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DE3247572C2 - Einrichtung zur Herstellung von Stahl - Google Patents

Einrichtung zur Herstellung von Stahl

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DE3247572C2 DE3247572A DE3247572A DE3247572C2 DE 3247572 C2 DE3247572 C2 DE 3247572C2 DE 3247572 A DE3247572 A DE 3247572A DE 3247572 A DE3247572 A DE 3247572A DE 3247572 C2 DE3247572 C2 DE 3247572C2
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Abstract

Bei einer Einrichtung zur Herstellung von Stahl aus festen und/oder flüssigen Einsatzstoffen, wie Roheisen (28), Schwerschrott (29) und Leichtschrott (30), ist in einem feuerfest ausgekleideten Frischgefäß (1) eine heb- und senkbare Heiz-Frisch-Einrichtung (5) sowie gegebenenfalls eine Einrichtung (24) zur Zuführung von weiteren Zuschlagstoffen positioniert. Um einen möglichst hohen Schrottanteil der Einsatzstoffe ohne wesentliche Erhöhung der Zeit bis zum Ende des Frischvorganges je Charge vorsehen zu können, besteht die Heiz-Frisch-Einrichtung (5) aus einem Plasmabrenner (6), einem den Plasmabrenner (6) umgebenden Mantel zur Zuführung von Sauerstoff und einem diesen Mantel umgebenden Kühlmantel, wobei im Boden (20) des Frischgefäßes (1) eine Gegenelektrode (21) angeordnet ist. ichtflächen eine Aussparung gebildet wird. Die Aussparung mündet in jede Seite

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung von Stahl aus festen und/oder flüssigen Einsatzstoffen, mit einem feuerfest ausgekleideten Frischgefäß, in dem heb- und senkbar eine Heiz-Frisch-Einrichtung positioniert ist. Als Einsatzstoffe kommen beispielsweise Roheisen, Schwerschrott und Leichtschrott in Frage.
Es ist bereits bekannt (AT-PS 2 32 531), den Ersatzstoffen fehlende Wärme mittels Brenner zuzuführen, um die Frischtemperatur zu erreichen oder den Schrottsatz zu vergrößern, wobei als Heiz-Frisch-Einrichtung ein Blasrohr mit einem Sauerstoffblasrohr und einem Brennstoffzuführungsrohr vorgesehen ist. Durch das Brennstoffzuführungsrohr wird öl oder Erdgas, also ein fossiler Brennstoff, in das Frischgefäß geleitet.
Mit dieser bekannten Einrichtung läßt sich zwar der Schrotteinsatz vergrößern, jedoch erhöht sich mit dem Schrottanteil die benötigte .Chargendauer, da sich die Flamme erst durch den oberhalb des flüssigen Roheisens vorhandenen eingesetzten Schrott durcharbeiten muß. Der zugeführte Sauerstoff zündet erst, wenn die Flamme genügend Schrott bis zum Roheisenbadspiegel aufgeschmolzen hat, was relativ lange dauert.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Schwierigkeit und stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die es ermöglicht, den Schrottanteil der Einsatzstoffe zu erhöhen, wobei jedoch die Zeit bis zum Ende des Frischvorganges je Charge nicht wesentlich erhöht wird. Insbesondere soll es möglich sein, auch stark verunreinigten Leichtschrott, wie beispielsweise Automobilschrott und oberflächenbeschichtete Dosen etc, einzusetzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heiz-Frisch-Einrichtung aus einem Plasmabrenner, einem den Plasmabrenner unigebenden Mantel zur Zuführung von Sauerstoff und einem diesen Mantel umgebenden Doppelkühlmantel besteht, wobei im Boden des Frischgefäßes eine Gegenelektrode angeordnet ist Ein Plasmabrenner, bei dem eine ringförmige Kathode vorgesehen ist, von der ein Lichtbogen ausgeht, und bei dem zentral zur ringförmigen Kathode Sauerstoff dem Lichtbogen zugeführt wird, ist aus der DE-OS 29 12 843 bekannt Da bei diesem bekannten Plasmabrenner das aktive Gas in das Zentrum des Lichtbogens eingeführt wird, wäre eine chemische Reaktion mit dem aktiven Plasmagas ebenfalls nur im Zentrum des Strahles