekannter Maßnahmen gekennzeichnet ist:

a) kontinuierliches Einbringen \o,< vorerhitzten und vorreduzierten, agglomerierten oder zerkleinerten oxydischeii Erzen in die Lichtbogenschmelzone;

b) induktives Umrühren der Schmelze in derLichtbogeiischmelzzone:

c) kontinuierliches Weilerleiten der Schmelze aus der Lichtbogeiisdimelzzone in die Frischzone, in welcher die Schmelze an mehreren nacheinander angeordneten Stellen mit saucrstoffhaltigem Gas gefrischt wird, und

d) kontinuierlicher Gegenstrom zwischen Schlacke und Schmelze zur Schlackcabscheidezone und zum davon getrennten Metallabstich.

Gemäß der Erfindung findet also das Schmelzen und Frischen in verschiedenen, jedoch untereinander in Verbindung stehenden Zonen statt, und es is! außerdem eine besondere Sclilackeabsctz- und -abscheidezone in ein und demselben Ölen vorgesehen. Das in der Sclimelzz.one befindliche flüssige Metall wird dabei in Turbulenz und Zirkulation versetzt und in diesem Zustand gehalten, wobei die Schmelze kontinuierlich aus der Schmelzzone in die Frischzone strömt und die Schlacke in die Schlackeabscheidezone gelangt. Dadurch kann man kontinuierlich in einem einzigen Ofen mil verhältnismäßig geringem Energieaufwand Erze schmelzen und zu Stahl weiterverarbeiten.

Bei einer bevorzugten Ausl'ührungsform der Erfindung wird das Erz mit einer Temperatur zwischen 400 und 120(1 C. vorzugsweise zwischen <S5() bis llOi) C. in die Cichtbogensehinel/zone des elektrischen Ofens eingegeben, um einen Halbslahl mit ein 111 Kohlenstoffgehalt zwischen ().·< und 4"n und einem Siliciumgchalt von nicht mehr als I ⁰O /u ir/eugen. woraufhin diese Schmelze durch Einblasen eines sauer^lolfhalligen Gases und eines basischen Flußmittels in der FrKcliznne /11 Stahl gefrischt wird. Dabei strömt die Schlacke wenigstens in einem Teil der Erfrisehzone zwangsweise im Gcgcnstiom zur Schmelze und gelangt in eine relativ ruhige Schlackeabscheidezone, aus der die Schlacke nach ausreichender Keruliigting abgestochen wird.

Wegen der iinmillellwen kontinuierlichen Zugabe von vorerhitzen Erz in die I η hiliogenschnielzzone wird der Si hmelz.organg iitißerst schnell und unter vvittsi hafllichei I iicrgicHiisinil/uug dinrliivfülirt. Die kreiende Bewegung dt 1 SJ inel/e in iler kontinuierlich arbeit', ndf n I i.liihin» 11 hmel/.-one kann duii.li als Kührcr di. iiemle eliknisilie Induktionsspulen ι i.'eiigl weiden tile lintel ik f I it li.liogeiiM.¹IiIHeIz-

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sehen aiii. . lü/nerhalten. Wenn die \i~,
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Kohlenstoß in der gewünschten Menuc
wird Kohi.-.t-,tolT in Form kleiner Süiekchen ms KnochenkoUe. Kohle, Koks oder Graphit zu- mimen mit dem I ■.- /ugegeben.

Beispielweise besitzt die Schmelze oder der HaIbstahl in eier Schmelzzone einen Kohlenstoffgehalt zwischen :5 und 2.5 % und einen Silieiuni-Ji'ilt zwischenn I und 0,5 " _u. Jedoch können unter besonderen Un,-.landen auch andere Zusammensetzungen derSchni: |/e oder des Halbstahles möclich -,ei.i '"

Eine Möglichkeit, daß in der Eichthogenschmeizzoiic ^WV- ilfe richtigen Mengen KohienstolT und Silicium ...!lianden sind, bestellt darin, in diese Zone entweder direkt oder durch eine mit derselben in Verbindung stehende Schlackeabscheidezone ständig geschmolzenes Roheisen einzuleiten, das in üblicher Weise linier Verwendung eines Heißwind-Kupolofens aus Schrott oder unter Verwendung von Schrott geschmolzen wird. Ein derartiges Metall enthält normalerweise 3 bis 4,5 ^(l'n Kohlenstoff und i bis 2ⁿ',_; Silicium.

