DE2522467A1

DE2522467A1 - Verfahren und vorrichtung zur verhinderung von ansaetzen im muendungsbereich eines metallurgischen schmelzgefaesses

Info

Publication number: DE2522467A1
Application number: DE19752522467
Authority: DE
Inventors: Karl Brotzmann; Franklin Edward Rote
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1974-05-22
Filing date: 1975-05-21
Publication date: 1975-12-04
Also published as: FR2272179A1; JPS565810B2; SE7505789L; FR2272179B1; JPS50160105A; GB1503354A; IT1032946B; HU171845B; BR7503176A; US3960546A; IN143070B

Description

PA""ΞΙNTANWΛLTE A. GRÜNECKER

DiTL-ING

H. KINKELDEY

— DRING

W. STOCKMAIR K. SCHUMANN

DFl BCR NAT. DW⁵L-FMYS

P. H. JAKOB

on. ing.

G. BE2OLD

MÜNCHEN

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

P 9260-

USS ENGINEERS AUD CONSULTANTS, INC 600 Grant Street, Pittsburgh, Pennsylvania / U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Verhinderung von Ansätzen im Mündungsbereich eines metallurgischen Schmelzgefäßes

Ein noch relativ junges Verfahren zur Stahlerzeugung, nämlich die Stahlerzeugung im bodenblasenden Sauerstoffkonverter oder -tiegel, welches in Deutschland entwickelt worden ist, beginnt nunmehr, auch in den Vereinigten Staaten von Amerika beträchtliche Aufmerksamkeit zu erregen. Dieses neue Verfahren besitzt beachtliche Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Siemens-Martin-Verfahren, d.h. gegenüber der Stahlerzeugung im Herdofen mit offener Brust, und selbst gegenüber dem noch jüngeren basischen Sauerstoffverfahren, bei welchem von oben geblasen wird (BOP-Verfahren)," welches gegenwärtig zahlreiche SM-Ofenanlagen ersetzt. Wie auch das herkömmlichere BOP-Verfahren (top-blown basic oxygen process) ,stellt das neue bodenblasende Sauerstoffverfahren

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ein basisches Verfahren dar, welches zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem Schmelzbad in Kombination das Einblasen von Sauerstoff sowie eine kalkhaltige Schlacke verwendet. Im Gegensatz zum BOP-Verfahren wird beim bodenblasenden Sauerstoffverfahren jedoch der Sauerstoff durch Blasformen eingeblasen, welche sich durch die feuerfeste Auskleidung des Schmelzgefäßes unterhalb der Oberfläche des Schmelzbades erstrecken. Jede. Sauerstoffblasform schneidet im wesentlichen bündig mit der Oberfläche der feuerfesten Auskleidung des Schmelzgefäßes ab und ist von einer größeren konzentrischen Blasform für das gleichzeitige Einblasen eines schützenden Umhüllungsmediums, wie Erdgas, Propan oder anderer gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoffe oder wenigstens eines derartige Kohlenwasserstoffe enthaltenden Mediums umgeben. Das kohlenwasserstoffhaltige Umhüllungsmedium wirkt teilweise als Abschirmung zwischen dem Sauerstoff oder dem schmelzflüssigen Metall beim anfänglichen Eintreten in das Schmelzbad, wodurch zeitweilig Oxydationsvorgänge mit dem Ziel verzögert werden, eine rasche Erosion . der Blasformen und der angrenzenden Bereiche der feuerfesten Auskleidung zu verhindern. Außerdem wirkt das Umhüllungsmedium als ein Super-Kühlmittel, welches sich bei Kontakt mit dem heißen, schmelzflüssigen Metall endotherm dissoziiert, wodurch ein rascher Temperaturanstieg vermieden wird, der andernfalls durch die Oxydationsvorgänge herbeigeführt werden würde.

Sowohl dem BOP-Verfahren als auch dem bodenblasenden Sauerstoffverfahren ist ein gemeinsamer Hachteil zu eigen, der darin zu sehen ist, daß Ansätze im Mündungsbereich (noseskulls) gebildet werden, bei welchen es sich um Ansammlungen von Feststoffen, wie Metall und Schlacke handelt, die im Schnauzen- oder Müniungsbereich des Schmelzgefäßes entstehen und welche gegebenenfalls die Gefäßöffnung verengen und einen zufriedenstellenden Betrieb des Schmelzgefäßes be-

