DE60014802T2

DE60014802T2 - Drucksteuerung eines Direktschmelzverfahrens

Info

Publication number: DE60014802T2
Application number: DE60014802T
Authority: DE
Inventors: Peter Damian Winthrop Burke
Original assignee: Technological Resources Pty Ltd
Current assignee: Technological Resources Pty Ltd
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: ZA200004008B; CZ20002904A3; CA2315502C; JP4550977B2; TW499482B; CN1197982C; CN1288065A; KR20010021259A; CA2315502A1; MXPA00007742A; EP1076102A2; AUPQ213099A0; JP2001073019A; ATE279538T1; RU2258743C2; KR100741237B1; EP1076102B1; US6423114B1; EP1076102A3; MY122509A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Eisen und/oder geschmolzenen Eisenlegierungen aus einem metallhaltigen Beschickungsmaterial, wie Erzen, teilweise reduzierten Erzen und metallhaltigen Abfallströmen, in einem metallurgischen Gefäß, das ein Schmelzbad enthält.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein auf einem Schmelzbad basierendes Direktschmelzverfahren zur Herstellung von geschmolzenem Eisen und/oder geschmolzenen Eisenlegierungen aus einem metallhaltigen Beschickungsmaterial.
Der Begriff "Direktschmelzverfahren" soll für ein Verfahren stehen, das geschmolzenes Metall (wobei dieser Begriff Legierungen einschließt), in diesem Fall Eisen und/oder Eisenlegierungen, aus einem metallhaltigen Beschickungsmaterial erzeugt.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein auf einem Schmelzbad basierendes Direktschmelzverfahren, das auf einer Schicht aus geschmolzenen Metall als. Schmelzmedium beruht und im allgemeinen als HIsmelt-Prozeß bezeichnet wird (WO-A-99/6911).
Allgemein ausgedrückt schließt der HIsmelt-Prozeß die Schritte ein:

(a) Erzeugen eines Schmelzbades mit einer Metallschicht und einer Schlackeschicht auf der Metallschicht in einem Direktschmelzgefäß;
(b) Einspritzen eines metallhaltigen Beschickungsmaterials und von festem kohlehaltigem Material in die Metallschicht über eine Vielzahl von Lanzen/Düsen;
(c) Schmelzen des metallhaltigen Beschickungsmaterials in der Metallschicht zu Metall;
(d) Bewirken, daß das geschmolzene Material als Spritzer, Tropfen und Ströme in den Raum über der nominell ruhigen Oberfläche des Schmelzbades ausgestoßen wird, wodurch eine Übergangszone erzeugt wird; und
(e) Einspritzen eines sauerstoffhaltigen Gases in das Gefäß über eine oder mehr als eine Lanze/Düse, um die Reaktionsgase, die aus dem Schmelzbad freigesetzt werden, nachzuverbrennen, wobei die aufsteigenden und danach absinkenden Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials in der Übergangszone die Wärmeübertragung auf das Schmelzbad erleichtern und wobei die Übergangszone den Wärmeverlust aus dem Gefäß über die Seitenwände minimiert, die mit der Übergangszone in Kontakt stehen.

Eine bevorzugte Form des HIsmelt-Prozesses ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Übergangszone erzeugt wird, indem Trägergas, metallhaltiges Beschickungsmaterial, festes kohlehaltiges Material und gegebenenfalls Flußmittel durch Lanzen in das Bad eingespritzt werden, die sich durch die Seitenwände des Gefäßes nach unten und einwärts erstrecken, so daß das Trägergas und das feste Material in die Metallschicht eindringen und dazu führen, daß das geschmolzene Material aus dem Bad ausgestoßen wird.
Diese Form des HIsmelt-Prozesses stellt eine Verbesserung gegenüber früheren Formen des Verfahrens dar, die die Übergangszone erzeugen, indem Trägergas und festes kohlehaltiges Material durch Düsen von unten in das Bad eingespritzt werden, was dazu führt, daß Tropfen und Spritzer und Ströme des geschmolzenen Materials aus dem Bad ausgestoßen werden.
Der Anmelder hat bei einer Pilotanlage extensive Untersuchungen zur Durchführung des HIsmelt-Prozesses mit einer kontinuierlichen Abgabe des geschmolzenen Eisens und einem periodischen Abstich der geschmolzenen Schlacke aus dem Direktschmelzgefäß durchgeführt und im Zusammenhang mit diesem Verfahren eine Reihe von signifikanten Erkenntnissen gewonnen.
Eine Erkenntnis, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, besteht darin, daß der Druck im Direktschmelzgefäß ein wirksames Mittel darstellt, um das Niveau der Metallschmelze im Gefäß zu steuern. Diese Erkenntnis läßt sich besonders, obwohl nicht ausschließlich, bei Direktschmelzverfahren anwenden, bei denen die Metallschmelze kontinuierlich abgegeben und die geschmolzene Schlacke periodisch abgestochen wird.
Allgemein ausgedrückt ist die vorliegende Erfindung ein Direktschmelzverfahren zur Herstellung von geschmolzenem Eisen und/oder geschmolzenen Eisenlegierungen aus einem metallhaltigen Beschickungsmaterial, das die Schritte einschließt:

