DE102023103056A1 - Process for producing molten iron and liquid slag in an electric melter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze und Flüssigschlacke in einem elektrischen Einschmelzer (10) mit einer eckigen horizontalen Grundstruktur. The invention relates to a method for producing an iron melt and liquid slag in an electric melter (10) with a square horizontal basic structure.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze in einem elektrischen Einschmelzer.The invention relates to a method for producing an iron melt in an electric smelter.
Die mittels Elektroden bereitgestellte Energie wird zum Erschmelzen der in elektrischen Einschmelzern eingebrachten Einsatzstoffe verwendet. Dabei wird ein Großteil der (Gesamt-) Energie in thermische Energie umgewandelt, welche zum Erschmelzen der Einsatzstoffe führt, und ein weiterer Teil zur Erwärmung der Zustellung des Einschmelzers führt. Um die Zustellung vor thermischer Belastung zu schützen, wird die Wandung des Einschmelzers (aktiv) gekühlt. Dadurch geht ein Teil der eingebrachten Energie durch die Kühlung wieder verloren. Um einen elektrischen Einschmelzer wirtschaftlich zu betreiben, wird der Einschmelzprozess in der sogenannten und der Fachwelt bekannten Sumpf-Fahrweise umgesetzt. Das bedeutet, dass bei der Entleerung des elektrischen Einschmelzers die Flüssigschlacke und die darunter befindliche Eisenschmelze in unterschiedliche Behältnisse „abgestochen“ werden und eine (bodendeckende) Resteisenschmelze im Einschmelzer verbleibt, auf welche die neu zu erschmelzenden Einsatzstoffe eingebracht werden und der Prozess durch Beaufschlagung der Elektroden mit Energie von vorne beginnt. Dadurch gehören die Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Eisenschmelzen in elektrischen Einschmelzern zum Stand der Technik.The energy provided by the electrodes is used to melt the feedstocks introduced into electric melters. A large part of the (total) energy is converted into thermal energy, which leads to the melting of the feedstocks, and another part leads to the heating of the melter lining. In order to protect the lining from thermal stress, the wall of the melter is (actively) cooled. As a result, part of the introduced energy is lost again through cooling. In order to operate an electric melter economically, the melting process is carried out in the so-called sump mode, which is well known in the professional world. This means that when the electric melter is emptied, the liquid slag and the molten iron underneath are "tapped off" into different containers and a (bottom-covering) residual molten iron remains in the melter, onto which the new feedstocks to be melted are introduced and the process starts again by applying energy to the electrodes. As a result, the processes and devices for producing iron melts in electric melters are state of the art.
Des Weiteren sind auch elektrische Einschmelzer mit einer eckigen horizontalen Grundstruktur bekannt, s. beispielhaft
Diese Verfahrensweise wirkt sich neben der energieintensiven Fahrweise auch nachteilig auf die Zustellung des elektrischen Einschmelzers aus.In addition to the energy-intensive operation, this procedure also has a detrimental effect on the lining of the electric melter.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dieses Verfahren derart weiterzuentwickeln, welches eine Reduzierung der Energie ermöglicht, welche für das Erschmelzen im elektrischen Einschmelzer nötig und auch verschleißreduzierend auf die Zustellung im Einschmelzer ist.The object of the present invention is to further develop this method in such a way that it enables a reduction in the energy required for melting in the electric melter and also reduces wear on the lining in the melter.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterführende Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Further embodiments are described in the subclaims.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze und einer Flüssigschlacke in einem elektrischen Einschmelzer, welcher eine eckige horizontale Grundstruktur mit einer umlaufenden Wandung aufweist, wobei eisenhaltige Einsatzstoffe eingebracht und erschmolzen werden, wobei der elektrische Einschmelzer mehrere Elektroden umfasst, welche die zum Erschmelzen benötigte Energie bereitstellen, um die Einsatzstoffe in eine Flüssigphase, umfassend die Eisenschmelze und die auf der Eisenschmelze angeordnete Flüssigschlacke, zu überführen. Dabei werden die Elektroden derart angesteuert, dass die Flüssigphase die umlaufende Wandung nur bereichsweise kontaktiert.The invention relates to a method for producing an iron melt and a liquid slag in an electric melter, which has a square horizontal basic structure with a surrounding wall, wherein iron-containing feedstocks are introduced and melted, wherein the electric melter comprises several electrodes which provide the energy required for melting in order to convert the feedstocks into a liquid phase, comprising the iron melt and the liquid slag arranged on the iron melt. The electrodes are controlled in such a way that the liquid phase only contacts the surrounding wall in certain areas.