möglich. Die chemische Reaktion wäre daher, wollte man diesen bekannten Plasmabrenner für ein Frischverfahren verwenden, räumlich eng begrenzt und die Ausbildung einer breiten Schmelzfront wäre behindert Der vom Plasmagas mantelförmig umhüllte Sauerstoffstrahl kann seine Funktion beim Sauerstoffblasverfahren nicht erfüllen, da er nur in sehr begrenztem Umfang mit dem Roheisen bzw. dem aufgeschmolzenen Schrott in Reaktionskontak* tritt Es entsteht keine oder nur eine sehr geringe exotherme Reaktion an der Mantelfläche zwischen Plasmabogen und Schrott
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist in dem Frischgefäß weiters eine Einrichtung zur Zuführung von Zuschlagstoffen positioniert, wobei die Einrichtung zur Zuführung von Zuschlagstoffen bevorzugt als ein die Heiz-Frisch-Einrichtung umgebender Kranz von Lanzen ausgebildet ist. Als geeigneter Zuschlagstoff soll insbesondere Fe2O3-Staub (LD-Staub) erwähnt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Plasmabrenner eine zentrale stabförmige Elektrode und einen die Elektrode umgebenden Ringraum für die Zuführung des Plasmagases auf.
Zweckmäßig geht der Ringraum zwischen dem Mantel des Plasmabrenners und dem diesen umgebenden Mantel im Bereich der Spitze der Heiz-Frisch-Einrichtung in einen Kranz von spaltförmigen, radialsymmetrischen oder runden Austrittsöffnungen über.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei
F i g. 1 einen Schnitt durch die Vertikalachse eines Frischgefäßes und
F i g. 2 einen Schnitt durch die in dieses Frischgefäß eingesetzte Lanze zeigen,
Fig.3 ist ein gemäß der Linie III-III der Fig.2 geführter Schnitt.
Mit 1 ist ein Frischgefäß bezeichnet, welches als kippbarer Konverter ausgebildet ist. Sein metallischer Außenmantel ist mit 2 und seine feuerfeste Auskleidung mit 3 bezeichnet. In der aufrechten Stellung des Konverters ragt zentral in das Innere 4 des Frischgefäßes bzw. Konverters eine Heiz-Frisch-Einrichtung 5, die einen Plasmabrenner 6 beinhaltet. Diese Heiz-Frisch-Einrichtung 5 nach Art einer Blaslanze weist eine zentral angeordnete stabförmige, als Kathode geschaltete Elektrode 7 auf, die von einem von einem Mantel 9 begrenzten Ringraum 8 umgeben ist, durch den das Plasmagas, welches aus Ar oder Ne, N2, He, CO, CO2, H2 oder Gemischen davon gebildet ist, zugeführt wird.
Vorzugsweise soll der Brenner mit Ar oder mit Ar-N2-Mischungen betrieben werden. Die dabei sich einstellenden Bogenlängen sind durch die elektrische Spannungsversorgung des Plasmabrenners vorgegeben.
Der Plasmabrenner 6 ist von einem weiteren Mantel 10 umgeben, durch den ein weiterer, den Plasmabrenner 6 umgebender Ringraum 11 für die Zufuhr von technisch reinem Sauerstoff (Frischsauerstoff) gebildet wird. An der Spitze des Plasmabrenners 6 geht der Ringraum 11, durch den der Sauerstoff zugeführt wird, in sich verjüngend ausgebildete radialsymmetrische Austrittsöffnungen 12, zweckmäßig Laval-Düsen, des vorteilhaft aus Kupfer bestehenden Blaslanzenkopfes 13 der Heiz-Frisch-Einrichtung 5 über. Die Austrittsöffuungen 12 für den Sauerstoff sind parallel zur Achse 14 des Brenners bzw. in einem kleinen spitzen Winkel zur Achse 14 geneigt, so daß der Sauerstoffstrahl entweder zylinderförmig oder kegelförmig nach außen divergierend aus dem Ringraum 11 austritt Dies hat den Zweck, daß sich der Sauerstoff erst in einem möglichst großen Abstand vom Blaslanzenkopf 13 mit dem Plasmabogen 15 vermischt Dadurch wird die Lebensdauer der Elektrode 7, insbesondere ihrer aus Wolfram-Metall gebildeten Spitze 16, wesentlich erhöht Die die Elektrode hallenden Isolierangen 17 weisen Durchlaßöffnungen 18 für ein ungestörtes Durchtreten des Plasmagases auf.
