DE2411507C2

DE2411507C2 - Feuerfest ausgekleidetes, kippbares Konvertergefäß zur Behandlung von Metallschmelzen

Info

Publication number: DE2411507C2
Application number: DE2411507A
Authority: DE
Inventors: Lars Gunnar Dipl.-Ing. Hagfors Norberg; Karl-Erik Öberg
Original assignee: Uddeholms AB
Current assignee: Uddeholms AB
Priority date: 1973-03-12
Filing date: 1974-03-11
Publication date: 1985-07-11
Also published as: GB1433089A; CS196250B2; NO132595C; CA1015013A; PL90997B1; NL7403330A; US3918692A; BE812202A; FR2221521A1; IN141752B; SE371211B; FR2221521B1; DE2411507A1; IT1007646B; ZA741560B; AT337237B; SU725571A3; JPS5047802A; AU6652674A; LU69603A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein feuerfest ausgckleidetes, kippbares Konvertergefäß zur Behandlung von Metallschmelzen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung.

Ein derartiges Gefäß ist bereits bekannt (DE-AS 20 07 373). Derartige Konvertergefäße dienen vor allem zur Durchführung t. etallurgischer Vertahren und mit Hilfe des vorbekannten Konvertergefäßes werden ferritische Chromstähle hergestellt.

Es sind zahlreiche metallurgische Verfahren bekannt, bei denen in die Metallschmelze eine oder zwei Phasen eingeführt werden, die in einer flüssigen oder gasförmigen Grundphase dispergiert sind. Ein Gebiet, bei dem derartige Verfahren besonders wichtig sind, ist in der Technik als Emulsionsmetallurgie bekannt. Verfahren dieses Gebietes nutzen den bei voll dispergierten Systemen erzielbaren Vorteil der innigen Berührung zwischen Metall, Schlacke und Gas und sind besonders nützlich bei Verfahren der Stahlhe-stellung und -ver edelung. Solche Verfahren, bei denen Suspensionen von Pulvern in flüssigen Phasen in eine Metallschmelze unter deren Oberfläche eingeführt werden, sorgen für größere Reaktionsflächen im Vergleich zu Verfahren, bei denen das Agens an die Oberfläche der Schmelze herangeführt wird. Eine der größeren Schwierigkeiten bei der Durchführung derartiger metallurgischer Verfahren besteht in der Aufrechterhaltung der Temperatur der Metallschmelze, denn das Einführen der Suspension verursacht einen erheblichen Tcmperaturabfall in dem Metall. Das gleiche Problem kann häufig auftreten, wenn endothermisch reagierende Gase in das Metall cingefi'hrt werden. Es ist natürlich möglich, zur Erhitzung der gesamten zu behandelnden Metallmassc herkömmliche Hei/maßnahmen zu verwenden, beispielsweise Sauerstoff cinzublascn. um einen Bestandteil der Schmelze zum Oxidieren zu bringen, jedoch ist das Einführen von Sauerstoff nicht immer erwünscht, und in der Praxis werden elektrische Heizeinrichtungcn bevorzugt. In herkömmlichen Lichtbogenofen wird die elektrische Energie nicht wirksam genutzt.

Eine bessere Nutzung der elektrischen Energie als

bo elektrische Lichtbogenofen ermöglicht die elektrische Induktionsheizung, jedoch würde die Beheizung des gesamten Inhaltes des Konvertergefäßes durch elektrische Induktionsheizung einen Kapitalaufwand in einer Höhe erfordern, der sich angesichts der industriellen

b5 Maßstäbe hinsichtlich des Potentials der elektrischen Energie und der laufenden Kosten elektrischer Energie schwer rechtfertigen ließe. Außerdem erfordert der verhältnismäßig hohe elektrische Wirkungsgrad induk-

tionsbeheizter Konvertergefäße eine dünne Auskleidung derselben. Eine dünne Auskleidung in einem solchen Reaktionsgefäß ist jedoch aus praktischen Gründen wegen der Gefahr von Beschädigungen durch Abnutzung der Auskleidung im Betrieb unerwünscht Andererseits geht jedoch bei Steigerung der Dicke der Auskleidung der hohe elektrische Wirkungsgrad verloren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Konvertergefäß der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß dessen Funktion insbesondere hinsichtlich des Reagierens der zugeleiteten Medien mit der Metallschmelze noch besser und einfacher erfüllbar ist

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und weitere Ausbildungen derselben sind in Unteransprüchen beansprucht

Es wurde gefunden, daß es möglich ist die Vorteile der elektrischen Induktionsheizung zu nutzen, ohne daß es erforderlich ist, den Problemen Rechnung zu tragen, das ganze Konvertergefäß mit Induktionsheizw'.Jdungen zu umgeben, wenn die Konstruktion eines für das Einführen von Gas-Pulver-Suspensionen oder anderer flüssiger oder gasförmiger Medien unter der Oberfläche der Metallschmelze geeigneten Konvertergefäßes gemäß der Erfindung ausgebildet wird.

Die genauen Abmessungen der Heizzone sind nicht entscheidend, jedoch ist es zweckmäßig, wenn sich ein verhältnismäßig kleiner Bruchteil der gesamten Metallschmelze in der Heizzone befindet, so daß er durch Induktionsheizung auf eine Temperatur erhitzbar ist, die genügend oberhalb der der Hauptmasse der Metallschmelze liegt, um einen ausreichenden Temperaturgradienten zu schaffen und die Masse des Metalls auf die gewünschte Temperatur zu bringen bzw. auf dieser zu halten. Zur besten N utzung des Vorteiles dieses Temperaturgradienten ist es erwünscht, die Düse derart anzuordnen und auszurichten, daß der Strom der Suspension oder eines sonstigen durch die Düse eingeführten Mediums mii dem Wärmestrom aus der beheizten Zone in dem Bereich außerhalb der Mündung des Kanals oder der Kanäle zusammentrifft.