Im Vergleich zum Stand der Technik soll auf ein vollständiges Erschmelzen der Einsatzstoffe und damit auch ein vollumfänglicher Kontakt der erzeugten Flüssigphase mit der Wandung des elektrischen Einschmelzers vermieden werden. Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass weniger Energie im Vergleich zu einem vollständigen Erschmelzen der im elektrischen eingebrachten Einsatzstoffe bereitgestellt werden muss, da nur ein Teil der eingebrachten Einsatzstoffe erschmolzen werden müssen und daher auch nur eine bereichsweise Kontaktierung der Wandung zugelassen wird bzw. vorhanden ist. Dies hat auch den Vorteil, dass die eingebrachte Energie zum Erschmelzen nur zu einem geringfügigen Anteil durch den bereichsweisen Kontakt mit der gekühlten Wandung des elektrischen Einschmelzers aus der Flüssigphase (direkt) abgeführt wird. Somit wird auch die Zustellung der Wandung, zumindest einen Großteil davon, im Vergleich zum vollständigen Erschmelzen weniger belastet. Die Flüssigphase wirkt in der Regel aggressiver und/oder abrasiver auf die Wandung respektive die Zustellung im Vergleich zu den eingebrachten und thermisch aktivierten Einsatzstoffe. Somit kann der Verschleiß der Zustellung minimiert werden.In comparison to the prior art, the aim is to avoid complete melting of the feedstock and thus also complete contact of the liquid phase produced with the wall of the electric melter. The invention takes advantage of the fact that less energy has to be provided compared to complete melting of the feedstock introduced in the electric melter, since only a portion of the introduced feedstock has to be melted and therefore only partial contact with the wall is permitted or present. This also has the advantage that only a small proportion of the energy introduced for melting is (directly) dissipated from the liquid phase through partial contact with the cooled wall of the electric melter. This also means that the lining of the wall, at least a large part of it, is less stressed compared to complete melting. The liquid phase generally has a more aggressive and/or abrasive effect on the wall or lining compared to the introduced and thermally activated feedstock. This means that wear on the lining can be minimized.
Die Zustellung von metallurgischen Gefäßen, welche mit flüssigem Eisen in Kontakt gelangen, so auch von Einschmelzern sowie das entsprechende Material, sogenanntes Feuerfestmaterial, gehören zum Stand der Technik.The lining of metallurgical vessels which come into contact with liquid iron, including melters, as well as the corresponding material, so-called refractory material, are state of the art.
Unter eckiger horizontaler Grundstruktur ist die grundlegende Form des Innenraums des elektrischen Einschmelzers zum Erschmelzen der Einsatzstoffe im horizontalen (Quer-)Schnitt zu verstehen, wobei die Eckbereiche durch die Zustellung nicht unbedingt einem rechten Winkel entsprechen müssen.The angular horizontal basic structure is the basic shape of the interior of the electric melter for melting the charge materials in horizontal (cross) section, whereby the corner areas are not must necessarily correspond to a right angle.
Bei einer eckigen horizontalen Grundstruktur des elektrischen Einschmelzers werden mit anderen Worten die Einsatzstoffe in den Ecken nicht erschmolzen, so dass in den Ecken verteilt, quasi Säulen mit Einsatzstoffen bestehen bleiben. Zwar nehmen die Säulen aufgrund der thermischen Belastung durch die angrenzende Flüssigphase ab, indem Teile der Säule in die Flüssigphase übergehen. Da eine Einbringung der Einsatzstoffe je nach Fahrweise kontinuierlich oder vorzugsweise diskontinuierlich bis zum gewünschten Füll- oder Ausbringungsgrad der Eisenschmelze erfolgt, werden auch die Ecken immer wieder neu „gefüllt“. Beim Abstechen können die Säulen durch das Absinken der Flüssigphase im Mittenbereich des elektrischen Einschmelzers sukzessive zusammenfallen. Dies hat den Vorteil, dass die Einsatzstoffe, welche im Einschmelzzyklus davor in den Zonen/Ecken einer bestimmten Temperatur ausgesetzt waren und nicht in die Flüssigphase überführt worden sind, im neuen Einschmelzzyklus in den zu erschmelzenden Bereich fallen können, und dadurch nicht mehr die volle Energie, wie die neu eingebrachten (kalten) Einsatzstoffe zum Erschmelzen benötigen. Ein Teil der zusammenfallenden Säulen gelangen in den Sumpf, so dass dieser Teil schneller die Liquidus-Temperatur erreichen kann und ebenfalls schmelzflüssig wird.In other words, with a square horizontal basic structure of the electric melter, the feedstocks in the corners are not melted, so that columns of feedstocks remain distributed in the corners. The columns do shrink due to the thermal load from the adjacent liquid phase, as parts of the column pass into the liquid phase. Since the feedstocks are introduced continuously or preferably discontinuously until the desired filling or output level of the molten iron is reached, depending on the operating mode, the corners are also "filled" again and again. When tapping, the columns can gradually collapse as the liquid phase sinks in the middle area of the electric melter. This has the advantage that the feedstocks that were exposed to a certain temperature in the zones/corners in the previous melting cycle and were not transferred to the liquid phase can fall into the area to be melted in the new melting cycle, and therefore no longer require the full energy to melt like the newly introduced (cold) feedstocks. A portion of the collapsing columns enter the sump, so that this portion can reach the liquidus temperature more quickly and also becomes molten.