(a) Erzeugen eines Schmelzbades mit einer Metallschicht und einer Schlackeschicht auf der Metallschicht in einem Direktschmelzgefäß;
(b) Einführen von metallhaltigem Beschickungsmaterial, kohlehaltigem Material und Flußmitteln in das Gefäß;
(c) Schmelzen des metallhaltigen Beschickungsmaterials zu einer Eisenschmelze in dem Schmelzbad;
(d) Einspritzen eines sauerstoffhaltigen Gases in das Gefäß, um die in diesem Verfahren erzeugten Gase nachzuverbrennen;
(e) kontinuierliches Abstechen der Metallschmelze aus dem Gefäß;
(f) periodisches Abstechen der geschmolzenen Schlacke aus dem Gefäß;

Vorzugsweise schließt das Verfahren das Steuern des Niveaus der Metallschmelze im Gefäß durch folgende Schritte ein:

(i) Erhöhen des Drucks im Gefäß zu irgendeinem Zeitpunkt während des Schlackeabstichs und bis zu 15 Minuten nach Abschluß des Schlackeabstichs auf einen vorher festgelegten Druck P1, um einen Anstieg der Höhe des Metalls als Folge des Abstichs der Schlacke aus dem Gefäß zu kompensieren; und
(ii) nachdem der Druck des Gefäßes den Druck P1 erreicht, Einstellen des Drucks, so daß der Druck beim nächsten Schlackeabstich ein geringerer Druck P2 ist, um während dieses Zeitraums den Effekt des zunehmenden Schlackebestandes auf die Höhe des Metalls zu kompensieren.

