"DÜSeneinrichtung bei bodenblasenden Konvertern" Die Erfindung
bezieht sich auf eine Düseneinrichtung bei bodenblasenden Konvertern zum Frischen
von Roheisen zu Stahl, in deren Boden Düsen aus konzentrischen Rohren zum Einblasen
von jeweils von einem Mantelgas umgebenen Sauerstoffstrahlen angeordnet sind. In
der Vergangenheit sind zahlreiche Versuche gemacht worden, den herkömmlichen bodenblasenden
Konverter mit reinem Sauerstoff zu betreiben. Diese Versuche haben jedoch bislang
nur insofern zum Erfolg geführt, als eine Reihe von Verfahren zum Betrieb von Konvertern
mit sauerstoffangereichertem Wind bekannt geworden sind. Die Erhöhung des Sauerstöffgehaltes
im Blaswind führte jedoch zu einem wesentlich schnelleren Verschleiß des Konverterbodens,
obgleich der Blaswind durch aus je einem Kupferrohr bestehenden Düsen eingeblasen
wurde. Wegen des starken Bodenverschleißes und des mit dem erhöhten Sauerstoffangebot
verbundenen verstärkten Anfalls an braunem Rauch sind in der Praxis Sauerstoffgehalte
von 4096 nicht überschritten worden. Diese Obergrenze für den Sauerstoffgehalt führte
dazu, daß der als schädlich bekannte Stickstoffgehalt des Konverterstahls nicht
unter ein bestimmtes Niveau gesenkt
werden konnte. Aus diesem Grunde
ist der bodenblasende Konverter in den letzten Jahren im zunehmenden Maße durch
das Sauerstoffaufblas-Verfahren verdrängt worden. Es sind auch bereits Versuche
gemacht worden, über einen mit Kupferrohren versehenen Düsenboden reinen Sauerstoff
in einen Konverter einzublasen. Diese Versuche haben jedoch zu keinem Erfolg geführt,
da die Kupferrohre innerhalb kürzester Frist verbrannten, so daß der Konverterboden
nicht weiter verwendet werden konnte. Um ein vorzeitiges Abbrennen der Kupferrohre
zu vermeiden, sind auch bereits Versuche gemacht worden, einen wassergekühlten Kupferboden
zu verwenden. Diese Versuche haben aber wegen der mit der Verwendung einer Wasserkühlung
im Konverterboden verbundenen großen Gefahren, insbesondere bei den heute üblichen
Konvertereinheiten nicht zum Erfolg geführt. Nach einem aus der US-Patentschrift
2 855 293 bekannten Verfahren wird reiner Sauerstoff mit so hohem Druck über Kupferdüsen
in einen Konverter eingeblasen, das sich an der Düsenmündung aufgrund des bekannten
Joules-Thompson-Effektes beim Entspannen des Sauerstoffs Kühlung ergibt. Dieses
Verfahren erfordert in der Praxis jedoch Drücke über 80b und damit besondere Anlagen
für die Sauerstofferzeugung bzw. -kompression. Weiterhin besitzt das bekannte Verfahren
den Nachteil, daß der extrem hohe Sauerstoffdruck zu einem sehr -unruhigen Blasverlauf
und zu einem im Vergleich zum herkömmlichen-Windfrischen sehr starken Anfall an
braunem Rauch führt.. Aus der US-Patentschrift 3 330 645 ist es bekannt, über im
Konverterboden angeordnete Düsenrohre Sauerstoff einzublasen
und
kreisförmig um jedes Düsenrohr von einem gemeinsamen Ringkanal ausgehende Kühl-
bzw. Mantelgaskanäle beispielsweise für Wasserdampf oder Kohlendioxyd anzuordnen.
Bei einem solchen Konverterboden ergeben sich jedoch dieselben Schwierigkeiten wie
beim Einblasen reinen Sauerstoffs über Porössteine, da die mehr oder minder starke
Verschlackung des Porösmaterials sehr bald zu einem verminderten Gasdurchlaß führt.