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einträchtigen. Wenngleich eine Vielzahl mechanischer Vorrichtungen zum Entfernen derartiger Ansätze an BOP-Schmelzgefäßen entwickelt worden ist, sind diese doch nicht für
Schmelzgefäße für das bodenblasende Sauerstoffverfahren
geeignet, da die beiden Ansätze oder Bären ihrer Natur
nach ganz unterschiedlich sind. Während die im BOP-Schmelzgefäß auftretenden Ansätze oder Bären typischerweise in
erster Linie aus Schlacke bestehen und demzufolge mühelos und leicht vom Schmelzgefäß weggebrochen werden können, bestehen die an Schmelzgefäßen für das bodenblasende Sauerstoffverfahren auftretenden Ansätze oder Bären in erster
Linie aus metallischen Stoffen, was ihre Entfernung sehr
erschwert.-Zur Entfernung dieser Mündungsansätze wird der 'Ofenbetrieb unterbrochen und werden die Ansätze mit Hilfe von Schweißbrennern in kleinere Stücke zerlegt, welche gewöhnlich als Schrott wieder eingesetzt werden. Da die an
bodenblasenden SauerstofftiegeIn oder -konvertern ausgebildeten Ansätze in erster Linie metallischer Natur sind und sich ziemlich rasch bilden, verringern dieselben in meßbarer Weise das metallische Ausbringen. Außerdem führt die Entfernung der Ansätze häufig zu Schäden an der feuerfesten
Auskleidung, welche vor der Wie deraufnähme des Ofenbetriebes wieder auszubessern sind.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Verfahren zum Verhindern der Ausbildung oder zum Entfernen von Mündungsansätzen an aufrechtstehenden Schmelzgefäßen für die Stahlherstellung zu schaffen, wobei an Schmelzgefäße wie BOP-Schmelzgefäße und insbesondere Schmelzgefäße für das bodenblasende Sauerstoffverfahren gedacht ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Verhinderung der Ausbildung von oder zur Entfernung von Kündungsansätzen an aufrechtstehenden Gefäßen für die Stahlerzeugung zu schaffen.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellungsweise eine Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Schnitt durch einen typischen bodenblasenden Sauerstoffkonverter oder -tiegel, der zwei Mündungs-Blasformen besitzt, dargestellt ist,

Fig. 2 in schematischer Darstellungsweise einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung, und

Fig. 3 einen Schnitt, wie in Fig. 2, mit dem Unterschied, daß die Blasformen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung winkelmäßig leicht gegenüber der Achse des Schmelzgefäßes versetzt angeordnet sind.

Wie in der Zeichnung dargestellt, umfaßt ein typisches bodenblasendes Sauerstoff-Schmelzgefäß einen metallischen Mantel mit einer an der Innenseite desselben ausgebildeten feuerfesten Auskleidung 12, einer Mündung oder Öffnung 14 an der Spitze des Gefäßes und einem feuerfesten Bodenstopfen 16 an der Gefäßbasis. Das Schmelzgefäß zerfällt in drei Hauptabschnitte, nämlich den Bodenabschnitt A, den üDrommelabschnitt B und den Mündungsbereich C. Das gesamte Gefäß ist um die Achse von teilweise dargestellten Lagerzapfen 18 kippbar. Im Bodenstopfen 16 ist wenigstens eine Blasform 20 vorgesehen, welche sich nach oben gerichtet durch denselben hindurch erstreckt und aus einem Zentralrohr 22 für den Durchtritt von Sauerstoff und aus einem konzentrischen Rohr 24 fib? den Durchtritt des Umhüllungsmediums besteht. Manche bodenblasende Sauerstofftiegel oder-Konverter für die Stahlherstellung sind auch mit einer oder mehreren seitlichen Blasformen 26 versehen, welche in erster Linie dazu bestimmt sind, der Ofenatmosphäre Sauerstoff unmittelbar oberhalb de?

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Schlackenoberfläche zuzuführen, um Kohlenmonoxidabgas
zwecks höherer Wärineausbeute zu oxydieren.

Im Betrieb wird durch den in das schmelzfluss ige Metall eingeblasenen Sauerstoff das Metall unter Oxydation der
darin enthaltenen Verunreinigungen zu Stahl gefrischt.
Hinsichtlich einer detaillierteren Beschreibung der Arbeitsweise des bodenblasenden Sauerstoffverfahrens sei auf die US-PS 3 706 549 verwiesen. Da die Blasform oder die Blasformen 20 unterhalb der Oberfläche des Metalls 30 angeordnet sind, fuhrt das Einblasen zu einer beträchtlichen Turbulenz im Metall 30, was ein beachtliches Verspritzen zur Folge hat., wodurch geschmolzene Metall- und Schlackenteilchen
nach oben in den kälteren Mündungsabschnitt C des Gefäßes geschleudert werden. Diese Teilchen kommen mit der feuerfesten Auskleidung 12 im Mündungsabschnitt C in Berührung und erstarren dort normalerweise unter Aggregierung zu
Mündungsansätzen beachtlicher Größe schon nach wenigen
Chargen. Mit Hilfe der gestrichelten Linien 32 ist der Umriß eines typischen Mündungsansatzes veranschaulicht. Wie bereits erwähnt, bestehen diese Mündungsansätze in erster Linie aus metallischen Stoffen, wodurch das metallische Ausbringen bei jeder Charge herabgesetzt wird. Von weit größerer .Bedeutung ist jedoch der Umstand, daß derartige Mündungsansätze oder Mündungsbären einem wirksamen Betrieb des
Schmelzgefäßes entgegenstehen, da die Größe der Mündung herabgesetzt wird, was die Chargierungsvorgänge erschwert und häufig zu störenden Kollisionen mit den dicht oberhalb des Schmelzgefäßes angeordneten Abgashauben od.dgl. führt. Dieser im wesentlichen aus metallischen Bestandteilen bestehende Mündungsbär ist, wie bereits erwähnt, ziemlich
schwierig zu entfernen.