Vorzugsweise beträgt die Druckerhöhung im Schritt (i) mindestens 5 kPa.
Vorzugsweise schließt der Schritt (i) eine Erhöhung des Drucks im Gefäß zu irgendeinem Zeitpunkt während des Schlackeabstichs und bis zu 10 Minuten nach Abschluß des Schlackeabstichs ein.
Vorzugsweise schließt der Schritt (i) eine Erhöhung des Drucks im Gefäß nur während des Zeitraums des Schlackeabstichs ein.
Der Druck kann im Schritt (i) in einer Reihe von Schritten oder kontinuierlich erhöht werden.
Der Schritt (i) schließt vorzugsweise eine Erhöhung des Drucks im Gefäß in einer Reihe von Schritten ein.
Der Schritt zum Einstellen des Drucks (ii) kann eine Verringerung des Drucks in einer Reihe von Schritten oder kontinuierlich einschließen.
Vorzugsweise schließt dieser Einstellungsschritt (ii) eine Verringerung des Drucks in einer Reihe von Schritten ein.
Vorzugsweise beträgt der Zeitabstand zwischen den Schritten zur Verringerung des Drucks 20 bis 30 Minuten.
Es wird besonders erwähnt, daß es innerhalb des vorstehend beschriebenen Rahmens der Verringerung des Drucks vom Druck P1 auf den Druck P2 kurzzeitige Schwankungen geben kann, bei denen es eine oder mehrere Druckänderungen gegenüber dem planmäßigen Trend der Druckverringerung auf den Druck P2 gibt. In dem Fall, bei dem das Gefäß einen Vorherd für den Abstich der Metallschmelze einschließt, kann es z.B. erforderlich sein, zwischen den Schlackeabstichen den Druck des Gefäßes kurzzeitig auf einen Druck von weniger als P2 zu verringern, damit das Niveau des Metalls im Gefäß ausreichend ansteigen kann, so daß das Niveau des Metalls im Vorherd unter das des Auslasses des Vorherds fällt und dadurch ein sicherer Wechsel der Gießrinnen und Torpedowagen möglich ist. Nachdem der Wechsel beendet ist, kann der Druck wie gefordert erhöht werden.
Der Schritt zur Einstellung des Drucks (ii) kann die Einstellung des Drucks auf den geringeren Druck P2 innerhalb des gesamten Zeitraums bis zum nächsten Schlackeabstich einschließen. In einer anderen Ausführungsform kann der Schritt zur Einstellung des Drucks in nerhalb eines Zeitraums vor dem nächsten Schlackeabstich beendet sein und der Druck bis zum nächsten Abstich bei diesem geringeren Druck P2 gehalten werden.
Der Zeitraum von Abstich zu Abstich ändert sich in Abhängigkeit von einem Bereich von Faktoren, wie der Größe des Gefäßes und den Einspritzraten und der Zusammensetzung der Beschickungsmaterialien.
Typischerweise beträgt der Zeitraum zwischen den Schlackeabstichen 2 bis 3 Stunden.
Vorzugsweise betragen die Druckerhöhungsschritte und die Druckverringerungsschritte in den Schritten (i) und (ii) 0,5 bis 2 kPa.
Stärker bevorzugt betragen die Druckerhöhungsschritte und die Druckverringerungsschritte in den Schritten (i) und (ii) 0,5 bis 1,5 kPa.
Vorzugsweise schließt der Schritt (b) das Einspritzen von metallhaltigem Beschickungsmaterial, festem kohlehaltigen Material und Flußmitteln in die Metallschicht über eine Mehrzahl von Lanzen/Düsen ein.
Stärker bevorzugt ist das feste kohlehaltige Material Kohle.
Vorzugsweise schließt der Schritt (c) das Schmelzen des metallhaltigen Beschickungsmaterials in der Metallschicht zu einer Metallschmelze ein.
Vorzugsweise gehört zu dem Direktschmelzverfahren, daß bewirkt wird, daß geschmolzenes Material als Spritzer, Tropfen und Ströme in den Raum über der normalerweise ruhigen Oberfläche des Schmelzbades geschleudert wird und eine Übergangszone gebildet wird.
Stärker bevorzugt schließt das Verfahren das Einspritzen des sauerstoffhaltigen Gases in das Direktschmelzgefäß über eine oder mehr als eine Lanze/Düse und die Nachverbrennung von Reaktionsgasen ein, die aus dem Schmelzbad freigesetzt wurden, wobei die aufsteigenden und danach absinkenden Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials in der Übergangszone die Wärmeübertragung auf das Schmelzbad erleichtern und wobei die Übergangszone den Wärmeverlust aus dem Gefäß durch eine Seitenwand des Gefäßes minimiert, die mit der Übergangszone in Kontakt steht.
Der Begriff "ruhige Oberfläche" steht im Zusammenhang mit dem Schmelzbad für die Oberfläche des Schmelzbades bei Verfahrensbedingungen, bei denen kein Gas/Feststoff eingespritzt wird und das Bad folglich nicht bewegt wird.
Das sauerstoffhaltige Gas ist vorzugsweise Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft.
Stärker bevorzugt enthält die mit Sauerstoff angereicherte Luft weniger als 50 Vol.-% Sauerstoff.
Das Verfahren arbeitet vorzugsweise bei hohen Nachverbrennungswerten.
Die Nachverbrennungswerte sind vorzugsweise höher als 60 %.