Aus der französischen Patentschrift 1 450 718 ist schließlich ein Konverter bekannt
geworden, in dessen Bodenmitte eine Düse aus einem Innenrohr für Sauerstoff und
einem konzentrischen Außenrohr für ein Kühl- bzw. Mantelgas angeordnet ist. Auch
bei einem solchen Konverter ergeben sich angesichts der außerordentlich heftigen
Reaktion des eingeblasenen Sauerstoffs mit der Schmelze hinsichtlich der Düsen-
und Bodenhaltbarkeit erhebliche Schwierigkeiten."Nozzle device in bottom-blowing converters" The invention relates to a nozzle device in bottom-blowing converters for refining pig iron to steel, in the bottom of which nozzles made of concentric tubes for blowing in oxygen jets surrounded by a jacket gas are arranged. Numerous attempts have been made in the past to operate the conventional bottom blowing converter with pure oxygen. However, these attempts have so far only been successful in that a number of methods for operating converters with oxygen-enriched wind have become known. The increase in the oxygen content in the blast led, however, to a much faster wear of the converter base, although the blast was blown in through nozzles each consisting of a copper pipe. Because of the heavy wear and tear of the soil and the increased amount of brown smoke associated with the increased oxygen supply, oxygen levels of 4096 have not been exceeded in practice. This upper limit for the oxygen content meant that the nitrogen content of the converter steel, which is known to be harmful, could not be reduced below a certain level. For this reason, the bottom-blowing converter has been increasingly displaced by the oxygen-blowing method in recent years. Attempts have also already been made to blow pure oxygen into a converter via a nozzle base provided with copper pipes. However, these attempts were unsuccessful because the copper pipes burned up within a very short period of time, so that the converter base could no longer be used. In order to avoid premature burning of the copper pipes, attempts have already been made to use a water-cooled copper base. However, because of the great dangers associated with the use of water cooling in the converter base, these attempts have not been successful, particularly with the converter units that are customary today. According to a method known from US Pat. No. 2,855,293, pure oxygen is blown through copper nozzles into a converter at such a high pressure that there is cooling at the nozzle opening due to the known Joules-Thompson effect when the oxygen is released. In practice, however, this process requires pressures above 80b and thus special systems for generating or compressing oxygen. Furthermore, the known method has the disadvantage that the extremely high oxygen pressure leads to a very restless blowing process and to a very large amount of brown smoke compared to conventional wind freshening. It is known from US Pat. No. 3,330,645 about In the converter base arranged nozzle tubes to blow in oxygen and to arrange in a circle around each nozzle tube cooling or jacket gas channels emanating from a common ring channel, for example for water vapor or carbon dioxide. With such a converter base, however, the same difficulties arise as when pure oxygen is blown through porous stones, since the more or less severe slagging of the porous material very soon leads to a reduced gas permeability. Finally, from the French patent specification 1 450 718, a converter has become known, in the bottom center of which a nozzle consisting of an inner tube for oxygen and a concentric outer tube for a cooling or jacket gas is arranged. With such a converter, too, there are considerable difficulties with regard to the nozzle and bottom durability in view of the extraordinarily violent reaction of the oxygen blown in with the melt.