Vorzugsweise wird die Temperatur des in der Lichtbogeiischmelzzoiic befindlichen Metalls im Bereich von 1420 bis 1500 C gehalten, jedoch können auch außerhalb dieses Bereiches liegende Temperaturen Anwendung linden, wenn dieselben für besondere Helriebsbedingiingcn oder besondere Materialien bzw /.wecke geeignet erscheinen.

Die Schmelze strömt aus der I.ichtbogenschmelzzone in die I rischzone über, wobei die Strömungsgeschwindigkeit und die übet strömende Menge eine Funktion der Menge tier zugegebenen vorieduzierien Erze und der Sclimelzgeschwindigk.it. die wiederum von dei I m rgieaiil'nahme t.cr Schmdzzoiic abhängt, lind Diese Iledingungeii lassen sich in einfacher Weise überwachen und steuern.

Die Sciilacke wild kontinuierlich aus dem Ofen Über eine oilci mehrere hcrdai lige Sclilackeahsdicidelaminciii einlernt, tieren Boden geneigt zur Selimelzzone \erlaii'l. Auf these Weise kann aus der in der verliälliiisiuäßui ruliigen Schlackeabscheidezone langsam bewegten SJilaike körniges oder sonstige.! Metall abge-.Jiii/den weitleii und wandt 11 unter Einfluß [lcr SJiv.eiki.ilι in die llauptma.se der Schmelze Miriiil· Dies ist ein Merkmal tlci I ilintluiu!. welches h'ii lieitriigl. d.il'· ihe mi. der Si Ι-Ι,ι. I e aligJTilirk'ii l.isciiu-rlusle ;^re|'enübci brkaniileii \\ifalneil urriiii' il ,' elif η

I ι η ..iide 11 - M 11. in. 11 di, I ι Ii in Iu ml JJi. , /um ^ 'in,.Tin (I₁, linn I die SJiI.,J Ih .Ii ,,.ί·. ii I hen ,eilii'.le bciliij·!. be-tclll d.liin d ,l· die SJJ iJ.e in IeI I nsili/o,|i WelliL'slen-. lellwi'is in G !Mi; ii'üiH!

zur Schmelze strömt. Wenn die Schlacke über heißes Metall mit einem Kohlenstoffgehalt von 1,5"Zn und iiiclir und einem geringen Siliciumgehalt zurück-■ •iniiiien muß, wird aus ihr ein I eil des in ihr gelösten I-isci-s durch folgende Reaktion abgeschieden:

(KO) in dei Sehlacke , \C\ im Metall -- I^:e ! CO

Hei einer Ausfiihrimgsform der Erlindui'g wird

ι·, die Schlacke nicht nur über einen größeren Teil der lange tier langgestreckten Frischzone, sondern auch tiurcli tlie Eichthogensehmelzkammer selbst Ii in— durchgeführt und schließlich aus einer Schlackeab-■cheidezone oder -kammer abgestochen, die von tier

'■', I-rischzone oder Frisehkammer gelrennt ist, d. h. an einer anderen Stelle wie die Frisehkammer an die Eichtbogenschmelzzone oder -kam:-. :r anschließt.

Die Reduktion ties FeO-Gehaltes der Schlacke kann weiter verstärkt werden, wenn geschmolzenes

2u Roheisen in die Lichtbogenschmelzkammer über eine an dieselbe angeschlossene Schlackeabscbeidekaminer ^:n einer Weise eingeleitet wird, daß es im wesentlichen in Gegenrichtung zur ausfließenden Schlacke strömt. Die oben angegebene Reaktion ist

25, eine typische Reaktion zwischen im einströmenden Roheisen befindlichem KohlenstolT und dem FeO-dehalt der ausfließenden Schlacke. Zusätzlich wird em ['eil des im geschmolzenen Roheisen befindlichen Siliciums nach folgender Gleichung reagieren:

[SiI im Roheisen + (2FeO)
in der Schlacke — 2Fe !- SiO.,

Die dabei entstehende Kieselsäure geht sofort in

.35 Schlacke über.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in zwei voneinander getrennten Zonen gefrischt, wobei Silicium und Schwefel und ein Teil des Phosphors in der ersten Frischzone, in welcher die Schlacke im wesentlichen in derselben Richtung wie der Halbstahl strömt, entfernt werden, während in der zweiten Frischzone, in der die Schlacke entgegengesetzt zum Metall strömt, das Entkohlen und das Entfernen von Phosphor überwiegt. Dabei

können in der Frisehkammer zwei verschiedene Schlacken erzeugt werden, wobei eine Wand die beiden Zonen voneinander trennt. Die Bedingungen in der ersten Zone, in welcher tier Kohlenslollgehall tier Schmelze noch verhältnismäßig hoch ist, ti. h.

5« über I⁰Ai liegt, und der Eiiifliil.) ties Saucstoffes gering ist, sind zum Entfernen von Silicium uiid Schwefel günstig. In tier zweiten Zone, in welcher tlie Wirksamkeit des Sauerstolfcs sowohl in tier Schmelze als auch in der Schlacl· j zunimmt, sind die Bedingungen zum En'fcrnen von Phosphor und zum weiteren Entfernen von Schwefel günstig, insbesondere wenn die Schlacke in tlieser Zone in Ciegeiinchuing zum Metall strömt. Bei diesem Ausfiihrungsbeispiel tier Erfindung sind wenigstens zwei Stellen zum Entfer-

fio neu der Schlacke air; tier Frisehzone vorgesehen, und es kann eine dritte Stelle zum Entfernen \on Schlackt· aus tier litlitbogenschmelzzoiie vorgesehen sein.

Nach noch einer ,iiidei..n Anslühi .uigsform sind

r_:-, zwei voneinander 'elreiiiile l'iischzoueii in tier I um hkamiiur gebildet. wol»i (eiluJi mil eine \om Mi lall.ibsli Ii ucticiink S hlackcentiialinie über eine ι inziiv SJiI.ick. ibsJu kkkaiiinici .1 iiilindet. Düse

Ausführungsform der Erfindung verwendet das in der USA.-Patentschrift 3 326 672 beschriebene Verfahren zum Frischen von Metallen, Metall-Legierungen und von Roheisen. In der ersten der beiden Frischzonen, in der das Abscheiden von Silicium und Schwefel überwiegt, strömt die Schlacke im wesentlichen in gleicher Richtung wie die Schmelze, während die Schlacke in der zweiten Zone, in welcher das Abscheiden von Kohlenstoff und Phosphor überwiegt, im wesentlichen .ui Gegenstrom zur Schmelze geführt wird. lis sind im Ofen Umlenkzonen und/oder Reihen von Lanzen vorgesehen, um den Schlackestrom zu unterstützen.

Bei allen Ausführungsformcn der Erfindung folgt dem Frischvorgang zum Entfernen von Silicium, Schwefel, Kohlenstoff und Phosphor vorzugsweise eine kontinuierliche Deoxydation und eine Temperaturrcgulierung, bevor die Stahlschmelze in eine Gießvorrichtung gelangt. Dies wird zweckmäßig in einer Verlängerung der Frischkammer oder in einer besonderen Kammer oder einem besonderen Behälter durchgeführt.

Der die richtige Zusammensetzung und Temperatur aufweisende flüssige Stahl verläßt den Ofen über einen geeigneten Überlauf und gelangt entweder in eine Gießpfanne oder direkt in den Einlaß einer kontinuierlichen Gießvorrichtung, um den Stahl kontinuierlich in feste Formen zu vergießen, während die Schlacke getrennt abgestochen und in üblicher Weise weiterverarbeitet wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in der Zeichnung drei verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäß ausgebildeten und arbeitenden Mehrzonenschmelzofens zum kontinuierlichen Herstellen von Stahl schematisch dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen horizontalen Schnitt eines Mehrzonenschmelzofens, bei dem die Schlacke vollständig im Gegenstrom zur Schmelze fließt und aus einer Abscheidekammer abgestochen wird, welche der Frischkammer gegenüberliegend an die Schmelzkammer angeschlossen ist,

F i g. 2 einen senkrechten Längsschnitt durch den Mehrzonenschmelzofen aus Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt wie in F i g. 1 durch eine andere Ausführungsform eines Mehrzonenschmelzofens, bei dem die Schlacke teilweise im Gegenstrom und teilweise im gleichgerichteten Strom zur Schmelze fließt und aus einer an die Frischkammer angeschlossenen Abscheidekammer abgestochen wird,

Fig. 4 einen senkrechten Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Mehrzonenschmelzofens mit zwei an die Frischkammer angeschlossenen Schlackeabschcidekammern mit je einem Abstich und

F i g. 5 einen horizontalen Schnitt des Mehrzonenschmelzofens aus Fig. 4.