Die Elektroden können derart angesteuert werden, dass sich eine Temperatur der Einsatzstoffe in den Zonen, in welchen keine (reine) Flüssigphase vorliegt bzw. vorliegen soll, von weniger als TL einstellt, wobei TL der Liquidus-Temperatur entspricht. Die Zonen, welche je nach Temperatur eine breiige Phase, quasi eine Mischphase aus fest und flüssig, somit einer Temperatur beispielsweise TS und TL entspricht, ergeben oder ihre feste Phase beibehalten, insbesondere wenn die Temperatur auf oder unterhalb der Solidus-Temperatur TS eingestellt werden kann, stellen sich somit in den Ecken des elektrischen Einschmelzers ein. Die Ausbildung der Zonen hängt von der Ansteuerung, beispielsweise auch von der örtlichen Anordnung der Elektroden innerhalb des elektrischen Einschmelzers ab, und auch von der Kühlleistung an der Wandung. Ergänzend kann auch über das Einbringen der kalten Einsatzstoffe Einfluss auf die Temperaturführung innerhalb des elektrischen Einschmelzers, insbesondere in den Ecken, genommen werden. In der Flüssigphase herrscht eine Temperatur von mehr als TL vor. Die Temperaturen TS und TL lassen sich in Kenntnis der Zusammensetzung der zu erzeugenden Eisenschmelze, welche sich insbesondere abhängig von den eingebrachten eisenhaltigen Einsatzstoffen ergibt, aus sogenannten Eisen-Kohlenstoff-Diagrammen ableiten. Die Temperatur in den entsprechenden Zonen kann beispielsweise zwischen TS - 300 K und weniger als TL, insbesondere weniger als TL - 5 K, vorzugsweise weniger als TL - 20 K eingestellt werden bzw. liegen. Die Elektroden werden derart angesteuert, dass sich um die Elektroden herum eine Flüssigphase mit einer Temperatur von mehr als TL, beispielsweise von mindestens TL + 30 K, insbesondere mindestens TL + 50 K einstellt. Die Liquidus-Temperatur von reinem Eisen liegt theoretisch bei ca. 1538 °C. Die Temperatur bezieht sich im Wesentlichen auf die Temperatur der Eisenschmelze, welche mit bekannten Mitteln erfasst werden kann. Bekannte Messmittel sind beispielsweise direkt in die Eisenschmelze einzutauchende Thermoelemente oder kontaktlose Pyrometer. Auch kann es durchaus üblich sein, qualifizierte Annahmen zu treffen, die Rückschlüsse auf die Temperatur im Einschmelzer zulassen, wie zum Beispiel ein optisches Verfolgen des Schmelzbades und Feststellen von unterschiedlich starker Strahlung, anderem Fließverhalten der Flüssigschlacke/Eisenschmelze, Änderungen der Morphologie sowie Erschmelzen von etwaigen Einsatzstoff-Schüttkegeln oder Messen der Temperatur(en) der Wandung.The electrodes can be controlled in such a way that the temperature of the feedstock in the zones in which there is or should be no (pure) liquid phase is less than T L , where T L corresponds to the liquidus temperature. The zones which, depending on the temperature, result in a mushy phase, a kind of mixed phase of solid and liquid, thus corresponding to a temperature of T S and T L , for example, or which retain their solid phase, particularly if the temperature can be set at or below the solidus temperature T S , thus occur in the corners of the electric melter. The formation of the zones depends on the control, for example on the local arrangement of the electrodes within the electric melter, and also on the cooling capacity of the wall. In addition, the temperature control within the electric melter, particularly in the corners, can also be influenced by introducing the cold feedstock. The temperature in the liquid phase is more than T L. The temperatures T S and T L can be derived from so-called iron-carbon diagrams, knowing the composition of the iron melt to be produced, which depends in particular on the iron-containing feedstocks introduced. The temperature in the corresponding zones can, for example, be set or lie between T S - 300 K and less than T L , in particular less than T L - 5 K, preferably less than T L - 20 K. The electrodes are controlled in such a way that a liquid phase with a temperature of more than T L , for example of at least T L + 30 K, in particular at least T L + 50 K, is established around the electrodes. The liquidus temperature of pure iron is theoretically approx. 1538 °C. The temperature essentially refers to the temperature of the iron melt, which can be measured using known means. Known measuring devices include, for example, thermocouples which are immersed directly in the iron melt or contactless pyrometers. It may also be quite common to make qualified assumptions that allow conclusions to be drawn about the temperature in the melter, such as optically tracking the melt pool and detecting different levels of radiation, different flow behavior of the liquid slag/molten iron, changes in morphology and melting of any charge material cones or measuring the temperature(s) of the wall.