Der springende Punkt vorliegender Erfindung ist darin zu sehen, daß eine Einblaseinrichtung, wie die Blasformen 40

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zum Einblasen von Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltig^ ν G-ases in den Mündungsbereich. C des Schmelzgefäßes vorgesehen ist. Dadurch werden entweder die bereits vorhandenen brennbaren Gase, wie aus dem darunterliegenden' Schmelzbad entweichendes Kohlenmonoxid, oder ein eingeblasener Brennstoff, wie Erdgas, Propan oder öl oxydiert·. Wenngleich die Einrichtung zum Einblasen von Sauerstoff jegliche geeignete Gestalt besitzen kann, wie beispielsweise diejenige einer einfachen, in die Gefäßmündung 14 eingeführten Lanze, werden bevorzugterweise zwei oder wenigstens eine Mündungsblasform 40 verwendet, die, wie in der Zeichnung dargestellt, im Mündungsbereich C durch das Schmelzgefäß hindurchgeführt sind. Wenngleich eine derartige Blasform ausreichend und wirksam sein mag, .werden zwei Blasformen 40 wegen der gleichförmigeren Wärmeverteilung bevorzugt, die einander diametral gegenüberliegend oberhalb der Lagerzapfen 18 des Schmelzgefäßes in der dargestellten Weise angeordnet sind. Obgleich auch mit mehr als zwei derartigen Blasformen erfolgreich gearbeitet werden könnte, ist dieses für einen optimalen Betrieb nicht erforderlich und kann sich sogar als nachteilig herausstellen, da mehr als zwei Blasformen 40 sich störend beim Chargieren oder Abgießen des Gefäßes bemerkbar machen könnten. Die Verwendung von zwei Blasformen 40, wobei jeweils eine ober-, halb der Lagerzapfen 18 des Schmelzgefäßes angeordnet ist, wird in der Weise bevorzugt, daß die Blasformen 40 nicht in das schmelzflüssige warme Metall eintauchen, wenn das Schmelzgefäß zum Chargieren, zur Probenahme oder zum Abgießen nach unten gekippt wird. Wenngleich die Blasformen 40 nicht imstande sind, eine Turbulenz und das Verspritzen von Metallteilchen zu verhindern, dienen die Blasformen 40 dazu, im Mündungsbereich C des Schmelzgefäßes eine höhere Temperatur mit der Wirkung aufrechtzuerhalten, daß gegen die feuerfest ausgekleideten Wandungen geschleuderte Metall- und Schlackenteilchen nicht an diesen Wandungen erstarren, sondern zurück in das darunterliegende Schmelzbad fallen.

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Die Blasformen 40 können verschiedene unterschiedliche Formen oder Gestalten besitzen. Wie der Zeichnung zu entnehmen, besitzt die bevorzugte Ausführungsform der Blasformen A-O eine Doppelrohrkonstruktion wie auch, die Blasformen 20, wobei Sauerstoff, Luft, oder ein sauerstoffhaltiges Gas durch das Zentralrohr 42 und ein brennbares Kühlmittel, wie Erdgas, Propan oder öl durch, das konzentrische Rohr 44 eingeblasen werden. Das derart eingeblasene brennbare Kühlmittel dient zunächst als örtliches Kühlmittel, welches bei seinem Austreten aus den Blasformen 40 endotherm dissoziiert, um so die Spitzen der Blasformen vor einer Überhitzung zu bewahren, was die Lebensdauer der Blasformen beträchtlich verlängert. Nachfolgend dient das brennbare Kühlmittel oder dienen weit mehr die Dissoziationsprodukte desselben, die in erster Linie aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestehen, als Brennstoff, welcher oxydiert wird, um die zur Verhinderung von Mündungsbären erforderliche Wärme zu liefern.

Alternativ können einfacher ausgebildete Blasformen 40 für manche Betriebsbedingungen verwendetvBrden, die im wesentlichen aus nicht-dargestellten Einfach-Rohren bestehen, durch, welche lediglich Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gas eingeblasen wird. Das heißt mit anderen Worten, daß es in den meisten Fällen nicht erforderlich ist, ein brennbares Medium einzublasen, da das aus dem schmelzflüssigen Metall entweichende Abgas üblicherweise, beträchtliche Mengen an Kohlenmonoxid enthält, welches im Mündungsbereich C bei Anwesenheit des eingedüsten Sauerstoffs zu Kohlendioxid, verbrennt. Zum Erzielen der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es demzufolge lediglich unumgänglich, ein sauerstoffhaltiges Gas in den Mündungsbereich C des Schmelzgefäßes einzublasen, um in diesem Bereich das Kohlenmonoxid der Abgase zu verbrennen, um so die feuerfeste Auskleidung 12 im·Mündungsbereich C derart ausreichend zu erwärmen, daß

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Metall- und Schlackentelichen nicht an der Ofenauskleidung erstarren können. Dieser Ausführungsform ist jedoch der Nachteil zu eigen, daß an der Blasformspitze eine große Wärmemenge konzentriert wird, welche zu einer beträchtlichen Verringerung der Blasformlebensdauer führt.