Es hat sich als /weckmäßig erwiesen, als Heizzone einen Teil einer Schleife zu benutzen, die von einem zwei Öffnungen b/.w. Mündungen in der Wand oder dem Boden des Gefäßes verbindenden Schmelzkanal gebildet ist; dabei treten die Kanalmündungen in die Wand oder den Boden des Gefäßes insbesondere auf einer gleichen Höhe ein. Es ist auch möglich, mit mehr als einer Schleife zu arbeiten oder auch einen einfachen Ansatz am Konvertergefäß zu verwenden, der mit diesem nur durch eine einzige flüssigkeitsleitende Verbindung verbunden ist Wie auch immer die genaue körperliche Form der Heizzone sein mag, ist es vorteilhaft, d>e Heizzone vollständig mit den Wicklungen der Induktionshei/einnchtung zu umgeben.

Dm die Erosion der Gefäßauskleidung auf ein Minimum zu beschränken, kann das Gefäß einen geneigten Hoden haben, d. h. einen Boden, der unter einem Winke! zu den Seiten geneigt ist, jedoch können auch Gefäße mit ebenem zu den Seiten unter rechtem Winkel liegen- *dcm Boden verwendet werden.

Die Mündung der Düse oder Düsen ist in dem Bereich des Stromes heißeren Metalls aus der Heizzone angeordnet. Durch diese Anordnung wird die Gefahr vermindert, daß im Bereich der Düse die Metallschmelze erstarrt.

Vorzugsweise ist die Püse oder sind die Düsen derart angeordnet und ausgerichtet, daß das durch sie eingeleitete Medium nicht in die Heizzone eintritt. Durch diese Anordnung wird die Gefahr der Beschädigung der dünnen Auskleidung der Heizzone vermindert Zvveckmäßigerweise ist die Düse derart ausgerichtet daß mindestens von dem Medium mitgeführte Feststoffteilchen, die durch die Düse eingeführt werden, den Bereich außerhalb der Kanalmündungen oder der Kanalmündung bestreichen oder durchwandern, ohne in die Heizzone

ίο einzutreten.

Das Konvertergefäß ist vorzugsweise in solcher Weise kippbar, daß die Metallschmelze aus dem Gefäß entnommen werden kann, ohne dabei die Metallschmelze auch aus der Heizzone zu entfernen. Es kann im übrigen nach herkömmlichen Gesichtspunkten konstruiert und bemessen sein. Dies bedeutet, daß das Gefäß eine Auskleidung genügender Dicke aufweist, um der schweren Beanspruchung im Betrieb Widerstand zu leisten. Außerdem hat das Gefäß oberhalb der O'~?rf!äche der Me-

2ö taüschmclzc einen ausreichenden umgrenzten Freiraum, um im Betrieb ein Spritzen und Schäumen von Schlacke und Metall zuzulassen. Die Höhe dieses Freiraumes ist hier vorzugsweise mindestens gleich dei Tiefe des Schmelzebades während des Betriebes.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Konvertergefäß zur schematischen Veranschaulicbung des Konstruktionsprinzips desselben·.

to F i g. 2 einen Horizontalschnitt durch den gleichen Konverter entlang der Linie H-Il; und

Fig.3 einen Vertikalschnitt durch eine bevorzugte zweite Ausführungsform eines Konvertergefäßes.
Die Erfindung wird zunächst anhand der F i g. 1 und 2 eingehend erläutert.

Das Konvertergefäß 1 weist eine Seitenwände bildende Wand 6 und einen geneigten Boden 7 auf und besteht aus einem Stahlmantel 2, dessen Innenseite mit einer feuerfesten Auskleidung 3 versehen ist. Die Dicke dieser Auskleidung 3 reicht aus, um im Betrieb der Abnutzung zu widerstehen. In nicht dargestellten Lagern sind Achszapfen 4 und 5 gelagert, so daß das Gefäß 3 um eine durch diese Achszapfen 4 und 5 hindurchgehende Achse kippbar ist. An der Verbindung der Wand 6 mit dem unteren Ende des geneigten Bodens 7 ist eine Schleife 8 vorgesehen, die einen Schmelzkanal 8a aufweist, der an zwei Öffnungen b/w. Mündungen 9 und 10 in der Wand 6 des Konvertergefäßes 1 in dessen Hauptkörper mündet und diese Mündungen 9, 10 miteinander verbindet.

Sie befinden sich auf gleicher Höhe in der Wand 6 knapp oberhalb der Stelle, an der sich die Wand 6 an der unter '.en Stelle 11 des geneigten Bodens 7 anschließt. Der Schmelzkanal 8a ist von Induktionswicklungen 12 zum Erhitzen des l.:!ialtes des Schmelzkanal? 8a umg2-ben. Dieser weist eine feuerfeste Auskleidung 8£> auf, die wassergekühlt ist und erheblich dünger ist als die Auskleidung 3 des Gefäßes 1, so daß ein hoher Wirkungsgrad der Induktionshei/einheit gewährleistet ist.