Beim Ausführungsbeispiel aus F i g. 1 und 2 besitzt der Mehrzonenschmelzofcn eine Lichtbogenschmelzkammer 6 mit im wesentlichen kreisförmigem Grundriß, welche einen Boden 7 und ein Dach besitzt, die jeweils aus feuerfestem Material bestehen. Durch das Dach 8 ragen Elektroden 9 in die Schmelzkammer hinein. Durch eine in der Mitte des Daches befindliche Leitung 11 kann Erz 10 in der Nähe der Lichtbogenzone eingegeben werden. An der Unterseite der Lichlbopcnschmelzkammer 6 sind durch eine Platte 12 aus auslenitischem rostfreiem Stahl getrennt mit sehr niedriger Frequenz arbeitende Induktionsriihrer 13 angeordnet, die beispielsweise von der schwedischen Firma A. S. E. A. Ltd. entwickelt wurden.

Auf der einen Seite der l.iclitbogenschmclzkammer 6 ist eine langgestreckte Irischkammer 14 angebracht, während sich auf der entgegengesetzten Seite eine Schlackeabschcidekammer 15 befindet. Durch Lanzen 16 wird sauerstoffhaltiges Gas in die Frischzone eingeblascn, wobei die Lanzen 16 in einem Winkel zur Oberfläche der im Ofen befindlichen Schmelze angeordnet sind, um den Gegenstrom der Schlacke 18 gegenüber der Schmelze 17 zu unterstützen. Hinter den Lanzen 16 ist ein Rohr 16' angeordnet, durch welches basisches Fluxmaterial, beispielsweise pulverförmiger Kalk oder Fluorit, eingegeben wird. Die Flußmitttel werden in die Schlacke oder die Schmelze durch die beim Einblasvorgang erzeugte starke Turbulenz eingerührt.
Der gefrischte Stahl 19 wird durch eine Abstichöffnung 20 aus dem Ofen abgestochen, während die Schlacke den Ofen am anderen Ende desselben durch eine Abstichöffnung 21 verläßt. Um dies zu erreichen, ist am Ende der Frischkammer 14 eine Schlackebrücke 22 vorgesehen, welche ein Ausströmen von Schlacke zusammen mit dem gefrischten Stahl verhindert.

Der gefrischte Stahl strömt beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 durch die Abstichöffnung 21 in eine getrennte Desoxydktionskammer 23, in welche durch einen Trichter 24 Desoxydationsmittel eingegeben werden. Wenn infolge der Desoxydation kleine Mengen Schlacke in der Desoxydationskammer 23 gebildet werden, so sticht man diese Schlacke durch eine Hilfsabstichöffnung 23' ab. Die Desoxydationskammer 23 kann auch die Form eines Entgasungsapparates besitzen, der beispielsweise in der australischen Patentschrift 279 591 beschrieben ist. Auch kann die Desoxydation in einer leicht entfernbaren Gasglocke oder einer feststehenden Gasglocke durchgeführt werden, wobei in beiden Fällen die Schmelze währen der Entgasung bzw. Desoxydation induktiv gerührt wird.

Der Mehrzonenschmelzofen aus F i g. 1 und 2 besitzt zwei Gasauslaßleitungen 25 und 26, wobei sich die eine Gasauslaßleitung 25 am Ende der Schlackeabscheidekammer 15 und die andere Gasauslaßleitung 26 am Eingang in die Frischkammer 14 ;iahe der Lichtbogenschmelzkammer 6 befindet.
In den Ofen kann Schrott, der beispielsweise in derselben Anlage entstanden ist, in zwei Formen eingegeben werden, nämlich

a) in zerkleinerter Form durch Öffnungen an eeeigneten Stellen der Seitenwand des Ofens, um die Erosion der feuerfesten Ofenauskleidung zu verringern, oder

b) als Strom aus geschmolzenem Roheisen oder Halbstahl, der durch eine Rinne 27 beispiels-

weise nahe der Verbindungsstelle zwischen der Schlackeabscheidekammer 15 und der Lichtbogcnschmelzkammer 6 in den Ofen gelangt, und zwar in einer solchen Richtung, daß er die gewünschten Strömungsverhältnissc in der Schmelze unterstützt.