Mittels bildgebender Mittel, beispielsweise mittels Kamera oder Kameras, kann der Einschmelzprozess (-zyklus) überwacht werden, beispielsweise in Form eines Temperaturprofil in Draufsicht. So können beispielsweise helle Bereiche, heiße und flüssige Phasen und dunkle, etwas kühlere, Mischphasen oder feste Phasen kennzeichnen. Da sich während des Erschmelzens und Überführen der Einsatzstoffe und optionalen Zusatzstoffe in eine Flüssigphase, welche die Eisenschmelze und die Flüssigschlacke umfasst. Aufgrund der geringeren Dichte im Vergleich zur Eisenschmelze bildet sich die Flüssigschlacke auf der Eisenschmelze aus. Die Temperatur der in Draufsicht erfassten Flüssigphase entspricht somit nicht der Eisenschmelze, sondern der darauf ausgebildeten Flüssigschlacke, welche mit bis zu 200 K (plus) von der tatsächlichen Temperatur der Eisenschmelze abweichen kann, insbesondere dann, wenn in dem Einschmelzer der Energieeintrag über die Flüssigschlacke erfolgt. Das Temperaturprofil kann daher im Bereich der Flüssigphase mit einem Korrekturfaktor in der bildbearbeitenden Software versehen werden, um die ungefähre Temperatur der Eisenschmelze bildhaft in hell/dunkel darstellen zu können.The melting process (cycle) can be monitored using imaging devices, such as a camera or cameras, for example in the form of a temperature profile in plan view. For example, light areas can identify hot and liquid phases and dark, slightly cooler, mixed phases or solid phases. During the melting and transfer of the feedstock and optional additives, a liquid phase is formed which includes the molten iron and the liquid slag. Due to the lower density compared to the molten iron, the liquid slag forms on the molten iron. The temperature of the liquid phase recorded in plan view therefore does not correspond to the molten iron, but to the liquid slag formed on it, which can deviate by up to 200 K (plus) from the actual temperature of the molten iron, particularly if the energy input in the melter occurs via the liquid slag. The temperature profile can therefore be provided with a correction factor in the image processing software in the area of the liquid phase in order to be able to display the approximate temperature of the molten iron in light/dark.
Das Temperaturprofil im Innenraum des elektrischen Einschmelzer kann wie folgt vorliegen, dass von außen nach innen, bezogen auf die Grundstruktur, zumindest in den Ecken Zonen vollständig bevorzugt unter TS einstellen, dann eine Mischzone TS bis TL, dann eine Flüssigzone mit einer Flüssigphase über TL. Wie diese dimensioniert sind, insbesondere zur Beeinflussung des Gradienten des Temperaturprofils, so dass die Flüssigphase somit die umlaufende Wandung nur bereichsweise kontaktiert, wird nicht nur über die Elektroden, sondern kann zusätzlich auch über eine Kühlleistung der Wandung und/oder über Einbringung der kalten Einsatzstoffe gesteuert werden.The temperature profile in the interior of the electric melter can be as follows: from the outside to the inside, based on the basic structure, at least in the corners, zones are set completely preferably below T S , then a mixing zone T S to T L , then a liquid zone with a liquid phase above T L . How these are dimensioned, in particular to influence the gradient of the temperature profile, so that the liquid phase thus The surrounding wall is only partially contacted and is not only controlled via the electrodes, but can also be controlled via a cooling capacity of the wall and/or by introducing the cold feedstock.
So kommen als eisenhaltige Einsatzstoffe bevorzugt reduziertes Eisenerz in Form von Eisenschwamm-Stücken oder Eisenschwamm-Pellets mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0 und 4,5 Gew.-%, insbesondere > 0 Gew.-%, und einem Metallisierungsgrad von mindestens 85 % zur Anwendung. Der Metallisierungsgrad spiegelt das Verhältnis des metallischen Eisenanteils bezogen auf den gesamten Eisengehalt im Eisenschwamm wider. Der Kohlenstoffgehalt hat auch einen Einfluss auf TS und TL, so dass diese mit Zunahme des Kohlenstoffgehalts sinken, was von Vorteil ist, da die erforderliche Energie zum Erschmelzen ebenfalls gesenkt werden kann. Falls die Eisenschmelze einen definierten Kohlenstoffgehalt, welcher zwischen 0, insbesondere > 0, und 4,5 Gew.-% liegen kann, nicht über die eisenhaltigen Einsatzstoffe bereitgestellt werden kann, sind kohlenstoffhaltige Zusatzstoffe in der Menge zu berücksichtigen, dass der gewünschte Kohlenstoffgehalt in der Eisenschmelze erreicht werden kann.The preferred iron-containing feedstocks are reduced iron ore in the form of sponge iron pieces or sponge iron pellets with a carbon content of between 0 and 4.5 wt.%, in particular > 0 wt.%, and a degree of metallization of at least 85%. The degree of metallization reflects the ratio of the metallic iron content to the total iron content in the sponge iron. The carbon content also influences T S and T L , so that these decrease as the carbon content increases, which is advantageous because the energy required for melting can also be reduced. If the iron melt cannot have a defined carbon content, which can be between 0, in particular > 0, and 4.5 wt.%, via the iron-containing feedstocks, carbon-containing additives must be taken into account in quantities that ensure that the desired carbon content in the iron melt can be achieved.