Die Düse 14 ist im oberen Ende des geneigten Bodens

bo 7 angeordnet und mündet unter rechtem Winkel zum geneigten Boden 7, ist jedoch aus der Syriimetrieebene C heraus verschoben, so daß ein unsymmetrischer Zustand geschaffen is), der ein heftiges Verwirbeln des Metalls ohne übermäßiges Spritzen während des Be-

h^r> triebes hervorruft. Das Gefäß 1 ist mit einem Freiraum 18 oberhalb der Metalloberfläche ausgestattet, de.r das bei der Durchführung einiger der emulsionsmetallurgischcn Reaktionen unvermeidliche Spritzen und Schau-

men zuläßt. Gemäß der in F i g. 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsform hat dieser Freiraum 18 eine Höhe ungefähr gleich der Tiefe des Schmefzebades während des Betriebes.

Eine nicht dargestellte, als Pulverspender dienende Dosier- und Verwirbelungseinrichtung vcrwirbelt das in das Konvertergefäß 1 einzuführende Pulver, und die Pulversuspension wird dann durch das Trägergas und Verwirbelungsgas der Düse 14 zugeführt. Das Vcrwirbelungsgas kann vom gleichen Typ wie das Trägergas oder ein anderes Gas sein. F.s besteht auch die Möglich keil. Spender /u verwenden, bei denen das gesamte Tragergas zum Verwirbeln des Pulvers verwendet wird. In dem Falle, daß die Metallschmelze mit einem Medium in Form einer Flüssigkeit oder eines Gases ohne Gehalt an Feststoffen reagieren soll, kann dieses Medium in der gleichen Weise uuri.ii die Düse i4 ciiigciüni i weiden. Die Düse 14 kann auch in der Symmetrieebenc C angeordnet sein, und in diesem Falle erfolgt, wenn die Schmelzschleife 8 ebenfalls symmetrisch in bezug auf die Symmetrieebene C angeordnet ist, die maximale Erhitzung in dem Bereich der Mündung der Düse. In der Wand der Konvertergefäße 1 ist oberhalb der zu erwartenden Schlackenlinie an der gleichen Seile der Konverterwand wie die Schmelzschleife 8 eine Abstichöffnung 15 vorgesehen. Diese kann im Betrieb des Konverters mittels eines Schiebers 16 verschlossen sein. Der Oberteil des Konverte .--efäßes 1 weist eine Beschickungsoder Einführöffnung 17 auf. Im Betrieb wird das Konvertergefäß 1 mit einer entsprechenden Menge des zu behandelnden Metalls beschickt. Normalerweise wird der Schmelzkanal 8a mit Metal! gefüllt gehalten, das durch Speisen der Induktionsheizwicklungen 12 mit elektrischer Energie in geschmolzenem Zustand gehalten ^vjrd. DuS zu behandelnde Nici^ü kann cniwcder 'rn ^ic geschmolzenen Zustand durch die Einführöffnung 17 in das Konvertergefäß 1 eingeführt werden, oder es kann in festem Zustand durch diese öffnung 17 eingeführt werden, und, beginnend mit einer einleitenden Schmelzung im Schmelzkanal 8a, im Gefäß 1 geschmolzen werden. Es kanii auch in Form eines Oxides eingeführt werden, das in dem Gefäß 1 reduziert wird.

Das Beheizen während des Konverterbetriebes ist normaler ν eise so eingerichtet, daß die Temperatur des geschmolzenen Metalls im Schmelzkanal 8a um ca. 50 bis 200 C höher liegt als die der Hauptmetallmasse im Konvertergefäß 1. Wenn die gewünschten Temperaturbedingungen im Konvertergefäß 1 erreicht sind, wird die Suspension von Pulver in Gas (oder ein anderes Gas, eine Flüssigkeit oder ein sonstiges Medium, das mit der Metallschmelze im Konvertergefäß 1 zur Berührung gebracht werden soll), durch die Düse 14 in die Metallschmelze eingeführt Durch das Einführen des in dem Trägergas verteilten Pulvers wird eine erhebliche Abkühlung der Metallschmelze im Bereich der Düsenmündung verursacht, jedoch werden diese Wärmeveriuste durch den Fluß heißen Metalls aus dem Schmelzkanal 8a ausgeglichen. Durch Einstellen der der Induktionsheizeinheit, d. h. den Induktionswicklungen IZ zugeführten Menge an elektrischer Energie wird die Tempe- eo ratur der Metallschmelze im Schmelzkanal 8a auf einem Wert von etw a 50 bis 200^C C oberhalb der Temperatur des Metalles :m Konvertergefäß außerhalb der Mündungen 9 und 10 des Schmelzkanals 8a gehalten. Hierdurch wird ein wirksamer Wärmetransport aus dem Schmelzkanal 8a in die Hauptmasse der Schmelze im Konvertergefäß 1 erzielt.

