DE2316768A1

DE2316768A1 - Verfahren zum frischen von metallen, insbesondere roheisen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2316768A1
Application number: DE2316768A
Authority: DE
Inventors: Udo Dr Ing Putzier; Dietrich Dr Ing Radke; Heinrichotto Dipl Ing Rossner
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1973-04-04
Filing date: 1973-04-04
Publication date: 1974-10-17
Also published as: BR7402644D0; JPS5644124B2; BE813176A; JPS49129617A; FR2224546A1; FR2224546B1; US3955965A; GB1457057A; DE2316768B2; IT1004114B; ZA742094B; AT336656B; ATA257274A

Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG IN ESSEN

Verfahren zum Frischen von Metallen, Insbesondere Roheisen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Frischen von Metallen, insbesondere Roheisen, bei dem durch mindestens eine unterhalb der Badoberfläche des Frischgefäßes angeordnete Düse Sauerstoff und Feinkalk und durch eine oder mehrere jeder Düse zugeordnete weitere Düsen weitere Stoffe zugeführt ■werden und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens·

Es ist bereits bekannt, bei einem derartigen Verfahren zum Frischen von Roheisen Kohlenwasserstoffe, insbesondere Propan, als Kühlgas zum Schutz der Düsen und des Bodens zu verwenden· In einem anderen Verfahren werden flüssige Kohlenwasserstoffe durch Manteldüsen zugesetzt, die den Sauerstoffdüsen zugeordnet sind.

Bei diesen Verfahren wirken die neben Sauerstoff eingeblasenen Kohlenwasserstoffe infolge ihrer thermischen Zersetzung kühlend und dienen zum Schutz der Düsen und des Konverterbodens»

EV IAS/72
AK/Ko

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Diese bekannten Verfahren sind mit dem Nachteil behaftet, daß der größte Teil des Wasserstoffes der gespalteten Kohlenwasserstoffe das Metallbad nahezu unverbrannt passiert _t wodurch sich ein geringes Wärmeeinbringen bezogen auf die zugesetzten Kohlenwasserstoffe ergibtj hinzu kommt auch die endotherm ablaufende Kohlenwasserstoffzersetzung. Weiter nimmt der flüssige Stahl Wasserstoff in sich auf, der durch aufwendige Nachreinigung^ z.B. durch Spülen mit geeigneten Gasen, wieder entfernt werden muß.

Wenn zur Abgasreinigung die Abgase teilweise oder nahezu unverbrannt abgezogen werden sollen, um die Anlagenkosten niedrig ztt halten, ergibt sich für die genannten Verfahren ein weiterer großer Nachteil, der darin besteht, daß der Wasserstoffgehalt im Abgas die Explosionsgefahr im Abgassystem erhöht und deshalb bestimmte Grenzen nicht überschreiten darf· Aus diesem Grunde sind einer Vergrößerung des Kohlen— Wasserstoffmengenstromes;,; z.B. zum Zwecke größeren Schrottdurchsatzes, enge Grenzen gesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile des bekannten Standes der Technik, gegenüber den eingangs genannten Verfahren zu erreichen, daß im metallischen Einbringen das Verhältnis der festen Stoffe zu den flüssigen Stoffen in weitergezogenen. Grenzen variiert werden kann.

Die Erfindung besteht bei einem Verfahren, bei dem durch mindestens eine unterhalb der Badoberfläche des Frischgefäßes angeordnete Düse Sauerstoff und Feinkalk und durch eine oder mehrere jeder Düse augeordnete weitere Düsen weitere Stoffe zugeführt werden darin, daß als weitere Stoffe feste Kohlenstoff träger zugesetzt werden_o ■

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen) daß der Sauerstoffstrahl von staubförmigen Kohlenstoffträgern mantelförmig eingehüllt wird, und daß feinkörniger Kohlenstaub als Kohlenstoffträger mittels Trägergas eingelassen wird. Als Trägergas kommen die meisten Inertgase in Frage. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, Kohlenmonoxid zu verwenden und dieses aus den Frischprozeß selbst zu gewinnen. Bei Einsatz eines abgedichteten Abgassystems kann das benötigte Kohlenmonoxid im Kreislauf geführt werden. Hierzu wird hinter der Entstaubungsanlage ein kleiner Teil des bis zu 98 % CO enthaltenden Abgases abgezweigt.

Bin weiterer Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß das Trägergas nicht zum Kühlen der Düsen bzw. des Gefäßbodens benötigt wird und deshalb nur soviel Trägergas eingesetzt zu werden braucht, wie zum Transport der feinkörnigen Kohlenstoffträger unbedingt notwendig ist. Es ist vorteilhaft, pro kg Feststoff 3 bis 20 1 Trägergas einzublasen, vorzugsweise 4-12 l/kg. Als Kohlenstoffträger kommen insbesondere diejenigen in Frage, die gegenüber Sauerstoff besonders reaktiv sind. Die Korngröße des Kohlenstoffträgers soll möglichst gering sein, vorzugsweise kleiner als 200 Aim.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auch ein besserer Schutz der Düsen und des Konverterbodens vor chemische· und thermischem Verschleiß erreicht.

