DE2616784A1

DE2616784A1 - Verfahren zur regenerierung geschmolzener schlacken

Info

Publication number: DE2616784A1
Application number: DE19762616784
Authority: DE
Inventors: Akira Masui; Yoshio Miyashita; Kenji Takahashi; Kenzo Yamada; Kanagawa Yokohama
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1975-04-16
Filing date: 1976-04-15
Publication date: 1976-10-28
Also published as: CA1075471A; JPS51121030A; FR2307875A1; JPS5523781B2; FR2307875B1

Description

9861-76 So/Ri . _A . . „ _A

Nippon Kokan K.K. 26 I 67 O

Jp-Anm. 45 301/75 ΡΛτ::χτΛ.\·ΛνΧι,ΓΕ

filed 16.4.1975 "«· ing. eu.vst sommkrfjsld

DIi. DIKTKR v. JiKZOLD

DIPL. ING. PIiTKR SCHÜTZ

DIPL. IXG. AVOLFGANG IIKUHLKR

D-S ΜΓΕ.ΝΧΙΙΕ.ν SO

MAHIA-TII EKKSIA-STK ASSE 22 POSTFACH SO00OS

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha No. 1-2, 1-chome, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo

Verfahren zur Regenerierung geschmolzener Schlacken

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung geschmolzener Schlacken bei der Stahlherstellung.

Bekanntlich wird bei der Stahlherstellung eine größere Menge von geschmolzenen Schlacken erzeugt, welche etwa 10$ des erzeugten Rohstahls ausmacht. Eine derartige Stahlerzeugungsschlacke besteht gewöhnlich aus freiem Kalk (CaO), Mkalziumsilikat (2CaO-SiOp), sowie ferner etwa 15$ Fe und etwa Λ% P. Bei einer derartigen Zusammensetzung bewirken die chemischen Reaktionen, daß das CaO bei Kontakt mit Wasser oder Kohlendioxydgas reagiert und daß das 2CaO'SiO₂ sein eigenes Volumen durch Phasenumwandlung verändert, ein Brechen der Schlacken. V/enn die bei der Stahlerzeugung sich ergebenden Schlacken für Verwendungszwecke wie als Bettungsmaterialien und Zuschlagstoffe herangezogen werden sollen, welche eine körni-

im Falle eines Stahlgewinnungsverfahrens, beispielsweise mit einem basischen Sauer- - 2 stoff-Ofen.

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ge Gestalt erfordern, sind sie auf Grund ihrer Tendenz zu zerbrechen, nicht geeignet. Für die Verwendung dieser Schlacken als Zement- oder Bindematerialien ist es nicht hinderlich, wenn sie gebrochen sind, jedoch sind die Schlakken für diesen Verwendungszweck infolge des in ihnen enthaltenen Anteils von [FeJ unerwünscht. Sogar die Verwendung dieser »Schlacken als Quelle von Kalk für Hochofenverfahren ist bekanntlich begrenzt wegen der hohen Konzentration von[PJ in den Schlacken. Dies zeigt, daß bei der Verwendung derartiger Schlacken verschiedene Schwierigkeiten beseitigt werden müssen. Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wurden verschiedene Vorschläge für ein Verfahren zur Regenerierung der Schlacken durch Variierung ihrer Zusammensetzung gemacht. Der in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Sho 49-83 693 enthaltene Stand der Technik ist hierfür repräsentativ.

Das in der genannten Patentanmeldung veröffentlichte Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:

Ί. Die geschmolzenen Schlacken bei der Stahlerzeugung werden in einen elektrischen Schmelzofen hineingegeben, in welchem sich bereits ausreichend heißes Metall befindet.

2. Die Schlacken werden durch das heiße Metall erhitzt, welchem elektrothermische Energie zugeführt wird.

3. Die Zusammensetzung der Schlacke wird durch chemische Reaktion zwischen der Schlacke und dem heißen Metall oder anderen Flußmitteln variiert und die Schlacke ist schließlich regeneriert.