Die Düse 14 ist an der dem Schmelzkanal Sa gegenüberliegenden Seite des Konvertergefäßes 1 angeordnet. Ferner ist die Düse 14 gegen einen Punkt an der Wand 6 (als Ziel) gerichtet, der oberhalb der Mündungen 9 und 10 des Schmelzkanal 8.1 liegt Durch diese Anordnung wird das heiße Metall in der Gegend außerhalb der Mündungen 9 und 10 in wirksamer Weise durch kälteres Metall aus anderen Teilen der Mctallschmelzemassc im Konvertergefäß 1 und möglicherweise in einem gewissen ("!rad durch über die Düse 14 eingespritztes Medium ersetzt, wodurch der Wärmetausch zwischen dem Schmelzkanal 8;; und der Masse der Metall schmelze im Konvertergefäß 1 verbessert wird. Außerdem wird das heiße Mcuill aus dem Schmelzkanal 8a schnell über die ganze Met.illschmelzemas.se im Konvcrtcrgcfaß 1 verteilt, und dies ist für die Kinetik des Ablaufs der Metallbehandlung wichtig. F.in weiterer Vonci! der Wechselwirkung zwischen dem heißer! Metall aus dem Schmelzkanal 8a und der Suspension oder dem sonstigen durch die Düse 14 eingeführten Medium besieht darin, daß das Metall aus dem Schmelzkanal 8a ein Erstarren des Metalls an der Düsenmündung verhindert, während der durch die eingeführte Suspension oder das sonstige Medium erzeugte Kühleffekt die Auskleidung 3 in der Gegend der Mündungen 9 und 10 des Schmelzkanals 8a schützt, so daß die Auskleidung 3 in diesem L^reich nicht allzuschnell erodiert.

Am Ende der Behandlung kann das Konvertergefäß 1 durch die Abstich- oder Entnahmeöffnung 15 entleert werden. Dies wird dadurch erzielt, daß das Konvertergefäß 1 um die Achse durch die Achszapfen 4 und 5 so weit gekippt wird, daß sich die Düse 14 frei oberhalb der Oberfläche der Metallschmelze befindet; dann wird der Schieber 16 geöffnet. Durch das Entleeren in dieser Weise wird gewährleistet, daß der Schmelzkanal 8a nicht ebenfalls entleert wird Statt dessen kann, wenn auch der Schmelzkanal 8a entleert werden soll, weil etwa im nächsten Betriebsvorgang das Konvertergefäß 1 für ein ganz anderes Metallbehandlungsverfahren oder für eine ganz andere Metallegierung verwendet werden soll, das Gefäß 1 tiefer gekippt und durch die Einführöffnung 17 entleert werden. Vor dem Abziehen der Metallmasse durch diese öffnung i7 kann nach herkömmlichen Verfahren die Schlacke beseitigt werden. Da die Düse 14 beim Abstich oberhalb der Oberfläche des Metalls freiliegt und gegenüber der Konverterwand 6 geneigt ist, besteht die Möglichkeit, Luft. Argon, Stickstoff oder andere Gase einzuführen, die die Schlackeschicht gegen die Einführöffnung 17 treiben und die Schlackebeseitigung erleichtern.

Die oben beschriebene Vorrichtung weist zwar nur eine einzige Schmelzschleife auf, jedoch besteht die Möglichkeit das Konvertergefäß 1 mit mehr als nur einer Schleife von dem in F i g. 1 und 2 dargestellten Typ auszurüsten. Außerdem ist es nicht entscheidend, daß die Induktionsheizzone in der Form einer Schleife mit zwei Mündungen 9,10, an der Konverterwand 6 ausgebildet ist; vielmehr kann eine einzige Induktionsheizzone mit nur einer Mündung an der Konverterwand 6 vorgesehen sein. Es besteht auch die Möglichkeit, mehr als nur eine Düse 14 in der Wand 6 oder am Boden 7 des Konvertergefäßes 1 im Verein mit einem oder mehreren Kanälen vorzusehein, die zweckmäßigerweise der Düse 14 bzw. den Düsen gegenüberliegend angeordnet sind, wobei mindestens eine Düse 14 gegen einen Bereich oberhalb je eines Kanals gerichtet ist, die am Boden 7 münden.

Die Vorrichtung kann zur Durchführung mannigfaltiger Behandlungen von Metallschmelzen mit einem Me-

dium verwendet werden, das unter der Oberfläche der Metallschmelze eingeführt wird. Insbesondere ist jedoch die Vorrichtung zweckmäßig bei der Technik der Emulsionsmetallurgie für die Durchführung mannigfaltiger metallurgischer Reaktionen, die an sich bekannt sein köⁿnen, oder auch zum Einführen verschiedener Legierungselemente in die Metallschmelze. Beispielsweise kann die Vorrichtung zum Entschwefeln von Stahl mittels einer Suspension von CaO oder CaC2 verwendet werden, das in Pulverform in einem Trägergas mitgeführt wird. Ein anderes wichtiges Anwendungsfeld ist die Emulsionsentkohlung von Eisen- und Stahlschmelzen, bei der eine Suspension von Eisenerzkonzentrat in einem Trägergas in die Eisen- oder Stahlschmelze eingeführt wird. Andere Mittel, die in die Metallschmelze in Form vor in einem Trägergas dispergierten. pulverisierten Feststoffen eingeführt werden können, sind mannigfaltige Schlacken für die Entphosphorierung oder für die Umwandlung unerwünschter harter Einschlüsse in dem Metall in harmlose weiche Einschlüsse. Die Vorrichtung kann auch zur direkten Herstellung von Eisen oder anderen Metallen oder Legierungen durch Emulsionsreduktion verwendet werden. Dabei werden von dem Trägergas Kohle- und ein entsprechendes Meialloxidpulver durch die Düse eingeblasen. Ein anderer Anwendungszweck der Erfindung ist das Legieren von Metallen mit gewissen Elementen, die nach herkömmlichen Verfahrensweisen schwer mit hoher Produktionsleistung in das Metall einführbar sind: ein weiterer miglicher Anwendungszweck ist das Einblasen endothermisch reagierender Gase, beispielsweise Wasserdampf.