Die Bodciineigungen und Tiefen der Herdabschnitte des Ofens sind aus F ic. 2 zu erkennen, wo-

hei der Boden der herdförmigen Schlackeabscheidekammer 15 von der Abstichöffnung 21 aus nach unten geneigt verläuft, so daß das in der Schlackeabscheidekammer Ii aus der Schlacke abgeschiedene Metall wieder in die Lichtbogenschmelzkammer 6 zurückwandert.

Außerdem ist eine Hilfsabstichöffnung 28 vorgesehen, ii.n den Ofen am Ende einer Reise vollständig entleeren zu können. Diese Hilfsabstichöffnung liegt beispielsweise an der Seite der Lichtbogenschmelzkammer 6. wie F i g. I zeigt.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform des Mehrzonenschmelzofens ist eine Schlackeabscheidekammer 29 mit der Frischkammer 14 nahe dem Anschluß der letzteren an die Lichtbogenschmelzkammer 6 verbunden. Eine Lanze 16a ist so geneigt angeordnet, daß aus derselben ausströmendes Gas eine Strömung der Schlacke in derselben Richtung wie die Schmelze unterstützt, während eine weitere Lanze 16 b so angeordnet ist, daß das aus dieser ausströmende Gas einen Gegenstrom der Schlacke zur Schmelze unterstützt. Die aus beiden Lanzen ausströmenden Gase bewegen die Schlacke im großen und ganzen in Richtung zur Schlackenabscheidekammer 29.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Desoxydationskammer 23 mit der Frischkammer 14 in einem Stück hergestellt. Ein Ausströmen von Schlacke mit der Schmelze aus der Frischkammer 14 in die Desoxydaiionskammer 23 wird durch eine flüssigkeitsgekühlte Schlackebrücke 30 verhindert. Es ist nur ein Gasauslaß 31 an oder nahe dem Ende der Schlackeabscheidekammer 29 vorgesehen.

Beim Mehrzonenschmelzofen aus F i g. 4 und 5 ist die Frischzone in zwei Kammern 32 und 33 unterteilt, in denen jeweils ein Gegenstrom zwischen Schlacke und Schmelze vorhanden ist. Jede dieser Frischzonen bzw. Frischkammern ist mit einer eigenen Schlackeabscheidekammer 34 bzw. 35 verbunden, die jeweils eine Abstichöffnung 36 bzw. 37 aufweist. Außerdem sind flüssigkeitsgekühlte Trennwände 38, 39 und 40 und flüssigkeitsgekühlte Wehre 41 vorgesehen, um die verschiedenen Zonen voneinander zu trennen.

Beispiel

Die beachtlichen metallurgischen Vorteile der Erfindung zeigten sich bei einer Reihe von Versuchen in einer kleinen Versuchsanlage in Cockle Creek. New South Wales, Australien, wobei diese Versuchsanlage einen Ofen besitzt, der im wesentlichen dem in Fig. 3 schematisch dargestellten Ofen entspricht. Die Schlackeabscheidekammer 29 ist an die Frischkammer 14 nahe der Verbindundssstelle letzterer mit der Lichtbogenschmelzkammer 6 angeschlossen

Die Lichtbogenschmelzkammer und die Frischkammer des Ofens waren mit Magnesiumoxyd-Steinen hoher Qualität ausgekleidet, während die Schlackeabscheidekammer mit basischem eingestampftem oder eingeschmiertem Material ausgekleidet war. das ebenfalls einen hohen Magnesiumoxydgehalt aufwies.