Das metallhaltige Beschickungsmaterial kann irgendein geeignetes eisenhaltiges Beschickungsmaterial sein. Das bevorzugte Beschickungsmaterial ist Eisenerz.
Das Eisenerz kann vorgewärmt sein.
Das Eisenerz kann teilweise reduziert sein.
Die vorliegende Erfindung wird als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, welche zeigen:
1 eine senkrechte Schnittansicht durch eine bevorzugte Form eines Direktschmelzgefäßes zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Direktschmelzen von Eisenerz zu geschmolzenem Eisen;
2 eine graphische Darstellung des Gefäßdrucks gegenüber der Zeit für eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens und
3 eine graphische Darstellung des Gefäßdrucks gegenüber der Zeit für eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens.
Das in 1 gezeigte Gefäß schließt ein: einen Herd, der eine Unterseite 3 und Seitenwände 55 aus hitzebeständigen Ziegeln aufweist; Seitenwände 5, die ein im allgemeinen zylindrisches Gefäß bilden, das sich von den Seitenwänden 55 des Herdes nach oben erstreckt und einen oberen Gefäßabschnitt 51 und einen unteren Gefäßabschnitt 53 einschließt; ein Gewölbe 7; einen Auslaß 9 für Abgase; einen Vorherd 77, der kontinuierlich geschmolzenes Eisen abgeben kann; eine Vorherdverbindung 71, die den Herd und den Vorherd 77 verbindet; und ein Abstichloch 61 für die Abgabe der geschmolzenen Schlacke.
Bei Verwendung unter stationären Verfahrensbedingungen enthält das Gefäß ein Schmelzbad von Eisen und Schlacke, das eine Schicht 15 aus geschmolzenem Eisen und eine Schicht 16 aus geschmolzener Schlacke auf der Metallschicht 15 einschließt. Der mit der Bezugsziffer 17 bezeichnete Pfeil kennzeichnet die Position der nominell ruhigen Oberfläche der Eisenschicht 15, und der mit der Bezugsziffer 19 bezeichnete Pfeil gibt die Position der nominellen ruhigen Oberfläche der Schlackeschicht 16 an. Der Begriff "ruhige Oberfläche" soll für die Oberfläche stehen, wenn kein Gas und keine Feststoffe in das Gefäß eingespritzt werden.
Das Gefäß schließt auch zwei Lanzen/Düsen 11 zum Einspritzen von Feststoffen ein, die sich in einem Winkel von 30 bis 60° zur Senkrechten nach unten und einwärts durch die Seitenwände 5 und in die Schlackeschicht 16 erstrecken. Die Position der Lanzen/Düsen 11 wird so gewählt, daß sich die Auslaßenden 35 bei stationären Verfahrensbedingungen über der ruhigen Oberfläche 17 der Eisenschicht 15 befinden.
Bei Verwendung unter stationären Verfahrensbedingungen werden Eisenerz, festes kohlehaltiges Material (typischerweise Kohle) und Flußmittel (typischerweise Kalk und Magnesiumoxid), die in einem Trägergas (typischerweise N₂) mitgerissen werden, durch die Lanzen/Düsen 11 in die Metallschicht 15 eingespritzt. Die Stoßkraft des festen Materials/Trägergases führt dazu, daß festes Material und Gas in die Eisenschicht 15 eindringen. Die flüchtigen Bestandteile der Kohle werden entfernt, und dadurch wird in der Eisenschicht 15 ein Gas erzeugt. Kohle löst sich teilweise im Metall und bleibt teilweise als feste Kohle zurück. Das Eisenerz wird zu Metall geschmolzen, und die Schmelzreaktion erzeugt Kohlenmonoxidgas. Die Gase, die in die Metallschicht 15 befördert und durch das Entfernen der flüchtigen Bestandteile und das Schmelzen erzeugt wurden, rufen eine deutliche Auftriebsbewegung der Metallschmelze, der festen Kohle und der Schlacke (die als Folge des Einspritzens von Feststoff/Gas in die Eisenschicht 15 gezogen wurden) aus der Eisenschicht 15 hervor, was eine Aufwärtsbewegung von Spritzern, Tropfen und Strömen des geschmolzenen Materials erzeugt, und diese Spritzer und Tropfen und Ströme reißen Schlacke mit, wenn sie sich durch die Schlackeschicht 16 bewegen.
Die Auftriebsbewegung der Metallschmelze, der festen Kohle und der Schlacke führt zu einer wesentlichen Bewegung in der Eisenschicht 15 und der Schlackeschicht 16, als Folge vergrößert sich das Volumen der Schlackeschicht 16, und die Schlackeschicht 16 weist die mit dem Pfeil 30 gekennzeichnete Oberfläche auf. Das Ausmaß der Bewegung ist derart, daß es eine vernünftige gleichmäßige Temperatur im Metall- und Schlackebereich gibt – typischerweise 1450 bis 1550°C, bei einer Temperaturschwankung in der Größenordnung von 30° in jedem Bereich.
Außerdem erstreckt sich die Aufwärtsbewegung der Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Metalls und der Schlacke, die durch die Auftriebsbewegung von geschmolzenem Metall, fester Kohle und Schlacke hervorgerufen wird, in den oberen Raum 31 über dem geschmolzenen Material im Gefäß und:

(a) bildet eine Übergangszone 23 und
(b) schleudert etwas geschmolzenes Material (vorwiegend Schlacke) über die Übergangszone hinaus und auf den Teil des oberen Gefäßabschnittes 51 der Seitenwände 5, der über der Übergangszone 23 liegt, und auf das Gewölbe 7.

Allgemein ausgedrückt ist die Schlackeschicht 16 ein durchgängiges Flüssigkeitsvolumen mit Gasblasen darin, und die Übergangszone 23 ist ein durchgängiges Gasvolumen mit Spritzern, Tropfen und Strömen von geschmolzenem Metall und Schlacke.
Das Gefäß schließt ferner eine Lanze 13 zum Einspritzen von sauerstoffhaltigem Gas (typischerweise vorgewärmte, mit Sauerstoff angereicherte Luft) ein, die sich mittig befindet und sich senkrecht nach unten in das Gefäß erstreckt. Die Position der Lanze 13 und die Strömungsrate des Gases durch die Lanze 13 werden so ausgewählt, daß das sauerstoffhaltige Gas bei stationären Verfahrensbedingungen in den mittleren Bereich der Übergangszone 23 eindringt und um das Ende der Lanze 13 einen im wesentlichen von Metall/Schlacke freien Raum 25 aufrechterhält.
Bei Verwendung unter stationären Verfahrensbedingungen verbrennt das Einspritzen von sauerstoffhaltigem Gas durch die Lanze 13 die Reaktionsgase CO und H₂ in der Übergangszone 23 und im freien Raum 25 um das Ende der Lanze 13 nach und erzeugt im Gasraum hohe Temperaturen in der Größenordnung von 2000°C oder darüber. Die Wärme wird im Bereich der Gaseinspritzung auf die aufsteigenden und absinkenden Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials übertragen, und die Wärme wird dann teilweise auf die Eisenschicht 15 übertragen, wenn das Metall/die Schlacke zur Eisenschicht 15 zurückkehren.
Der freie Raum 25 ist wichtig, um hohe Nachverbrennungswerte zu erreichen, da er das Mitreißen von Gasen im Raum über der Übergangszone 23 in den Endbereich der Lanze 13 ermöglicht und dadurch die verfügbaren Reaktionsgase verstärkt der Nachverbrennung ausgesetzt werden.
Der kombinierte Effekt aus Anordnen der Lanze 13, Strömungsrate des Gases durch die Lanze 13 und Aufwärtsbewegung von Spritzern, Tropfen und Strömen des geschmolzenen Materials soll die Übergangszone 23 um den unteren Bereich der Lanze 13 formen – allgemein mit den Bezugsziffern 27 bezeichnet. Dieser geformte Bereich liefert eine teilweise Sperre für die Wärmeübertragung durch Strahlung auf die Seitenwände 5.
Außerdem stellen bei stationären Verfahrensbedingungen die aufsteigenden und absinkenden Tropfen, Spritzer und Ströme des geschmolzenen Materials eine wirksame Maßnahme zur Wärmeübertragung aus der Übergangszone 23 auf das Schmelzbad dar, als Ergebnis liegt die Temperatur der Übergangszone 23 im Bereich der Seitenwände 5 in der Größenordnung von 1450 bis 1550°C.
Das Gefäß ist in bezug auf das Niveau der Eisenschicht 15, der Schlackeschicht 16 und der Übergangszone 23 im Gefäß, wenn das Verfahren bei stationären Verfahrensbedingungen durchgeführt wird, und in bezug auf die Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials, die in den oberen Raum 31 über der Übergangszone 23 geschleudert werden, wenn das Verfahren bei stationären Verfahrensbedingungen durchgeführt wird, so gestaltet, daß:

(a) der Herd und der untere Gefäßabschnitt 53 der Seitenwände 5, der mit der Metall-/Schlackeschicht 15/16 in Kontakt steht, aus Ziegeln aus einem hitzebeständigen Material aufgebaut ist (in der Figur durch Kreuzschraffur dargestellt);
(b) zumindest ein Teil des unteren Gefäßabschnittes 53 der Seitenwände 5 mit wassergekühlten Platten 8 hinterlegt ist; und
(c) der obere Gefäßabschnitt 51 der Seitenwände 5 und das Gewölbe 7, die mit der Übergangszone 23 und dem oberen Raum 31 in Kontakt stehen, aus wassergekühlten Platten 57, 59 aufgebaut sind.