Eine typische Arbeitsfolge der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist die folgende: Die zu behandelnde Metallschmelze wird durch die Einführöffnung 17 in das Konvertergefäß 1 derart eingeführt, daß mindestens die Hälfte seiner Höhe als freier Raum verfügbar bleibt. Die Temperatur der Metallschmelze wird gemessen und, wenn dies für die Behandlung erforderlich ist, durch Einstellen der Zufuhr elektrischer Energie zu den Induktionswicklungen 12 erhöht. Wenn der gewünschte Temperaturpegel erreicht ist, wird das betreffende Medium durch die Düse 14 eingeblasen. Wenn das Medium eine Suspension eines Pulvers in einem Gas ist, wird die Suspension zunächst in einem Pulverspender vorbereitet und dann durch die Leitung zur Düse 14 geführt. Gemäß der in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform wird die Düse 14 auf einen Punkt oberhalb des Schmelzkanals 8a ausgerichtet.

Diese Maßnahme ermöglicht im Verein mit einer angemessenen Einblasgeschwindigkeit en schnelles Ersetzen des Metalls außerhalb des Schmelzkanals 8a entsprechend den Grundsätzen der Erfindung, ohne daß Pulver oder sonstige Mittel aus der Düse 14 in den Schmelzkanal 8a eintreten. Ein »Einfrieren« der Düse 14 wird durch den Wärmestrom aus der Heizzone in den Schmelzkanal 8a verhindert Die Temperatur in der Metallschmelze wird gesteuert bzw. überwacht, und, v/enn erforderlich, durch Einstellen oder Regeln der Zufuhr elektrischer Energie zu den Induktionswicklungen eingestellt

Wenn die Behandlung des Metalls beendet wird, wird das Einblasen oder Einführen des Reaktions- oder sonstigen Behandlungsmediums unterbrochen, und nach Einstellung der chemischen Zusammensetzung wird das Konvertergefäß 1 gekippt, so daß das Metall durch die Entnahmeöffnung 15 abgezogen werden kann. Während dieses Arbeitsschrittes kann vorzugsweise ein inertes Gas oder möglicherweise Luft, Stickstoff oder ein anderes Medium durch die Düse eingeführt werden, die oberhalb der Oberfläche der Metallschmelze freiliegt. Vor dem Abziehen wird gewöhnlich die Schlacke durch die Einführöffnung 17 beseitigt, wobei das Blasen durch die Düse 14 die Schlackeentnahme durch die oben beschriebene Weise erleichtert. Üblicherweise wird die Metallschmelze im Schmelzkanal 8a und im Boden 7 des Konvertergefäßes 1 zurückgelassen, so daß die Mün-

düngen 9 und 10 des Schmelzkanals 8a zur Bildung einer geschlossenen Schleife 8 miteinander verbunden sind.

Der Betrieb der Vorrichtung wird im folgenden anhand von Betriebsbeispielen zur Veranschaulichung der Erfindung erläutert:

Beispiel 1

Es ist in der Technik bekannt, Stahl und hisen zur Verminderung des Phosphorgehaltes mit Kalk und Eisenoxid zu veredeln. In diesem Beispiel wird beschrieben, wie Kalk und Eisenoxid gemäß der Erfindung in die Metallschmelze eingeführt und dort emulgiert werden. In dem Beispiel handelt es sich bei der Metallschmelze um geschmolzenes Roheisen. Das bei diesem Beispiel

verwendete Pulver enthielt 80Gew.-% Calciumoxid und 20Gew-% Eisenoxid (Fe₂Oj)- 1.08Gew.-% der Teilchen hatten eine Teilchengröße von mehr als 1,00 mm und 14,58 Gew.-% eine Teilchengröße von weniger als 0.06 mm. Somit hatten 84,34 Gew.-% des Ge-

misches Teilchengrößen zwischen 0,06 und 1,00 mm. Über 1,5 mm große Teilchen waren in dem Gemisch nicht vorhanden.

Die Behandlung wurde in einer Vorrichtung der in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Art durchge-

führt. 5 t des geschmolzenen Roheisens wurden in das Konverxergefäß t eingebracht, uic inuüiCuGnSuGiZüng wurde eingeleitet, und der Düse 14 wurde ein Argonstrom in einer Menge von 4 I/min zugeführt. Durch Zufuhr elektrischer Energie zu den Induktionswicklungen 12 wurde die Temperatur des Roheisens im Konvertergefäß 1 erhöht, und als die Temperatur der Hauptmasse des Roheisens im Konvertergefäß 1 1500⁰C erreicht hatte, wurde das Gemisch von Calciumoxid und Eisenoxid in dem in der Zeichnung nicht dargestellten Pulverspender in Argon dispergiert, und die Suspension wurde der Düse 14 über eine Leitung zugeführt und durch die Düse 14 in die Metallschmelze in das Konvertergefäß 1 eingeblasen. Auf diese Weise wurde in das geschmolzene Roheisen im Konvertergefäß 1 während einer Zeitspinne von 15 Min. eine Menge von 170 kg des Calciumoxid-Eisenoxid-Gemisches eingeführt und darin emulgiert. Während der Behandlung wurde die Temperatur in der Roheisenschmelze gesteuert bzw. überwacht und annähernd konstant gehalten, indem die Zufuhr elektrischer Energie zu der die Heizzone im Schmelzkanal 8a umgebenden Induktionsheizeinheit eingestellt bzw. geregelt wurde. Am Ende der Behandlungsdauer betrug die Temperatur des Roheisens 1497"C. Das Einblasen von Argon wurde während weiterer 15 Min. fortgesetzt, und dann wurde das Gefäß 1 gekippt und durch die Entnahmeöffnung 15 entleert

Beispiel 2

In diesem Beispiel wird die Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung beim Entkohlen des Roheisens mittels eines Eisenerzkonzentrates beschrieben. Die Vorrichtung war die gleiche wie bei Beispiel 1. Der

ίο

Konverter wurde mit etwa 4,5 t Rohciscnschmclzc folgender Zusammensetzung in Gew.-% beschickt:

3,63% C, 1,64% Si, 0,21% Mn, 0,008% P, 0.009% S; Rest Eisen und gelegentliche Verunreinigungen.

