EP4026919A1

EP4026919A1 - Method and device for steel production

Info

Publication number: EP4026919A1
Application number: EP21150490.7A
Authority: EP
Inventors: Jens Apfel; Willi Anton Buehler
Original assignee: Primetals Technologies Germany GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Germany GmbH
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2022-07-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) und eine Vorrichtung (1) zum Produzieren von Stahl sowie eine Anlage mit einer solchen Vorrichtung (1). Dabei wird mithilfe eines Lichtbogenofens Rohstahl (3) bereitgestellt (S1) und der bereitgestellte Rohstahl (3) in einem sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozess vor dem Gießen veredelt. Erfindungsgemäß wird dem bereitgestellten Rohstahl (3) während des sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses ein Reaktionsmittel zugeführt (S2), von dem zumindest ein Teil mit Stickstoff aus dem bereitgestellten Rohstahl (3) zu einer Stickstoffverbindung reagiert.The invention relates to a method (100) and a device (1) for producing steel and a plant with such a device (1). Crude steel (3) is provided (S1) with the aid of an electric arc furnace and the crude steel (3) provided is refined in a secondary metallurgical steel production process before casting. According to the invention, a reactant is fed (S2) to the crude steel (3) provided during the secondary metallurgical steelmaking process, at least a portion of which reacts with nitrogen from the crude steel (3) provided to form a nitrogen compound.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Produzieren von Stahl sowie eine Anlage mit einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a method and a device for producing steel and a plant with such a device.

Bei der Stahlerzeugung wird zwischen Legierungselementen und Verunreinigungen unterschieden. Während Legierungselemente dem Rohstahl zum Beispiel während eines sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses gezielt zugegeben werden, um bestimmte Materialeigenschaften zu erzielen, sind Verunreinigungen im Stahl unerwünscht. Sie gelangen etwa durch Einsatzstoffe oder die Prozessatmosphäre in den Stahl. Es ist im Allgemeinen ein Ziel bei der Stahlerzeugung, die Konzentration dieser Verunreinigungen möglichst gering zu halten.In steel production, a distinction is made between alloying elements and impurities. While alloying elements are added to the raw steel in a targeted manner, for example during a secondary metallurgical steelmaking process, in order to achieve certain material properties, impurities in the steel are undesirable. They get into the steel, for example, through the input materials or the process atmosphere. It is generally a goal in steelmaking to keep the concentration of these impurities as low as possible.

Die konventionelle Route der Stahlherstellung über Hochofen und Konverter erlaubt es Stähle herzustellen, die Stickstoffgehalte von weniger als 30 ppm aufweisen.The conventional route of steel production via blast furnaces and converters allows the production of steels with a nitrogen content of less than 30 ppm.

Aufgrund ihrer Kohlenstoffdioxid-Emissionen und dem damit verbundenen negativen Einfluss auf das Klima verlieren die konventionellen Hochöfen jedoch an Attraktivität. Günstiger erscheinen vor diesem Hintergrund auf Lichtbogenöfen basierende Verfahren. Allerdings haben diese Verfahren den Nachteil, dass sich der Stickstoffgehalt im Rohstahl deutlich schlechter reduzieren lässt, insbesondere, da zu einem Großteil Schrott als Einsatzstoff (wieder-)verwendet wird.However, due to their carbon dioxide emissions and the associated negative impact on the climate, conventional blast furnaces are becoming less attractive. Against this background, processes based on electric arc furnaces appear cheaper. However, these processes have the disadvantage that the nitrogen content in the crude steel is much more difficult to reduce, especially since scrap is (re)used as the input material for the most part.

Daher zielt neuere Forschung darauf ab, die Stahlherstellungsroute über den Lichtbogenofen derart weiterzuentwickeln, dass auch hier eine Reduktion des Stickstoffgehalts im produzierten Rohstahl erreicht werden kann. Ein Ergebnis dieser Bemühungen resultiert in dem Ansatz, Wasserstoff oder eine Wasserstoffverbindung in den Lichtbogenofen einzuleiten, um Stickstoff aus den aufgeschmolzenen Einsatzstoffen zu binden.Therefore, more recent research aims to further develop the steel production route via the electric arc furnace in such a way that a reduction in the nitrogen content in the crude steel produced can also be achieved here. One result of these efforts is the attempt to introduce hydrogen or a hydrogen compound into the arc furnace in order to bind nitrogen from the melted charge materials.

Dabei wird der Wasserstoff oder die Wasserstoffverbindung durch poröse, sogenannte Spülsteine am Grund des Lichtbogenofens oder durch Dampfinjektion mittels entsprechender Einspritzdüsen an der Wandung des Lichtbogenofens in den Lichtbogenofen eingeleitet. Die Einleitung des Wasserstoffs oder der Wasserstoffverbindung findet dadurch in einem durch die Umgebungsbedingungen im Lichtbogenofen definierten thermodynamischen Zustand der aufgeschmolzenen Einsatzstoffe statt. Aufgrund der im Lichtbogenofen üblichen hohen Sauerstoffkonzentration ist dieser Zustand unter anderem durch eine geringe Stickstoff-Löslichkeit definiert.The hydrogen or the hydrogen compound is introduced into the electric arc furnace through porous, so-called purging plugs at the bottom of the electric arc furnace or by steam injection by means of corresponding injection nozzles on the wall of the electric arc furnace. The introduction of the hydrogen or the hydrogen compound thus takes place in a thermodynamic state of the melted charge materials defined by the ambient conditions in the electric arc furnace. Due to the high oxygen concentration that is usual in arc furnaces, this state is defined, among other things, by low nitrogen solubility.

Wie bereits erwähnt wird der mithilfe eines Lichtbogenofens produzierte Rohstahl im Allgemeinen im Rahmen eines sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses, auch zweiter metallurgischer Prozess genannt, vor dem endgültigen Gießen veredelt, um gewünschte Eigenschaften zu erhalten. Der vom Lichtbogenofen bereitgestellte Rohstahl kann zum Beispiel mithilfe eines Pfannenofens erneut oder weiter erhitzt, insbesondere auf eine gewünschte Gießtemperatur gebracht, und/oder dem Rohstahl Legierungselemente zugegeben werden. Dabei kommt es für gewöhnlich jedoch zur erneuten Aufnahme von Stickstoff, welche der zuvor im Lichtbogenofen ausgeführten Stickstoffreduktion entgegenwirkt. Dieser Effekt wird auch dadurch verstärkt, dass der Zustand des Rohstahls ohne die im Lichtbogenofen erhöhte Sauerstoffkonzentration durch eine hohe Stickstoff-Löslichkeit definiert ist.As previously mentioned, crude steel produced using an electric arc furnace is generally refined in a secondary metallurgical steelmaking process, also known as a second metallurgical process, prior to final casting to obtain desired properties. The crude steel provided by the arc furnace can be heated again or further, for example with the aid of a ladle furnace, in particular brought to a desired casting temperature, and/or alloying elements can be added to the crude steel. However, this usually leads to renewed absorption of nitrogen, which counteracts the nitrogen reduction previously carried out in the arc furnace. This effect is also intensified by the fact that the condition of the crude steel without the increased oxygen concentration in the electric arc furnace is defined by a high level of nitrogen solubility.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den auf Lichtbogenofen basierenden Stahlerzeugungsprozess weiter zu verbessern, insbesondere derart, dass im Endprodukt ein geringerer Stickstoffgehalt erzielt wird.It is therefore an object of the present invention to further improve the arc furnace based steelmaking process, in particular such that a lower nitrogen content is achieved in the end product.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stahlerzeugung sowie eine Anlage mit einer solchen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a method and a device for steel production and a plant with such a device according to the independent claims.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der Beschreibung.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims and the description.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird mithilfe eines Lichtbogenofens Rohstahl bereitgestellt und der bereitgestellte Rohstahl in einem sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozess vor dem Gießen veredelt. Erfindungsgemäß wird dem bereitgestellten Rohstahl während des sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses ein Reaktionsmittel zugeführt, von dem zumindest ein Teil mit Stickstoff aus dem bereitgestellten Rohstahl zu einer Stickstoffverbindung reagiert.In the method according to the invention, crude steel is provided with the aid of an electric arc furnace and the crude steel provided is refined in a secondary metallurgical steel production process before casting. According to the invention, during the secondary metallurgical steel production process, a reactant is fed to the crude steel provided, at least a portion of which reacts with nitrogen from the crude steel provided to form a nitrogen compound.

Rohstahl im Sinne der Erfindung ist das Produkt, das aus einem primärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozess hervorgeht. Rohstahl bezeichnet also beispielsweise die Schmelze aus Einsatzstoffen wie zum Beispiel Roheisen oder Schrott, die zum Beispiel aus einem Hochofen-Konverter oder einem Lichtbogenofen entnommen, d. h. abgestochen, werden kann. Bei Rohstahl handelt es sich also insbesondere um unlegierten Stahl.Crude steel within the meaning of the invention is the product that results from a primary metallurgical steel production process. Crude steel, for example, refers to the melt from input materials such as pig iron or scrap, which is removed, for example, from a blast furnace converter or an electric arc furnace, i. H. can be cut off. Crude steel is therefore in particular unalloyed steel.

Der mithilfe des primärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses erzeugte Rohstahl lässt sich zum Beispiel in eine sogenannte Gusspfanne überführen. Dort kann der Rohstahl einem sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozess unterzogen und dadurch beispielsweise eine bestimmte Legierung hergestellt werden. Aus der Gusspfanne heraus kann der derart prozessierte Rohstahl dann gegossen werden.The crude steel produced using the primary metallurgical steelmaking process can be transferred, for example, to what is known as a ladle. There, the raw steel can be subjected to a secondary metallurgical steel production process and a specific alloy can be produced as a result, for example. The crude steel processed in this way can then be cast from the ladle.

Ein sekundärmetallurgischer Stahlerzeugungsprozess im Sinne der Erfindung ist ein Teil des gesamten Stahlerzeugungsprozesses, bei dem das mit einem Hochofen-Konverter oder Lichtbogenofen erzeugte Produkt weiter verarbeitet, insbesondere veredelt, wird. Beim sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozess kann der aus dem Hochofen-Konverter oder Lichtbogenofen abgestochene Rohstahl für das Gießen vorbereitet, zum Beispiel in einer Vakuumanlage entkarbonisiert (entkohlt) und/oder in einem Pfannenofen legiert, werden.A secondary metallurgical steel production process within the meaning of the invention is a part of the overall steel production process in which the product produced with a blast furnace converter or electric arc furnace is further processed, in particular refined. In the secondary metallurgical steelmaking process, the raw steel tapped from the blast furnace converter or electric arc furnace can be prepared for casting, for example decarburized (decarburized) in a vacuum plant and/or alloyed in a ladle furnace.