So haben Versuche gezeigt, daß die Düse zwar wirksam geschützt werden
konnte, daß sich gleichzeitig aber Ansätze an der Düse bildeten, rle mit der Zeit
zu einem Verschließen der Düsen führten. Außerdem wurde beobachtet, daß der Verschleiß
des Konverterbodens größer war als der Düsenverschleiß und demzufolge die Düsenenden
bald über das BodennJmau hinausragten. Dies bringt die Gefahr eines Verbf egens
und Verschließens der Düsenöffnungen beim Chargieren fester@Stoffe, insbesondere
Schrott mit sich. Jede Beeinträchtigung des Blasquerschnitts wirkt sich aber bei
einem mit Sauerstoff betriebenen Konverter besonders schwerwiegend aus, weil wegen
des Fehlens des Ballaststickstoffs der Konverterboden nur mit wenigen Düsen besetzt
ist. Der Ausfall einer einzigen Düse macht sich daher bei einem solchen Konverter
in viel stärkerem Maße bemerkbar als bei einem herkömmlichen Konverter, dessen Boden
zur Gänze mit
einer Vielzahl von Einzeldüsen besetzt ist. Die der
Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine Düseneinrichtung der
eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren Düsen weder zu schnell noch zu langsam
abbrennen, so daß sich die Düsenöffnungen stets etwa auf demselben Niveau mit dem
Konverterboden befinden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, die Düsenrohre
erfindungsgemäß aus einem Werkstoff zu fertigen, dessen Abbrandbeständigkeit im
umgekehrten Verhältnis zur Kühlwirkung des Mantelgases steht. Die Wahl des Düsenwerkstoffs
unter Berücksichtigung der Kühlwirkung des jeweiligen Mantelgases bringt den Vorteil
mit sich, daß eine zu starke Kühlwirkung des Mantelgases durch eine geringe Beständigkeit
des Düsenwerkstoffs oder eine zu geringe Kühlwirkung des Mantelgases durch eine
größere Beständigkeit des Düsenwerkstoffs ausgeglichen werden können, Auf diese
Weise wird sowohl ein Hervorstehen der Düsenenden über den Konverterboden als auch
die Bildung von trichterförmigen Ausnehmungen infolge einer zu geringen Kühlwirkung
des Mantelgases vermieden. Eine weitere Verbesserung der Bodenhaltbarkeit ergibt
sich, wenn die Düsenrohre erfindungsgemäß aus einem Werkstoff gefertigt sind, dessen
Abbrandgeschwindigkeit dem Verschleiß des die Düsen umgebenden Futterwerkstoffs
entspricht. Die Berücksichtigung des normalen Bodenverschleißes einerseits und der
Kühlwirkung des Mantelgases andererseits bei der Wahl des Werkstoffs für die Düsenrohre
führt dazu, daß ein mit einer erfindungsgemäßen Düseneinrichtung versehener Konverterboden
eine Lebensdauer besitzt, die das Fünffache der Haltbarkeit herkömmlicher Konverterböden
übersteigt.
Dies gilt, wie die Praxis gezeigt hat, insbesondere
dann, wenn das Sauerstoffrohr aus einem Stahl mit 15% Chrom oder aus einem Chrom-Nickel-Stahl
mit 23% Chrom und 10% Nickel besteht. Versuche haben ergeben, @daß bei der Verwendung
von Düsenrohren aus reinem Kupfer mit einem Innendurchmesser von 12 mm und bei 5Vol%
Propan, bezogen auf den Sauerstoff als Mantelgas in einem-Konverterboden 6 (Fig.
6) mit mehreren konzentrisch angeordneten Mantelgasrohren 7 und Sauerstoffrohren
8 die Düsen infolge der für den Düsenwerkstoff zu starken Kühlung bereits nach wenigen
Schmelzen aus dem Boden herausragten. Außerdem bildeten sich an den hervorstehenden
Düsenenden Ansätze, wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt sind. Die Ansätze
führen zu einer Veränderung des Düsenquerschnitts und beeinträchtigen zudem die
Bildung eines gleichmäßigen Mantelgasschleiers um den zentrischen Sauerstoffstrahl.
