DE19535014C2 - Verfahren zum Einbringen von körnigen Feststoffen in Metallschmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von körnigen Feststoffen in Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen mittels einer Einblasvorrichtung, welche mit Abstand zur Schmelze angeordnet wird. Mittels dieses Ver­ fahrens können Feststoffe, die zur Analyseneinstellung bei der Metallherstellung, insbesondere Stahlherstellung, in un­ terschiedlichen Mengen außerhalb des eigentlichen Metaller­ zeugungsprozesses zugegeben werden, in einfacher Weise mit hoher Treffsicherheit in der Analyse und hohem Ausbringen ohne den Einsatz aufwendiger Hilfsmittel wie feuerfest zu­ gestellter Lanzen oder Einspulmaschinen der Metallschmelze zugeführt werden.

Im Zuge der von den Kunden in immer stärkerem Maße gefor­ derten Anforderungen an die Einhaltung von Analysenvor­ schriften an die Stahlhersteller und bei gleichzeitig immer weiter steigendem Wettbewerbsdruck hat in den vergangenen Jahren die Sekundärmetallurgie, d. h. die Behandlung des flüssigen Metalles im Anschluß an den Schmelzprozeß im Metaller­ zeugungsaggregat wie Konverter oder Elektrolichtbogenofen, immer stärker an Bedeutung gewonnen. Im Laufe dieser Ent­ wicklung kam und kommt auch den Verfahren, mittels derer feinkörnige, rieselfähige Feststoffe, wie sie zur Ein­ stellung der Endanalyse des noch flüssigen Metalles, insbe­ sondere Stahles, in unterschiedlichen benötigten Mengen der Metallschmelze zugegeben werden, eine immer grö­ ßere Bedeutung zu, hinsichtlich der Vorhersage des Ausbrin­ gens, der Treffsicherheit in der Analyse, Verfahrenskosten, Betriebssicherheit und Flexibilität.

Die Verfahren, die heute angewendet werden, sind:

• a) - Zugabe unter Ausnutzung der Schwerkraft wäh­ rend des Abstiches mittels Rutschen, Rinnen oder Aufgabe von Hand;
• b) - Zugabe auf die Badoberfläche in der Pfanne mittels Fördersystemen oder von Hand;
• c) - Einspulen von Fülldrähten mittels Einspulma­ schinen;
• d) - Einblasen durch Eintauchen feuerfest zuge­ stellter Tauchlanzen wie z. B. das TN-Verfahren.

Die unter a) und b) genannten Zugabemethoden sind gekenn­ zeichnet durch ein nicht exakt vorhersehbares, vergleichs­ weise geringes Ausbringen und ungenügende Treffsicherheit, wodurch sich die Notwendigkeit eines höheren Verbrauches an Legierungsmitteln und, relativ häufig, einer ein- oder mehrmaligen Korrektur der Zugabemenge ergibt. Erfolgt die Zugabe von Hand, so ist ein zusätzlicher Aufwand an Perso­ nal notwendig, gleichzeitig ist das Maß der Reproduzierbar­ keit der Analysenergebnisse dann vergleichsweise noch ge­ ringer.

Demgegenüber zeichnen sich die unter c) und d) genannten Verfahren durch eine vergleichsweise hohe Treffsicherheit und hohe Reproduzierbarkeit aus. Nachteilig wirken sich je­ doch die hohen Kosten aus.

Diese hohen Kosten werden bei Verfahren gemäß c) durch die für das Einspulen notwendigen Produktionskosten des Fülldrahtes verursacht, bei Verfahren gemäß d) durch die spezifischen Feuerfestkosten der Einblaslanzen, die in ih­ rer Haltbarkeit bei den vorherrschenden Temperaturen und der notwendigen Behandlungsdauer wesentlich niedriger als beispielsweise reine Spüllanzen liegen.

Die Einblasverfahren sind darüber hinaus noch durch eine aufwendige, personalintensive Lanzenwirtschaft gekennzeich­ net.