Der Einsatz der Erfindung ist auch bei elektrischen Einschmelzern denkbar, welche mit Schrott und/oder Rohstahl als eisenhaltige Einsatzstoffe betrieben werden.The invention can also be used in electric smelters that operate with scrap and/or crude steel as iron-containing feedstocks.
Die bevorzugte Verwendung von Eisenschwamm als eisenhaltiger Einsatzstoff bringt auch schlackenbildende Bestandteile mit sich, welche im Eisenerz naturgemäß enthalten sind und nicht in einem vorausgegangenen Reduktionsprozess ausgetrieben werden können, und als Gangart bezeichnet werden. Ist die über den Eisenschwamm bereitgestellte Gangart nicht ausreichend, können bei Bedarf weitere Schlackenbildner als Zusatzstoffe eingebracht werden, um eine weiterverarbeitungsfähige Flüssigschlacke zu erzeugen. So werden bevorzugt Schlackenbildner zugegeben, dass sich eine Basizität B3 in der Flüssigschlacke zwischen 0,9 und 1,8 einstellt. B3 kann insbesondere mindestens 1,0, vorzugsweise mindestens 1,1 und insbesondere maximal 1,7, vorzugsweise maximal 1,6 betragen. Die Basizität B3 entspricht dem Verhältnis (CaO+MgO) zu (SiO2+Al2O3), wobei die Ermittlung der charakteristischen Größen in der Schlacke im festen Zustand dem Fachmann geläufig sind. Der Schlackenbildner umfasst mindestens eines oder mehrere der Elemente aus der Gruppe (CaO, MgO, SiO2, Al2O3).The preferred use of sponge iron as an iron-containing feedstock also brings with it slag-forming components which are naturally contained in iron ore and cannot be expelled in a preceding reduction process and are referred to as gangue. If the gangue provided by the sponge iron is insufficient, further slag-forming agents can be introduced as additives if required in order to produce a liquid slag which can be further processed. Slag-forming agents are preferably added so that a basicity B3 in the liquid slag of between 0.9 and 1.8 is established. B3 can in particular be at least 1.0, preferably at least 1.1 and in particular a maximum of 1.7, preferably a maximum of 1.6. The basicity B3 corresponds to the ratio (CaO+MgO) to (SiO 2 +Al 2 O 3 ), whereby the determination of the characteristic quantities in the slag in the solid state is familiar to the person skilled in the art. The slag former comprises at least one or more of the elements from the group (CaO, MgO, SiO 2 , Al 2 O 3 ).
Um die Recyclingrate zu verbessern bzw. erhöhen, kann Schrott zusätzlich zu den eisenhaltigen Einsatzstoffen, bevorzugt zu den Eisenschwamm-Stücken oder Eisenschwamm-Pellets zugegeben werden. Dies kann beispielsweise in der Art erfolgen, dass > 0 kg, insbesondere mindestens 20 kg, vorzugsweise mindestens 50 kg, bevorzugt mindestens 80 kg bis zu 200 kg Schrott pro erzeugter Tonne Eisenschmelze zugegeben werden kann.In order to improve or increase the recycling rate, scrap can be added in addition to the iron-containing feedstocks, preferably to the sponge iron pieces or sponge iron pellets. This can be done, for example, in such a way that > 0 kg, in particular at least 20 kg, preferably at least 50 kg, preferably at least 80 kg up to 200 kg of scrap can be added per ton of molten iron produced.
Zum Erschmelzen der eisenhaltigen Feststoffe verfügt der elektrische Einschmelzer über mehrere Elektroden, welche mit elektrischem Strom beaufschlagbar sind und damit die erforderliche Energie bereitstellen, um die Feststoffe in eine Flüssigphase umfassend eine Eisenschmelze und eine Flüssigschlacke zu überführen. Je nach Größe/Dimension des elektrischen Einschmelzers können drei, vier, fünf, sechs oder mehr als sechs Elektroden verwendet werden. Die zum Erschmelzen benötigte Energie wird bevorzugt aus regenerativer Energie (Sonne, Wind, Wasser, Biomasse) bereitgestellt. Dadurch kann der elektrische Einschmelzer umweltfreundlicher betrieben werden.To melt the iron-containing solids, the electric melter has several electrodes that can be charged with an electric current and thus provide the energy required to convert the solids into a liquid phase comprising an iron melt and a liquid slag. Depending on the size/dimensions of the electric melter, three, four, five, six or more than six electrodes can be used. The energy required for melting is preferably provided by renewable energy (sun, wind, water, biomass). This means that the electric melter can be operated in a more environmentally friendly way.