Als Folge davon ergibt sich eine verstärkte Bildung von braunem Rauch. Um eine gleichmäßige
Dicke des Mantelgasschleiers zu erreichen, sind zwischen dem Sauerstoff- und dem
Mantelgasrohr 7, 8 Abstandhalter, beispielsweise Drahtwendeln 10 oder Stützrippen
11 angeordnet. So ergeben die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Abstandhalter 10,
11 einen gleichbleibenden Abstand zwischen Sauerstoff- und Mantelgasrohr. Insbesondere
die Drahtwendel 10 der Düse nach Fig. 2 führt dazu, daß das Mantelgas den Sauerstoffstrahl
beim Austritt aus dem Sauerstoffrohr 8 dicht und gleichmäßig umschließt, da dem
Mantelgas durch die Drahtwendel 10 ein Drall verliehen wird. Der Ringraum 12 zwischen
dem Sauerstoff- und Mantelgasrohr kann jedoch, wie
in Fig. 4 dargestellt,
auch mit einem porösen Werkstoff 13, beispielsweise mit einem porösen Sintermetall
oder einem einem feuerfesten Stoff gefüllt sein. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit
und um ein Eindringen von Sauerstoff in das Mantelgassystem bei aus irgendeinem
Grunde verschlossenem Sauerstoffrohr 8 zu verhindern, ist insbesondere bei Verwendung
von Wasserstoff oder Wasserstoff enthaltenden Gasen, wie beispielsweise Propan,
in der Zuleitung 14 des Mantelgasrohrs 7 ein Rückschlagventil 15, 18 angeordnet
(Fig. 4,6). Dieses Rückschlagventil 15, 18 ist auf einen bestimmten Druck eingestellt,
oberhalb dessen es sich sofort schließt. Die Sauerstoffrohre sind an eine gemeinsame
Sauerstoffleitung angeschlossen, während jedes Mantelgasrohr eine eigene Zuleitung
besitzt (Fig. 6). Auf diese Weise läßt sich die Mantelgaszufuhr individuell regeln
und können die Düsen mit unterschiedlichen Mantelgasen beschickt werden. Zwischen
den Rückschlagventilen 18 und Regelventilen sind zu diesem Zweck Durchflußmengenmesser
19 angeordnet. Besteht das Sauerstoffrohr erfindungsgemäß aus einem Stahl. mit 1596
Chrom, dann ergibt sich bei der Verwendung von Propan als Mantelgas ein Abbrand
des Sauerstoffrohrs, der etwa dem mittleren Verschleiß des Konverterbodens entspricht.
Bei einem mittleren Bodenverschleiß von 2 mm je Charge und einem maximal möglichen
Verschleiß von 70 cm ergibt sich eine theoretische Bodenhaltbarkeit von 350 Schmelzen.
Ist die Kühlwirkung des Mantelgases geringer wie beim Blasen mit Edelgas, dann muß
die Haltbarkeit des Sauerstoffrohres entsprechend größer sein und besteht dieses
vorzugsweise aus einem Chrom-Nickel-Stahl mit 23% Chrom und
1096
Nickel oder aus Kupfer. Wird der Werkstoff des Sauerstoffrohrs erfindungsgemäß dem
jeweiligen Mantelgas angepaßt oder wird das Mantelgas auf den Rohrwerkstoff abgestellt,
dann ergibt sich ein dem Bodenverschleiß entsprechender Rohrabbrand bei weitgehender
Unterdrückung des braunen Rauchs. Unter diesen Bedingungen können bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren mit einem Boden mindestens 250 Schmelzen gefrischt werden, während die
Bodenhaltbarkeit beim herkömmlichen Windfrischen nur etwa 50 Schmelzen beträgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels des näheren erläutert:
Bei einem bodenblasenden Konverter mit einer erfindungsgemäßen Düseneinrichtung
befanden sich im Boden 20 Düsen aus konzentrischen Rohren auf einem Innendurchmesser
des Sauerstoffrohrs von 12 mm. Das Sauerstoffrohr bestand aus einem Stahl mit 1896
Chrom und 1096 Nickel; es wies eine Wandstärke von 1 mm auf. Zum Einleiten von Propan
befand sich zwischen dem Innenrohr aus dem Chrom-Nickel-Stahl und einem 2 mm starken
Außenrohr aus Stahl ein 1 mm breiter Spalt. In diesen Konverter wurden im gekippten
Zustand zuerst 6 t Schrott und dann 21 t flüssiges Thomasroheisen eingefüllt. Anschließend
wurden die Zuleitungen für Propan und Sauerstoff geöffnet, wobei die Propangasmenge
170 Nm3/h und die Sauerstoffmenge 4000 Nm3/h betrug. Dann wurde der Konverter aufgerichtet
und 3200 kg Stück Kalk von oben zugegeben. Von der neunten Blasminute atxwurden
weitere
2 t Schrott von oben in den blasenden Konverter gefüllt. Die Sauerstoffmenge Wurde
dann auf etwa 5000 Nm 3 je Stunde erhöht, wobei die Propangasmenge ungefähr auf
dem früheren Wert von 170 Nm3 je Stunde blieb. Der. Konverter blies während
der Gesamtzeit ruhig und ohne . Auswurf. Nach etwa 17 Minuten Blaszeit wurde der
Konverter umgelegt und eine Probe zur Bestimmung der che= mischen Zusammensetzung
entnommen. Etwa 60 Sekunden mußte nachgeblasen werden, um die gewünschte iusammentr
Setzung des Stahls zu erreichen. Anschließend wurde abgeschlackt. Der Eisengehalt
der Schlacke betrug 1296. Die Restschlacke wurde mit Stückkalk abgesteift und die