Um eine Erosion der basischen Ziegel bzw. Auskleidesteine bei langen kontinuierlichen Schmclz-Frisch-Rcisen des Ofens zu verringern, war ein luftgekühlter Kanal in dem Ole^.iiehiuise an der Schlakkenlinie um die gesamte Schmelzkammer und auch die gesamte Frischkammer geführt. Außerdem wurde Schlackencrosion in der Schmelzkammer durch periodische Zugabe von kaltem zerkleinertem Stahlschrott verringert, dem ein Gemisch aus stückiger Knochenkohle od. dgl. und Ferro-Silicium beigegeben war, wobei diese Zugabe des Schroitgemisches an den Seitenwänden der Schmelzkammer und insbesondere dort erfolgte, wo die Hitzestrahlung der Licht-

bögen am größten war.

In die Schmelzzone wurden hauptsächlich in einem rotierenden Schachtofen hergestellte weißglühende metallisierte Pellets über eine Schüttrinne durch die zentrale Einlaßöffnung 11 direkt in die

heiße Lichtbogenzone eingegeben. Die Pellets wurden so heiß wie möglich und gewöhnlich mit einer Temperatur im Bereich von 1000 bis HOC)¹C zugeführt, wodurch viel elektrische Energie gespart wird, die sonst benötigt würde, um die für den Schmelzvorgang

ao erforderliche Hitze von den Lichtbogen auf das Material zu übertragen. Die auf diese Weise erzielte Energieersparnis lag im Bereich von 2O°/o.

Es wurden viele verschiedene metallisierte Pellets verwendet, von denen die meisten auf zwei gehalt-

vollen Ausgangsmaterialien basierten, deren durchschnittliche Zusammensetzung die folgende ist:

Feinkörniges

Hamersley-

Hemalil-

Material

Palabora

Mapnetil-

Konzentrate

Fe insgesamt, «,Ό 67,5 67,2

Mn, ⁿ/o Spuren 0,15

SiO₂, »c 2,1 0,3

Al₂O₁₁, "Ό 1,0 0,7

TiO₂, %> Spuren 0,6

Gebundenes Η.,0,⁰O .. 0,3 Spuren

S, %> ". 0,02 0,03

P. °/o 0,03 0,02

CaO, °/o Spuren 1,0

MgO, °/o Spuren 2,3

nicht identifizierbare

Materialien ^Rest

Die meisten Pellets wurden aus einem Gemisch aus Erz, Kohle und CaO im Verhältnis 79:17:4 hergestellt. Die zusammengesetzten feuchten Pellets ließ man an Luft aufkohlen und für eine Zeitdauer

5c von wenigstens 30 Stunden trocknen, bevor sie in den zum Metallisieren bestimmten Ofen eingeeeben wurden.

Die verwendete Knochenkohle wurde aus einer einen niedrigen Asche- und einen niedrigen Schwefel-

gehalt aufweisenden Braunkohle aus Yallcurn. Victoria. Australien, hergestellt und besaß die folgende durchschnittliche Zusammensetzung auf Grundlage der Trockenstoffe:

Fester Kohlenstoff ^4,2° ο

Flüchtige Bestandteile 1,0° «

Asche 4,ä°o

Schwefel 0,3" ο

Nicht bestimmbare Materialien 0,4° ο

Die aus den beiden Erzgiundmischungen hergestellten metallisierten Pellets besaßen analytisch betrachtet folgende Zusammensetzung:

Fe insgesamt, "In

Metallisches Fe," η

Kohlenstoff. "-,>

Schwefel,ⁿ »

Phosphor, °/n

Andere Materialien (Sauerstoff '· Erzgestein

! Kalk), Vo

Laugen/Säure-Verhältnis, etwa

Harne rsley-	»ellets	Palahora-Pellets	88,0
82 bis	88,5	80,5 bis	82,5
75 bis	83	73 bis	4,5 ·
.1,5 bis	4.1	3,2 bis	0,07
0.04 bis	0,06	0,05 bis	0,03
0,02 bis	0,04	0,02 bis	6,8
12 bis	7,0	13,2 bis	1.5
1,0		etwa

Da tier kleine Versuchsofen keine Induktionsrührer aufwies, wurde eine Zirkulation der Schmelze in der Schmelzzone durch tangentiales Hinblasen eines dichten Kohle-Luft- oder Knochenkohle-Luft-Gemisches durch zwei flüssigkcitsgekühlle Lanzen erzielt, die bis gerade unter den Schlacke-Metallspiegel nahe der Peripherie der kreisförmigen Schmelzkammer eingetaucht waren.