Weitere Nachteile der bisher angewendeten Verfahren sind, daß die Mengen an Legierungsmitteln, die pro Zeiteinheit zugegeben werden können, durch die technischen Randbedin­ gungen etwa beim Einspulen oder Einblasen begrenzt sind. Hinzu kommt, daß die Metallschmelze bei der Behandlung nach Verfahren gemäß c) und d) eine stärkere Abkühlung erfährt; beim Einspulen von Fülldrähten muß die umgebende Metall­ hülle zusätzlich aufgeschmolzen werden, beim Einblasen wird zusätzlich Wärme an das Feuerfestmaterial der Lanze und an das Transportgas abgegeben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit diesem rie­ selfähige Schüttgüter, die bei der Metallherstellung, ins­ besondere der Stahlherstellung, im Anschluß an den eigentli­ chen Schmelzprozeß im Konverter oder im Elektrolichtbo­ genofen zur Korrektur der Analyse des Metalles in geeigne­ ter Form zugesetzt werden müssen, in einfacher Art und Weise dem flüssigen Metall so zugegeben werden, daß eine hohe Ausnutzung als Verhältnis der vom Metall aufgenommenen zu der zugegebenen Menge erreicht wird, ohne die Inanspruch­ nahme kostenintensiver Hilfseinrichtungen wie feuerfest zu­ gestellter Lanzen, Lanzenfahreinrichtungen, Einspulmaschi­ nen und unter Vermeidung des Einsatzes von Fülldrähten.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen ge­ löst. Das Einblasen erfolgt z. B. in den Abstichstrahl ei­ nes für die Stahlherstellung eingesetzten Konverters oder Elektrolichtbogenofens während des Abstiches oder in den Auftreffbereich des Abstichstrahles eines Konverters oder eines Elektrolichtbogenofens in der Gießpfanne oder während der pfannenmetallurgischen Behandlung im Anschluß an den Schmelzprozeß in den Bereich des Spülfleckes während der Spülbehandlung auf die Badoberfläche.

Rieselfähige Schüttgüter, wie sie üblicherweise bei der Me­ tallherstellung zur Analyseneinstellung benutzt werden, sind beispielsweise Kohlenstoffträger zur Aufkohlung, Blei, Aluminium, Schwefel, Ferrolegierungen, u. a..

Voraussetzung der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ist, daß diese Materialien in körniger, einblasfähiger Form vorliegen. Die Korngröße ist dabei in gewissen Grenzen variabel; sie sollte aber aus Gründen einer schnellen Auf­ lösung der Materialien im Metall möglichst unter 3 mm Durchmesser liegen.

Das Einblasen der Schüttgüter erfolgt mittels einer pneuma­ tisch arbeitenden Einblasanlage, z. B. gemäß EP 0 164 436. Die Größe des Druckgefäßes des Senders hängt im wesentli­ chen von der Größe der Erzeugungseinheit und damit verbun­ den von der pro Behandlung einzublasenden Menge an Mate­ rial ab. Üblicherweise wird ein Druckgefäß mit 1.000 bis 2.000 l Fassungsvermögen verwendet.

Der Antransport der einzublasenden Schüttgüter kann entwe­ der über ein geschlossenen System in Silo-LKW's und Vor­ ratssilos vor Ort, über Bigbags, Säcke oder kleinere Trans­ portbehälter mit 1.000 oder 1.500 l Fassungsvermögen erfol­ gen. Über dem Druckgefäß sind überlicherweise ein oder meh­ rere Zwischengefäße als Tagesbun­ ker vorgesehen, um ein schnelles Befüllen des Injektors nach Behandlungsende sicherzustellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht zusätzlich auch die gleichzeitige oder sequentielle Zugabe mehrerer un­ terschiedlicher Materialien im Verlaufe einer Behand­ lung vor.

Zu diesem Zweck werden der Befüllvorgang und der an­ schließende Druckaufbau im Injektor automatisch so aus­ geführt, daß der Injektor innerhalb kürzester Zeit wie­ der förderbereit ist.

Damit können kleinere Mengen verschiedener Materialien entweder separat zeitlich abgestuft zugegeben werden oder durch Vorwahl der Füllmengen nacheinander in den Lnjektor abgezogen und in einem einzigen Arbeitsschritt eingeblasen werden.

Die Zugabe der Materialien in die Schmelze erfolgt mit­ tels Einblasen durch eine Lanze 7, 8; da diese erfindungsgemäß nicht in die Schmelze eintaucht oder mit dieser in Berührung kommt, genügen einfache Stahl­ rohre ohne Beschichtung als Lanzen. Es tritt kaum Ver­ schleiß ein; die Lanzen können beliebig oft wieder ein­ gesetzt werden.

Der Ort und der Zeitpunkt der Zugabe können entweder der gebündelte Abstichstrahl 3 des flüssigen Metalles während des Abstiches, der Auftreffbereich 9 des Metal­ les während des Abstiches in der Pfanne 4 oder der Spülfleck 6 an der Badoberfläche 5 während der Pfannen­ behandlung sein.

Die Einblaslanzen 7, 8 werden dazu mittels einer Verfahreinrichtung während des Einblasvorgan ges so po­ sitioniert, daß immer gleiche Randbedingungen wie Ab­ stand zur Badoberfläche, Position auf der Badoberflä­ che, Neigungswinkel etc. eingehalten werden können.