Schmelze in eine Gießpfanne ausgeleert. Die Prüfung des Konverterbodens zeigte,
daß sich sämtliche Düsen in einwandfreiem Zustand befanden und weder über den Boden
hervorstanden, noch trichterförmig abgebrannt waren. Wie der zuvor geschilderte
Versuch zeigt, gestattet die erfindungsgemäße Düseneinrichtung ein Frischen von
Roheisen zu Stahl mit reinem Sauerstoff unter Verwendung eines Mantelgases, wobei
sich trotz der Verwendung des Sauerstoffs Bodenhaltbarkeiten ergeben, die weit über
der Bodenhaltbarkeit des herkömmlichen, mit Luft oder sauerstoffangereicherter Luft
betriebenen Konverters liegen, so daß der Boden während einer Konverterreise nur
etwa ein- oder zweimal ausgewechselt zu werden braucht. Dies bedeutet, abgesehen
von einer erheblichen Materialersparnis, eine wesentliche Verringerung der durch
den sonst üblichen Bodenwechsel anfallenden Ausfallzeiten.Experiments have shown that the nozzle could be effectively protected, but that at the same time deposits formed on the nozzle, which over time led to the nozzle being blocked. In addition, it was observed that the wear on the converter base was greater than the wear on the nozzle and, as a result, the nozzle ends soon protruded beyond the base. This brings with it the risk of the nozzle openings being smeared and blocked when charging solid materials, in particular scrap. Any impairment of the blowing cross-section has a particularly serious effect on a converter operated with oxygen, because the converter base is only occupied by a few nozzles due to the lack of ballast nitrogen. The failure of a single nozzle is therefore more noticeable in such a converter than in a conventional converter, the bottom of which is entirely occupied by a large number of individual nozzles. The object on which the invention is based is to create a nozzle device of the type mentioned at the outset, the nozzles of which burn down neither too quickly nor too slowly, so that the nozzle openings are always approximately at the same level as the converter base. To solve this problem, it is proposed to manufacture the nozzle pipes according to the invention from a material whose burn-off resistance is inversely related to the cooling effect of the jacket gas. The choice of the nozzle material taking into account the cooling effect of the respective jacket gas has the advantage that an excessively strong cooling effect of the jacket gas can be compensated for by a low resistance of the nozzle material or a too low cooling effect of the jacket gas by a greater resistance of the nozzle material Both a protrusion of the nozzle ends above the converter base and the formation of funnel-shaped recesses due to insufficient cooling effect of the jacket gas are avoided. A further improvement in the durability of the soil results if the nozzle pipes are manufactured according to the invention from a material whose burn rate corresponds to the wear and tear of the lining material surrounding the nozzles. Taking into account normal floor wear on the one hand and the cooling effect of the jacket gas on the other hand when choosing the material for the nozzle pipes means that a converter base provided with a nozzle device according to the invention has a service life that is five times the durability of conventional converter bases. As practice has shown, this applies in particular when the oxygen tube is made of a steel with 15% chromium or of a chromium-nickel steel with 23% chromium and 10% nickel. Tests have shown that when using nozzle pipes made of pure copper with an inner diameter of 12 mm and 5% by volume propane, based on the oxygen as jacket gas, in a converter base 6 (FIG. 6) with several concentrically arranged jacket gas pipes 7 and oxygen pipes 8 the nozzles protruded from the ground after just a few melts due to the excessive cooling for the nozzle material. In addition, lugs formed at the protruding nozzle ends, as shown schematically in FIG. 1. The approaches lead to a change in the nozzle cross-section and also impair the formation of a uniform jacket gas curtain around the central oxygen jet. As a result, there is an increased formation of brown smoke. In order to achieve a uniform thickness of the jacket gas curtain, spacers, for example wire coils 10 or support ribs 11, are arranged between the oxygen and jacket gas pipes 7, 8. Thus, the spacers 10, 11 shown in FIGS. 2 and 3 result in a constant distance between the oxygen pipe and the jacket gas pipe. In particular, the wire coil 10 of the nozzle according