Die Temperatur des Roheisens im Konvertergefäß 1 wurde durch Zufuhr elektrischer Energie zu den Induktionswicklungep \2 auf 1480⁰C angehoben. Während eines Zeitraumes von insgesamt 135 Min. wurde durch die Düse 14 eine Suspension von Magnetiterzkonzentrat (Fe)O<) in Argon eingeblasen. In das Eisen im Konvertergefäß 1 wurde eine Gesamtmenge von 1250 kg FeiOt eingeführt und darin emulgiert. Die Temperatur des Metalles im Konvertergefäß 1 wurde gesteuert bzw. überwacht und reichlich oberhalb der Liquidus-Tcmperatur gehalten, um zu gewährleisten, daß die Düse 14 nicht durch erstarrtes Metall verstopft wird. Die zugeführte elektrische Leistung bewegte sich in Grenzen von ca. 600 kW bis ca. 1000 kW derart, daß die Temperatur der Metallschmelze sich zwischen 1420 und ca. 1520⁰C bewegte. Die endgültig erzielte Zusammensetzung des Stahles im Konvertergefäß 1 vor dem Abstich in Gew.-% war folgende:

0,73% C. 0,01% Si, 0.01% Mn, 0,008% P, 0.010% S; Rest Eisen und geiegentiiche Verunreinigungen.

Dieses Beispiel veranschaulicht, daß Stahl zweckmäßig erzeugt werden kann, indem nach dem Verfahren gemäß der Erfindung in einer Vorrichtung nach derselben in eine Roheisenschmelze ein Eisenerzkonzentratpulver eingeleitet wird.

Das Entkohlen von Roheisen durch Einblasen einer Pulversuspension in Argon unter Verwendung der anhand des Beispiels 2 beschriebenen Technik wurde einige Male mit Erfolg wiederholt. Diese Versuche erwiesen jedoch nicht nur, daß die gewünschten metallurgischen Reaktionen tatsächlich auftraten, sondern lieferten außerdem erhebliche praktische Erfahrungen.

So wurde offenbar, daß ein Freiraum 18 von mehr als entsprechend der halben Höhe des Konverters wünschenswert ist Es wurde auch festgestellt, daß eine örtiiche Erosion oder ein Zusammenbruch der dünnen Auskleidung Sb des Schmelzkanals 8a es erfordern würde, zur Vermeidung schwerwiegender Schaden das ganze Konvertergefäß 1 zu leeren. Um diese und andere Unvollkommenheiten der in F i g. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung zu beseitigen, wurde die weitergebildete Ausführungsform gemäß F i g. 3 geschaffen.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 3 entspricht in wesentlichen Teilen der in F i g. 1 und 2 schematisch dargestellten Vorrichtung. So weist auch die in F i g. 3 veranschaulichte Reaktorvorrichtung ein kippbares Konvertergefäß Γ mit einem Stahlmantel 2' und einer hitzebeständigen Auskleidung 3', Achszapfen 4'. einem Konverterboden 7', einem Abstichloch bzw. einer Entnahmeöffnung 15' sowie einem Schieber 16' für dieselbe und einer Einführöffnung 17' auf. Die Entnahmeöffnung 15' befindet sich an derjenigen Seite des Konverters, die als Vorderseite bezeichnet werden kann, welche der als Rückseite zu bezeichnenden Hinterseite 23 gegenüberliegt. In einem geneigten Verbindungsabschnitt 13' zwischen der geraden Hinterseite 23 und dem Boden T befindet sich eine Düse 14', die vorzugsweise in der Verbindung 13' in bezug auf die Symmetrieebene des Konvertergefäßes 1 unsymmetrisch angeordnet isl. Ferner ist in der Nähe des tiefsten Punktes des Konvertergefäßes 1' eine Heizschleife mit einem Heizkanal 8a' mit einer Induktionswicklung 12' vorgesehen, deren Aufbau in F i g. 3 nicht in Einzelheiten dargestellt ist

Das Konvertergefäß 1' besteht aus drei Hauptteilen, nämlich einem oburcn konischen Teil 20, einem /.ylindri sehen Rumpf 21 und einem Bodenraum 22, der als Behälter für die in der Vorrichtung zu behandelnde Metallschmelze wirkt. Der obere Teil 20 hat die Form eines schrägen Kcgelstumpies. Die kreisförmige Einführöffnung 17' an der Mündung des Konus bestimmt die Größe des oberen Endes des Konus, und der Anschluß an den zylindrischen Rumpf 21 bestimmt die Größe seiner Grundfläche. Die eine Seite des oberen Konus ist bei diesem Ausführungsbeispiel gänzlich gerade und bildet den oberen Abschnitt der geraden Hinterseite 23 des Konvertergefäßes 1'. Die gegenüberliegende Wand des oberen Teils 20, nämlich die Vorderwand 24, ist indessen in einer bei Konverlerkonstruktionen im sich bekannten Weise steil geneigt.