Derart regenerierte Schlacken können als Zement- oder Bindermaterialien verwendet werden. Das vorstehend beschriebene · Verfahren weist jedoch verschiedene Nachteile auf. Beispiels-

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weise ergibt sich erstens ein Wärmeverlust beim Transport der Schlacken vom Stahlerzeugungsofen zum Schmelzofen. Dabei wird die erforderliche Wärmemenge den Schlacken durch Wärmeleitung zugeführt, wobei die Wärme aus der relativ teuren elektrischen Energie erzeugt wird (z.B. 560 KWH/t Schlacke). Der dritte Nachteil ist, daß das Blasen eines gasförmigen Mediums, beispielsweise N_?, oder von Wasserdampf oder eine Zwangsrührung durch Drehen oder Umrühren des Ofens oder ein mechanisches Rühren durch andere Kittel unbedingt erforderlich ist, so daß zusätzliche Einrichtungen benötigt werden. Viertens muß eine Steuerung der Zusammensetzung des heißen Metalls erfolgen, um die Reaktion einzustellen, da sich die Schlacken durch das heiße Netall regenerieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirksames Verfahren zur Regenerierung geschmolzener Schlacken bei der Stahlherstellung zu schaffen, welches nicht die Nachteile der bekannten Verfahren aufweist, wobei insbesondere die erhaltene Schlacke vielfältig verwendbar ist.

Diese.Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach neuerlicher Zugabe von reinem Kohlenstoff und Flußmitteln zu der geschmolzenen Schlacke Sauerstoff in diese eingeblasen wird und die Zusammensetzung der Schlacke entsprechend ihrem Verwendungszweck variiert wird. Dabei kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Variierung der Zusammensetzung und die Regenerierung der Schlacke in einem Konverter selbst durchgeführt werden. Gemäß einer Variante der Erfindung kann die geschmolzene Schlacke in einen anderen Behälter eingefüllt und in diesem Behälter behandelt werden, welcher die gleichen Einrichtungen wie ein Konverter aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regenerierung der geschmolzenen Schlacken bei der Stahlherstellung benötigt grundstäzlich

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keine zusätzlichen Einrichtungen. Die erfindungsgenäß erhaltenen Schlacken können als Quelle für Kalk, als Rohstoff für Zement- oder Bindematerial, als Bettungsmaterial, als Zuschlagstoff für Zement oder dergleichen verwendet werden. Somit werden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigte Materialien auf wirtschaftliche V/eise hergestellt. Ferner wird durch Variierung der Zusammensetzung der Schlacke die Verunreinigung der Umgebung verringert oder beseitigt.

V/eitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, welche ein Ausführungsbeispiel enthält.

Die Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens begann mit eingehenden Untersuchungen der Möglichkeiten,regenerierte Schlacken entsprechend den einzelnen Anwendungsfällen mittels des Stahlerzeugungsofens, beispielsweise insbesondere des Konverters selbst, zu erhalten. Diese Bemühungen wurden durchgeführt im Hinblick darauf, daß die Behandlung der Schlacken nach dem weiter oben beschriebenen bekannten Regenerierverfahren zu schwierig und zu teuer ist. Der Grund, weshalb sich die der Erfindung vorausgehenden Untersuchungen auf die Verwendung des Konverters selbst erstreckten, ist in erster Linie, daß nach der Entleerung des Hochofens bis zur nächsten Füllung eine freie Zwischenzeit vorhanden ist, welche für die Regenerierung der Schlacken verwendet werden kann. Die Schwierigkeiten, die mit dem Transport der geschmolzenen Schlacken zu einem anderen Behälter mit einem Schmelzofen verbunden sind, werden dadurch vermieden. Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß die Schlacken einfach in dem Konverter bleiben und darin behandelt werden, wobei die sich daraus ergebenden Vorteile groß sind. Der Grund hierfür liegt in der Möglichkeit, dabei die bestehenden Konvertereinrichtungen so zu benutzen, wie sie vorhanden sind. Bei Verwirklichung dieses Verfahrens ist es somit nicht erforderlich, die Verwendung zusätzlicher und Hilfseinrichtungen in Betracht zu ziehen. Zusammengefaßt ergibt sich,

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daß die Erfindung ein Regenerierverfahren für Stahlerzeugungsschlacken schafft, welches sich nicht nachteilig für die Produktivität des Konverters bei den Hochofenprozessen auswirkt und welches keine Faktoren enthält, die hohe Kosten bei den Ofeneinrichtungen bewirken.

Aus diesen genauen Untersuchungen ergaben sich die folgenden-Erkenntnisse. Wenn die Temperatur der Stahlerzeugungsschlacken höher als 1500 G ist und eine ausreichende Kenge von [G] vorhanden ist, werden (FeO), (PpO^) und (KnO) unter den Oxyden der Schlacke reduziert zu [FeJ , [Pj und [_KnJ nach der nachstehenden Gleichung (i) und gleichzeitig erfolgt eine exotherme Reaktion nach der Gleichung (2)i

(FeO, P₂O₅, MnO) + G = Fe, P, Kn + COf (1)

2G + Op = 2GO

2GO + O₀ = 2GO _o (2).