Jede wassergekühlte Platte 8, 57, 59 (nicht gezeigt) im oberen Gefäßabschnitt 51 der Seitenwände 5 weist parallele Ober- und Unterkanten und parallele Seitenkanten auf und ist gekrümmt, so daß ein Abschnitt des zylindrischen Gefäßes gebildet wird. Jede Platte schließt ein inneres Wasserkühlrohr und ein äußeres Wasserkühlrohr ein. Die Rohre sind serpentinenförmig angeordnet, wobei die waagerechten Abschnitte durch gekrümmte Abschnitte miteinander verbunden sind. Jedes Rohr weist ferner einen Wassereinlaß und einen Wasserauslaß auf, Die Rohre sind senkrecht versetzt, so daß sich die waagerechten Abschnitte des äußeren Rohrs nicht unmittelbar hinter den waagerechten Abschnitten des inneren Rohrs befinden, wenn das ganze von der freiliegenden Seite der Platte, d.h. der Seite, die zur Innenseite des Gefäßes zeigt, betrachtet wird. Jede Platte weist ferner ein festgestampftes hitzebeständiges Material auf, das die Räume zwischen den benachbarten geraden Abschnitten jedes Rohrs und zwischen den Rohren füllt. Jede Platte weist ferner eine Halteplatte auf, die die Außenseite der Platte bildet.
Die Wassereinlässe und die Wasserauslässe der Rohre sind mit einem Wasserzufuhrkreis (nicht gezeigt) verbunden, der das Wasser mit hoher Strömungsrate durch die Rohre zirkulieren läßt.
Die vorstehend genannte Arbeit mit einer Pilotanlage wurde vom Anmelder in seiner Pilotanlage in Kwinana, Westaustralien als eine Reihe von ausgedehnten Ofenreisen durchgeführt.
Die Arbeit in der Pilotanlage erfolgte mit dem Gefäß, das in 1 gezeigt und vorstehend beschrieben ist, und gemäß der vorstehend beschriebenen stationären Verfahrensbedingungen. Insbesondere wurde das Verfahren mit einer kontinuierlichen Abgabe von geschmolzenem Eisen über den Vorherd 77 und bei einem periodischen Abstich der geschmolzenen Schlacke durch das Abstichloch 61 durchgeführt.
Bei der Arbeit mit der Pilotanlage erfolgte eine Auswertung des Gefäßes und eine Untersuchung des Verfahrens in einem weiten Bereich von unterschiedlichen

(a) Beschickungsmaterialien;
(b) Einspritzraten von Feststoffen und Gas;
(c) Schlackebeständen – in bezug auf die Tiefe der Schlackeschicht und die Verhältnisse von Schlacke:Metall gemessen;
(d) Betriebstemperaturen; und
(e) Einstellungen der Vorrichtung.

