DE2418109B1

DE2418109B1 - Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlchen Stahlerzeugung

Info

Publication number: DE2418109B1
Application number: DE2418109A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr.-Ing. Kuhn; Eberhard Prof. Dr.- Ing. Steinmetz
Original assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Current assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Priority date: 1974-04-13
Filing date: 1974-04-13
Publication date: 1975-07-24
Also published as: AU7991675A; JPS50143714A; SE7504190L; ZA752074B; IE40902B1; DD120053A5; DK157175A; FR2267375A1; AT344215B; PL95717B1; FR2267375B1; LU72265A1; GB1467948A; IE40902L; CA1060661A; DE2418109A1; NL7503844A; BR7502233A; BE827724A; US4025059A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Stahlerzeugung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie auf ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.

Vorrichtungen und Verfahren zur kontinuierlichen Stahlerzeugung gehören zum Stand der Technik. So sind zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgra- ⁶S des des Siemens-Martin-Verfahrens in JOURNAL OF THE IRON AND STEEL INSTITUTE, April 1954, S. 430/32, zwei alternative Ausführungsformen diskutiert worden, bei denen die Heißgase dem einzuschmelzenden Schrott im Gegenstrom entgegengeleitet werden sollten. Gemäß der ersten Ausführungsform sollte der Schrott bei gegenströmendem Heißgas an einem Ende der Anlage senkrecht von oben zugeführt werden, auf einer schiefen Ebene abschmelzen und dann im Gleichstrom mit der Schlacke in horizontaler Richtung abfließen, wobei auf der schiefen Ebene zusätzlich flüssiges Metall zugeführt werden konnte. Bei der zweiten Ausführungsform sollte der Schrott mittels Stoßorganen über die schiefe Ebene zugegeben werden. Praktisch verwirklicht wurde der Gedanke der Schrottvorwärmung im Gegenstrom bei kontinuierlicher Chargierung auf einer drei Stufen aufweisenden schiefen Ebene, an deren Ende ein Siemens-Martin-Ofen angeordnet war (STEEL TIMES, 1964, S. 398/401, und IRON AND COAL, 1961, S. 1243/45). Eine kontinuierliche Stahlerzeugung ist mit einer derartigen Anlage nicht möglich.

Die bisher bekanntgewordenen Vorschläge und Erprobungen kontinuierlicher Stahlerzeugungsverfahren beziehen sich zum überwiegenden Teil auf die kontinuierliche Umwandlung von Roheisen in Stahl (Klepzig Fachberichte 79, 1971, S. 570/575). Eine zusammenfassende Darstellung über die Entwicklung kontinuierlicher Frischverfahren ist auch in einer Veröffentlichung in »Stahl und Eisen« 90,1970, S. 1146/1153, gegeben. So wird in Klepzig Bild 10 auf S. 574 eine aus elektromagnetischer Gegenstromrinne und Konverter bestehende Vorrichtung vorgeschlagen, die allerdings nur den Einsatz von flüssigem Roheisen als Vormaterial ermöglicht. Dagegen erlaubt die in Bild 8 auf S. 573 vorgeschlagene kontinuierliche Stahlerzeugungsanlage als Ausgangsmaterial Roheisen, Schrott oder Eisenschwamm einzusetzen. Zu diesem Zweck ist vor einer Gegenstromrinne ein Lichtbogenofen angeordnet, dem das Ausgangsmaterial kontinuierlich zugeführt wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Stahlerzeugung zu entwickeln, bei welcher unterschiedliches Ausgangsmaterial, d. h. Roheisen, insbesondere Schrott und/oder Eisenschwamm, gegebenenfalls versetzt mit schmelzflüssigen Eisenlegierungen, einsetzbar sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Eine derartige Vorrichtung bietet den Vorteil, daß bei optimaler Ausnutzung der beim Frischvorgang anfallenden Gase beliebige Gattierungen in einem Schmelzaggregat eingeschmolzen und gleichzeitig metallurgisch behandelt werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schacht an seinem unteren Ende Beheizungsvorrichtungen auf. Bevorzugt werden mit elektrischer Energie betriebene Beheizungsvorrichtungen. Hierbei empfehlen sich insbesondere seitlich angeordnete Aggregate, wie sie z. B. beim Elektroniederschachtofen bekanntgeworden sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Schachtofen und/oder der Abgaskanal Einblasvorrichtungen auf. Besonders bevorzugt werden Einblasvorrichtungen im Bereich des Schmelzsumpfes. Dies können Düsen oder in den Schmelzsumpf reichende Lanzen sein. Durch diese Einblasvorrichtung werden feste, flüssige oder gasförmige Reaktionsmittel oder Legierungskomponenten dem Schmelzsumpf zugeführt. Die oberhalb des Schmelzsumpfes angeordneten Einblasvorrichtungen dienen bevorzugt zum Einblasen