Ein Lichtbogenofen im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Aufschmelzen von Einsatzstoffen wie Schrott mithilfe eines Lichtbogens. Der Lichtbogen lässt sich dabei mithilfe von Elektroden erzeugen, die zu den Einsatzstoffen abgesenkt oder sogar bis in diese eingeführt werden.An electric arc furnace within the meaning of the invention is a device for melting charge materials such as scrap using an electric arc. The arc can be generated with the help of electrodes that are lowered to the charge materials or even inserted into them.

Ein Aspekt der Erfindung basiert auf dem Ansatz, im Rohstahl enthaltenen Stickstoff nach dem Abstechen aus einem Lichtbogenofen während einem sekundärmetallurgischen Prozess zu binden. Zweckmäßigerweise wird dazu ein Reaktionsmittel, vorzugsweise Wasserstoff oder eine Wasserstoffverbindung, während dem sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozess in den Rohstahl eingeleitet. Das Reaktionsmittel kann zum Beispiel in seiner gasförmigen Phase in den Rohstahl eingeblasen werden. Die dadurch im Rohstahl gebildeten Stickstoffverbindungen können dann, bevorzugt auf konventionelle Weise, entfernt werden. Beispielsweise können die Stickstoffverbindungen durch Entgasung aus dem bereitgestellten Rohstahl entfernt werden. Zweckmäßigerweise wird dazu vor dem Gießen des Rohstahls eine Vakuumentgasung durchgeführt.One aspect of the invention is based on the approach of binding nitrogen contained in the crude steel after it has been tapped from an electric arc furnace during a secondary metallurgical process. For this purpose, a reactant, preferably hydrogen or a hydrogen compound, is expediently introduced into the crude steel during the secondary metallurgical steelmaking process. For example, the reactant can be blown into the crude steel in its gaseous phase. The nitrogen compounds thus formed in the crude steel can then be removed, preferably in a conventional manner. For example, the nitrogen compounds can be removed from the crude steel provided by degassing. For this purpose, vacuum degassing is expediently carried out before the crude steel is cast.

Das Zuführen eines Reaktionsmittels in den Rohstahl während des sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses drängt sich dem Fachmann hierbei nicht auf, da während des sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses andere thermodynamischen Bedingungen herrschen als während des primärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses im Lichtbogenofen. Durch die deutlich höhere Löslichkeit von Stickstoff im "beruhigten" Rohstahl nach dem Abstechen aus dem Elektroofen steigt beispielsweise die für das Erreichen einer Wasserstoffsättigung benötigte Menge an Wasserstoff. Des Weiteren wirkt insbesondere Wasserstoff als Reaktionsmittel stark reduzierend und würde zu starkem Verschleiß der Spülsteine führen, insbesondere aufgrund deren Porenstruktur und der damit verbundenen vergrößerten Oberfläche.Introducing a reactant into the crude steel during the secondary metallurgical steelmaking process is not obvious to a person skilled in the art, since different thermodynamic conditions prevail during the secondary metallurgical steelmaking process than during the primary metallurgical steelmaking process in the electric arc furnace. Due to the significantly higher solubility of nitrogen in the "killed" crude steel after tapping from the electric furnace, the amount of hydrogen required to achieve hydrogen saturation increases, for example. Furthermore, hydrogen in particular as a reactant has a strong reducing effect and would lead to severe wear of the purging plugs, in particular due to their pore structure and the associated increased surface area.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Reaktionsmittel einem dem bereitgestellten Rohstahl zugeführten Prozessgas beigemischt. Um den Rohstahl zu bewegen, insbesondere zu rühren und/oder zu durchmischen, kann beispielsweise Argon, welches chemisch inert ist, dem Rohstahl zugeführt werden. So lässt sich Argon dem Rohstahl etwa in einem Pfannenofen blubbernd, d. h. unter Blasenbildung, zuführen. Durch die Beimischung des Reaktionsmittels kann zumindest ein Teil des Prozessgases eingespart werden. Der sekundärmetallurgische Stahlerzeugungsprozess kann dabei ungestört weiterlaufen.In a preferred embodiment, the reactant is a process gas supplied to the crude steel provided mixed in. Argon, for example, which is chemically inert, can be fed to the crude steel in order to move the crude steel, in particular to stir and/or mix it. For example, argon can be added to the crude steel in a ladle furnace while it is bubbling, ie with the formation of bubbles. By adding the reactant, at least part of the process gas can be saved. The secondary metallurgical steelmaking process can continue uninterrupted.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Menge des dem bereitgestellten Rohstahl zugeführten Reaktionsmittels variiert. Beispielsweise kann das Verhältnis von Reaktionsmittel zu Prozessgas variiert werden. Dadurch lässt sich die Bildung der Stickstoffverbindungen an den Verlauf des sekundärmetallurgischen Prozesses anpassen. Beispielsweise kann zu Beginn des sekundärmetallurgischen Prozesses eine große Menge an Reaktionsmittel, d. h. mit hoher Zuführrate, zugeführt werden. Zweckmäßigerweise wird hierbei das Prozessgas zumindest nahezu vollständig von dem Reaktionsmittel ersetzt. Vor einer (Vakuum-)Entgasung kann die Menge an zugeführtem Reaktionsmittel, d. h. die Zuführrate, dann verringert werden, insbesondere auf Null reduziert werden. Insbesondere kann hierbei die Beimischung des Reaktionsmittels zum Prozessgas gestoppt werden. Dadurch lassen sich vor dem Gießen des Rohstahls Maßnahmen wie beispielsweise eine Entgasung einleiten, die nicht nur eine Entfernung der Stickstoffverbindungen aus dem Rohstahl, sondern auch des ungebundenen Reaktionsmittels erlauben.In a further preferred embodiment, the amount of reactant supplied to the raw steel provided is varied. For example, the ratio of reactant to process gas can be varied. This allows the formation of the nitrogen compounds to be adapted to the course of the secondary metallurgical process. For example, at the beginning of the secondary metallurgical process, a large amount of reactant, i. H. with a high feed rate. In this case, the process gas is expediently replaced at least almost completely by the reactant. Before (vacuum) degassing, the amount of reactant supplied, i. H. the feed rate, can then be reduced, in particular reduced to zero. In particular, the addition of the reactant to the process gas can be stopped here. As a result, measures such as degassing can be introduced before the crude steel is cast, which not only allows the nitrogen compounds to be removed from the crude steel, but also the unbound reactant.

Die Variation der Menge des zugeführten Reaktionsmittels kann auch vorteilhaft sein, wenn sich im Verlauf des sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses die Bedingungen, unter denen das Reaktionsmittel zugeführt wird oder werden kann, ändern. Beispielsweise kann die Menge an zugeführtem Reaktionsmittel bei niedrigem Umgebungsdruck, insbesondere bei Anliegen eines Vakuums, gegebenenfalls verringert werden, da dann die Sättigungsgrenze für das Reaktionsmittel im Rohstahl geringer ist.Varying the amount of reactant supplied can also be advantageous if the conditions under which the reactant is or can be supplied change during the course of the secondary metallurgical steelmaking process. For example, the quantity of reactant supplied can be reduced if the ambient pressure is low, in particular when a vacuum is present, since the saturation limit for the reactant in the crude steel is then lower.

Zweckmäßigerweise wird der Anteil des Reaktionsmittels an einem Gemisch mit dem Prozessgas zumindest vermindert, wenn die Konzentration von Stickstoff im Rohstahl einen vorgegebenen Konzentrationsschwellenwert erreicht oder unterschreitet. Einerseits kann dadurch Reaktionsmittel eingespart werden. Zum anderen ist so auch eine weitere Erhöhung der Konzentration von Reaktionsmittel im Rohstahl vermeidbar.The proportion of reactant in a mixture with the process gas is expediently at least reduced when the concentration of nitrogen in the crude steel reaches or falls below a predetermined concentration threshold value. On the one hand, reactants can be saved as a result. On the other hand, a further increase in the concentration of reactants in the crude steel can also be avoided in this way.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Vakuum erzeugt und der bereitgestellte Rohstahl zumindest teilweise dem erzeugten Vakuum ausgesetzt. Das Reaktionsmittel kann dem Rohstahl vor oder während des Anlegens des Vakuums zugeführt werden. Zweckmäßigerweise wird das Reaktionsmittel demjenigen Teil des Rohstahls, der dem Vakuum ausgesetzt ist, zugeführt. Infolgedessen kann die Stickstoffentfernung aus dem Rohstahl wesentlich effizienter durchgeführt werden.In a further preferred embodiment, a vacuum is generated and the crude steel provided is at least partially exposed to the vacuum generated. The reactant can be added to the crude steel before or during the application of the vacuum. Conveniently, the reactant is supplied to that part of the crude steel which is exposed to the vacuum. As a result, the nitrogen removal from the crude steel can be performed much more efficiently.

In einem Atmosphärendruck von 1013 mbar liegt die Sättigungskonzentration von Wasserstoff in Rohstahl bei etwa 22 ppm. In einem stärkeren Vakuum, bei dem der Druck unter 1 mbar liegt, liegt die Sättigungskonzentration dagegen bei weniger als 1 ppm. Daher kann bei geringeren Drücken die Sättigungskonzentration eines Reaktionsmittels einfacher und schneller erreicht werden. Infolgedessen kann der Wasserstoffüberschuss den Stickstoff im Rohstahl schneller binden.At an atmospheric pressure of 1013 mbar, the saturation concentration of hydrogen in crude steel is around 22 ppm. In contrast, in a stronger vacuum, where the pressure is below 1 mbar, the saturation concentration is less than 1 ppm. Therefore, at lower pressures, the saturation concentration of a reactant can be reached more easily and quickly. As a result, the excess hydrogen can bind the nitrogen in the crude steel more quickly.