Wenngleich eine Einfachrohr-Blasform oder -lanze zum Zwecke der Erfindung verwendet werden kann, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, Blasformen zu verwenden, die aus einem Zweifach-Rohr hergestellt sind. Bei diesen Zweifach-Rohr-Blasformen kann das verbrennbare Kühlmittel zur Kühlung der Blasformspitze verwendet werden und können größere Wärmezufuhren durch Oxydation der Dissoziationsprodukte des Kühlmittels erzielt werden. Die Zweifachrohr-Bauart ist insbesondere für solche bodenblasende Stahlwerksöfen vorteilhaft, welche mit seitlichen Blasformen 26, wie in Fig.1 gezeigt, versehen sind, mit Hilfe welcher seitlichen Blasformen beachtliche Mengen Kohlenmonoxid im Tronmelbereich B des Schmelzgefäßes verbrannt werden können. Außerdem gestattet die Verwendung von durch Blasformen 40 eingedüsten Brennstoffen eine Wärmezufuhr zum Mündungsbereich C des Schmelzgefäßes, während Zeitabschnitten, in welchen kein Kohlenmonoxidgas vorhanden ist, d.h. während Zeitabschnitten, in welchen das Schmelzgefäß zwischen zwei Chargen leer ist oder wenn Argon oder Stickstoff durch die Blasformen 20 eingeblasen werden. Zur Erläuterung des letzteren sei erwähnt, daß es durchaus üblich ist, gasförmigen Stickstoff während des Chargierens durch die Bodenblasformen 20 einzublasen, um so die Blasformen 20 vor einem Verstopfen zu schützen. Die Fähigkeit, eine konstante Wärmezufuhr zum Mündungsbereich C des Schmelzgefäßes zu ermöglichen, ist jedoch.nicht von entscheidender Bedeutung, da die Blasformen 40 gegebenenfalls auch nur zeitweilig betätigt werden können. Das heißt .mit anderen Worten, daß es sich herausgestellt hat, daß die Blasformen 40 über längere Zeiträume selbst bis zu einea Zeitpunkt unbetätigt bleiben können, bis zu welchem sicli be-

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achtliche Mündungsbären ausbilden konnten, da mit Hilfe einer nachfolgenden Inbetriebnahme der Blasformen 40 jegliche Mündungsbären abgebrannt werden können.

Vorstehend wurde bereits erwähnt, daß die beiden Blasformen 40 vorzugsweise einander diametral gegenüberliegend und die Gefäßwandungen durchsetzend im Mündungsbereich C direkt oberhalb eines jeden Lagerzapfens 18 angeordnet sind. Die genaue Anordnung der Blasformen 40 im Mündungsbereich C ist nicht von ausschlaggebender Bedeutung, wenngleich eine Anordnung oberhalb der Lagerzapfen 18 derart bevorzugt ist, daß die Blasformen 40 beim Kippen des Schmelzgefäßes nicht in das schmelzflüssige Metall eintauchen. Zusätzlich wird eine Anordnung relativ weit unten im Mündungsbereich G des Schmelzgefäßes, dicht beim Trommelabschnitt B bevorzugt, da sich die entweichenden Gase nach oben bewegen. Ist es aus konstruktiven Gründen unumgänglich, die Blasformen 40 relativ weit oben im Mündungsbereich C anzuordnen, so ist es ratsam, den Blasformen eine nach unten gerichtete Winkelstellung zu geben, damit die von den Blasformen erzeugte Wärme nicht oberhalb des Schmelzgefäßes konzentriert wird. Bei besonders großen Schmelzgefäßen, können einander diametral gegenüberliegende Blasformen 40, welche in Richtung auf die Gefäßachse blasen, wie in Fig. 2 dargestellt, zu

• einem unzureichenden Erwärmen der feuerfesten Wandungen im Mündungsbereich 90° rings um das Gefäß zwischen den Blasformen 40 führen. Dieser Nachteil läßt sich durch Anordnung von zwei Blasformen unter einem leichten Winkel gegenüber dem Schmelzgefäßradius vermeiden, wie in Fig. 3 dargestellt. Durch eine derartige Anordnung der Blasformen wird eine kreisförmige Gasbewegung verursacht, mit deren Hilfe die am weitesten von den Blasformen entfernten feuerfesten

. Wandungsabschnitte besser erwärmt werden können'.