Außenseitig ist die Blaslanze von einem Doppelkühlmantel 19 umgeben, in dem in bekannter Weise ein Kühhnitteiuinisuf auf recht erhalten wird.
Im Boden 20 des Frischgefäßes ist ebenfalls zentral eine Gegenelektrode 21 eingesetzt, die einen Verschleißteil 22 aus Stahl und eine wassergekühlte Kupferstromzuführung 23 aufweist
Zur Zugabe von Zuschlagstoffen ist die zentral angeordnete Heiz-Frisch-Einrichtung 5 von zwei oder mehreren parallel angeordneten Lanzen 24, die radialsymmetrisch zur Heiz-Frisch-Einrichtung 5 angeordnet sind, umgeben. Durch diese selbstverzehrenden Lanzen 24 können LD-Staub, Feinerz, Kalk oder andere pulverförmige Zuschlagstoffe zugegeben werden.
Der Plasmabrenner ist vorzugsweise als direkter Gleichstrombogenbrenner ausgebildet Die Versorgung des Brenners erfolgt über thyristorbestückte Stromrichter 25. Die eleKtrische Ansteuerung ist im Prinzip in einphasiger Darstellung in F i g. 1 gezeigt
Im Boden 20 d£s Frischgefäßes 1 sind Bodenmanteldüsen 26 zur Zuführung von Sauerstoff (als Mantel) und Kohlenstaub (zentral) Sowie poröse Steine 27 zur Zuführung von Argon eingesetzt, um eine weitreichende Prozeßsteuerung £i> ermöglichen.
Die Funktion der Einrichtung ist folgende:
Nach dem Charteren des Frischgefäßes 1 mit Roheisen 28, SchwerscbrOtt 29 und Leichtschrott 30 wird der Plasmabogen 15 /.wischen der aus Wolfram gefertigten Spitze 16 der zentralen Elektrode 7 und dem Schrott 29, 30, der sich über das Roheisen 28 in leitender Verbindung mit der Gegenelektrode 21 befindet, gezündet. Der Plasmabogen 15 schmilzt einen zentralen Kegel in den Schrott, wodurch günstige Bedingungen für die Re- " aktion mit dem aus der Heiz-Frisch-Einrichtung 5 strömenden Sauerstoff ermöglicht werden.
Das sich einstellende Schmelzprofil 31 ist in F i g. 1 mit strichlierten Linien dargestellt Es bildet sich — wie ersichtlich — sofort nach Zünden des Plasmabogens eine trichterförmige Höhlung 32 im Leichtschrott 30, die allmählich — durch stufenweises oder kontinuierliches Senken der Heiz-Frisch-Einrichtung 5 — immer tiefer und, in radialer Richtung gesehen, immer breiter wird. Die Wärmeübertragung vom zentralen Plasmabogen zum Schrott erfolgt ohne bemerkenswerte Absorption durch den ihn umhüllenden Sauerstoffmantel.
Die Temperatur des Plaitnabogens 15 liegt je nach Plasmagas zwischen 5000 und 30 GOO K. Gleichzeitig mit dem Zünden des Plasmabrenners 6 wird Sauerstoff durch die Heiz-Frisch-Einrichtung zugeführt
Durch die oben beschriebene, parallele bzw. divergierende Zufuhr des Sauerstoffes wird die Zone der maximalen Wärmeabgabe des Plasmabogens an die Umgebung ausgenützt Der Sauerstoff tritt dort in Reaktionskontakt, wo er in erster Linie benötigt wird: im vom Plasmabrenner 6 vorerhitzten Leichtschrott 30.