Dieser F.inblasvorgang diente nicht nur dazu, eine Zirkulation der Schmelze in horizontaler Ebene aufrechtzuerhalten, sondern unterstützte auch das Aufrechterhalten des gewünschten Kohlenstoffgehalt tes in dem in der Schmelzkammer befiridlir'ien Metall, so daß dasselbe sich stets im Halhstahlbereich befand. Typische Analysen des in der Schmelzkummer befindlichen Halbstahles lagen in folgenden Bereichen:

C. °« 2.3 bis 2,()

Si. "■., 0.3 bis 0.5

Mn. " „ 0,02 bis 0.1

Ti." η Spuren bis 0.Ί3

S." ,. 0,04 bis 0,06

P, <■„ 0,03 bis 0.06

Fe, °/,. Rest

Die Temperatur der in der Schmelzkammer befindlichen Schmelze wurde soweit wie möglich im Bereich zwischen 1475 und 1510 C gehalten, wobei als Folge der Reaktion des in der Schmelze befindlichen Kohlenstoffes und des Restgehaltes an FeO der zugebenen Pellets und in der Schlacke ein leichtes Brodeln stattfand. Diese ReEiktion kann durch folgende Gleichung dargestellt werden:

(FeO) f [Cl — Fe -i- CO

Der erzeugte Halbstahl strömt kontinuierlich aus *o der Schmelzkammer in die Fris:hkammer, wo er nach und nach mil Sauerstoff :£ii Stahl gefrischt wurde. Der Sauerstoff (O.,) wurde in den langsam fließenden Metallstrom durch viei bis sechs Lanzen eingeblasen, wobei die größere Anzahl der Lanzen verwendet wurde, wenn ein niecriggekohlter Htahl hergestellt werden sollte. Die Lanzen standen etwa in einem Winkel von 60^; zur Horizontalen und waren so in die Löschkammer gerichtet, daß sie einen Gegenstrom der beim Frischen entstandenen 6" Schlacke gegenüber der Schmelze unterstützten.

Die Frischschlacke wurde durch Znaabe eines Gemisches von W"» !eichtgebranntem Kalk und Ii)" ι, Fluorit durch dnc nahe der letzten Sauerstofflanze liegende Hilfslan/e aus alitiertein Stahl erzeugt. ^5 Diese Schlacke -var dort, wo sie entsi-md, praktisch ■ iinern!li'-h·< basisch und besaß somit ein hohes f -rNchv, rr 11«:_—1 ί für Schwefel und Phosphor. Beim Strömen in Gegenrichtung über die Metallschmelze nahm die Schlacke nach und nach diese Elemente und später auch Kieselsäure auf und vereinigte sich schließlich mit der in derselben Richtung wie das Metall fließenden Schlacke und gelangte zusammen mit derselben in die Schlackeabschddekammer. Fs bestand keine Möglichkeit, daß sich Schwefel und Phosphor wieder aus der heißen Schlucke abschieden und in den heißen Stahl zurückkehrten, wie das bei anderen bekannten Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Stahl der Fall ist.

Das Ziel bei den meisten Versuchen bestand darin, am Finde eine Schlacke zu erzeugen, bei der das Verhältnis von CaO I- MgO : SiO₂ -I- Al₂O₃ zwischen 2 und 2,5 lag. jedoch war, wie bereits oben ausgeführt, die Basizität der Schlacke in der Frischzoi'.e aber den größten Teil der Länge derselben vielfach höher und näherte sich dem Wert »unendlich« in Richtung zur Stelle der Kalkzugabe.

Die Eisenverlusle in der Schlacke waren gering. Der Gcsamtgehalt von Fe in der Schlacke, der bisher im Durchschnitt zwischen H) und 12 Gewichtsprozent des hergestellten Stahles liegt, lag bei den Versuchen zwischen 3 und. 7⁰O. Der FeO-Gehi.lt konnte auf sehr geringe Werte gebracht werden, die denen der Schlacke von Hochöfen nahekommen, indem Knochenkohle oder schlecht flüchtige Kohle in die Schlacke am Anfang ihrjs Weges durch die Schlackesammei- und Schlackeabscheidezone eingespritzt ■jder eingegeben wurden. Das durch die Reaktion

(FeO) in der Schlacke + C -> Fe + CO entstandene

ausgefallene Eisen setzte sich auf den geneigten Herdboden der Schlackeabscheidekammer ab und wanderte auf Grund der Schwerkraft aus dei Schlackeabscheidekammer in den in der Frischzonc befindlichen Hauptstrom der Schmelze zurück.