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,. Im Betrieb wird Sauerstoff in einer vorbestimmten Durchfluß-menge in Abhängigkeit von der angestrebten Wärmezufuhr und der Menge an für die Verbrennung zur Verfügung stehenden oxydierbaren Gasen durch das Rohr 42 in die Blasform 40 eingeblasen. Gleichzeitig wird das brennbare Kühlmittel durch das Rohr 44 der Blasform' 40 in einer vorbestimmten Durchflußmenge eingeblasen, die von dem jeweiligen Kühlgas abhängt. Wird Erdgas als Kühlmittel verwendet, so belauft sich die bevorzugte Durchflußmenge desselben auf etwa sieben bis etwa 12% der bei Sauerstoff benutzten Durchflußmenge. Erdgasmengen von weniger als etwa 7% führen normalerweise nicht zu einer Kühlwirkung, welche einen übermäßigen Blasformenabbrand verhindern kann, während Durchflußmengen von mehr als etwa 12% zu einer zu starken Kühlung der Blasformspitze führen können, welches zu einem Verstopfen der Blasform durch dagegengeschleudertes Metall und dagegengeschleuderte Schlacke zur Folge haben kann. Es sei unterstrichen, daß das Verhältnis von Sauerstoff zu Erdgas im

■ wesentlichen den Gasen und den Verhältnissen entspricht, in welchen diese üblicherweise durch die Bodenblasformen eines bodenblasenden Stahlwerksofens geblasen werden. Wird ein bodenblasender Sauerstoffkonverter oder -tiegel verwendet, so können demzufolge die Mündungsblasformen nach der Erfindung direkt durch das System gespeist werden, welches die Bodenblasformen speist und ganz gleich, welche Gase benutzt und in welchen Verhältnissen diese Gase durch die Bodenblasformen eingeführt werden, können die Gase in der gleichen Weise durch die Mündungsblasformen eingeblasen werden.

Wie bereits erwähnt, braucht es nicht erforderlich zu sein, die Blasformen 40 stets zu betätigen, da die Blasformen zur Entfernung von Ansätzen im Mündungsbereich auch intermittierend in Betrieb genommen werden können. Es ist jedoch rat-,sam, während des Frischvorganges etwas Gas durch die Blas-• formen hindurchströmen zu lassen, um dieselben auf diese ' Weise offen zu halten. Andererseits kann es auch empfehlens-

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wert sein, ein vollständiges V/egbrennen der Mündungsbären zu vermeiden, da eine geringe Menge an Ansätzen im Mündungsbereich, zum Schütze der darunterliegenden feuerfesten Auskleidung durchaus vorteilhaft sein kann. Demzufolge ist ein intermittierender Betrieb der Blasformen 4-0 mit wenigstens einer geringeren als der maximalen Wärmezufuhr erforderlichenfalls notwendig, damit eine kleine Menge an Mündungsansätzen im Mündungsbereich C des Schmelzgefäßes verbleibt.

Im Hinblick auf die vorstehenden Erwägungen ist es klar, daß eine beträchtliche Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten für die Blasformen 40 besteht, da es allein entscheidend ist, dem Mündungsbereich G des Schmelzgefäßes ausreichend Wärme zuzuführen, um entweder die Ausbildung eines großen Mündungsbaren zu verhindern oder von Zeit zu Zeit angesammelte Mündungsansätze wegzubrennen. In jedem Fall kann die erforderliche Wärme durch Verbrennen von entweder im schmelzflüssigen Metall 30 gebildeten Kohlenmonoxid oder durch Verbrennen eines durch die Blasformen 40 eingedüsten brennbaren Stoffes oder auch auf beiderlei V/eise zugeführt werden. Zusätzlich kann auch die Anwendung von seitlichen Blasformen, wie den Blasformen 26, zum Verbrennen eines Teiles des Kohlenmonoxids im Trommelbereich B des Schmelzgefäßes benutzt werden, beispielsweise um das Schrotteinschmelzen zu unterstützen, wobei dann der andere Teil des Kohlenmonoxids . im Mündungsbereich C mit Hilfe von durch Blasformen 40 ein— gedüstem Sauerstoff verbrannt wird. Es ist auch möglich, mit Hilfe der Blasformen 26 das Kohlenmonoxid im wesentlichen vollständig im Trommelabschnitt B des Gefäßes zu.verbrennen,was zum Zwecke der Erwärmung das Eindüsen eines brennbaren Stoffes durch die Blasformen 40 erforderlich macht. Als Idealfall ist eine Kombination aus den oben angegebenen Alternativen anzustreben, wenn die Ofenbedingungen '

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einen optimalen Betrieb des ganzen Ofens diktieren. So ist es beispielsweise bei einem kalten Ofen vorteilhaft, so viel Sauerstoff wie nötig durch die Blasformen 26 einzudüsen, um das aus dem Metall 30 austretende Kohlenmonoxid im wesentlichen vollständig zu verbrennen, wodurch, eine maximale Wärmezufuhr zum Einschmelzen des Schrottes gegeben wird, wobei dann zur gleichen Zeit Sauerstoff und ein brennbarer Stoff über die Blasformen 4-0 eingeblasen wird, um den Mündungsbereich C des Gefäßes zwecks Vermeidung von Ansammlungen von Ansätzen eingeblasen wird. Ist der Schrott eingeschmolzen, so kann der durch die Blasformen 26 eingeblasene Sauerstoff auf eine Menge herabgesetzt werden, die unzureichend ist, um alles entweichende Kohlenmonoxid zu verbrennen, wodurch das Verbrennen desselben im Mündungsbereich 0 des Schmelzgefäßes mit einer relativen Verringerung der Einblasmenge an Brennstoff durch die Blasformen 40 gestattet ist. Ist das Schmelzgefäß hinreichend erwärmt, so können die Mündungsblasformen 40 in intermittierender Weise zur Entfernung von gebildeten Mündungsbären verwendet werden.