Ein weiterer Schutz gegen örtliche Überhitzung und einen damit verbundenen Verschleiß der Düsen und der Zustellung des Frischgefäßes wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch bew-irkt, daß dem

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Sauerstoff und/oder dem Trägergas Feinerz zugesetzt wird. Durch den Zusatz von Feinerz wird außerdem die Verdampfung von Metall, was bei Eisen zur unerwünschten Entwicklung von braunem Rauch und Eisenstaubverlusten führt, verringert. Das Verhältnis des zugesetzten Feinerz zum zugesetzten Kohlenstoffträger wird zweckmäßig so eingestellt, daß sich ein Wert kleiner als 5 ergibt. Die genaue Einstellung des Verhältniswertes unterhalb der Grenze richtet sich nach der zugeführten Erzmenge und den Abmessungen der verwendeten Düse.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei den bekannten Sauerstoffblasverfahren angewendet werden, indem der zum Frischen notwendige Sauerstoff teilweise über die Sauerstoffblaslanze auf das Metallbad aufgeblasen wird. Dabei beträgt die Sauerstoffmenge, die unterhalb des Bades eingeblasen wird,

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etwa zwischen 0,7 bis 1,3 Nm , vorzugsweise etwa 1 jeweils pro kg zugeführten Kohlenstoffs.

Das Verfahren nach der Erfindung eröffnet eine Reihe von Möglichkeiten einfacher Steuerung und Kgelung des metallurgischen Prozeßablaufes· So ist es von besonderem Vorteil, daß man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren den Verlauf der Badetemperatur während des Frischens regeln kann,' indem man die Mengenströme des Sauerstoffs, des Feinkalks, des Kohlenstoffträgers und des Feinerzes in ihren Verhältnissen zueinander während des Frischens entsprechend variiert. In gleicher Weise wie die Regelung des Temperaturverlaufs kann auch eine Regelung des Verlaufs der Schlackenzusammensetzung durchgeführt werden.

Zu den mit der Regelung verbundenen Vqrteilen zählt auch die Möglichkeit einer einfachen Korrektur der

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Badtemperatur bei Blasende. Im Falle einer zu niedrigen Badtemperatur wird mit hohem Kohlenstoffträgerstrom kurzzeitig nachgeblasen, wobei im Gegensatz zu den bekannten Verfahren die Temperatur schnell erhöht wird, ohne daß zusätzliche Eisenverluste durch Verschlackung in Kauf genommen werden müssen· Bei su hoher Temperatur des Metallbades am Ende des Frischens hat die erfindungsgemäße Zuführung von Feinerz unterhalb des Metallbadspiegels gegenüber den bekannten Verfahren den Vorteil, daß sich dieses Kühlmittel stets vollkommen im Metall auflöst, wodurch eine bessere Temperaturtreffsicherheit erreicht wird.

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens besteht vor allem darin, daß durch einfache Erhöhung des Mengenstromes des billigen Kohlenstoffträgers infolge des damit verbundenen Wärmegewinnes das Schrotteinbringen pro t Metall erheblich gesteigert werden kann. Das gleiche gilt selbstverständlich für andere Kühlmittel wie Eisenerz oder Eisenschwamm· Aus diesem Grunde ist das Verfahren bezüglich der Einsatzstoffe außerordentlich flexibel, und die Zusammensetzung des metallischen Einsatzes kann den jeweils günstigsten Verhältnissen der Rohstoffpreise angepaßt werden.

Der Wärmegewinn ergibt sich aus der Differenz der Reaktionswärme, die bei der Verbrennung von C zu CO entsteht und dem Abtransport von Wärme im Abgas, wie folgende Überschlagsrechnung zeigt!

- Reaktionswärme bei der Verbrennung

von C zu CO 2469 Kcal/Kg C

- Wärme in 1,865 Nm^ CO bei l600 °C,

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die bei der Verbrennung von 1 kg C entstehen, zusätzlich etwa
15 1 pro kg C Transportgas