Gegenüber dem Einleiten eines Reaktionsmittels im Lichtbogenofen hat die Einleitung des Reaktionsmittels in Rohstahl, der während dem sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozess einem Vakuum ausgesetzt ist, daher den Vorteil, dass die zur Bindung des Stickstoffs im Rohstahl notwendige Menge an Reaktionsmittel deutlich geringer ist. Eine Bindung eines Großteils des Stickstoffs im Rohstahl, insbesondere bis zu 80 %, ist so entsprechend deutlich schneller. Gleichzeitig werden Mittel zum Zuführen des Reaktionsmittels weniger stark oxidiert.Compared to the introduction of a reactant in the arc furnace, the introduction of the reactant into crude steel, which is exposed to a vacuum during the secondary metallurgical steelmaking process, therefore has the advantage that the amount of reactant required to bind the nitrogen in the crude steel is significantly lower. Binding of a large part of the nitrogen in the crude steel, in particular up to 80%, is correspondingly much faster. At the same time, means for supplying the reactant are less oxidized.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Reaktionsmittel dem bereitgestellten Rohstahl bei einem Ruhrstahl-Heraeus-Verfahren zugeführt. Da das Ruhrstahl-Heraeus-Verfahren ein kontinuierliches (Entgasungs-)Verfahren ist, lässt sich so auch eine kontinuierliche Stickstoffbindung und -entfernung erreichen. Insbesondere kann die mithilfe des Reaktionsmittels gebildete Stickstoffverbindung durch das Ruhrstahl-Heraeus-Verfahren aus dem Rohstahl entfernt werden.In a further preferred embodiment, the reactant is added to the crude steel provided in a Ruhrstahl-Heraeus process. Since the Ruhrstahl-Heraeus process is a continuous (degassing) process, continuous nitrogen binding and removal can also be achieved. In particular, the nitrogen compound formed with the aid of the reactant can be removed from the crude steel by the Ruhrstahl-Heraeus process.

Zweckmäßigerweise wird das Reaktionsmittel dem Rohstahl in einer Steigleitung, durch die der Rohstahl in eine Vakuumkammer aufsteigt, zugeführt. Vorzugsweise wird das Reaktionsmittel in der Steigleitung gemeinsam mit einem Hubgas, insbesondere Argon, zugeführt. Insbesondere kann das Reaktionsmittel einem Hubgas wie Argon beigemischt werden. Das Gemisch lässt sich dann dem Rohstahl in der Steigleitung zuführen, bevorzugt unter Blasenbildung.The reactant is expediently fed to the crude steel in a riser through which the crude steel rises into a vacuum chamber. The reactant is preferably supplied in the riser together with a lifting gas, in particular argon. In particular, the reactant can be mixed with a lifting gas such as argon. The mixture can then be fed to the crude steel in the riser, preferably with the formation of bubbles.

Vorzugsweise wird dabei der dem Hubgas beigemischte Anteil an Reaktionsmittel während dem Ruhrstahl-Heraeus-Verfahren variiert. Insbesondere kann das Verhältnis von Reaktionsmittel und Hubgas variiert werden. Zu Beginn des Rohstahl-Heraeus-Verfahrens wird bevorzugt ausschließlich Hubgas in die Steigleitung eingeleitet, um ein Verstopfen der dazu vorgesehenen Öffnungen in der Hubgasleitung zu vermeiden. Sobald der Rohstahl in der Steigleitung aufgestiegen ist, lässt sich das Reaktionsmittel dem Hubgas beimischen, zum Beispiel im Verhältnis 50:50. Es ist aber auch denkbar, das Hubgas dann im Wesentlichen vollständig oder zumindest nahezu vollständig durch das Reaktionsmittel zu ersetzen. Nachdem genügend Reaktionsmittel zugeführt und Stickstoff aus dem Rohstahl entfernt wurde, kann der Anteil von Reaktionsmittel am Reaktionsmittel-Hubgas-Gemisch wieder verringert, insbesondere auf Null reduziert, werden. Dadurch kann das Reaktionsmittel wieder aus dem Rohstahl entfernt werden, bevor dieser gegossen wird.The proportion of reactant mixed with the lifting gas is preferably varied during the Ruhrstahl-Heraeus process. In particular, the ratio of reactant and lifting gas can be varied. At the beginning of the Rohstahl-Heraeus process, preferably only lifting gas is introduced into the riser in order to avoid clogging of the openings provided for this purpose in the lifting gas line. As soon as the raw steel has risen in the riser, the reactant can be mixed with the lifting gas, for example in a ratio of 50:50. However, it is also conceivable to replace the lifting gas essentially completely or at least almost completely with the reactant. After sufficient reactant has been supplied and nitrogen has been removed from the crude steel, the proportion of reactant in the reactant-lifting gas mixture can be reduced again, in particular reduced to zero. This allows the reactant to be removed from the raw steel before it is cast.

Ein Vorteil des Zuführens des Reaktionsmittels beim Ruhrstahl-Heraeus-Verfahren, insbesondere beim Zuführen gemeinsam mit dem Hubgas, besteht darin, dass das Zuführen einer großen Menge an (Hub-)Gas bzw. mit großer Zuführrate hierbei bereits a priori vorgesehen ist, um das Aufsteigen des Rohstahls in der Steigleitung zu bewirken. Diese Menge ist gegenüber der Menge sonstiger Gase, die dem Rohstahl während des sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses oder auch dem primärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozess im Lichtbogenofen üblicherweise zugesetzt werden, deutlich höher. Die Verwendung des Reaktionsmittels hierbei erlaubt es entsprechend, das Reaktionsmittel mit ebensolchen hohen Zuführraten zuzuführen. Dagegen wäre die Zuführung solch großer Mengen an Reaktionsmittel zum Beispiel über Spülsteine deutlich zeitaufwändiger.One advantage of feeding the reactant in the Ruhrstahl-Heraeus process, especially when feeding it together with the lifting gas, is that the feeding of a large amount of (lifting) gas or at a high feed rate is already provided for a priori in order to to cause the crude steel to rise in the riser. This amount is significantly higher than the amount of other gases that are usually added to the crude steel during the secondary metallurgical steelmaking process or also the primary metallurgical steelmaking process in the electric arc furnace. The use of the reactant here accordingly allows the reactant to be supplied at such high supply rates as well. On the other hand, the supply of such large amounts of reactant, for example via flushing plugs, would be significantly more time-consuming.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Reaktionsmittel dem bereitgestellten Rohstahl mit einer Zuführrate von wenigstens 150 m³/h zugeführt. Die gewünschte Konzentration des Reaktionsmittels im Rohstahl kann daher besonders schnell erreicht werden.In a further preferred embodiment, the reactant is fed to the crude steel provided at a feed rate of at least 150 m ³ /h. The desired concentration of the reactant in the raw steel can therefore be reached particularly quickly.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Reaktionsmittel dem bereitgestellten Rohstahl in einem Pfannenofen oder einer Pfannenentgasungsanordnung zugeführt. Im Pfannenofen kann das Reaktionsmittel zeitgleich mit Legierungsstoffen zugeführt werden, wodurch der sekundärmetallurgische Stahlerzeugungsprozess effizient ausgeführt werden kann. Die gebildete Stickstoffverbindung kann dann bei einem nachfolgenden Entgasen, zum Beispiel mithilfe einer Pfannenentgasungsanordnung, durchgeführt werden.In a further preferred embodiment, the reactant is added to the raw steel provided in a ladle furnace or a ladle degassing arrangement. In the ladle furnace, the reactant can be fed in at the same time as alloying materials, which means that the secondary metallurgical steelmaking process can be carried out efficiently. The nitrogen compound formed can then be removed in subsequent degassing, for example using a ladle degassing arrangement.

In der Pfannenentgasungsanordnung kann das Reaktionsmittel dem Rohstahl unter Vakuumbedingungen zugeführt werden, was die bereits genannten Vorteile wie Reduktion der Sättigungskonzentration mit sich bringt.In the ladle degassing arrangement, the reactant can be added to the crude steel under vacuum conditions, which brings with it the advantages already mentioned, such as a reduction in the saturation concentration.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Reaktionsmittel dem bereitgestellten Rohstahl mithilfe einer Einlauflanze zugeführt. Die Einlauflanze kann beispielsweise zumindest teilweise in den Rohstahl eingeführt werden, wenn sich dieser im Pfannenofen befindet. Alternativ kann die Einlauflanze zumindest teilweise in den Rohstahl eingeführt werden, wenn sich dieser in einer Pfannenentgasungsanordnung befindet. Das Reaktionsmittel kann dann in den Rohstahl eingeleitet werden, gegebenenfalls unter Blasenbildung. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass die Einlauflanze nicht in den Rohstahl eingeführt, sondern oberhalb eines Rohstahlspiegels positioniert wird oder ist. Insbesondere kann die Einlauflanze in einer Vakuumkammer positioniert sein oder werden, in der bei dem Rohstahl-Heraeus-Verfahren ein Vakuum zum Entgasen des Rohstahls erzeugt wird. Das Reaktionsmittel wird dann vorzugsweise auf den Rohstahl, insbesondere mit hohem Druck, aufgeblasen.In a further preferred embodiment, the reactant is fed to the crude steel provided using an inlet lance. The inlet lance can, for example, be at least partially inserted into the crude steel when it is in the ladle furnace. Alternatively, the sprue can be inserted at least partially into the crude steel when it is in a ladle degassing arrangement. The reactant can then be introduced into the raw steel, optionally with the formation of bubbles. However, it is also conceivable that the inlet lance is not inserted into the raw steel but is or is positioned above a level of raw steel. In particular, the inlet lance can be positioned in a vacuum chamber in which a vacuum for degassing the crude steel is generated in the crude steel Heraeus process. The reactant is then preferably blown onto the raw steel, in particular at high pressure.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Einlauflanze zumindest teilweise in den bereitgestellten Rohstahl eingeführt, bevor das Reaktionsmittel durch die Einlauflanze geführt wird. Vorzugsweise wird beim Einführen der Einlauflanze in den Rohstahl jedoch ein Prozessgas von der Einlauflanze ausgeblasen. Zum einen lässt sich dadurch ein Verstopfen der Lanzenöffnung bzw. -düse beim Einbringen in den Rohstahl durch sich abkühlenden Rohstahl vermeiden. Zum anderen kann auf diese Weise ein Inkontaktbringen des Reaktionsmittels mit einer umgebenden Atmosphäre vermieden werden. Infolgedessen lassen sich ungewünschte Reaktionen des Reaktionsmittels in der Atmosphäre vermeiden.In a further preferred embodiment, the inlet lance is at least partially introduced into the crude steel provided before the reactant is passed through the inlet lance. Preferably, however, a process gas is blown out of the inlet lance when the inlet lance is introduced into the crude steel. On the one hand, this prevents the lance opening or nozzle from becoming clogged when it is introduced into the crude steel as the crude steel cools down. On the other hand, in this way it is possible to avoid bringing the reactant into contact with a surrounding atmosphere. As a result, undesired reactions of the reactant in the atmosphere can be avoided.