Zusätzlich zu den vorstehend diskutierten Ausfuhrungsfomen der Erfindung versteht es sich, daß weitere Ausführungsformen und Modifikationen mit Nutzen verwendet werden können. So braucht es sich bei dem eingeblasenen Gas nicht unbedingt um reinen Sauerstoff zu handeln, da es sich bei dem eingeblasenen Gas auch lediglich um ein sauerstoffhaltiges Gas handeln kann. Demzufolge kann Luft anstelle von Sauerstoff verwendet v/erden.Bei solchen Schmelz ge faß en, in welchen während der ITrischvorgänge ausreichend Kohlenmonoxid zum Liefern der erforderlichen Wärme gebildet wird, braucht es sich bei dem Kühlmittel außerdem nicht um ein brennbares Kühlmittel zu handeln, so daß auch Inertgase,wie Argon, in befriedigender Weise verwendet werden können. Außerdem mu?>

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es sich, nicht in jedem Fall um Blasformen handeln, da auch eine durch die Gefäßinündung 14 eingeführte Lanze wirksam sein kann, sofern die Gasdrücke so eingestellt sind, daß die Verbrennungsreaktionen im Mündungsbereich 0 des Gefäßes aufrechterhalten bleiben. Neben diesen naheliegenden Abwandlungen versteht es sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren für andere Zwecke benutzt werden kann. Das heißt mit anderen Worten, daß die Erfindung sowohl bei herkömmlichen BOP-Stahlwerksöfen als auch bei bodenblasenden Sauerstofftiegeln oder -konvertern eingesetzt werden kann, was auch für alle anderen Metall-Frischgefäße gilt, bei welchen Mündungsansätze ein Problem darstellen.

Das folgende Beispiel dient zur.weiteren Erläuterung der Erfindung.

Ein 35 t bodenblasender Sauerstoffkonverter wurde mit zwei Mündungsblasformen versehen, welche 0,3 m oberhalb der Lagerzapfen des Konverters angeordnet waren. Die Mündungsblasformen waren von der Zweifachrohr-Bauart, wobei ein 25»4 mm Rohr für den zentralen Sauerstoffeinlaß und ein 44,45 mm-Rohr für den konzentrischen Brennstoffmitteleinlaß verwendet wurden. Die Blasformen erstreckten sich 152,4 mm über die innere Oberfläche der feuerfesten Auskleidung in das Schmelzgefäß hinein. Zur Überprüfung der Wirksamkeit der obengenannten Blasformen wurde ein Mündungsbär von nennenswerter Größe am Schmelzgefäß belassen. Dieser Mündungsbär, welcher sich während zweier vorhergehender 25 t-Chargen gebildet hatte, wog etwa 4536 kg. (Daraus ergibt sich, daß etwa 10% einer jeden der beiden vorangehenden Chargen als Mündungsansatζ im Ofen zurückgeblieben waren.

Anschließend wurde eine Charge mit 25 t Metalleinsatz unter Gebrauch der Mündungsblasformen gefrischt, wobei 7>1 Hm-*/hin

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Sauerstoff durch jede Blasform zusammen mit 0,77 ITn /sin Erdgas durch den Ringschlitz einer jeden Blasform geblasen wurden. Nach einer Blaszeit von 17 Minuten und 59 Sekunden war der Mündungsbär fast abgebaut. Während zweier nachfolgender Chargen, bei welchen die Erdgas-Durchflußmenge auf 0,71 TJnr/min und Blasform eingestellt war, war der Mündungsbär vollständig weggebrannt. Während acht nachfolgender Chargen blieb der Mündungsbereich des Schmelzgefäßes im wesentlichen frei von Mündungsbären, wobei die Anwendung der Mündungsblasformen fortgesetzt wurde. Anschließend vrurden die Mündungsblasformen überprüft, wobei kein nennenswerter Abbrand derselben festgestellt werden konnte. In der Tat hatte sich ein schützender Materialkegel rings um die •Blasformen ausgebildet, der an seiner Spitze etwa 50,8 mn und an seiner Basis 152,4 mm maß.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur weitgehenden Verhinderung der Bildung von Ansätzen im Mündungsbereich eines mit einem Herdbereich zur Aufnahme eines schmelzflüssigen Metallbades und einem darüberliegenden Mündungsbereich versehenen metallurgischen Schmelzgefäßes, bei welchem ein sauerstoffhaltiges Gas zwecks Oxydierung von in einem schmelzflüssigen Metallbad enthaltenen Verunreinigungen in den Herdbereich des Schmelzgefäßes eingeführt und dadurch das Schmelzbad unter Bildung von kohlenmonoxidhaltigen Gasen, die aus dem Herdbereich des Schmelzgefäßes in dessen Mündungsbereich gelangen, gefrischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites sauerstoffhaltiges Gas in den Mündungsbereich des Schmelzgefaßes mit einer solchen Durchflußmenge eingedüst wird, daß im Mündungsbereich wenigstens ein Teil des Eohlenmonoxidgases oxydiert und der Mündungsbereich des Gefäßes ausreichend erhitzt wird, um alle nennenswerten, im Mündungsbereich gebildeten Ansätze zu schmelzen und um außerdem geschmolzene Metall- und Schlackenteilchen daran zu hindern, an den Wandungen des Mündungsbereiches zu erstarren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichne t, daß als zweites sauerstoffhaltiges Gas handelsüblicher reiner Sauerstoff in den Mündungsbereich des Schmelzgefäßes eingedüst wird.