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen für die Durchführung der vorstehenden Reaktionen sind folgende. Zunächst werden reiner Kohlenstoff und Flußmittel zur Erhöhung der Flüssigkeit der Schlacken den Schlacken im Ofen hinzugefügt, danach wird Sauerstoff in die Schlacken eingeblasen zur Erhöhung ihrer Temperatur auf mehr als 1500°C und zur Durchführung der Reaktion, wobei die Schlacken gerührt werden. Dabei erfolgt die Zugabe des Kohlenstoffs und des Flußmittels sowie auch das Einblasen des Sauerstoffs durch die vorhandenen Einrichtungen ohne irgendwelche Veränderungen, so daß eine Notwendigkeit für die Anordnung zusätzlicher Einrichtungen nicht vorliegt.

Während des Verlaufs der oben aufgezeigten Reaktion ist die Reaktion gemäß der Gleichung (1) endotherm. Der Wärmeverlust hierbei wird durch das [coj in der Gleichung (1)

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sowie durch die Verbrennung des[cjmit dem eingeblasenen Sauerstoff gemäß Gleichung (2). Somit kann als reiner Kohlenstoff, welcher eine wichtige Rolle bei der vorliegenden Erfindung spielt, ebenso gewöhnlicher Koks verwendet werden. Jedoch muß dabei die Korngröße des Kokses beachtet werden. Die Korngröße des Kokses sollte weniger als 30m/m, vorzugsweise etwa weniger als 10 m/m, betragen, entsprechend der Kapazität des verwendeten Ofens. Das Einblasen von Sauerstoff wird durchgeführt mittels einer gewöhnlichen Lanze. Durch diese Maßnahmen werden die Reaktionen gemäß den Gleichungen (1) und (2) leicht und stabil bewerkstelligt, wobei der Schmelzpunkt der Schlacke selbst steigt, wenn die Schlacke reduziert wird und ihre Flüssigkeit herabgesetzt wird. Dies bewirkt zwar eine Hemmung der Reaktion, jedoch wird durch die erfindungsgemäße Zugabe des Flußmittels die Erniedrigung der Flüssigkeit der Schlacke wieder ausgeglichen. Jedes der bekannten Flußmittel, beispielsweise Aluminiumkryolith, Flußspat oder dergleichen, können verwendet werden und im Hinblick auf den jeweiligen Anwendungsfall nach der Regenerierung entsprechend ausgewählt werden. Wenn erforderlich, wird ein Mittel zur Steuerung der Zusammensetzung der Schlacke außerdem hinzugefügt. Dies erfolgt zur Variierung der Zusammensetzung der Schlakke entsprechend ihrem vorgesehenen Verwendungszweck. Kachfolgend wild ein an einer Konverter-Versuchsanlage durchgeführtes Ausführungsbeispiel beschrieben.

Nachdem die übliche Stahlherstellung nach dem Sauerstoffverfahren mittels eines 40 kg-Konverters beendet ist und die Sauerstofflanze herausgezogen wurde, wird der geschmolzene Stahl abgelassen und die geschmolzenen Schlacken von etwa 5 kg bleiben im Konverter wie sie sind. Anschließend wird reiner Kohlenstoff mit der Korngröße von weniger als 2 m/m den Schlacken im Ofen zugegeben und die Lanze wird hineingesteckt um den Sauerstoff einzublasen. Dabei werden die geschmolzenen Schlacken mit Hilfe des eingeblasenen Sauerstoffs gerührt und die Reaktion gemäß der Gleichung (1) läuft ab.

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Zur gleichen Zeit schreitet die Verbrennung gemäß Gleichung (2) voran. Die Fortschreitgeschwindigkeit der beiden Reaktionen wird durch die Düsenform, die Anzahl der Düsenöffnungen und die Höhe der Lanze sowie die Einblasemenge des Sauerstoffs gesteuert· Das entsprechend dem beabsichtigten Verwendungszweck der Schlacke ausgewählte Flußmittel wird in dem Maße zugesetzt wie erforderlich, um die Verringerung der Flüssigkeit der Schlacken bei Fortschreiten der Reduktionsreaktion auszugleichen. Das durch die Reaktion gemäß Gleichung (1) erzeugte CO-Gas wird im oberen Bereich des Ofens gut verbrannt, somit ist die Erniedrigung der Schlakkentemperatur nach der Regenerierung nur etwa 2O°C gegenüber der Auslasstemperatur.