Dabei ist es wichtig, daß auch bei sich änderndem Bad­ spiegel 5, beispielsweise während des Abstichvorganges aus einem Ofen 1, bei unterschiedlichen Stahlmengen 2 in der Pfanne 4 oder bedingt durch Feuerfestverschleiß, der optimale Abstand der Lanzenspitze zur Badoberfläche 5 sicher eingehalten wird. Das Verfahren sieht dazu den Einsatz bereits vorhandener Meßverfahren vor, etwa auf Basis einer Lasermessung, von Ultraschallmessungen, etc.

Bei der Zugabe in den Abstichstrahl 3 muß mit hohen Einblasraten gearbeitet werden, da dieser Vorgang zeit­ lich limitiert ist. Übliche Abstichzeiten von Konver­ tern 1 liegen zwischen 5 bis 7 Minuten, von Elektrolichtbogenöfen mit exzentrischem Bodenabstich bei. ca. 2 Minuten.

Um die Mitnahme der eingeblasenen Feststoffe durch den Abstichstrahl mit in die schon in die Pfanne abgesto­ chene Metallmenge bzw. im Spülfleckbereich durch den Umwälzeffekt in tiefere Regionen der Metallschmelze zu gewährleisten, ist es erforderlich, die Feststoffe im Dichtstrom zu fördern. Hierzu stehen geeignete Injekto­ ren bereit.

Mittels Dichtstromförderung wird gewährleistet, daß der Feststoffstrahl in gebündelter Form entweder auf den Abstichstrahl 3, in den Auftreffbereich 9 des Abstichstrahles in der Pfanne oder auf den Spülfleck 6 bei Behandlung in der Pfanne trifft; die Bündelung des Feststoffstromes bleibt dabei auch noch im Abstand von bis zu einem Meter vom Lanzenende erhalten.

Damit kann einerseits der notwendige Abstand der Lanzen 7, 8 zum flüssigen Metall eingehalten werden, um die Lanzen 7, 8 vor Verschleiß zu schützen; andererseits ist nur so das notwendige zielgenaue Arbeiten im Be­ reich des Abstichstrahles 3 oder des Spülflecks 6 not­ wendig als Voraussetzung für eine hohe Ausbringensrate.

Die Anwendung der Dichtstromförderung ermöglicht es zu­ dem, mit geringstmöglichen Mengen an Fördergasen zu ar­ beiten. Das Verfahren sieht den Einsatz aller im Be­ reich der metallerzeugenden Industrie bekannten Gase wie Argon, Stickstoff, Luft oder auch Kohlensäure vor.

Die Vorteile des neuen Verfahrens liegen darin, daß we­ gen der Dichtstromförderung die Kosten für das Trans­ portgas niedrig gehalten werden, beispielsweise bei Einsatz von Argon; wird Stickstoff verwendet, so wird wegen der geringen Transportgasmengen und der hohen Förderrate sichergestellt, daß keine wesentliche Beein­ flussung der Metallqualität durch Veränderung der Stickstoffgehalte der flüssigen Schmelze eintritt.

Wird der zur Analyseneinstellung benötigte Feststoff im Bereich des Spülfleckes 6 aufgeblasen, so hängt die Aufnahmegeschwindigkeit des flüssigen Metalles für die aufgeblasenen Feststoffe nicht nur vom reinen Lösungs­ vermögen der Schmelze für z. B. Kohlenstoff oder Sili­ cium ab, sondern wird durch den mechanischen Effekt (Impuls) des auftreffenden Feststoffstrahles im Bereich des Spülfleckes im Zusammenwirken mit dem Umwälzeffekt noch erheblich verstärkt.

Damit ist sichergestellt, daß die aufgeblasenen Fest­ stoffe im Moment des Auftreffens auf die Badoberfläche 5 unmittelbar, d. h. ohne Verlust, entweder im Bad ge­ löst oder aber tief in das Innere der Schmelze trans­ portiert werden, wo das Lösungsvermögen für den aufge­ blasenen Feststoff noch nicht erschöpft ist.

Die Verteilung des aufgeblasenen Feststoffes und damit der Konzentrationsausgleich erfolgt durch den Umwälzef­ fekt des über den Boden eingeleiteten Spülgases 10. Die Homogenität der Schmelze ist damit mittels gezieltem und geregeltem Aufblasen einerseits und durch das Zu­ sammenspiel vor. Blasimpuls und Umwälzeffekt anderer­ seits gewährleistet.

Werden die Feststoffe in einen Abstichstrahl 3 eingeblasen, so sorgt der Mitnahmeeffekt des gebündel­ ten Metallstrahles für den Transport auch großen pro Zeiteinheit aufgeblasener Mengen in die darunter in der Pfanne befindliche, bereits abgestochene Schmelzemenge.