3. Verfahren nach Anspruch Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite sauerstoffhaltige Gas im wesentlichen während des gesamten Frischvorganges einge- ' ■

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düst wird, um so die Ausbildung nennenswerter Mündungsansätze zu verhindern.

4·. . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas lediglich zeitweilig' während des ]?rischvorganges_ eingedüst wird, um so nennenswerte Mündungsansätze periodisch abzuschmelzen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem sauerstoffhaltigen Gas ein brennbares Medium in den Mündungsbereich des SchmelzgefäiSes
eingedüst wird, um so das brennbare Medium in Anwesenheit des sauerstoffhaltigen Gases zu verbrennen und zusätzliche Wärme

im Mündungsbereich des Schmelzgefäßes zu erzeugen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch ge ke, nnzeichnet , daß gleichzeitig mit dem zweiten
sauerstoffhaltigen Gas ein brennbares Medium in den Mündungsbereich des Schmelzgefäßes eingedüst wird, xrobei jedes Medium mit einer Durchflußmenge eingedüst wird, die hinreichend ist, um das brennbare Medium in Anwesenheit des sauerstoffhaltigen Gases zu verbrennen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite sauerstoffhaltige Gas und das brennbare Medium im wesentlichen während des gesamten ITrischvorganges eingedüst werden, um die Ausbildung nennenswerter Mündungsansätze zu verhindern.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite sauerstoffhaltige Gas und das brennbare Medium lediglich zeitweilig während des IPrisehvorganges
eingedüst werden, um periodisch nennenswerte Mündungsansätse
abzuschmelzen.

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9. "Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß das zweite sauerstoffhaltige Gas und das brennbare Medium vor dem Frischvorgang eingedüst werden, um den Mündungsbereich des Schmelzgefäßes vorzuwärmen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß ein gasförmiger Kohlenwasserstoff als brennbares Medium eingedüst wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß als metallurgisches Schmelzgefäß ein Tiegel oder Konverter für die Stahlherstellung verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß als Tiegel oder Konverter für die Stahlherstellung ein bodenblasender Sauerstoff-Stahlerzeugungskonverter verwendet wird.

13- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η -' zeichnet , daß es sich bei dem in den Herdbereich des Schmelzgefäßes eingeführten sauerstoffhaltigen Gas im wesentlichen um das gleiche brennbare Medium und zweite sauerstoffhaltige Gas handelt, welches in den Mündungsbereich des Schmelzgefäßes eingedüst wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Mündungsbereich des Schmelzgefäßes eingedüste brennbare Medium und sauerstoffhaltige Gas und das in den Herdbereich eingedüste brennbare Medium und sauerstoffhaltige Gas aus einer gemeinsamen Quelle mit gemeinsamen Steuerungsorganen gespeist werden.

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15- Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein sauerstoffhaltiges Gas durch Blasformen unterhalb der Oberfläche eines schmelzflüssigen Metallbades in das Metallbad eingeblasen und ein zweites sauerstoffhaltiges Gas gerade oberhalb des schmelzflüssigen Metallbades in das Schmelzgefäß eingedüst wird,, um wenigstens einen Teil des aus dem Schmelzbad austretenden Kohlenmonoxids zu verbrennen, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite sauerstoffhaltige Gas mit einer nicht zum Verbrennen alles austretenden Kohlenmonoxids ausreichenden Durchflußmenge eingedüst wird, und daß ein drittes säuerstoffhaltiges Gas in den Mündungsbereich des Schmelzgefäßes eingedüst wird, um in diesem Bereich wenigstens einen Teil des nicht mit Hilfe des zweiten 'sauerstoffhaltigen Gases verbrannten Kohlenmonoxidgases zu oxydieren, wobei das dritte sauerstoffhaltige Gas mit einer solchen Durchflußmenge eingedüst wird, daß der Mündungsbereich des Schmelzgefäßes ausreichend erhitzt wird, um alle nennenswerten, im Mündungsbereich gebildeten Ansätze, zu schmelzen und um außerdem geschmolzene Metall- und Schlackenteilchen daran zu hindern, an den Wandungen des Mündungsbereiches zu erstarren.

16. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß als drittes sauerstoffhaltiges Gas handelsüblicher reiner Sauerstoff verwendet wird.

17- Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß das dritte sauerstoffhaltige Gas im wesentlichen während des gesamten Frischvorganges eingedüst xiird, um die Bildung von nennenswerten Mündungsansätzen zu verhindern.

18. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das dritte sauerstoffhaltige Gas lediglich zeitweilig eingebüßt wird, um periodisch alle nennenswerten Mündungsansätze abzuschmelzen.

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19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine mit zwei konzentrischen Rohren versehene Blasform vorgesehen ist, welche die Wandung des Mündungsbereiches des Schmelzgefäßes durchsetzt .und ein Zentralrohr sowie ein konzentrisch darum angeordnetes Bohr aufweist und daß das zweite sauerstoffhaltige Gas durch das Zentralrohr in den Mündungsbereich des Schmelzgefäßes eingedüst wird, während ein Kühlmittel durch das konzentrische Rohr in den Mündungsbereich des Schmelzgefäßes eingedüst wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß das zweit.e sauerstoffhaltige Gas und das Kühlmittel im wesentlichen während des gesamten Irischvorganges eingedüst werden, um die Ausbildung von nennenswerten Mündungsansätzen zu verhindern.

21. Verfahren nach Anspruch 19> dadurch gekennzeichnet , daß das sauerstoffhaltige Gas und das Kühlmittel lediglich zeitweilig eingedüst werden , um periodisch nennenswerte Mündungsansätze abzuschmelzen.

22. Verfahren nach Anspruch 19 ₁ dadurch gekennzeichnet , daß als zweites sauerstoffhaltiges Gas ein handelsüblicher reiner Sauerstoff verwendet wird und daß das Kühlmittel einen Kohlenwasserstoff aufweist.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß als Kohlenwasserstoff Erdgas dient.

24-. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß das Erdgas mit einer Durchflußmenge von etv/a 7 bis etwa 12% der Sauerstoff-Eindüsmenge eingedüst wird.

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25. Vorrichtung zum Verhindern von Ansätzen im Mündurigsbereich eines mit einem Herdbereich zur Aufnahme.eines schmelzflüssigen Metallbades und einem darüberliegenden Mündungsbereich versehenen metallurgischen Schmelzgefäßes, in dessen Herdbereich ein sauerstoffhaltiges Gas zum Oxydieren der in einem schmelzflüssigen Metallbad enthaltenen Verunreinigungen einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Rohr (4-2) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe ein sauerstoffhaltiges Gas in den Mündungsbereich (C) des Schmelzgefäßes eindüsbar ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25,. dadurch gekennzeichnet , daß als. Rohr (4-2) eine im wesentlichen horizontal durch eine Seitenwandung des Mündungsbereiches des Schmelzgefäßes geführte Blasform dient.

27· Vorrichtung nach Anspruch 25-,oder 26, dadurch gekennzeichnet , daß ein zweites Rohr (4-4-) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe ein brennbares Medium gleichzeitig mit dem sauerstoffhaltigen Gas eindüsbar ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4-2) zum Eindüsen eines sauerstoffhaltigen Gases und das Rohr (44) zum Eindüsen eines brennbaren Mediums als Blasformen ausgebildet sind, die sich im wesentlichen horizontal durch eine Seitenwandung des Mündungsbereiches (C) des Schmelzgefäßes erstrecken,

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasformen unter Ausbildung wenigstens einer doppeIrohrigen Blasform (4-4-) vereinigt sind, wobei das sauerstoffhaltige Gas durch ein Zentralrohr (4-2) eindüsbar ist, während das brennbare Medium durch ein größeres zweites Rohr (4-0) eindüsbar ist, welches konzentrisch um das Zentralrohr angeordnet ist.

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30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß zwei derartige Blasformen (40) einander diametral gegenüberliegend eine Wandung des Mündungsbereiches des Schmelzgefäßes durchsetzend vorgesehen sind, um in radialer Richtung durch die Achse des Schmelzgefäßes aufeinander zu zu blasen.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dsßdie Blasformen (40) winkelmäßig leicht gegenüber dem Radius des Schmelzgefäßes versetzt sind, um nach Eindüsen des Gases durch dieselben eine kreisförmige Gasbewegung rings um den Mündungsbereich des .Schmelzgefäßes herbeizuführen.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 31» dadurch gekennzeichnet , daß als metallurgisches Schmelzgefäß ein Tiegel oder Konverter für die Stahlerzeugung dient.

33· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 31> dadurch gekennzeichnet , daß als Schmelzgefäß ein bodenblasender Sauerstofftiegel oder -konverter für die Stahlerzeugung dient.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33 j dadurch gekennzeichnet, daß der bodenblasende Sauerstofftiegel oder -konverter mit wenigstens einer seitlichen Blasform (26) versehen ist, mit deren Hilfe ein sauerstoffhaltiges Gas gerade oberhalb der Oberfläche eines schmelzflüssigen Metallbades eindüsbar ist.

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