oxydierender Gase, die ein Nachverbrennen des Abgases bewirken sollen. Es kann zweckmäßig sein, zusätzlich noch Brennstoffe in den Schachtofen oberhalb des Schmelzsumpfes einzublasen. Die im Abgaskanal vorgesehenen Lanzen oder Düsen dienen zur Förderung der metallurgischen Reaktionen im zweiten Raumabschnitt. Im Rahmen der Erfindung ist auch an eine Anordnung der Einblasvorrichtungen im Bereich der Schlacke-Metall-Grenzschicht gedacht, wie sie aus der DT-PS 21 07 263 bekannt ist. Hierbei kann es zweck- _ϊ0 mäßig sein, dem zweiten Raumabschnitt eine trogähnliche Ausbildung zu geben. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der dritte Raumabschnitt eine solche Bodentiefe auf, daß der aufgeblasene Sauerstoffstrahl gerade nicht den Boden des Schmelzgefäßes trifft. Dies wird, je nach Ausbildung der Sauerstofflanze und des Sauerstoffstrahls bei einer Bodentiefe von 50 cm bis 90 cm, insbesondere um 70 cm, erreicht. Der dritte Raumabschnitt ist somit nicht ein üblicher Konverter, sondern stellt innerhalb der vorgeschlagenen Vorrichtung eine Vertiefung des trogähnlichen zweiten Raumabschnittes dar.

Zweckmäßigerweise weist der Schachtofen einen Zulauf für schmelzflüssige Eisenlegierungen auf. Zweckmäßigerweise befindet sich dieser Zulauf im Bereich des Schmelzsumpfes.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Schachtofen neben der ersten Hälfte des zweiten Raumabschnittes angeordnet und dieser Teil des Raumabschnittes über Verbindungen an den Schachtofen angeschlossen, um einen Teilkreislauf der schmelzflüssigen Phasen vornehmen zu können. Es ist vorteilhaft, als Verbindung eine elektromagnetische Rinne zu wählen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen Schachtofen und zweitem Raumabschnitt etwa in Höhe der Hälfte des zweiten Raumabschnittes angeordnet.

Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden in die im Schachtofen befindliche Schmelze schmelzpunkterniedrigende, reduzierende, vorzugsweise exotherm reagierende Stoffe, wie Silizium und Phosphor, insbesondere Kohlenstoff, eingeblasen. Ebensogut können deren Legierungen eingeblasen werden. Ein Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß der intensive Einschmelzvorgang bei insgesamt niedrigeren Temperaturen abläuft, wodurch sich unter anderem eine bessere Haltbarkeit dieses Schachtteiles ergibt. Bei Kupolofen gehört das Einblasen von Kohlenstoff zum Zwecke der Schmelzpunkterniedrigung durch die FR-PS 12 29 852 zum Stand der Technik.