Nach Beginn der Reaktion des Sauerstoffstrahles mit dem Roheisen an der Badoberfläche entstehen zwei Schmelzzentren für den Schrott, deren Abstand sich während des fortlaufenden Blasbetriebes verringert, d. h. das Schmelzzentrum des Plasmabogens auf dem Schrott wandert in Richtung Brennfleck 33 (der Reaktionszone zwischen O2 und dem Roheisen 28) des Sauerstoffaufblasbereiches.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist vor allem darin zu sehen, daß die Übertragung der elektrisch eingebrachten Energie durch Strahlung des Plasmabogens 15 und die Wärmeerzeugung durch exotherme Reaktion des Roheisens und/oder Schrotts mit reinem Sauerstoff in optimaler Weise kombiniert wird, wobei durch die Verwendung des Plasmabrenners 6 kürzeste Einschmelzzeiten erreichbar sind.
Durch das Eindüsen von LD-Staub durch die selbstverzehrenden Lanzen 24 gelangt der LD-Staub in den StrahlungSDereich des Plasmabogens, u. zw. in jenen Bereich der größten CO-Gas-Entwicklung, wodurch auch die reduzierenden Komponenten ausgenützt werden und der Abbrand durch Sauerstoff verhindert wird. Infolge der starken, vorwiegend radial nach außen wirkenden Wärmestrahlung des Plasmabogens 15 werden diese Zuschlagstoffe sehr schnell erwärmt. Bei diesem Reduktionsprozeß dampfen auch metallische Verunreinigungen des. LD-Staubes, insbesondere Zink, ab, das oberhalb des Tiegels im Bereich der Abhitzeeinrichtung 34 niedergeschlagen werden kann und damit eine Wiederverwertung von verunreinigtem LD-Staub ermöglicht
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern sie kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise ist es möglich, zusätzlich mehrere Brenner vorzusehen, wobei die Heiz-Frisch-Einrichtung 5 radialsymmetrisch von weiteren Plasmabrennern umgeben ist Hierdurch erfolgt das Schmelzen des Schrottes in einem etwas größerem Volumsbereich, es verläuft jedoch grundsätzlich gleich wie oben beschrieben.
Weiters kann die Heiz-Frisch-Einrichtung 5, wie an sich bekannt, am oberen Ende gelenkig aufgehängt sein, um während des Betriebes eine Kreisbewegung (Präzessionsbewegung) zur Vergrößerung des Brennflecks 33 zu ermöglichen bzw. um eine Badbewegung herbeizuführen.
Anstelle des Kranzes von Austrittsöffnungen 12 im Bereich der Spitze der Heiz-Frisch-Einrichtung 5 kann als Austrittsöffnung für den Sauerstoff ein Ringspalt vorgesehen sein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Herstellung von Stahl aus festen und/oder flüssigen Einsatzstoffen (28, 29, 30), mit einem feuerfest ausgekleideten Frischgefäß (1), in dem heb- und senkbar eine Heiz-Frisch-Einrichtung (5) positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz-Frisch-Einrichtung (S) aus einem Plasmabrenner (6), einem den Plasmabrenner (6) umgebenden Mantel (10) zur Zuführung von Sauerstoff und einem diesen Mantel (10) umgebenden Doppelkühlmantel (19) besteht, wobei im Boden (20) des Frischgefäßes (1) eine Gegenelektrode (21) angeordnet ist
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Frischgefäß (1) weiters eine Einrichtung (24) zur Zuführung von Zuschlagstoffen positioniert ist
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung von Zuschlagstoffen als ein die Heiz-Frisch-Einrichtung (5) umgebender Kranz von Lanzen (24) ausgebildet ist
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabrenner (6) eine zentrale stabförmige Elektrode (7) und einen die Elektrode umgebenden Ringraum (8) für die Zuführung des Plasmagases aufweist.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (11) zwischen dem Mantel (9) des Plasmabrenners (6) und dem Mantel (10) im Bereich der Spitze der Heiz-Frisch-Einrichtung (5) in einen Kranz von spaltförmigen, radialsymmetrischen oder runden Austrittsöffnungen (12) übergeht.
DE3247572A 1981-12-23 1982-12-22 Einrichtung zur Herstellung von Stahl Expired DE3247572C2 (de)

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