Je nach Ausgestaltung der eckigen Grundform des elektrischen Einschmelzers und der Anordnung der Elektroden im elektrischen Einschmelzer können die Elektroden unterschiedlich angesteuert werden, so dass die eisenhaltigen Einsatzstoffe in den Zonen nicht vollständig in eine Flüssigphase überführt werden und die Wandung nur bereichsweise von der Flüssigphase kontaktiert wird, respektive tangiert wird. So sind beispielsweise in der Wandung im Bereich der bereichsweisen Kontaktierung der Flüssigphase die entsprechenden Öffnungen zum Abstechen der Flüssigschlacke und der Eisenschmelze. Die Öffnung zum Abstechen der Flüssigschlacke ist im Vergleich zur Öffnung zum Abstechen der Eisenschmelze in der Höhe etwas höher angeordnet. Daher können beide Öffnungen übereinander im Bereich der bereichsweisen Kontaktierung angeordnet werden. Um eine Zugänglichkeit zum sequenziellen Abstechen zu ermöglichen, können die Öffnungen zum Abstechen jeweils an unterschiedlichen Seiten der Wandung angeordnet sein, beispielsweise gegenüberliegend. An einem elektrischen Einschmelzer mit einer eckigen horizontalen Grundstruktur sind die Öffnungen im Wesentlichen jeweils mittig an einer Seite der Wandung angeordnet. Die Grundstruktur kann im Wesentlichen quadratisch, mit vier gleich langen Seiten der Wandung ausgeführt sein, wobei dann die Elektroden, beispielsweise drei oder mehr derart angesteuert werden, dass sich im Wesentlichen eine kreisförmige Flüssigphase ausbildet und somit lediglich eine bereichsweise Kontaktierung der Wandung an vier diskreten Bereichen, hier an den Mittenbereichen der jeweiligen vier Seiten erfolgt.Depending on the design of the angular basic shape of the electric melter and the arrangement of the electrodes in the electric melter, the electrodes can be controlled differently so that the iron-containing feedstocks in the zones are not completely converted into a liquid phase and the wall is only contacted or touched by the liquid phase in certain areas. For example, the corresponding openings for tapping the liquid slag and the molten iron are located in the wall in the area of regional contact with the liquid phase. The opening for tapping the liquid slag is arranged somewhat higher in height than the opening for tapping the molten iron. Therefore, both openings can be arranged one above the other in the area of regional contact. To enable accessibility for sequential tapping, the openings for tapping can be arranged on different sides of the wall, for example opposite each other. On an electric melter with a square horizontal basic structure, the openings are essentially arranged in the middle of one side of the wall. The basic structure can be essentially square, with four sides of the wall of equal length, in which case the electrodes, for example three or more, are controlled in such a way that essentially a circular liquid phase is formed and thus only a partial contact of the wall takes place in four discrete areas, here in the middle areas of the respective four sides.
Die Grundstruktur kann alternativ im Wesentlichen rechteckig mit je zwei gleich langen gegenüberliegenden Seiten der Wandung ausgeführt sein, wobei dann die Elektroden, beispielsweise vier oder mehr, vorzugsweise in einer Reihe angeordnet, derart angesteuert werden, dass sich im Wesentlichen eine elliptische Flüssigphase ausbildet und somit lediglich eine bereichsweise Kontaktierung der Wandung an vier diskreten Bereichen, hier an den Mittenbereichen der jeweiligen vier Seiten erfolgt.The basic structure can alternatively be essentially rectangular with two equally long opposite sides of the wall, in which case the electrodes, for example four or more, preferably arranged in a row, are controlled in such a way that essentially an elliptical liquid phase is formed and thus only a partial contact of the wall takes place in four discrete areas, here in the middle areas of the respective four sides.