to FIG. 2 leads to the fact that the jacket gas tightly and uniformly encloses the oxygen jet as it exits the oxygen tube 8, since the jacket gas is given a twist by the wire coil 10. The annular space 12 between the oxygen and jacket gas pipe can, however, as shown in FIG. 4, also be filled with a porous material 13, for example with a porous sintered metal or a refractory material. To increase operational safety and to prevent oxygen from penetrating the jacket gas system if the oxygen pipe 8 is closed for any reason, a check valve 15, 18 is in the feed line 14 of the jacket gas pipe 7, especially when using hydrogen or hydrogen-containing gases, such as propane arranged (Fig. 4,6). This check valve 15, 18 is set to a certain pressure above which it closes immediately. The oxygen tubes are connected to a common oxygen line, while each jacket gas tube has its own supply line (Fig. 6). In this way, the jacket gas supply can be regulated individually and the nozzles can be charged with different jacket gases. For this purpose, flow meters 19 are arranged between the check valves 18 and control valves. According to the invention, the oxygen tube consists of a steel. with 1596 chromium, then when propane is used as the jacket gas, the oxygen tube burns up, which corresponds approximately to the average wear on the converter base. With an average bottom wear of 2 mm per batch and a maximum possible wear of 70 cm, the theoretical bottom shelf life is 350 melts. If the cooling effect of the jacket gas is less than when blowing with noble gas, then the durability of the oxygen tube must be correspondingly greater and this preferably consists of a chromium-nickel steel with 23% chromium and 1096 nickel or copper. If, according to the invention, the material of the oxygen pipe is adapted to the respective jacket gas or if the jacket gas is applied to the pipe material, then the result is a pipe burn-up corresponding to the wear and tear of the soil with extensive suppression of the brown smoke. Under these conditions, with the method according to the invention, at least 250 melts can be refined with one bottom, while the soil durability with conventional wind refining is only about 50 melts. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment: In a bottom-blowing converter with a nozzle device according to the invention, there were 20 nozzles made of concentric tubes on an inner diameter of the oxygen tube of 12 mm in the bottom. The oxygen tube was made of steel with 1896 chromium and 1096 nickel; it had a wall thickness of 1 mm. For the introduction of propane, there was a 1 mm wide gap between the inner tube made of the chromium-nickel steel and a 2 mm thick outer tube made of steel. In the tilted state, this converter was first filled with 6 t of scrap and then 21 t of liquid Thomas pig iron. The feed lines for propane and oxygen were then opened, the amount of propane gas being 170 Nm3 / h and the amount of oxygen being 4000 Nm3 / h. Then the converter was erected and 3200 kg of lime was added from above. From the ninth blowing minute atx, a further 2 t of scrap was filled into the blowing converter from above. The amount of oxygen was then increased to about 5000 Nm 3 per hour, with the amount of propane gas remaining approximately at the previous value of 1 70 Nm 3 per hour. Of the. Converter blew quietly and without any during the total time. Expectoration. After a blowing time of about 17 minutes, the converter was turned over and a sample was taken to determine the chemical composition. Blowing had to be continued for about 60 seconds in order to achieve the desired assembly of the steel. It was then slagged off. The iron content of the slag was 1296. The residual slag was stiffened with lump lime and the melt was emptied into a ladle. The examination of the converter base showed that all nozzles were in perfect condition and neither protruded from the floor nor had burned down like a funnel. As the experiment described above shows, the nozzle device according to the invention allows the refining of pig iron to steel with pure oxygen using a jacket gas, whereby, despite the use of oxygen, soil durability results that far exceed the soil durability of the conventional converter operated with air or oxygen-enriched air so that the floor only needs to be changed about once or twice during a converter trip. Apart from a considerable saving in material, this means a significant reduction in the downtimes incurred as a result of the otherwise usual floor change.