1060 Kcal/kg C

Wärmegewinn im Bad l4O9 Kcal/kg C

Daraus ergibt sich, daß bei einem Wärmeinhalt von 330 Kcal/kg Schrott bei einer Temperatur von I6OO °C durch Zusatz von 1 kg C etwa 4,3 kg Schrott zusätzlich eingeschmolzen werden können« Das reale Wärmeeinbringen pro kg C ist sogar noch etwas höher anzusetzen, da in Wirklichkeit die Badtemperatur im Frischverlauf von etwa 1200°C auf über I6OO °C steigt. Die abgeführte Wärme liegt also zunächst nur im Bereich um 720 Kcal/kg C und steigt erst im Verlauf des Frischens auf die in die Rechnung eingesetzten I060 Kcal/kg C an. In diesem Beispiel wurde der Berechnung reiner Kohlenstoff zugrunde gelegt, der in der Praxis kaum verwendet wird« Für den Einzelfall muß der Wärmegewinn entsprechend dem C-Gehalt und den wärmeverbrauchenden Gangartanteilen reduziert werden. Die Rechnung zeigt ferner, daß es wärmetechnisch günstig ist, über einen möglichst großen Teil des Blasevorganges im niedrigen Temperaturbereich zu arbeiten, was durch die erfindungsgemäßen Möglichkeiten zur Temperaturführung erleichtert wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Möglichkeit, an Stelle von Eisenerz andere Erze einzublasen, die Legierungsmittel enthalten, und so teure Ferrolegierungen einzusparen.

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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung können die bekannten Frischgefäße verwendet werden, wobei das Einblasen des Sauerstoffs und des feinkörnigen Kohlenstoffträgers zweckmäßig vorzugsweise vom tiefsten Punkt (Boden) des Frischgefäßes aus erfolgt.

Die Anzahl der Düsen richtet sich nach der Größe des Frischgefäßes« Dabei ist es vorteilhaft, durch wenige Düsen einen hohen Sauerstoffstrom einzublasen, wobei der gleichzeitig zugeführte Strom von feinkörnigem Kohlenstoffträger nach den gewünschten Bedingungen eingestellt wird.

Das Verfahren ist außer für die Herstellung von Stahl aus Roheisen auch für andere oxidierende Raffinationsprozesse, insbesondere solche für die Erzeugung von Kupfer, Nickel und Ferronickel geeignet, bei denen eine oxidische Schlacke bei der Zufuhr von Sauerstoff entsteht} denn auch hier wirkt der den Sauerstoffstrahl umhüllende Kohlenstoffträgerstrom als Schutz gegen chemischen und thermischen Angriff auf die Zustellung.

Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens zeigt, näher erläutert.

Ein kippbares Frischgefäß 1 ist über eine an seiner Mündung dichtend anliegende Absaughaube 2 mit einer Entstaubungsanlage 3 verbundene Das Frischgefäß weist an seiner Unterseite eine Mehrmanteldüse k auf, der durch die Leitung 5 hochkonzentriertes CO-

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Gas zusammen mit Kohlenstaub und ggfs. Feinerz und durch die an einem Druckbehälter 9 angeschlossene Leitung 6 Sauerstoff als Frischgas ggfs. zusammen mit staubförmigen Kalk zugeführt werden. An die Leitung 5 sind Austragsvorrichtungen 7'und 8· eines Kohlenstaubbehälters 7 und eines Feinerz-Behälters 8 angeschlossen. In gleicher Weise münden in die mit einem Sauerstoff-Druckbehälter 9 verbundene Leitung 6 die Austragsvorrichtungen 10* und 11' eins Kalk-Behälters 10 und eines weiteren Feinerz-Behälters 11.

Zum Chargieren des flüssigen Roheisens wird das Frischgefäß 1 durch leichtes Kippen in die Ghargierstellung gebracht. Nach dem Chargieren werden beim Aufrichten des Firschgefäßes 1 in den Leitungen 5 und 6 angeordnete Sch—nellschlußventile und 13 und gleichzeitig die Austragsvorrichtung 7* geöffnet. Es strömen nun definierte Mengen an Sauerstoff- sowie Kohlenstaub im CO-Gasstrom in das im Frischgefäß befindliche Roheisen ein. Durch das Offnen der Austragsvorrichtungen 10', 8' oder 11V werden bei Bedarf zusätzlich jeweils die gewünschten Mengen an Kalk und Erz in die Roheisenschmelze eingeleitet. .

Die Behälter 7 und 8 können über eine Leitung 17 mit Trägergas und die Behälter 10 und 11 über eine Leitung 18 mit Frischgas jeweils ergänzend aufgefüllt werden.