Zweckmäßigerweise wird das Reaktionsmittel zumindest zeitweise gemeinsam mit einem Prozessgas, insbesondere Argon, durch die Einlauflanze zugeführt. Insbesondere kann das Reaktionsmittel einem in den bereitgestellten Rohstahl eingeleiteten Spülgas beigemischt werden, vorzugsweise in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis, beispielsweise in einem Verhältnis 50:50. Das Reaktionsmittel kann dadurch zur Bewegung des Rohstahls, insbesondere zu dessen Verrührung und/oder Vermischung, beitragen.The reactant is expediently fed in through the inlet lance at least at times together with a process gas, in particular argon. In particular, the reactant can be added to a flushing gas introduced into the raw steel provided, preferably in a predetermined mixing ratio, for example in a ratio of 50:50. The reactant can thereby move the Crude steel, contribute in particular to stirring and / or mixing.

Es ist insbesondere denkbar, dass das Spülgas zumindest zeitweise vollständig oder zumindest nahezu vollständig durch das Reaktionsmittel ersetzt wird. Dadurch kann Spülgas eingespart und/oder die Zuführrrate des Reaktionsmittels erhöht werden.In particular, it is conceivable that the flushing gas is at least temporarily completely or at least almost completely replaced by the reactant. As a result, flushing gas can be saved and/or the feed rate of the reactant can be increased.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Zuführen von Reaktionsmittel zumindest reduziert, insbesondere gestoppt, bevor die Einlauflanze aus dem bereitgestellten Rohstahl herausgezogen wird. Auch dadurch kann ein Inkontaktbringen des Reaktionsmittels mit der umgebenden Atmosphäre vermieden werden. Um auch beim Herausziehen der Einlauflanze ein Verstopfen der Lanzenöffnung bzw. -düse vermeiden zu können, wird hierbei vorzugsweise wieder Spülgas ausgeblasen.In a further preferred embodiment, the supply of reactant is at least reduced, in particular stopped, before the inlet lance is pulled out of the raw steel provided. This also makes it possible to avoid bringing the reactant into contact with the surrounding atmosphere. In order to be able to avoid clogging of the lance opening or nozzle when the inlet lance is pulled out, flushing gas is preferably blown out again.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Reaktionsmittel als Teil eines Überschall-Dampfstrahls auf den bereitgestellten Rohstahl aufgeblasen. Vorzugsweise wird das Reaktionsmittel dabei bei dem Ruhrstahl-Heraeus-Verfahren, insbesondere innerhalb der Vakuumkammer, auf den Rohstahl aufgeblasen. Dadurch muss eine Austrittsöffnung, durch die das Reaktionsmittel und/oder der Überschall-Dampfstrahl ausgeblasen wird, nicht von Rohstahl umgeben sein und ist daher nicht den im Rohstahl herrschenden extremen Bedingungen ausgesetzt.In a further preferred embodiment, the reactant is blown onto the crude steel provided as part of a supersonic steam jet. In the Ruhrstahl-Heraeus process, the reactant is preferably blown onto the raw steel, in particular inside the vacuum chamber. As a result, an outlet opening through which the reactant and/or the supersonic steam jet is blown out does not have to be surrounded by raw steel and is therefore not exposed to the extreme conditions prevailing in the raw steel.

Das Reaktionsmittel kann durch den hohen Druck des Überschall-Dampfstrahls durch den Spiegel des Rohstahls in den Rohstahl eindringen und dort die Stickstoff-Verbindung bilden.Due to the high pressure of the supersonic steam jet, the reactant can penetrate through the level of the crude steel into the crude steel and form the nitrogen compound there.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Reaktionsmittel Wasserstoff ist, der als Bestandteil von Wasserdampf auf den Rohstahl aufgeblasen wird. Die H₂O-Moleküle können dann innerhalb des Rohstahls aufgebrochen werden, wo der Sauerstoff mit Kohlenstoff aus dem Rohstahl Kohlenstoffmonooxid bilden und damit entkarbonisieren kann. Der Wasserstoff kann mit dem Stickstoff aus dem Rohstahl N-H-Verbindungen, insbesondere Ammoniak (NH₃), bilden.It is particularly advantageous if the reactant is hydrogen, which is blown onto the crude steel as a component of steam. The H ₂ O molecules can then be broken down within the crude steel where the oxygen combines with carbon from the crude steel to form carbon monoxide and can thus decarbonize. The hydrogen can form NH compounds, in particular ammonia (NH ₃ ), with the nitrogen from the crude steel.

Um den Überschall-Dampfstrahl zu erzeugen, weist die Einlauflanze vorzugsweise eine Lavaldüse auf.In order to generate the supersonic steam jet, the inlet lance preferably has a Laval nozzle.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Rohstahl nach dem Zuführen von Reaktionsmittel entgast, bevor er gegossen wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass alle oder zumindest ein Großteil der im Rohstahl gebildeten Stickstoffverbindungen aus dem Rohstahl entfernt werden, bevor dieser weiterverarbeitet wird. Das Resultat ist ein besonders stickstoffarmes Endprodukt.In a further preferred embodiment, the raw steel is degassed after the addition of reactant before it is cast. This can ensure that all or at least a large part of the nitrogen compounds formed in the crude steel are removed from the crude steel before it is further processed. The result is a particularly low-nitrogen end product.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen von Stahl weist eine Zuführeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, mithilfe eines Lichtbogenofens bereitgestelltem Rohstahl während eines sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses zur Veredelung des Rohstahls vor dem Gießen ein Reaktionsmittel zuzuführen, von dem zumindest ein Teil mit Stickstoff aus dem bereitgestellten Rohstahl zu einer Stickstoffverbindung reagiert.The device according to the invention for producing steel has a feed device which is set up to supply crude steel provided with the aid of an electric arc furnace during a secondary metallurgical steelmaking process for refining the crude steel before casting, of which at least a part is mixed with nitrogen from the crude steel provided to a nitrogen compound reacts.

Vorzugsweise umfasst die Zuführeinrichtung eine Mischeinheit auf, die dazu eingerichtet ist, einem, insbesondere konventionellen, Prozessgas wie beispielsweise Argon das Reaktionsmittel beizumischen. Die Mischeinheit kann dabei dazu eingerichtet sein, den Anteil des dem Prozessgas beigemischten Reaktionsmittels zu variieren.The feed device preferably includes a mixing unit which is set up to add the reactant to a, in particular conventional, process gas such as argon. The mixing unit can be set up to vary the proportion of reactant added to the process gas.

Die Zuführeinrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform Teil einer Durchlaufentgasungsanordnung, die zum Ausführen des Ruhrstahl-Heraeus-Verfahrens eingerichtet ist.In a preferred embodiment, the feed device is part of a continuous degassing arrangement which is set up for carrying out the Ruhrstahl-Heraeus process.

Die Zuführeinrichtung kann insbesondere Teil einer Hubgaszuführung oder von dieser gebildet sein. Dadurch kann das Reaktionsmittel dem Rohstahl mit einer besonders hohen Zuführrate und daher in besonders kurzer Zeit zugeführt werden. Insbesondere kann das Reaktionsmittel kontinuierlich zugeführt und gebildete Stickstoffverbindungen entsprechend kontinuierlich aus dem Rohstahl entfernt werden.The feed device can in particular be part of a lifting gas feed or formed by it. As a result, the reactant can be fed to the crude steel at a particularly high rate and can therefore be supplied in a particularly short time. In particular, the reactant can be fed in continuously and nitrogen compounds formed can be correspondingly continuously removed from the crude steel.

Alternativ kann die Zufuhreinrichtung als in einer Vakuumkammer der Durchlaufentgasungsanordnung angeordnete Einlauflanze ausgebildet sein. Die Zuführeinrichtung kann insbesondere Teil einer COB-Lanze oder von dieser gebildet sein. Eine COB-Lanze in der Vakuumkammer dient üblicherweise zum Aufblasen von Sauerstoff auf den Rohstahl in der Vakuumkammer, um den Rohstahl zu entkarbonisieren, kann gegebenenfalls aber auch zum ausschließlichen Aufblasen von in der Gasphase vorliegendem Reaktionsmittel, insbesondere Wasserstoff, ausgebildet sein.Alternatively, the feed device can be designed as an inlet lance arranged in a vacuum chamber of the continuous degassing arrangement. The feed device can in particular be part of a COB lance or formed by it. A COB lance in the vacuum chamber is usually used to blow oxygen onto the raw steel in the vacuum chamber in order to decarbonize the raw steel, but can optionally also be designed to blow only reactant present in the gas phase, in particular hydrogen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zuführeinrichtung als Einlauflanze ausgebildet oder bildet zumindest einen Teil einer solchen Einlauflanze. Die Einlauflanze ist vorzugsweise dazu eingerichtet, ein Prozessgas, insbesondere ein Spülgas wie zum Beispiel Argon, in den bereitgestellten Rohstahl einzuleiten, insbesondere während sich dieser in einer Gußpfanne, vorzugsweise in einem Pfannenofen und/oder einer Pfannenentgasungsanordnung, befindet.In a further preferred embodiment, the feed device is designed as an inlet lance or forms at least part of such an inlet lance. The inlet lance is preferably set up to introduce a process gas, in particular a flushing gas such as argon, into the crude steel provided, in particular while it is in a ladle, preferably in a ladle furnace and/or a ladle degassing arrangement.

Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage zum Erzeugen von Stahl, die einen Lichtbogenofen zur Bereitstellung von Rohstahl und eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.Furthermore, the invention relates to a plant for producing steel, which has an electric arc furnace for preparing raw steel and a device according to the invention.

Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie der erfindungsgemäßen Anlage kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale auch als Eigenschaft der entsprechenden Vorrichtungseinheit gegenständlich formuliert zu sehen und umgekehrt.The description given so far of advantageous configurations of the invention contains numerous features, some of which are combined into several in the individual subclaims. However, these features can expediently also be considered individually and combined to form further meaningful combinations. In particular, these features are each individually and in any suitable combination with the method according to the invention and the device according to the invention as well as the system according to the invention combinable. Thus, method features are also to be seen formulated as a property of the corresponding device unit and vice versa.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.The properties, features and advantages of this invention described above, and the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in connection with the drawings. The exemplary embodiments serve to explain the invention and do not restrict the invention to the combination of features specified therein, not even in relation to functional features. In addition, suitable features of each exemplary embodiment can also be explicitly considered in isolation, removed from one exemplary embodiment, introduced into another exemplary embodiment to supplement it and combined with any of the claims.