Durch die erläuterte Arbeitsweise konnte in Abhängigkeit von der in die durch die Frischzonc strömende Schmelze eingeblasenen Sauerstoff mengt Stahl mit jedem gewünschten Kohlenstoffgehalt er zeugt werden. Die anderen, als Verunreinigung anzusehenden Elemente wie Schwefel und Phosphoi waren nur in geringen Mengen vorhanden. Eint typische Analyse eines niedriggekohlten Stahles war

C 0,llⁿ .,

Si 0,01%

Mn 0,01 °/Ό

Ti Spuren auch bei Stahl, der

aus Ti-haltigen Palabora-Pellets hergestellt wurde

S 0,012⁰O

P 0,004";'..

Insbesondere niedriggekohlter Stahl benötigte eine Desoxydation und Entgasung in einer besonderen Kammer 23, bevor er vergossen weiden konnte. Im wirtschaftlichen und praktischen Betrieb erreicht man dies durch Zugabe handelsüblicher Desoxydationslegierungen oder beispielsweise durch eine kontinuierliche Vakuumbehandlung.

Claims (8)

Patentansprüche: 10

1. Mehrzonenschmelzverfahren für die kontinuierliche Herstellung von Stahl durch elektro-Ihermische Reduktion von oxydischen Erzen, fcinschmelzen und Frischen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Maßnahmen:

a) kontinuierliches Einbringen von vorerhitzten und vorreduzierten, agglomerierten oder zerkleinerten oxydischen Erzen in die Lichlbogcnschmelzzone (6); ^ao

b) induktives Umrühren der Schmelze in der Lichtbogeiischmelzzone (6);

c) kontinuierliches Weiterleiten der Schmelze aus der I .iehtbogenschmetezone (6) in die Frischzone (14), lh welcher die Schmelze an mehreren nacheinander angeordneten Stellen mit sauerstoffhaltigem Gas gefrischt wird;

d) kontinuierlicher Gegenstrom zwischen Schlacke und Schmelze zur Schluckenabscheidezone (15, 29) und zum davon getrennten Metallabstich (23).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erz mit einer Temperatur zwischen 400 und 1250 C in die Lichtbogenschmelzzone eingegeben wird, um einen Halbstahl mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,5 und 4°/o und mit einem Siliciumgehalt von nicht mehr als 1 "/ο zu erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erz mit einer Temperatur zwischen 850 und 1100" C eingegeben wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Lichtbigcnschmelzzone agglomeriertes vorreduziertes Eisenerz mit einem KohlenstofT-restgehalt von 2.5 bis 6ⁿ/o als Ausgangsmaterial eingegeben wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Schmelzzone befindliche Halbstahl einen Kohlenstoffgehalt zwischen 1,5 und 2,5 °/o und einen Siliciumgehalt zwischen 0,1 und 0,5 %> aufweist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Metalls in der Lichtbogenschmelzzone in Bereich zwischen 1420 bis 15(K)'C gehalten wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei voneinander getrennten Zonen gefrischt wird, wobei Silicium und Schwefel und ein Teil des Phosphors in der ersten Frischzone, in welcher die Schlacke im wesentlichen in derselben Richtung wie der Halbstahl strömt, entfernt werden, während in der /weilen Frischzonc, in der die Schlacke entgegengesetzt zum Metall strömt, d;is Entl.ohlen und das Entfernen von Phosphor überwiegt.

8. Mehr/oncnschmelzofen für die kontinuierliche Herstellung von Stahl mit einer E'.lcktrorcduktionskammcr und ':iner Aufblas-Frischkammer, nach dem Verfahren aus einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, uali zusätzlich eine an sich bekannte Schlackenabscheidekammer (15, 29) mit vom Metallabstich (23) getrenntem Schlackenabstich vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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