Das Gesamtvolumen des zylindrischen Rumpfes 21 und des oberen Teils 20 reicht aus. um den voluminösen Schaum aufzunehmen., der in dem Konverirrgpfäß 1' bei der Durchführung gewisser metallurgischer Reaktionen gebildet werden kann, beispielsweise bei der Reaktion, die auftritt, wenn eine Eisenerzsuspension in eine Eisenschmelze mit hohem Kohlenstoffgehalt eingeblasen und in der Schmelze emulgiert wird, lim oberen Teil der Vorderwand des zylindrischen Rumpfes 21 ist knapp unterhalb der geneigten Vorderwand 24 des oberen Teils 20 die Entnahmeöffnung 15' mit einem Schieber 16' angeordnet

Der Bodenraum 22 ist zur Aufnahme der ganzen in dem Konvertergefäß Γ zu behandelnden Metallsehmelze bestimmt.

Die gedachte Oberfläche des Metallschmelzebades im Konvertergefäß Γ in dessen in Fig.3 dargestellter Arbeitsstellung ist mit 23 bezeichnet. Die funktioneile Form des Bodenraumes 22 wurde dadurch erreicht, daß die Vorderseite des Bodenleiles gerade abgeschnitten ist, so daß eine geneigte, ebene Vorderwand 26 gebildet ist, die sich von dem unteren Rand der Vorderwand 28 des zylindrischen Teiles bis hinab zum untersten Punkt des Konvertergefäßes 1 erstreckt. In dem untersten Teil der Vorderwand 26 des Bodenraumes 22 mündet der Heiz- oder Schmelzkanal 8a' bzw. dessen beide Mündungen 9', 10'. Der Schmelzkanal 8a'ist unter rechtem Winkel zu der geneigten Wand 26 angeordnet, und die Symmetrieachse ist auf einen Punkt an der gegenüberliegenden Wand des Bodenraumes 22 gerichtet. Derjenige Abschnitt der geneigten Vorderwand 26 des Bodenraumes 22, der sich oberhalb der Mündungen 9' und 10' in der Wand 26 befindet, d. h. der Raum zwischen diesen Mündungen 9', 10' und der vorderen Wand 28 des Zylinderrumpfes 21. ist mit 27 bezeichnet. Dieser Wandabschnitt 27 bildet zusammen mit der Vorderwand 28 des zylindrischen Rumpfes 21 und der Vorderwand 24 des oberen Teils 20 einen Raum 30, der mindestens ein Volumen begrenzt, das dem Volumen des Bodenraumes 22 entspricht Dies bedeutet, daß dieser Raum 30 die Metallschmelze im Bodenraum 22 zur Gänze aufzunehmen vermag, wenn das Konvertergefäß 1' in eine Stellung gekippt wird, die durch die mit 31a und 31 b bezeichneten gedachten Flächen bestimmt ist

In dieser Stellung sind die Mündungen 9' und 10' des Schmelzkanals Sa'oberhalb des Schmelzespiegels 31a freigelegt Dies ist dann wichtig, wenn ein örtlicher Schaden in der dünnen Auskleidung des \ lci/.kiuuils 8;/' auftreten sollte.

Wenn das Konvertergefäß Γ geleert werden soll, wird es um eine durch die Achszapfen 4' hindurchgehende Achse gekippt so daß die gedachte Oberfläche der Metallschmelze die mit 32 bezeichnete Stellung ein-

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nimmt. Der Schmelzkanal 8a'ist während des Abstiches oder Entleercns normalerweise mit Metallschmelze gefüllt (Fig.3). Der Schmelzkanal 8a' kann aber auch durch die Einführöffnung 17' entleert werden, indem das Konvertergefäß 1 weiter gekippt wird. Während längerer Un^-rbrechungen des Behandlungsbetriebes, z. B. während Entnahme und Analyse von Proben, wird das Konvertergefäß Γ in eine Stellung gekippt, die einem gedachten Spiegel 33 der Metallschmelze entspricht. In dieser Stellung liegen sowohl die Düse 14' als auch die Entnahmeöffnung 15' oberhalb der Metalloberfläche frei. Die Zufuhr von Gas durch die Düse 14' kann also während dieses Unterbrechung ebenfalls eingestellt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß zugleich die Entnahmeöffnung 15' durch erstarrtes Metall verstopft wird. Die Temperatur der Metallschmelze in der durch die gedachte Oberfläche 33 bestimmten Lage wird während solcher 'JMcrbrcchungen mit Hilfe des Schmelzkanals Sa'ύ> "ch die entsprechende Zufuhr elektrischer Energie /u den Induktionswicklungen 12' /u diesem jo Zweck aufrechterhalten.

Die Düse 14' ist auf einen Punkt oberhalb der Mündungen 9', 10' des Schmelzkanals 8a' gerichtet, und zwar auf einen Punkt etwa im Bereich des Anschlusses zwischen der Vorderwand 28 des zylindrischen Rumpfes 21 und der Vorderwand 26 des Bodenraumes 22. Durch diese Anordnung fegt das durch die Düse 14' eingeführte Medium durch den Bodenraum 22 etwa unter rechtem Winkel zur Symmetrieachse des Schmelzkanals 8a'. Auf diese Weise wird eine wirksame Wechselwirkung zwischen dem Wärmestrom aus dem Schmelzkanal 8a' und dem kalten Strom aus der Düse 14' erzielt.