Es zeigen:

FIG 1: ein erstes Beispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von Stahl, in dem eine Zuführeinrichtung als Hubgaszufuhr einer Durchlaufentgasungsanordnung ausgebildet ist;
FIG 2: ein zweites Beispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von Stahl, in dem eine Zuführeinrichtung eine in einer Vakuumkammer einer Durchlaufentgasungsanordnung angeordnete Einlauflanze aufweist;
FIG 3: ein drittes Beispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von Stahl, in dem eine Zuführeinrichtung eine in einem Pfannenofen angeordnete Einlauflanze aufweist;
FIG 4: ein viertes Beispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen von Stahl, in dem eine Zuführeinrichtung eine in einer Pfannenentgasungsanordnung angeordnete Einlauflanze aufweist; und
FIG 5: ein Beispiel eines Verfahrens zum Erzeugen von Stahl.

Show it:

FIG 1: a first example of a device for producing steel, in which a feed device is designed as a lifting gas feed of a continuous degassing arrangement;
FIG 2: a second example of an apparatus for producing steel, in which a feeder comprises an inlet lance arranged in a vacuum chamber of a continuous degassing arrangement;
3: a third example of an apparatus for producing steel, in which a feed device has an inlet lance arranged in a ladle furnace;
FIG 4: a fourth example of an apparatus for producing steel, in which a feed device has an in an inlet lance arranged in a ladle degassing arrangement; and
5: an example of a method for producing steel.

FIG 1 zeigt ein erstes Beispiel einer Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Stahl mit einer Zuführeinrichtung 2. Die Zuführeinrichtung 2 ist dazu eingerichtet, mithilfe eines Lichtbogenofens bereitgestellten Rohstahl 3 während eines sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses zur Veredelung des Rohstahls 3 vor dem Gießen ein Reaktionsmittel beizumischen. Zumindest ein Teil des Reaktionsmittels kann mit Stickstoff aus dem bereitgestellten Rohstahl 3 zu einer Stickstoffverbindung reagieren. Die Zuführeinrichtung 2 ist dabei als Hubgaszufuhr 6 einer Durchlaufentgasungsanordnung 4 ausgebildet. Die Durchlaufentgasungsanordnung 4 ist zum Durchführen eines Ruhrstahl-Heraeus-Verfahrens eingerichtet. FIG 1 shows a first example of a device 1 for producing steel with a feed device 2. The feed device 2 is set up to add a reactant to raw steel 3 provided using an electric arc furnace during a secondary metallurgical steel production process for refining the raw steel 3 before casting. At least part of the reactant can react with nitrogen from the crude steel 3 provided to form a nitrogen compound. The feed device 2 is designed as a lifting gas feed 6 of a continuous degassing arrangement 4 . The continuous degassing arrangement 4 is set up to carry out a Ruhrstahl-Heraeus process.

Als Reaktionsmittel kann beispielsweise Wasserstoff eingesetzt werden. Dieser kann mit Stickstoff aus dem Rohstahl 3 zu Ammoniak reagieren.Hydrogen, for example, can be used as a reactant. This can react with nitrogen from the crude steel 3 to form ammonia.

Der bei einem primärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozess erzeugte Rohstahl 3 ist in FIG 1 in einer Gusspfanne 5 angeordnet. Um Verunreinigungen aus dem Rohstahl 3 entfernen zu können, ist oberhalb der Gusspfanne 5 die Durchlaufentgasungsanordnung 4 ausgebildet.Crude steel 3 produced in a primary metallurgical steelmaking process is in FIG 1 arranged in a ladle 5. In order to be able to remove impurities from the raw steel 3 , the continuous degassing arrangement 4 is formed above the ladle 5 .

Die Durchlaufentgasungsanordnung 4 weist eine Steigleitung 4a auf, durch die der Rohstahl 3 aus der Gusspfanne 5 in eine Vakuumkammer 4b aufsteigen kann. Die Vakuumkammer 4b ist mit einer Vakuumpumpe 4c verbunden, welche dazu eingerichtet ist, ein Vakuum in der Vakuumkammer 4b zu erzeugen. Dadurch lässt sich in der Vakuumkammer 4b der Partialdruck von Verunreinigungen verringern. Infolgedessen nimmt die Konzentration dieser Verunreinigungen in dem Teil des Rohstahls 3 ab, der sich gegenwärtig in der Vakuumkammer 4b befindet. Der derartig gereinigte bzw. entgaste Rohstahl 3 kann über eine Rückführleitung 4d zurück in die Gusspfanne 5 fließen.The continuous degassing arrangement 4 has a riser 4a through which the crude steel 3 can rise from the ladle 5 into a vacuum chamber 4b. The vacuum chamber 4b is connected to a vacuum pump 4c, which is set up to generate a vacuum in the vacuum chamber 4b. As a result, the partial pressure of impurities in the vacuum chamber 4b can be reduced. As a result, the concentration of these impurities in the portion of the raw steel 3 currently in the vacuum chamber 4b decreases. The so purified or degassed crude steel 3 can flow back into the ladle 5 via a return line 4d.

Um den Rohstahl 3 aus der Gusspfanne 5 in die Vakuumkammer 4b zu befördern, ist die Hubgaszufuhr 6 dazu eingerichtet, ein Hubgas in die Steigleitung 4a einzuleiten. Zum Beispiel kann die Hubgaszufuhr 6 dazu eingerichtet sein, Bläschen des Hubgases in der Steigleitung 4a zu erzeugen. Dadurch verringert sich die effektive Dichte des Rohstahls 3 in der Steigleitung 4a gegenüber der Rückführleitung 4d, sodass der Rohstahl 3 in der Steigleitung 4a aufsteigt.In order to convey the crude steel 3 from the ladle 5 into the vacuum chamber 4b, the lifting gas supply 6 is set up to introduce a lifting gas into the riser pipe 4a. For example, the lifting gas supply 6 can be set up to generate bubbles of the lifting gas in the riser 4a. This reduces the effective density of the crude steel 3 in the riser 4a compared to the return line 4d, so that the crude steel 3 rises in the riser 4a.

Die Zuführeinrichtung 2 weist im gezeigten Beispiel vorteilhaft eine Mischeinheit 2a auf, die dazu eingerichtet ist, dem Hubgas das Reaktionsmittel beizumischen. Zu diesem Zweck ist die Mischeinheit 2a vorzugsweise mit einem Reaktionsmittelreservoir 2b verbunden, beispielsweise einem Tank oder einer Versorgungsleitung. Zumindest ein Teil des dem Reaktionsmittelreservoir 2b entnommenen und mithilfe der Mischeinheit 2a dem Hubgas beigemischten Reaktionsmittels kann dann bereits in der Steigleitung 4a eine Stickstoffverbindung mit Stickstoff aus dem Rohstahl 3 bilden.In the example shown, the feed device 2 advantageously has a mixing unit 2a which is set up to admix the reactant to the lifting gas. For this purpose, the mixing unit 2a is preferably connected to a reactant reservoir 2b, for example a tank or a supply line. At least part of the reactant taken from the reactant reservoir 2b and mixed with the lifting gas with the aid of the mixing unit 2a can then already form a nitrogen compound with nitrogen from the crude steel 3 in the riser 4a.

Zweckmäßigerweise ist die Hubgaszufuhr 6 dazu eingerichtet, das Hubgas bzw. das Hubgas-Reaktionsmittel-Gemisch mit einer verhältnismäßig großen Zuführrate dem Rohstahl 3 in der Steigleitung 4a zuzuführen. Solch hohe Zuführraten von beispielsweise 150 m³/h sind hierbei vorteilhaft, um den gleichmäßigen Durchfluss von Rohstahl 3 durch die Durchlaufentgasungsanordnung 4 sicherstellen zu können. Entsprechend können mithilfe der als Hubgaszufuhr 6 ausgebildeten Zuführeinrichtung 2 auch große Mengen von Reaktionsmittel dem Rohstahl 3 zugeführt werden. Dies ist ein Vorteil gegenüber der Zuführung von Reaktionsmittel beispielsweise über poröse Spülsteine oder wandmontierten Einspritzdüsen zum Beispiel im Lichtbogenofen, die nur geringe Zuführraten erlauben.The lifting gas feed 6 is expediently set up to feed the lifting gas or the lifting gas-reactant mixture to the crude steel 3 in the riser pipe 4a at a relatively high feed rate. Such high feed rates of 150 m ³ /h, for example, are advantageous here in order to be able to ensure the uniform flow of crude steel 3 through the continuous-flow degassing arrangement 4 . Correspondingly, large amounts of reactant can also be fed to the crude steel 3 with the aid of the feed device 2 designed as a lifting gas feed 6 . This is an advantage over the supply of reactant, for example via porous plugs or wall-mounted injection nozzles, for example in arc furnaces, which only allow low feed rates.

Die Zuführeinrichtung 2 ist in bevorzugter Weise dazu eingerichtet, den Anteil des dem Hubgas beigemischten Reaktionsmittels zu variieren. Zweckmäßigerweise ist die Zuführeinrichtung 2 dazu mit einer Steuereinheit 2c verbunden. Die Steuereinheit 2c kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Ventilanordnung der Mischeinheit 2a zu steuern.The feed device 2 is preferably set up to vary the proportion of reactant mixed with the lifting gas. For this purpose, the feed device 2 is expediently connected to a control unit 2c. The control unit 2c can be set up, for example, to control a valve arrangement of the mixing unit 2a.

Um eine möglichst schnelle Entfernung des Stickstoffs aus dem Rohstahl 3 zu erzielen, kann die Steuereinheit 2c insbesondere dazu eingerichtet sein, nach Beginn des Ruhrstahl-Heraeus-Verfahrens - wenn bereits Rohstahl 3 in der Steigleitung 4a aufgestiegen ist - das Prozessgas, üblicherweise Argon, vollständig oder zumindest nahezu vollständig durch das Reaktionsmittel zu ersetzen. Bevor der Rohstahl 3 der Gusspfanne 5 zum Gießen entnommen wird, wird bevorzugt sichergestellt, dass nicht nur die Konzentration des Stickstoffs im Rohstahl 3, sondern auch die Konzentration des Reaktionsmittels (wieder) reduziert wird. Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit 2c daher dazu eingerichtet, die Reaktionsmittelzufuhr aus dem Reaktionsmittelreservoir 2b kurz vor dem Gießen des Rohstahls 3 zu unterbrechen, sodass die Hubgaszufuhr 6 nur noch Hubgas in die Steigleitung 4a einleitet.In order to achieve the fastest possible removal of the nitrogen from the crude steel 3, the control unit 2c can be set up in particular to completely remove the process gas, usually argon, after the start of the Ruhrstahl-Heraeus process - when the crude steel 3 has already risen in the riser 4a or at least to be almost completely replaced by the reactant. Before the crude steel 3 is removed from the ladle 5 for casting, it is preferably ensured that not only the concentration of the nitrogen in the crude steel 3 but also the concentration of the reactant is reduced (again). The control unit 2c is therefore expediently set up to interrupt the reactant supply from the reactant reservoir 2b shortly before the raw steel 3 is cast, so that the lifting gas supply 6 only introduces lifting gas into the riser pipe 4a.