Der elektrische Einschmelzer kann bevorzugt ein Ofen der Gattung OSBF (Open Slag Bath Furnace) sein. Hierzu zählen Elektroreduktionsöfen, vor allem SAF (Submerged Electric Arc Furnace), welche Schmelzöfen mit Lichtbogen-Widerstandserwärmung sind, die Lichtbögen zwischen der Elektrode und dem Einsatzstoff und/oder der Flüssigphase bilden oder welche den Einsatzstoff und/oder die Flüssigphase mittels Joule-Effekt erwärmen. Beim SAF sind die Elektroden in den Einsatzstoff und/oder die Flüssigphase, insbesondere in die Flüssigschlacke eingetaucht. Je nach Funktionsprinzip/Betriebsweise können die Elektroreduktionsöfen als Wechselstrom-Lichtbogen-Reduktionsöfen (SAFac) oder Gleichstrom-Lichtbogen-Reduktionsöfen (SAFdc) ausgeführt sein. Alternativ können auch Schmelzöfen mit direkter Lichtbogeneinwirkung, welche vom oben beschriebenen Funktionsprinzip/Betriebsweise abweichen, sogenannte EAF (Electric Arc Furnace) zum Einsatz kommen, welche Lichtbögen zwischen der Elektrode und der Flüssigphase bilden. Dies umfasst den Wechselstrom-Lichtbogen-Schmelzofen (EAFac), den Gleichstrom-Lichtbogen-Schmelzofen (EAFdc) und den Pfannenofen LF (Ladle Furnace).The electric smelter can preferably be a furnace of the OSBF (Open Slag Bath Furnace) type. These include electric arc furnaces, especially SAF (Submerged Electric Arc Furnace), which are melting furnaces with arc resistance heating that form arcs between the electrode and the feed material and/or the liquid phase or which heat the feed material and/or the liquid phase using the Joule effect. In SAF, the electrodes are immersed in the feed material and/or the liquid phase, in particular in the liquid slag. Depending on the functional principle/mode of operation, the electric arc furnaces can be designed as alternating current arc reduction furnaces (SAFac) or direct current arc reduction furnaces (SAFdc). Alternatively, melting furnaces with direct arc exposure, which deviate from the functional principle/mode of operation described above, so-called EAF (Electric Arc Furnace), can be used, which form arcs between the electrode and the liquid phase. This includes the alternating current arc melting furnace (EAFac), the direct current arc melting furnace (EAFdc) and the ladle furnace (LF).
Der Vorteil bei der Verwendung von Elektroreduktionsöfen mit Lichtbogen-Widerstandserwärmung (SAF) ist, dass diese mit einer reduzierenden Atmosphäre betrieben werden, wohingegen Schmelzöfen mit direkter Lichtbogeneinwirkung (EAF) mit einer oxidierenden Atmosphäre betrieben werden.The advantage of using submerged arc furnaces (SAF) is that they operate with a reducing atmosphere, whereas direct arc furnaces (EAF) operate with an oxidizing atmosphere.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der folgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung.The invention is explained in more detail using the following embodiments in conjunction with the drawing.
Die Erfindung wird mit Hilfe der
Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze und einer Flüssigschlacke in einem elektrischen Einschmelzer (10) vor, welcher eine eckige horizontale Grundstruktur mit einer umlaufenden Wandung (12) aufweist. Eisenhaltige Einsatzstoffe werden eingebracht und erschmolzen. Über nicht dargestellte Mittel können die erforderlichen Einsatzstoffe zugeführt werden. Die eisenhaltigen Einsatzstoffe umfassen oder bestehen aus Eisenschwamm-Stücken oder -Pellets. Zusätzlich können auch weitere eisenhaltige Einsatzstoffe, wie zum Beispiel eisenhaltiger Schrott, um die Recyclingrate zu erhöhen, zugeführt werden. Weitere Zusatzstoffe, wie zum Beispiel Schlackenbildner wie Kalk, Siliziumdioxid, Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid können zusätzlich eingebracht werden, insbesondere wenn die sogenannte Gangart des vorzugsweise eingesetzten Eisenschwamms nicht ausreicht, um in Abhängigkeit davon, die gewünschte Basizität der abzustechenden Flüssigschlacke einstellen zu können. Die Einstellung der gewünschten Basizität durch entsprechende Mischung/Zugabe ist dem Fachmann geläufig. Die eingebrachte Menge an eisenhaltigen Einsatzstoffen bemisst sich an der gewünschten Ausbringung der Eisenschmelze. Der elektrische Einschmelzer (10) umfasst mehrere Elektroden (11), beispielsweise drei in den
Die Elektroden (11) werden derart angesteuert, dass sich eine Temperatur der Einsatzstoffe in den Zonen (S), in welchen keine Flüssigphase (L) vorliegt, von weniger als TL - 50 K einstellt, wobei TL der Liquidus-Temperatur entspricht, und dass sich um die Elektroden (11) herum eine Flüssigphase (L) mit einer Temperatur von mindestens TL + 30 K einstellt.The electrodes (11) are controlled in such a way that a temperature of the feedstocks in the zones (S) in which no liquid phase (L) is present of less than T L - 50 K, where T L corresponds to the liquidus temperature, and that a liquid phase (L) with a temperature of at least T L + 30 K is established around the electrodes (11).