Die mit der Vorrichtung gemäß F i g. 3 erzielte Wechselwirkung zwischen der Düse 14' und dem Schmelzkanal 8a'stimmt mit den mittels der schematisch in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung erzielten Ergebnissen überein. Die Vorrichtung gemäß F i g. 3 bietet jedoch gegenüber der gemäß F i g. 1 und 2 eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise steht für das Schäumen der Schlacke ein größeres Volumen, d. h. ein größerer Freiraum, zur Verfügung. Wenn in dem Schmelzkanal ein örtlicher Durchbruch auftritt, kann der Hauptteil der Metallschmelze in einen sicheren Raum im Konvertergefäß überführt werden, so daß nur eine dem Volumen des Schmelzkanals selbst entsprechende Menge verlorengeht. Dies ist im Hinblick auf die Sicherheit und andere Gesichtspunkte wichtig. Dank der Weiterentwicklung der Ausführungsform besieht auch die Möglichkeit, die relative Gesamthöhe des Konvertergefäßes 1 zu vermindern, während gleichzeitig die Tiefe der Metallschmelze beim Abziehen vergrößert werden kann. Außerdem besteht die Möglichkeit, das Metall im Konvertergefäß 1 während längerer Betriebsunterbrechungen im heißen Zustand zu halten, während gleichzeitig die Düse oder die Düsen und die Entnahmeöffnung oberhalb der Oberfläche des Metalls in dem Konvertergefäß 1 freiliegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Feuerfest ausgekleidetes, kippbares Konvertergefäß zur Behandlung von Metallschmelzen durch Einführen eines Mediums in die Metallschmelze, mit einer Einfuhröffnung für das zu behandelnde Metall, dessen Wand eine Entnahmeöffnung zum Abstechen des Metalls nach der Reaktionsbehandlung und dessen Boden oder Wand mindestens eine Düse /um Einführen des Mediums in das Gefäß in einer Höhe unterhalb der Oberfläche der Metallschmelze in der vertikalen Stellung des Konvenergcfäßes aufweisen, das einen Freiraum oberhalb der Oberfläche der Metallschmelze hat, dessen Höhe mindestens etwa gleich der Tiefe des Mctallschmelzbades während des Betriebes entspricht, dadurch gekennzeichne« . daß am oder in der Nähe des Bodens (7, 7') des Gefäßes (1, !') mindestens ein Schmelzkanal (8a. 8a') mündet, der mindestens eine im Absland vom Gefäß (1, V) befindliche Heizzone aufweist, deren feuerfeste Auskleidung (8b) erheblich dünner als die Auskleidung (3,3') des Gefäßes (1,1') ist und daß eine elektrische Induktionsheizeinrichtung zur Aufheizung des Inhalts der Heizzone durch elektrische Induktionswärme in solchem Maß vorgesehen ist, daß zwischen dem Inhalt der Heizzone und dem Inhalt des Gefäßes (1, V) ein erheblicher Temperaturgradient besieht, und daß der Schmelzkanal (8,8') so angeordnet und so ausgebildet ist, daß beim Entnehmen von Metallschmelze aus dem Gefäß (1, 1') durch die Entnahmeöffnuns;(15,1.5') Metallschmelze in diesem verbleibt.

2. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induktionsheizeinrichtung den Inhalt des Schmelzkanals (8a) auf einer um etwa 50 bis 2OO'^JC höheren Temperatur hält als die Durchschnittstemperatur der Metallschmelze.

3. Konverter nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß im Gefäß (I) der Schmelzkanal (8a/¹ zwischen der Entnahmeöffnung(I5) und der Düse bzw. den Düsen (14) angeordnet isi.

4. Konverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) und der Schmelzkanal (8a) einander gegenüberliegend im Bodenraum (22) des Gefäßes (1) angeordnet sind.

5. Konverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) derart aneordnet und ausgerichtet ist. daß das durch sie eingeführte Medium nicht in den Schmelzkanal (8a^ eintritt, aber in Richtung zu einer Steile an der Wand (6) oberhalb der Mündungen (9, 10) des Schmelzkanals (erzielt.

6. Konverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (7) geneigt ist und der Schmelzkanal (S,i) in der Nahe der untersK-n Std-o (11) des Bodens (7) in der unge· kippten Stellung des Gefäßes (1) in dieses mündet.

7. Konverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) unsymmetrisch (aus der Symmetrieebene (C) des Gefäßes verschoben) im Gefäß (1) mündet.

8. Konverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkanal (8.I₇JaIs Teil einer Schleife ausgebildet und vollständig von elektrischen Indiiktionswicklungcn (12) umgeben ist.

9. Konverter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mündungen (9, 10) des Schmelzkanals (8a) in der Wand (27) oder dem Boden (~) auf gleicher Höhe befinden.

10. Konverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen einem oberen Teil (20) und einem Bod nraum (22) des Gefäßes (1) ein Raum (30) befindet, der beim Kippen des Gefäßes (1) das gam:e Volumen der im Bodenraum (22) zu behandelnden Metallschmelze aufnimmt und dadurch die Mündungen (9,9', 10,10') des Schmelzkanals (&a) und der Düse (14) oberhalb der Oberfläche (3Ia^ der in dem Raum (30) in dieser Kipplage befindlichen Metallschmelze freisetzt.