FIG 2 zeigt ein zweites Beispiel einer Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Stahl mit einer Zuführeinrichtung 2. Die Zuführeinrichtung 2 ist dazu eingerichtet, mithilfe eines Lichtbogenofens bereitgestellten Rohstahl 3 während eines sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses zur Veredelung des Rohstahls 3 vor dem Gießen ein Reaktionsmittel beizumischen. Zumindest ein Teil des Reaktionsmittels kann mit Stickstoff aus dem bereitgestellten Rohstahl 3 zu einer Stickstoffverbindung reagieren. Die Zuführeinrichtung 2 weist dabei eine in einer Vakuumkammer 4b einer Durchlaufentgasungsanordnung 4 angeordnete Einlauflanze 7 auf. Die Durchlaufentgasungsanordnung 4 ist zum Durchführen eines Ruhrstahl-Heraeus-Verfahrens eingerichtet. FIG 2 shows a second example of a device 1 for producing steel with a feed device 2. The feed device 2 is set up to add a reactant to crude steel 3 provided using an electric arc furnace during a secondary metallurgical steelmaking process for refining the crude steel 3 before casting. At least part of the reactant can react with nitrogen from the crude steel 3 provided to form a nitrogen compound. The feed device 2 has an inlet lance 7 arranged in a vacuum chamber 4b of a continuous degassing arrangement 4 . The continuous degassing arrangement 4 is set up to carry out a Ruhrstahl-Heraeus process.

Analog zum in FIG 1 gezeigten Beispiel weist die Durchlaufentgasungsanordnung 4 eine Steigleitung 4a mit einer Hubgaszufuhr 6, eine Vakuumpumpe 4c und eine Rückführleitung 4d auf. Damit kann der Rohstahl 3 aus einer Gussform 5 durch die Vakuumkammer 4b gefördert werden, wobei sich Verunreinigungen aus dem Rohstahl 3 entfernen lassen.Analogous to the in FIG 1 example shown, the continuous degassing arrangement 4 has a riser 4a with a lifting gas supply 6, a vacuum pump 4c and a return line 4d. In this way, the crude steel 3 can be conveyed from a casting mold 5 through the vacuum chamber 4b, with contaminants being able to be removed from the crude steel 3.

Die dabei in der Vakuumkammer 4b angeordnete Einlauflanze 7 ist dazu eingerichtet, das Reaktionsmittel dem Rohstahl 3 als Teil eines Überschall-Dampfstrahls 8, welcher einen Spiegel 3a des Rohstahls 3 in der Vakuumkammer 4b durchdringen kann, zuzuführen. Zu diesem Zweck ist die Einlauflanze 7 vorzugsweise mit einem Reaktionsmittelreservoir 2b verbunden.The inlet lance 7 arranged in the vacuum chamber 4b is set up to feed the reactant to the crude steel 3 as part of a supersonic steam jet 8 which can penetrate a mirror 3a of the crude steel 3 in the vacuum chamber 4b. For this purpose, the inlet lance 7 is preferably connected to a reactant reservoir 2b.

In bevorzugter Weise ist die Einlauflanze 7 dazu eingerichtet, einen Wasserdampfstrahl mit Überschallgeschwindigkeit auf den Rohstahl 3 in der Vakuumkammer 4b zu blasen. Zu diesem Zweck kann die Einlauflanze 7 eine Lavaldüse aufweisen.The inlet lance 7 is preferably set up to blow a jet of steam at supersonic speed onto the raw steel 3 in the vacuum chamber 4b. For this purpose, the inlet lance 7 can have a Laval nozzle.

Das Reaktionsmittel bilden in diesem Fall die Wassermoleküle aus dem Dampfstrahl 8, insbesondere der Wasserstoff aus dem Dampfstrahl 8. Im Rohstahl 3 können die Wassermoleküle aufgebrochen werden, sodass sich der Wasserstoff mit dem Stickstoff aus dem Rohstahl 3 verbinden kann. Die Verwendung von Wasserdampf ist hierbei besonders vorteilhaft, da gleichzeitig der in den Wassermolekülen enthaltene Sauerstoff zur Entkarbonisiserung des Rohstahls 3 genutzt werden kann.In this case, the reactant is formed by the water molecules from the steam jet 8 , in particular the hydrogen from the steam jet 8 . The water molecules in the raw steel 3 can be broken up so that the hydrogen can combine with the nitrogen from the raw steel 3 . The use of steam is particularly advantageous here, since the oxygen contained in the water molecules can be used to decarbonize the raw steel 3 at the same time.

Beim Wasserdampfstrahl handelt es sich vorzugsweise um einen Dampfstrahl 8 aus überhitztem Wasserdampf. Das Reaktionsmittelreservoir 2b ist daher zweckmäßigerweise dazu eingerichtet, Wasserdampf zu überhitzen oder solchen überhitzen Wasserdampf, der auch als Heißdampf bezeichnet wird, bereitzustellen. Das Reaktionsmittelreservoir 2b kann zu diesem Zweck einen Überhitzer aufweisen.The steam jet is preferably a steam jet 8 made from superheated steam. The reactant reservoir 2b is therefore expediently set up to superheat steam or to provide such superheated steam, which is also referred to as superheated steam. The reactant reservoir 2b can have a superheater for this purpose.

FIG 3 zeigt ein drittes Beispiel einer Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Stahl mit einer Zuführeinrichtung 2. Die Zuführeinrichtung 2 ist dazu eingerichtet, mithilfe eines Lichtbogenofens bereitgestellten Rohstahl 3 während eines sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses zur Veredelung des Rohstahls 3 vor dem Gießen ein Reaktionsmittel beizumischen. Zumindest ein Teil des Reaktionsmittels kann mit Stickstoff aus dem bereitgestellten Rohstahl 3 zu einer Stickstoffverbindung reagieren. Die Zuführeinrichtung 2 weist dabei eine in einem Pfannenofen 9 angeordnete Einlauflanze 7 auf. 3 shows a third example of a device 1 for producing steel with a feed device 2. The feed device 2 is set up to add a reactant to crude steel 3 provided with the aid of an electric arc furnace during a secondary metallurgical steelmaking process for refining the crude steel 3 before casting. At least part of the reactant can react with nitrogen from the crude steel 3 provided to form a nitrogen compound. The feed device 2 has an inlet lance 7 arranged in a ladle furnace 9 .

Der Pfannenofen 9 setzt sich zusammen unter anderem aus einer Gußpfanne 5, die den Rohstahl 3 enthält, und einem mit Elektroden 10 bestückten Deckel 11, der auf die Gußpfanne 5 aufsetzbar ist. Mithilfe der Elektroden 10 ist der Pfannenofen 9 zweckmäßigerweise zum Temperieren des Rohstahls 3 eingerichtet, indem ein Lichtbogen zum Erhitzen des Rohstahls 3 erzeugt wird. Es lässt sich so zum Beispiel eine Gießtemperatur sehr präzise einstellen.The ladle furnace 9 is composed, among other things, of a ladle 5 containing the crude steel 3 and a cover 11 fitted with electrodes 10 and which can be placed on the ladle 5 . The ladle furnace 9 is expediently set up for tempering the crude steel 3 with the aid of the electrodes 10 by generating an arc for heating the crude steel 3 . For example, a casting temperature can be set very precisely.

Der Pfannenofen 9 kann auch dazu eingerichtet sein, Legierungselemente in den Rohstahl 3 einzubringen. Dazu kann der Pfannenofen 9 eine Legierungsstoffzufuhr aufweisen (nicht gezeigt).The ladle furnace 9 can also be set up to introduce alloying elements into the crude steel 3 . For this purpose, the ladle furnace 9 can have an alloy material feed (not shown).

Um eine homogene Durchmischung des Rohstahls 3 insbesondere während des Erhitzens mit den Elektroden 10 oder Zufuhr von Legierungsstoffen zu erzielen, ist es bekannt, ein Prozessgas wie etwa Argon in den Rohstahl 3 einzuleiten. Dazu kann die Gußpfanne 5 an ihrem Grund angeordnete Spülsteine mit einer Porenstruktur aufweisen. Durch die Porenstruktur kann das Prozessgas dem Rohstahl 3 blubbernd, d. h. unter Blasenbindung, zugeführt werden. Das Prozessgas kann in diesem Fall auch als Spülgas bezeichnet werden.In order to achieve a homogeneous mixing of the raw steel 3, in particular during the heating with the electrodes 10 or the supply of alloying materials, it is known to introduce a process gas such as argon into the raw steel 3. For this purpose, the casting ladle 5 can have flushing plugs with a pore structure arranged on its base. The process gas can bubble through the pore structure of the raw steel 3, i. H. under bubble bonding, are supplied. In this case, the process gas can also be referred to as purge gas.

Im vorliegenden Beispiel wird die Funktion der Spülsteine jedoch von der Einlauflanze 7 übernommen. D. h., dass die Einlauflanze 7 dazu eingerichtet ist, dass Prozessgas in den Rohstahl 3 einzuleiten und dadurch beispielsweise für eine Durchmischung des Rohstahls 3 zu sorgen.In the present example, however, the function of the flushing plugs is taken over by the inlet lance 7 . That is, the inlet lance 7 is set up to process gas in the Introduce crude steel 3 and thereby ensure, for example, that the crude steel 3 is thoroughly mixed.