Bei der Arbeit mit der Pilotanlage wurde festgestellt, daß es im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wichtig ist, das Niveau der Eisenschmelze im Gefäß zu steuern. Wenn das Niveau des Eisens zu nahe an der Vorherdverbindung 71 liegt, dann kann die Metalldichtung brechen, wobei Schlacke und Gas mit unerwünschten Folgen in den Vorherd 77 gelangen. Wenn außerdem das Niveau des Eisens zu hoch ist, dann besteht die Gefahr des Eintauchens der Lanzen/Düsen 11 zum Einspritzen von Feststoffen mit unerwünschten Folgen.
Das Niveau des Eisens in der Schmelze ist eine Funktion einer Anzahl von Faktoren, und ein Faktor ist die Tiefe der Schlackeschicht 16 auf der Eisenschicht 15, d.h. der Schlackebestand.
Insbesondere wird, wenn der Schlackebestand zunimmt, das Eisen vom zusätzlichen Gewicht der Eisenschicht 15 heruntergedrückt. Wenn der Schlackebestand abnimmt, steigt das Niveau der Eisenschicht 15. Folglich bedeutet die Durchführung des Verfahrens in der Pilotanlage mit periodischem Abstich der Schlacke und kontinuierlicher Abgabe des geschmolzenen Eisens, daß es innerhalb des Zeitraums von Abstich zu Abstich deutliche Schwankungen des Schlackebestands mit signifikanten Schwankungen des Niveaus der Eisenschmelze im Gefäß gibt.
Der Anmelder hat bei seiner Arbeit mit der Pilotanlage festgestellt, daß eine Einstellung des Drucks im Gefäß ein wirksames Mittel darstellt, um innerhalb des Zeitraums von Abstich zu Abstich Schwan kungen des Schlackebestandes zu kompensieren und das Niveau der Eisenschmelze im Gefäß zu steuern, so daß sich die Höhe innerhalb eines akzeptablen Bereichs befindet.
Insbesondere hat der Anmelder festgestellt, daß eine Einstellung des Drucks im Gefäß entsprechend des in 2 gezeigten Profils eine wirksame Steuerung des Niveaus der Eisenschmelze im Gefäß ermöglicht.
2 ist ein Druck-Zeit-Profil für einen Zeitraum von Abstich zu Abstich von 2,5 Stunden. Es ist selbstverständlich, daß die allgemeine Form dieses Profils für irgendeinen Zeitraum von Abstich zu Abstich gelten kann.
Siehe 2; unmittelbar nach Abschluß eines Schlackeabstichs wird der Gefäßdruck mit 1 kPa/Minute von 70 kPa auf 75 kPa erhöht. Dieser relativ hohe Anstieg des Gefäßdrucks innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums kompensiert die Erhöhung des Niveaus des Eisens, die sich durch den Schlackeabstich aus dem Gefäß ergibt. Diese Druckerhöhung wird durch Einstellung der Regelventile (nicht gezeigt) der Abgasauslaßleitung 9 erreicht.
Als allgemeiner Vorschlag ist es erwünscht, den Druck innerhalb der Einschränkungen aufgrund des Gefäßes möglichst schnell vom Abstichdruck auf den Zieldruck zu erhöhen. Eine derartige Einschränkung besteht darin, daß es zu einem Stoß des geschmolzenen Metalls durch den Vorherd 77 und aus diesem kommen könnte, wenn der Druck zu schnell erhöht wird.
Siehe wiederum 2; nachdem der Zieldruck von 75 kPa erreicht ist, wird der Druck in einer Reihe von 1 kPa-Schritten, jeweils innerhalb eines Zeitraums von 25 Minuten, auf 70 kPa verringert. Die Druckverringerung innerhalb dieses Zeitraums kompensiert die Ab nahme des Niveaus des Eisens, die innerhalb dieses Zeitraums durch den Schlackeaufbau im Gefäß hervorgerufen wurde.
3 zeigt eine weitere, obwohl nicht die einzige andere, Möglichkeit für die Regelung des Drucks im Gefäß, um Schwankungen des Schlackebestandes kompensieren und das Niveau der Eisenschmelze im Gefäß innerhalb des Zeitraums von Abstich zu Abstich zu steuern.
3 ist ein Druck-Zeit-Profil für einen Zeitraum von Abstich zu Abstich von 2,5 Stunden.
Gemäß der Druckregelungsmöglichkeit, die in 3 gezeigt ist, wird der Druck im Verlauf des 10-minütigen Zeitraums des Schlackeabstichs in einer Reihe von 1 kPa-Schritten von 70 auf 75 kPa erhöht. Dieser relativ große Druckanstieg im Gefäß innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums kompensiert den Anstieg des Niveaus des Eisens, der sich durch den Schlackeabstich aus dem Gefäß ergibt. Wie bei der in 2 gezeigten Druckregelungsmöglichkeit wird die Druckerhöhung durch Einstellen der Regelventile der Abgasauslaßleitung 9 erreicht.