Die nachstehende Tabelle I zeigt die Versuchsbedingungen und die Tabellen II und III zeigen die Versuchsergebnisse.

Tabelle I Versuchsbedingungen

Anfängliche geschmolzene	GaO	Schlacke	ca.	A	1 0	,89	) Nl/min	5000g
Reiner Kohlenstoff				^ 0 (*)	,48	5 min.	500g
Flußmittel	52,			0	,03	250g
Sauerstoffmenge	59,		Kryolith	2	,68
Regenerierdauer	63,		IOC	3	,70
Tabelle II	65,			2	und Gewicht
	65,		Zusammensetzung	2	MgO
		SiO₀
Anfängliche Schlacke	20	W²	2,85
nach 2 min.	96	15,31	5,25
nach 4 min.	49	18,37	5,58
nach 5 min.	36	19,32	5,59
regenerierte Schlacke	41	18,71	5,61
		18,75

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	T.Fe (50	P₂O (50	III	- 8	Gewicht Cs)	2616784	P S (50 (50
	15,30	2,18	Si m		ca. 5000	Temperatur (⁰C)	2,57 0,003
MnO (50	4,85	0,75	0,16	S		1680
3,85	2,33	0,27	0,11
0,13	2,43	0,26	0,49
0	2,38	0,19	0,17	4080	1660
0	Tabelle	0,20
0	C (50	0,21	Gewicht und Zusammensetzung des regenerierten Fe
	4,95		Mn (50
Gewicht (e)			13,0
940

Aus obigen Tabellen geht eindeutig hervor, daß die Oxide der Schlacken gut reduziert werden. Insbesondere wird (FeO) zu etwa 9O# reduziert. Das reduzierte[Fe] wird abgeschieden und am Boden der Schlacke gesammelt. Die Reduktion von (MnO) erreicht 100$ und das reduzierte (MnJ bewegt sich in das geschmolzene [Fe]. (PoOc) wird zu etwa 90$ reduziert. Etwa 60$ des reduzierten /JPJ bewegt sich in das geschmolzende [ßej und etwa 40$ verdampft. Eine derartige Reduktionsrate ist leicht erhältlich durch Steuerung des Sauerstoff-Einblasverfahrens, der Reaktionstemperatur und der Zeit. In anderen V/orten, die Steuerung der oben erwähnten Versuchsbedingungen wird variiert und ausgewählt entsprechend dem beabsichtigten "Verwendungszweck der regenerierten Schlacken. Beispielsweise wenn die Schlacke als Kalkquelle für Hochöfen verwendet werden soll, wird die in Tabelle II ge zeigte (^Konzentration noch um etwa

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weiter verringert und diese Verringerung läßt sich einfach erreichen. Soll die Schlacke hingegen als Zement- oder Bindematerial verwendet werden, so wird ferner ein Agens zur Steuerung der Schlackenzusammensetzung hinzugefügt. Auch für andere Verwendungsfälle der Schlacke, beispielsweise Schlackenwolle, Zuschlag- oder Füllstoffe im Bauingenieurwesen und am Baugelände, läßt sich die jeweils am besten geeignete Zusammensetzung durch die oben erwähnte Steuerungsmethode ohne jede Schwierigkeit oder Nachteile erreichen.

Der Ordnung halber soll noch darauf hingewiesen werden, daß die Regenerierung der Schlacken auf einfache V/eise nicht nur im Konverter selbst, sondern auch in einem anderen Gefäß mit den gleichen Einrichtungen wie bei einem Konverter auf einfache V/eise erreicht wird.

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Claims

Ansprüche

(lj Verfahren zur Regenerierung geschmolzener Schlacken bei der Stahlherstellung, dadurch gekennzeichnet, daß nach neuerlicher Zugabe von reinem Kohlenstoff und Flußmitteln zu der geschmolzenen Schlacke Sauerstoff in diese eingeblasen wird und die Zusammensetzung der Schlacke entsprechend ihrem Verwendungszweck variiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Variierung der Zusammensetzung und die Regenerierung der Schlacke in einem Konverter selbst durchgeführt wird.

3· Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die geschmolzene Schlacke in einen anderen Behälter eingefüllt und in diesem Behälter behandelt wird, welcher die gleichen Einrichtungen wie ein Konverter aufweist.

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