Das beim Frischen im Frischgefäß 1 entstehende Abgas wird mittels eines Saugzuggebläses Ik in die

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Kühl— und Entstaubungsanlage 3 gesaugt und dort gekühlt und gereinigt. Mit dem ersten Abgas zu Beginn des Frischens wird zunächst die Abgasleitung 15 gespült, bis sie frei von Luft ist. Danach durchströmt die Abgasleitung 15 ein hochkonzentriertes CO-Gas. Ein kleiner Teil dieses bis zu 98 % CO enthaltenden Abgases "wird je nach Bedarf zum Nachfüllen eines Druckspeichers l6 in die Leitung 5 abgezweigt ₉ so daß stets genügend CO-Gas als Fördergas für den Kohlenstaub im Behälter 7 und das Feinerz im Behälter 8 zur Verfügung steht»

Nach erfolgtem Frischen und ausreichender Entfernung der Frischlacke wird der gewünschte Kohlenstoffgehalt der Schmelze eingestellt, indem Kohlenstaub im CO-Strom bei verminderter Sauerstoffzufuhr durch das Bad geblasen wird. Zur Kontrolle einer genauen Einstellung können Messungen des Sauerstoffpotentials herangezogen werden.

Zum Schütze der Düsen und der Verbindungen zu den Leitungen 5 und 6 dient eine mit Alarminstrumenten 19 und 2O verbundene Steuer- und Verriegeleinrichtung 21 Die Einrichtung 21 gibt Befehle an die Schnellschluß-

ventile 12 und 13 sowie an weitere Schnellschlußin

ventile 22 und 23» die in/die Leitungen 5 und 6 einmündende Inertgasleitungen 2k und 25 eingebaut sind. Die Leitungen 2.h und 25 sind an einem Inertgas—Druckbehälter 26 angeschlossen.

Den Alarminstrumenten ist jeweils eine obere und eine untere zusätzliche Grenze eines Druck-Meßwertes vorgegeben. Wird einer der Grenzwerte der Düsen oder der angeschlossenen Zuleitungen über- oder unterschritten, so wird durch das betreffende

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Alarminstrument 19 oder 20 die Einrichtung 21 ' angesprochen, wodurch sich automatisch die Schnellschlußventile 12 und 13 öffnen und sofort danach die Schnellschlußventile schließen. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei Verstopfungen oder Lecksteilen in der Düse oder den Zuleitungen diese sofort von Inertgas, das unter höherem Druck steht als der Sauerstoff, durchströmt werden und damit sowohl Explosionen als auch Zerstörungen der Düsen

werden
vermieden/ Bei Verwendung mehrerer mit mehreren Offnungen versehenen Düsen ist es mit Hilfe der Sicherheitseinrichtung möglich, die Schmelze trotz der Störung zu Ende zu frischen.

Im Falle, daß neben oder anstelle der Druckwerte von den Alarminstrumenten die Strömungswerte überwacht werden, kommen dafür Durchflußmenge, —geschwindigkeit sowie -richtung infrage.

Ansprüche«

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Claims

931R768 Pat ent ansprüch e·

1. Verfahren zum Frischen von Metallen, insbesondere Roheisen, bei dem durch mindestens eine unterhalb der Badoberfläche des Frischgefäßes angeordnete Düse Sauerstoff und Feinkalk und durch eine oder mehrere jeder Düse zugeordnete weitere Düsen weitere Stoffe zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Stoffe feste Kohlenstoffträger zugesetzt werden.

2. Verfahren anch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffstrahl von staubfÖrmigen Kohlenstoff trägern manteiförmig eingehüllt wird·

3» Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß feinkörniger Kohlenstaub als Kohlenstoffträger mittels Trägergas eingeblasen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß 3 bis 20 1 Trägergas/kg Kohlenstaub eingeblasen wird.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß 4 bis 12 l/Trägergas/kg Kohlenstaub eingeblasen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3» 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß dem Sauerstoff und/oder dem Trägergas bei Bedarf Feinerz zugesetzt wird.

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7· ^Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des zugesetzten Kohlenstoffträgers zum zugesetzten Feinerz so eingestellt wird, daß sich ein Wert kleiner als 5 ergibt·

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 his 7» dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Kohlenmonoxid verwendet wird·

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Abgas des Frischprozesses gewonnenes Kohlenmonoxid eingesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Badtemperatur die Mengenströme des Kohlenstoffträgers und des Sauerstoffs in gegenseitiger Abhängigkeit geändert werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Frischprozesses der Mengenstrom des Kohlenstoffträgers entsprechend dem gewünschten Kohlenstoffgehalt des Metallbades geändert wird.

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12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 his 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine hinter der Entstaubungsanlage (3) abgezweigte mit einem Druckspeicher (l6) versehene Trägergas-Leitung (5) und eine an einem Druckbehälter (9) angeschlossene Frischgas-Leitung (6) zusaamen in mindestens eine mit mehreren Offnungen versehene Düse (4) einmünden, wobei ^weils mit der Trägergas-Leitung (5) ein Kohlenstoffträger-Behälter (7) und ggf. ein Peinerz-Behälter (8) und mit der Frischgas-Leitung (6) ein Feinkalk-Behälter (lO) und ggf· ein weiterer Feinerz-Behälter (li) über je eine Austragsvorrichtung (7% 8% 10·, 11*) verbunden sind·

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