Claims

Direktschmelzverfahren zur Erzeugung von geschmolzenem Eisen und/oder geschmolzenen Eisenlegierungen aus einem metallhaltigen Beschickungsmaterial, welches die Schritte aufweist: (a) Erzeugen eines Schmelzbades mit einer Metallschicht und einer Schlackeschicht auf der Metallschicht in einem Direktschmelzgefäß; (b) Einführen von metallhaltigem Beschickungsmaterial, kohlehaltigem Material und Flußmitteln in das Gefäß; (c) Schmelzen des metallhaltigen Beschickungsmaterials zu einer Eisenschmelze in dem Schmelzbad; (d) Einspritzen eines sauerstoffhaltigen Gases in das Gefäß, um die in diesem Verfahren erzeugten Gase nachzuverbrennen; (e) kontinuierliches Abstechen der Metallschmelze aus dem Gefäß; (f) periodisches Abstechen der geschmolzenen Schlacke aus dem Gefäß; und das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Niveau der Metallschmelze im Gefäß gesteuert wird, indem der Druck im Gefäß geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Steuern des Niveaus der Metallschmelze im Gefäß durch folgende Schritte einschließt: (i) Erhöhen des Drucks im Gefäß zu irgendeinem Zeitpunkt während des Schlackeabstichs und bis zu 15 Minuten nach Abschluß des Schlackeabstichs auf einen vorher festgelegten Druck P1, um einen Anstieg der Höhe des Metalls als Folge des Abstichs der Schlacke aus dem Gefäß zu kompensieren; und (ii) nachdem der Druck des Gefäßes den Druck P1 erreicht, Einstellen des Drucks, so daß der Druck beim nächsten Schlackeabstich ein geringerer Druck P2 ist, um während dieses Zeitraums den Effekt des zunehmenden Schlackebestandes auf die Höhe des Metalls zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Druckerhöhung im Schritt (i) mindestens 5 kPa beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der Schritt (i) eine Erhöhung des Drucks im Gefäß zu irgendeinem Zeitpunkt während des Schlackeabstichs und bis zu 10 Minuten nach Abschluß des Schlackeabstichs einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Schritt (i) eine Erhöhung des Drucks im Gefäß nur während des Zeitraums des Schlackeabstichs einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Schritt (i) eine kontinuierliche Erhöhung des Drucks einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Schritt (i) eine Erhöhung des Drucks in einer Reihe von Schritten einschließt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Druckerhöhungsschritte 0,5 bis 2 kPa betragen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Druckerhöhungsschritte 0,5 bis 1,5 kPa betragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Schritt (ii) eine kontinuierliche Verringerung des Drucks einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Schritt (ii) eine Verringerung des Drucks in einer Reihe von Schritten einschließt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Druckverringerungsschritte 0,5 bis 2 kPa betragen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Druckverringerungsschritte 0,5 bis 1,5 kPa betragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Zeitabstand zwischen den Druckverringerungsschritten 20 bis 30 Minuten beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei der Schritt (ii) eine Regelung des Drucks auf den geringeren Druck P2 innerhalb des gesamten Zeitraums bis zum nächsten Schlackeabstich einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei der Schritt (ii) in einem Zeitraum vor dem nächsten Schlackeabstich abgeschlossen ist und der Druck bis zum nächsten Abstich bei diesem geringeren Druck P2 gehalten wird.
Verfahren nach einem vorstehenden Ansprüche, wobei der Zeitraum zwischen den Schlackeabstichen 2 bis 3 Stunden beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt (b) das Einspritzen von metallhaltigem Beschickungsmaterial, festem kohlehaltigem Material und Flußmitteln durch eine Vielzahl von Lanzen/Düsen in die Metallschicht einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt (c) das Schmelzen des metallhaltigen Beschickungsmaterials zu einer Metallschmelze in der Metallschicht einschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem bewirkt wird, daß das geschmolzene Material als Spritzer, Tropfen und Ströme in den Raum über der normalerweise ruhigen Oberfläche des Schmelzbades ausgestoßen wird und eine Übergangszone bildet.
Verfahren nach Anspruch 20, das das Einspritzen von sauerstoffhaltigem Gas in das Direktschmelzgefäß über eine oder mehr als eine Lanze/Düse und das Nachverbrennen von Reaktionsgasen, die aus dem Schmelzbad freigesetzt wurden, einschließt, wobei die aufsteigenden und danach absinkenden Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials in der Übergangszone die Wärmeübertragung auf das Schmelzbad erleichtern und wobei die Übergangszone den Wärmeverlust aus dem Gefäß über die Seitenwand des Gefäßes minimiert, die mit der Übergangszone in Kontakt steht.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das sauerstoffhaltige Gas Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft ist.