Der Winkel unter dem der Feststoffstrahl auf den Ab­ stichstrahl trifft, sollte zwischen 10 und 80° liegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die Bewegung der Blaslanze mit der Kippbewegung des Konverters oder des Elektrolichtbogenofens 1 rechnergesteuert zu kop­ peln, um sicherzustellen, daß Abstichstrahl 3 und Blas­ strahl zentrisch aufeinander treffen, sofern die Fest­ stoffe in den Abstichstrahl geblasen werden sollen.

Sollen die Feststoffe in den Aufprallbereich 9 des Ab­ stichstrahles während des Abstiches aufgeblasen werden, so muß die Blaslanze entsprechend dem Anstieg des Bad­ spiegels angehoben werden. Die Kontrolle dieses Vorgan­ ges kann mittels Kopplung des entsprechenden Stellglie­ des an der Lanzenverfahreinrichtung mit dem Wägesystem des Pfannenwagens oder anderer Meßsysteme zur Ge­ wichtserfassung erfolgen. Vorgesehen ist auch eine Mes­ sung der Badspiegelhöhe in der Pfanne in der zuvor be­ schriebenen Art.

Werden die Feststoffe im Bereich des Spülfleckes 6 auf die Badoberfläche bei der Pfannenbehandlung auf­ geblasen, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Blaslanze 7 vertikal anzuordnen. Damit wird die Positionierung der Lanze auch bei wechselnden Niveaus der Badoberfläche 5 vereinfacht. Voraussetzung dafür ist, daß die geometrische Anordnung des Spülsystems im Pfannenboden beibehalten wird.

Die Anwendungen beziehen sich auf das Aufblasen eines feinkörnigen Kohlenstoffträgers mit ca. 88% C in den Spülfleckbereich einer Gießpfanne mit 180 t Abstichge­ wicht. Hierbei zeigt sich, daß problemlos Förderraten bis zu 300 kg/min Kohlenstoffträger bei gleichzeitig guter Ausnutzung - hier als Ausbringen in Bezug auf die Erhöhung der Kohlenstoffgehalte - zu realisieren sind.

Auch der Abstand der Blaslanze von der Badoberfläche kann in weiten Bereichen variiert werden; selbst bei einem Abstand von bis zu einem Meter von der Badober­ fläche ist eine hohe Ausnutzung sichergestellt.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, nach Ende der Be­ handlung die Schmelze in der Pfanne 4 weiter zu spülen; dadurch wird die Schmelze homogenisiert und es werden noch nicht aufgelöste Kohlenstoffpartikel, die durch den Umwälzef­ fekt des Spülgases und den mechanischen Impuls des Blasstrahles bereits in das Innere des Bades transpor­ tiert wurden, in der Schmelze gelöst. Damit ist ein weiterer Anstieg der analysierten Kohlenstoffgehalte verbunden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Einbringen von körnigen Feststoffen in Me­ tallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen mittels einer Einblasvorrichtung, welche mit Abstand zur Schmelze ange­ ordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe gasarm nach dem Prinzip der Dichtstromförde­ rung in gebündelter Form und großem mechanischen Impuls in tiefere turbulente Bereiche der Schmelze eingeblasen wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die körnigen Feststoffe in den Abstichstrahl eines für die Stahlherstellung eingesetzten Konverters oder Elektrolichtbogenofens während des Abstiches eingebla­ sen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die körnigen Feststoffe in den Auftreffbereich des Abstichstrahles eines Konverters oder eines Elektro­ lichtbogenofens in der Gießpfanne eingeblasen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die körnigen Feststoffe während der pfannenmetall­ urgischen Behandlung im Anschluß an den Schmelzprozeß in den Bereich des Spülfleckes während der Spülbehand­ lung auf die Badoberfläche aufgeblasen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe mittels eines einfa­ chen Stahlrohres aufgeblasen werden, dessen Durchmesser zwischen 1/2" bis max. 3" liegt, vorzugsweise jedoch zwischen 1 bis 2".

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Blaslanze zur Badoberfläche oder zum Abstichstrahl zwischen 0,01 und 2,0 m liegt, vorzugsweise jedoch zwischen 0,10 und 1,00 m.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Fördergas Argon, Stickstoff, Kohlensäure oder Freßluft eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der eingeblasenen Feststoffe kleiner 10 mm, vorzugsweise unter 3 mm liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere unterschiedliche Fest­ stoffarten nacheinander in mehreren Behandlungsschrit­ ten getrennt aufgeblasen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere unterschiedliche Fest­ stoffarten gemeinsam in einem Behandlungsschritt aufge­ blasen werden.