Zweckmäßigerweise ist die Einlauflanze 7 vertikal verfahrbar ausgebildet, was durch die Pfeile im Bereich der Lanzenspitze angedeutet ist. Dadurch ist es möglich, die Einlauflanze 7 zum Beispiel vor der Absenkung des Deckels 11 auf die Gußpfanne 5 in den Rohstahl 3 abzusenken und nach dem Abheben des Deckels 11 zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere vor der Entnahme des Rohstahls 3 aus der Gußpfanne 5 zum Gießen aus dem Rohstahl 3, herauszuziehen.The inlet lance 7 is expediently designed to be vertically movable, which is indicated by the arrows in the area of the lance tip. This makes it possible, for example, to lower the inlet lance 7 into the crude steel 3 before the lid 11 is lowered onto the ladle 5 and after the lid 11 is lifted at a later point in time, in particular before the crude steel 3 is removed from the ladle 5 for casting from the crude steel 3 to pull out.

Die Zuführeinrichtung 2 weist, ähnlich wie im in FIG 1 gezeigten Beispiel, eine Mischeinheit 2a auf, die mit der Einlauflanze 7 gekoppelt ist. Die Mischeinheit 2a ist zweckmäßigerweise dazu eingerichtet, dem Prozessgas das Reaktionsmittel beizumischen. Die Mischeinheit 2a ist dazu vorzugsweise mit einem Reaktionsmittelreservoir 2b verbunden.The feed device 2 has, similar to in FIG 1 shown example, a mixing unit 2a, which is coupled to the inlet lance 7. The mixing unit 2a is expediently set up to admix the reactant to the process gas. For this purpose, the mixing unit 2a is preferably connected to a reactant reservoir 2b.

Die Zuführeinrichtung 2 weist darüber hinaus vorzugsweise eine Steuereinheit 2c auf, die zu Steuerung der Mischeinheit 2a eingerichtet ist. Die Steuereinheit 2c kann dadurch insbesondere veranlassen, dass ein Anteil des dem Prozessgas beigemischten ReaktionsmittelS variiert.In addition, the feed device 2 preferably has a control unit 2c, which is set up to control the mixing unit 2a. In this way, the control unit 2c can in particular cause a proportion of the reactant S added to the process gas to vary.

Um ein Inkontaktbringen des Reaktionsmittels mit der Atmosphäre im Pfannenofen 9 und/oder ein Verstopfen der Lanzenöffnung bzw. -düse mit abkühlendem Rohstahl 3 zu verhindern, kann die Steuereinheit 2c beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Mischeinheit 2a derart zu steuern, dass vor und beim Absenken der Einlauflanze 7 lediglich das Prozessgas aus der Einlauflanze 7 ausgeblasen wird. Die Steuereinheit 2c kann weiter dazu eingerichtet sein, zu veranlassen, dass dem Prozessgas nach dem Absenken zumindest eines Teils der Einlauflanze 7 in den Rohstahl 3 das Reaktionsmittel beigemischt wird, insbesondere das Prozessgas vollständig oder zumindest nahezu vollständig durch das Reaktionsmittel ersetzt wird. Bevorzugt ist die Steuereinheit 2c auch dazu eingerichtet, zu veranlassen, dass unmittelbar vor und/oder beim Herausziehen der Einlauflanze 7 aus dem Rohstahl 3 lediglich das Prozessgas aus der Einlauflanze 7 ausgeblasen wird, d. h. das Reaktionsmittel (wieder) durch das Prozessgas ersetzt wird.In order to prevent the reactant from coming into contact with the atmosphere in the ladle furnace 9 and/or the lance opening or nozzle from becoming clogged with cooling crude steel 3, the control unit 2c can be set up, for example, to control the mixing unit 2a in such a way that before and during lowering the inlet lance 7 only the process gas is blown out of the inlet lance 7 . The control unit 2c can also be set up to cause the reactant to be admixed to the process gas after at least part of the inlet lance 7 has been lowered into the crude steel 3, in particular the process gas is completely or at least almost completely replaced by the reactant. Preferably, the control unit 2c is also set up to cause the process gas to be blown out of the inlet lance 7 immediately before and/or when the inlet lance 7 is pulled out of the crude steel 3, ie the reactant is (again) replaced by the process gas.

Der Vorteil der Einlauflanze 7 gegenüber am Grund des Pfannenofens 9 angeordneten Spülsteinen zum Einleiten von Prozessgas und insbesondere dem Prozessgas beigemischten Reaktionsmittel liegt in einer Verminderung der Reduktion und dem damit verbundenen verringerten Verschleiß. Beim Einblasen des Reaktionsmittels durch eine wohldefinierte Austrittsöffnung der Einlauflanze 7, insbesondere eine metallische Düse an der Lanzenspitze, ist die Reduktion aufgrund der höheren Strömungsgeschwindigkeit des Reaktionsmittels deutlich geringer ausgeprägt als beim Durchströmen der Porenstruktur von Spülsteinen.The advantage of the inlet lance 7 compared to purging plugs arranged at the base of the ladle furnace 9 for introducing process gas and in particular the reactant mixed with the process gas lies in a reduction in the reduction and the associated reduced wear. When the reactant is blown in through a well-defined outlet opening of the inlet lance 7, in particular a metallic nozzle at the tip of the lance, the reduction is significantly less pronounced than when flowing through the pore structure of sink plugs due to the higher flow rate of the reactant.

FIG 4 zeigt ein viertes Beispiel einer Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Stahl mit einer Zuführeinrichtung 2. Die Zuführeinrichtung 2 ist dazu eingerichtet, mithilfe eines Lichtbogenofens bereitgestellten Rohstahl 3 während eines sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses zur Veredelung des Rohstahls 3 vor dem Gießen ein Reaktionsmittel beizumischen. Zumindest ein Teil des Reaktionsmittels kann mit Stickstoff aus dem bereitgestellten Rohstahl 3 zu einer Stickstoffverbindung reagieren. Die Zuführeinrichtung 2 weist dabei eine in einer Pfannenentgasungsanordnung 12 angeordnete Einlauflanze 7 auf. FIG 4 shows a fourth example of a device 1 for producing steel with a feed device 2. The feed device 2 is set up to add a reactant to crude steel 3 provided using an electric arc furnace during a secondary metallurgical steelmaking process for refining the crude steel 3 before casting. At least part of the reactant can react with nitrogen from the crude steel 3 provided to form a nitrogen compound. The feed device 2 has an inlet lance 7 arranged in a ladle degassing arrangement 12 .

Die Pfannenentgasungsanordnung 12 ist zweckmäßigerweise zum Entgasen des Rohstahls 3 eingerichtet. Dazu kann die Pfannenentgasungsanordnung 12 dazu eingerichtet sein, eine Gusspfanne 5 in einem gasdicht verschließbaren Gehäuse 12a aufzunehmen. Das Gehäuse 12a ist mit einer Vakuumpumpe 12b verbunden, die dazu eingerichtet ist, ein Vakuum innerhalb des Gehäuses 12a herzustellen. Dadurch lässt sich im Gehäuse 12a der Partialdruck von Verunreinigungen verringern. Infolgedessen nimmt die Konzentration dieser Verunreinigungen im Rohstahl 3 ab.The ladle degassing arrangement 12 is expediently set up for degassing the crude steel 3 . For this purpose, the ladle degassing arrangement 12 can be set up to accommodate a casting ladle 5 in a housing 12a that can be closed in a gas-tight manner. The housing 12a is connected to a vacuum pump 12b which is adapted to create a vacuum within the housing 12a. As a result, the partial pressure of impurities in the housing 12a can be reduced. Consequently the concentration of these impurities in the crude steel 3 decreases.

Um eine homogene Durchmischung des Rohstahls 3 in der Gusspfanne 5 erreichen zu können, ist eine Einlauflanze 7 vorgesehen, die zum Ausblasen eines Prozessgases wie etwa Argon eingerichtet ist. Zweckmäßigerweise ist die Einlauflanze 7 vertikal beweglich ausgebildet, sodass zumindest ein Teil der Einlauflanze 7 nach Aufnahme der Gussform 5 durch das Gehäuse 12a in den sich in der Gussform 5 befindlichen Rohstahl 3 einführbar und, nach der Entgasung des Rohstahls 3, wieder herausziehbar ist.In order to be able to achieve homogeneous mixing of the crude steel 3 in the ladle 5, an inlet lance 7 is provided, which is set up to blow out a process gas such as argon. The inlet lance 7 is expediently designed to be vertically movable so that at least a part of the inlet lance 7 can be inserted through the housing 12a into the crude steel 3 in the casting mold 5 after the casting mold 5 has been received and, after the crude steel 3 has been degassed, can be pulled out again.

Die Zuführeinrichtung 2 weist eine Mischeinheit 2a auf, um dem Prozessgas das Reaktionsmittel nach Bedarf beizumischen. Das Reaktionsmittel kann dabei einem Reaktionsmittelreservoir 2b entnommen und die Beimischung mithilfe einer Steuereinheit 2c gesteuert werden.The feed device 2 has a mixing unit 2a in order to add the reactant to the process gas as required. The reactant can be taken from a reactant reservoir 2b and the addition can be controlled using a control unit 2c.

Die Einlauflanze 7 und die Zuführeinrichtung 2 können dabei wie im Zusammenhang mit FIG 3 beschrieben ausgebildet bzw. eingerichtet sein.The inlet lance 7 and the feed device 2 can be as in connection with 3 be designed or set up as described.

FIG 5 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens 100 zum Erzeugen von Stahl. 5 10 shows an example of a method 100 for producing steel.

In einem Verfahrensschritt S1 wird bei einem primärmetallurgischen Prozess mithilfe eines Lichtbogenofens aus Einsatzstoffen wie metallisches Eisen enthaltendes Material und/oder Schrott Rohstahl bereitgestellt. Vorzugsweise wird bereits im Rahmen des dieses Prozesses Stickstoff aus den eingeschmolzenen Einsatzstoffen entfernt. Zu diesem Zweck kann im Lichtbogenofen beispielsweise ein Reaktionsmittel, insbesondere Wasserstoff, etwa über Spülsteine mit Porenstruktur oder an einer Wandung des Lichtbogenofens montierte Einspritzdüsen in die Schmelze eingeleitet werden. Das Reaktionsmittel oder zumindest ein Teil davon kann dann eine Verbindung mit dem Stickstoff in der Schmelze bilden, welche der Schmelze über eine Gasabfuhr entzogen wird.In a method step S1, crude steel is provided in a primary metallurgical process with the aid of an electric arc furnace from input materials such as material containing metallic iron and/or scrap. Nitrogen is preferably already removed from the melted charge materials as part of this process. For this purpose, for example, a reactant, in particular hydrogen, can be introduced into the melt in the electric arc furnace, for example via purging plugs with a pore structure or injection nozzles mounted on a wall of the electric arc furnace. The reactant, or at least part of it, can then form a compound with the Form nitrogen in the melt, which is removed from the melt via a gas outlet.