Je nach Ausgestaltung der eckigen Grundform des elektrischen Einschmelzers (10) und der Anordnung der Elektroden (11) im elektrischen Einschmelzer (11) können die Elektroden auch unterschiedlich angesteuert werden, so dass die eisenhaltigen Einsatzstoffe in den Zonen (S) nicht vollständig in eine Flüssigphase (L) überführt werden und die Wandung (12) nur bereichsweise von der Flüssigphase (L) kontaktiert wird, respektive tangiert wird. So sind beispielsweise in der Wandung (12) im Bereich der bereichsweisen Kontaktierung der Flüssigphase (L) die entsprechenden Öffnungen (13,14) zum Abstechen der Flüssigschlacke und der Eisenschmelze. Die Öffnung (13) zum Abstechen der Flüssigschlacke ist im Vergleich zur Öffnung (14) zum Abstechen der Eisenschmelze in der Höhe etwas höher angeordnet. Daher können beide Öffnungen (13,14), wie in den Figuren beispielhaft dargestellt, übereinander im Bereich der bereichsweisen Kontaktierung angeordnet werden. Um eine Zugänglichkeit zum sequenziellen Abstechen zu ermöglichen, können die Öffnungen (13,14) zum Abstechen jeweils an unterschiedlichen Seiten der Wandung (12) angeordnet sein, beispielsweise gegenüberliegend. An einem elektrischen Einschmelzer (10) mit einer eckigen horizontalen Grundstruktur sind die Öffnungen (13,14) im Wesentlichen jeweils mittig an einer Seite der Wandung (12) angeordnet.Depending on the design of the square basic shape of the electric melter (10) and the arrangement of the electrodes (11) in the electric melter (11), the electrodes can also be controlled differently so that the iron-containing feedstocks in the zones (S) are not completely converted into a liquid phase (L) and the wall (12) is only partially contacted by the liquid phase (L), or is touched. For example, in the wall (12) in the area of the partial contact of the liquid phase (L), the corresponding openings (13, 14) for tapping the liquid slag and the iron melt are provided. The opening (13) for tapping the liquid slag is slightly higher than the opening (14) for tapping the iron melt. arranged higher. Therefore, both openings (13, 14), as shown by way of example in the figures, can be arranged one above the other in the area of the area-wise contacting. In order to enable accessibility for sequential cutting, the openings (13, 14) for cutting can be arranged on different sides of the wall (12), for example opposite each other. On an electric melter (10) with a square horizontal basic structure, the openings (13, 14) are arranged essentially in the middle of one side of the wall (12).
Die im Wesentlichen quadratische Grundstrukturen, vgl.
Die elektrischen Einschmelzer (10) mit einer eckigen horizontalen Grundstruktur sind vorzugsweise feststehend und nicht schwenkbar ausgeführt. Das Betreiben von elektrischen Einschmelzern (10) ist dem Fachmann ebenfalls geläufig.The electric melters (10) with a square horizontal base structure are preferably designed to be stationary and not pivotable. The operation of electric melters (10) is also familiar to those skilled in the art.
Nicht dargestellt ist, dass im Bereich der zumindest bereichsweisen Kontaktierung der Flüssigphase (L), in welcher auch die Öffnung (13,14) zum Abstechen angeordnet ist, die Wandung (12) respektive die Zustellung eine im Vergleich zur restlichen Wandung (12) bzw. Zustellung höhere Dicke aufweist, mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 25 %.What is not shown is that in the region of at least partial contact with the liquid phase (L), in which the opening (13, 14) for cutting off is also arranged, the wall (12) or the infeed has a greater thickness than the remaining wall (12) or infeed, at least 10%, preferably at least 20%, preferably at least 25%.
Nicht dargestellt ist das Größenverhältnis von Elektroden zu Einschmelzer (-gefäß). Des Weiteren kann auch, hier nicht dargestellt, mindestens eine Elektrode (zusätzlich) zu den (Standard-) Elektroden im Boden des Einschmelzers angeordnet sein, vgl.
Ebenfalls nicht dargestellt ist, wie die Eisenschmelze entnommen und einem Weiterverarbeitungsschritt zugeführt wird. Bevorzugt wird die Eisenschmelze einem Behandeln zugeführt, um den Kohlenstoff in der Eisenschmelze auf ein gewünschtes Maß zu reduzieren. Dies erfolgt beispielsweise mittels Sauerstoff in einem sogenannten Sauerstoffblasprozess, besonders bevorzugt in einem Konverter. Auch die abgestochene Flüssigschlacke wird vorzugsweise einer Granulation zugeführt, um Schlacke insbesondere für die Bauindustrie zu erzeugen.Also not shown is how the molten iron is removed and fed to a further processing step. The molten iron is preferably fed to a treatment in order to reduce the carbon in the molten iron to a desired level. This is done, for example, using oxygen in a so-called oxygen blowing process, particularly preferably in a converter. The tapped liquid slag is also preferably fed to a granulation process in order to produce slag, in particular for the construction industry.
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- EP 3542595 B1 [0003, 0032]EP 3542595 B1 [0003, 0032]
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