Weiterhin ist es vorteilhaft, das entstehende heiße Abgas oberhalb der Schmelze unter Zufuhr sauerstoffhaltigen Gases zu verbrennen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Verfahren wird das Ausgangsmaterial im Schachtofen oxydierend niedergeschmolzen und die entstehende eisenoxydhaltige Schlacke über die Verbindung dem zweiten Raumabschnitt zugeführt und dort der dem Schmelzsumpf entnommenen reduktionsmittelhaltigen Schmelze entgegengeleitet. Dieser Teükreislauf führt zu einer besseren Ausnutzung der im Schachtofen eingeschmolzenen Ausgangsstoffe. Das zuletzt beschriebene Verfahren ist für den Aufbau eines Sauerstoffpotentialgefalles auf. der Gegenstromrinne besonders günstig. Der Begriff des Sauerstoffpotentialgefälles gehört durch die DT-OS 19 56 297 zum Stand der Technik.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen technischen Maßnahmen bieten folgende Vorteile:

1. In einem einfachen Einschmelzaggregat können unterschiedliche Ausgangsmaterialien, insbesondere Schrott bei geringem Energieverbrauch eingeschmolzen werden. Durch die Abgasverwertung wird der Energieverbrauch weiter herabgesetzt. Die vorgeschlagenen Maßnahmen führen zu einer guten wärmetechnischen Nutzung des vorgeschlagenen Prozesses zur kontinuierlichen Stahlerzeugung.

2. Die Zugabe der schmelzpunkterniedrigenden, reduzierenden Stoffe verbessert den Wärmehaushalt des Systems erheblich. Je nach Ausgangsmaterial kann auf einen Zusatz von Koks oder das Einblasen von anderen festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in den Schaftofen verzichtet werden, wenn in die Schmelze schmelzpunkterniedrigende Stoffe eingeblasen werden. Vorzugsweise wird diese Maßnahme dadurch ergänzt, daß man aus diesen Stoffen stark exotherm reagierende Stoffe auswählt und gleichzeitig Sauerstoff einbläst. Als Beispiel für diese Stoffe sei Kohlenstoff, Silizium, Ferro-Silizium und Ferro-Phosphor genannt.

3. Da der ganze Prozeß im Gegenstrom arbeitet, ist eine intensive Stoff- und Energieausnutzung möglich.

4. Bei der oxidierenden Fahrweise wird die Reaktion auf der Gegenstromrinne durch das aufgebaute Potentialgefälle besonders gefördert.

Die Anlage kann für unterschiedliche Standorte verwendet werden, da sie als Ausgangsmaterial sowohl mit 100% Roheisen als auch mit 100% Schrott, aber auch unter Einsatz von Eisenschwamm, d. h. im Prinzip mit Ausgangsstoffen beliebiger Anteile betrieben werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt,

F i g. 2 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform und

F i g. 3 einen Schnitt gemäß 3-3 der F i g. 2.

Wie F i g. 1 zeigt, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung zur kontinuierlichen Stahlerzeugung aus einem ersten als Schachtofen 1 ausgebildeten Raumabschnitt, einem zweiten Raumabschnitt 2 mit Abgaskanal 2a und elektromagnetischer Gegenstromrinne 14 und einem dritten Raumabschnitt 3 für die Beendigung des Raffiniervorgangs. Die beim Raffiniervorgang anfallende Schlacke 18 wird der im Schachtofen 1 eingeschmolzenen und dem Schmelzsumpf 4 entnommenen Schmelze 19 entgegengeleitet. In den Schmelzsumpf 4 münden Blaslanzen 5 ein, von denen in der F i g. 1 nur eine gezeigt ist. Alternativ können im Bereich des Sumpfes Düsen angeordnet sein. Weitere Einblasvorrichtungen 6 befinden sich oberhalb des Schmelzsumpfes 4.

Außerdem sind Einblasvorrichtungen 7 und 8 im Bereich des zweiten und dritten Raumabschnittes 2 und 3 vorgesehen. Die Zugabe von Schlackenbildnern und anderen Zuschlagstoffen erfolgt durch Öffnungen, die in der Figur nicht gezeigt sind. Schmelzflüssige Eisenlegierungen, insbesondere Roheisen, können über den Einlauf 9 zugegeben werden. Die anfallende Schlacke wird über den Schlackenablauf 10 abgezogen. Weiterhin sind eine Schrottschleuse 11 und ein Abzug 12 für das Abgas vorgesehen. Der fertige Stahl verläßt die Vorrichtung über einen siphonartigen Auslauf 13.