Um die Stickstoffkonzentration in dem derart bereitgestellten Rohstahl noch weiter zu verringern, wird dem Rohstahl in einem weiteren Verfahrensschritt S2 erneut ein Reaktionsmittel zugeführt. Dabei kann es sich um dasselbe, auch in Verfahrensschritt S1 verwendete Reaktionsmittel handeln. Alternativ ist es aber auch denkbar, in Verfahrensschritt S2 ein anderes Reaktionsmittel zu verwenden.In order to further reduce the nitrogen concentration in the crude steel provided in this way, a reactant is again supplied to the crude steel in a further method step S2. This can be the same reactant used in method step S1. Alternatively, however, it is also conceivable to use a different reactant in method step S2.

Vorzugsweise wird das Reaktionsmittel zumindest zeitweise gleichzeitig und/oder wechselseitig mit einem Prozessgas dem Rohstahl zugeführt. Das Reaktionsmittel wird dem Prozessgas dazu zweckmäßigerweise zumindest zeitweise beigemischt, wobei der dem Prozessgas beigemischte Anteil an Reaktionsmittel variierbar ist. Beispielsweise lässt sich der beigemischte Anteil an Reaktionsmittel in Abhängigkeit des Prozessverlaufs, insbesondere in Abhängigkeit der verbleibenden Stickstoffkonzentration im Rohstahl, variieren.The reactant is preferably fed to the crude steel at least at times simultaneously and/or alternately with a process gas. For this purpose, the reactant is expediently admixed to the process gas at least temporarily, with the proportion of reactant admixed to the process gas being variable. For example, the added proportion of reactant can be varied as a function of the course of the process, in particular as a function of the remaining nitrogen concentration in the crude steel.

Die Beimischung des Reaktionsmittels zum Prozessgas, gegebenenfalls auch das zumindest zeitweise Ersetzen des Prozessgases durch das Reaktionsmittel, kann zum Beispiel im Rahmen eines Ruhrstahl-Heraeus-Verfahrens erfolgen. Das Reaktionsmittel wird dabei zweckmäßigerweise einem in eine Steigleitung eingeleiteten Hubgas beigemischt bzw. ersetzt das Hubgas zumindest zeitweise. Dadurch lässt sich das Reaktionsmittel dem Rohstahl nicht nur zu großen Mengen in besonders kurzer Zeit zuführen, sondern zusätzlich Hubgas einsparen.The addition of the reactant to the process gas, optionally also the at least temporary replacement of the process gas by the reactant, can be carried out, for example, as part of a Ruhrstahl-Heraeus process. The reactant is expediently mixed with a lifting gas introduced into a riser or replaces the lifting gas at least temporarily. As a result, not only can the reactant be added to the crude steel in large quantities in a particularly short time, but lifting gas can also be saved.

Alternativ kann die Beimischung des Reaktionsmittels auch zu einem Spülgas zur homogenen Durchmischung des Rohstahls erfolgen, etwa in einem Pfannenofen bei der Temperierung und/oder der Legierung des Rohstahls, oder in einer Pfannenentgasungsanordnung vor und/oder während der Entgasung. Das Reaktionsmittel wird dabei zweckmäßigerweise durch eine Einlauflanze, die zunächst in den Rohstahl abgesenkt wird, in den Rohstahl ausgeblasen. Nachdem beispielsweise die Stickstoffkonzentration im Rohstahl auf oder unter einen vorgegebenen Wert gefallen ist, wird das Ausblasen von Reaktionsmittel aus der Einlauflanze gestoppt und die Einlauflanze wieder aus dem Rohstahl herausgezogen. Während des Einführens und Herausziehens in bzw. aus dem Rohstahl wird in bevorzugter Weise kontinuierlich das Spülgas aus der Einlauflanze ausgeblasen.Alternatively, the reactant can also be added to a flushing gas for homogeneous mixing of the crude steel, for example in a ladle furnace during tempering and/or the alloying of the crude steel, or in a ladle degassing arrangement before and/or during degassing. The reactant is expediently fed through an inlet lance, which is first lowered into the crude steel blown out the raw steel. For example, after the nitrogen concentration in the crude steel has fallen to or below a predetermined value, the blowing out of reactant from the inlet lance is stopped and the inlet lance is pulled out of the crude steel again. The flushing gas is preferably continuously blown out of the inlet lance during the introduction into and extraction from the crude steel.

Eine Einlauflanze zum Zuführen des Reaktionsmittels lässt sich auch im Rahmen des Ruhrgas-Heraeus-Verfahrens vorteilhaft einsetzen. Hierbei wird mithilfe der Einlauflanze vorzugsweise ein das Reaktionsmittel enthaltener Überschall-Dampfstrahl auf den durch das Hubgas in eine Vakuumkammer aufgestiegenen Rohstahl geblasen. Der Überschall-Dampfstrahl kann den Spiegel des Rohstahls in der Vakuumkammer durchdringen, sodass das Reaktionsmittel im Rohstahl die Stickstoffverbindung bilden kann.An inlet lance for feeding in the reactant can also be used advantageously in the context of the Ruhrgas-Heraeus process. In this case, with the aid of the inlet lance, a supersonic steam jet containing the reactant is preferably blown onto the crude steel which has risen into a vacuum chamber through the lifting gas. The supersonic steam jet can penetrate the level of the raw steel in the vacuum chamber, so that the reactant in the raw steel can form the nitrogen compound.

In einem weiteren Verfahrensschritt S3 wird die im Rohstahl gebildete Stickstoffverbindung aus dem Rohstahl entfernt. Zweckmäßigerweise wird der Rohstahl hierzu entgast.In a further method step S3, the nitrogen compound formed in the crude steel is removed from the crude steel. The crude steel is expediently degassed for this purpose.

Beim Ruhrstahl-Heraeus-Verfahren findet das Entgasen kontinuierlich in der Vakuumkammer und damit unmittelbar nach dem Zuführen des Reaktionsmittels in der Steigleitung statt. Es ist hierbei vorteilhaft, das Entgasen auch noch eine Weile fortzuführen, nachdem die Beimischung des Reaktionsmittels zum Hubgas gestoppt bzw. wieder nur noch reines Hubgas in die Steigleitung eingeleitet wird. Dadurch kann der Rohstahl auch von Reaktionsmittel befreit werden.In the Ruhrstahl-Heraeus process, degassing takes place continuously in the vacuum chamber and thus immediately after the reactant has been fed into the riser. It is advantageous here to continue the degassing for a while after the addition of the reactant to the lifting gas has stopped or only pure lifting gas has been introduced into the riser again. As a result, the raw steel can also be freed from reactants.

Alternativ kann das Entgasen in einem vom Zuführen des Reaktionsmittels unabhängigen, diskreten Entgasungsschritt erfolgen. Beispielsweise kann eine Gussform am Ende des sekundärmetallurgischen Stahlerzeugungsprozesses in ein gasdicht verschließbares Gehäuse einer Pfannenentgasungsanordnung eingeführt und der darin enthaltene Rohstahl so vor dem Gießen entgast werden.Alternatively, the degassing can take place in a discrete degassing step that is independent of the supply of the reactant. For example, at the end of the secondary metallurgical steelmaking process, a casting mold can be inserted into a gas-tight, sealable housing of a ladle degassing arrangement and the raw steel contained therein can be degassed before casting.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Reference List

11: Vorrichtungcontraption
22: Zuführeinrichtungfeeding device
2a2a: Mischeinheitmixing unit
2b2 B: Reaktionsmittelreservoirreactant reservoir
2c2c: Steuereinheitcontrol unit
33: Rohstahlcrude steel
3a3a: Spiegelmirror
44: Durchlaufentgasungsanordnungcontinuous degassing arrangement
4a4a: Steigleitungriser
4b4b: Vakuumkammervacuum chamber
4c4c: Vakuumpumpevacuum pump
4d4d: Rückführleitungreturn line
55: Gusspfannecast pan
66: Hubgaszufuhrlifting gas supply
77: Einlauflanzeinlet lance
88th: Dampfstrahljet of steam
99: Pfannenofenladle furnace
1010: Elektrodeelectrode
1111: Deckellid
1212: Pfannenentgasungsanordnungladle degassing arrangement
12a12a: GehäuseHousing
12b12b: Vakuumpumpevacuum pump

100100: Verfahrenprocedure

S1-S3S1-S3: Verfahrensschrittprocess step

Claims

Method (100) for producing steel, wherein crude steel (3) is provided (S1) with the aid of an arc furnace and the crude steel provided is refined in a secondary metallurgical steel production process before casting,
characterized in that
a reactant is fed (S2) to the raw steel (3) provided during the secondary metallurgical steel production process, at least part of which reacts with nitrogen from the raw steel (3) provided to form a nitrogen compound.

Method (100) according to claim 1,
characterized in that
the reactant is added to a process gas supplied to the crude steel (3) provided.

Method (100) according to one of claims 1 or 2,
characterized in that
the quantity of reactant supplied to the crude steel (3) provided is varied.

Method (100) according to any one of the preceding claims,
characterized in that
a vacuum is generated and the raw steel (3) provided is at least partially exposed to the generated vacuum, the reactant being supplied to that part of the raw steel (3) which is exposed to the vacuum.

Method (100) according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the reactant is supplied to the crude steel (3) provided in a Ruhrstahl-Heraeus process.

Method (100) according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the reactant is fed to the crude steel (3) provided at a feed rate of at least 150 m ³ /h.

Method (100) according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the reactant is supplied to the raw steel (3) provided in a ladle furnace (9) or a ladle degassing arrangement (12).

Method (100) according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the reactant is fed to the provided raw steel (3) using an inlet lance (7).

Method (100) according to claim 8,
characterized in that
the inlet lance (7) is at least partially introduced into the crude steel (3) provided before the reactant is passed through the inlet lance (7).

Method (100) according to one of claims 8 or 9,
characterized in that
the supply of reactant is at least reduced before the inlet lance (7) is pulled out of the raw steel (3) provided.

Method (100) according to claim 8,
characterized,
that the reactant is blown onto the crude steel (3) provided as part of a supersonic steam jet (8).

Method (100) according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the raw steel (3) after the supply of reactant is degassed (S3) before it is cast.

Device (1) for producing steel,
marked by
a feed device (2) which is set up to feed a reactant, at least a part of which is mixed with nitrogen from the provided crude steel (3 ) can react to form a nitrogen compound.

Plant for producing steel, with an electric arc furnace for preparing crude steel (3) and a device (1) according to claim 13.