Besondere Vorteile bietet die in F i g. 2 und 3 gezeigte Alternative, bei welcher der Schachtofen 1 neben

dem zweiten Raumabschnitt 2 angeordnet ist. Etwa in der Mitte des zweiten Raumabschnittes 2 ist der Schachtofen 1 an den zweiten Raumabschnitt 2 angeschlossen. Außerdem ist der Schachtofen 1 über einen Kanal 16 mit dem Anfang des zweiten Raumabschnittes 2 verbunden. Dadurch ist ein Teilkreislauf zwischen Schachtofen 1 und einem Teil des zweiten Raumabschnittes 2 möglich.

Es kann von Vorteil sein, in den Teilkreislauf im Bereich des Kanals 16 eine Zugabevorrichtung für Reduktions- und schmelzpunkterniedrigende Mittel anzuordnen.

Mit 9a ist der Zulauf für flüssige Legierungen, z. B. Roheisen, und mit 10a der Schlackenabzug bezeichnet. Die in F i g. 4 gezeigte Ausführungsform weist als Verbindung 15 eine elektromagnetische Rinne 17 auf.

Es leuchtet ein, daß die vorgeschlagene Konstruktion den Einsatz unterschiedlichster Gattierungen ermöglicht. In den Schachtofen können Schrott und/oder Eisenschwamm gegebenenfalls versetzt mit festem Roheisen oder Koks eingesetzt werden. Ebensogut können schmelzflüssige Eisenlegierungen, insbesondere Roheisen, in den Schmelzsumpf mit eingespeist werden. Die vorgeschlagene Anordnung und die gegebenenfalls zusätzlich vorgenommenen Verfahrensmaßnahmen, insbesondere im Bereich des Schmelzsumpfes, sind vorteilhaft für die Schrottauflösung.

Diese Vielseitigkeit in Kombination mit der optimalen Ausnutzung des Abgases führt zu einer hohen Wirtschaftlichkeit des anmeldungsgemäßen Prinzips.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Stahlerzeugung, bei welcher unterschiedliches Ausgangsmaterial wie Roheisen, insbesondere Schrott und/oder Eisenschwamm, gegebenenfalls versetzt mit schmelzflüssigen Eisenlegierungen, einsetzbar ist, mit einem ersten Raumabschnitt für das Einschmelzen, einem zweiten Raumabschnitt für den Frisch-Vorgang im Gegenstrom und einem dritten Raumabschnitt für das Fertigfrischen und die Schlackenbildung, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Raumabschnitt ein Schachtofen (1) mit einem Schmelzsumpf (4) ist, wobei in den Schmelzsumpf (4) der als elektromagnetische Gegenstromrinne ausgeführte zweite Raumabschnitt (2) einmündet, und daß in den unteren Teil des Schachtofens (1) ein vom dritten (3) über den zweiten Raumabschnitt (2) sich erstreckender Abgaskanal (2a) einmündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen (1) an seinem unteren Ende insbesondere mit elektrischer Energie betreibbare Beheizungsvorrichtungen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen (1) und/oder der zweite Raumabschnitt (2) Einblasvorrichtungen (5 bis 7) aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen (1) einen Zulauf (9) für schmelzflüssige Eisenlegierungen aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen (1) neben der ersten Hälfte des zweiten Raumab-Schnitts (2) angeordnet ist und Verbindungen (15, 16) für einen Teilkreislauf der schmelzflüssigen Phasen aufweist.

6. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die im Schmelzsumpf (4) befindliche Schmelze ..chmelzpunkterniedrigende, reduzierende, vorzugsweise exotherm reagierende Stoffe, wie Silizium und Phosphor, insbesondere Kohlenstoff, eingeblasen werden und gegebenenfalls das heiße Abgas oberhalb der Schmelze unter Zufuhr sauerstoffhaltigen Gases verbrannt wird.

7. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial im Schachtofen (1) oxydierend niedergeschmolzen wird und die entstehende eisenoxydulhaltige Schlacke über die Verbindung (15) der dem Schmelzsumpf (4) entnommenen reduktionsmittelhaltigen Schmelze entgegengeleitet wird.

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