DE2538385C2 - Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff-Blasstahl - Google Patents

Description

AT=0,675 (Si-Sa)

bestimmt wird, in welcher X die Menge des einzublasenden Eisenoxids in kg je Tonne Metallinhalt der Charge, S-, die zum Erzielen der angestrebten Endtemperatur als erforderlich festgelegte Stahlschrottmenge und S_a die tatsächlich zugesetzte Schrottmenge bezeichnen, wobei S; und S₃ in Prozent, bezogen auf den gesamten metallischen Gehalt der Charge, ausgedrückt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Stahlschrott in einer Menge von 0 bis 15%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Charge, zugesetzt wird, und daß während der Blasperiode in die Charge 2£5 bis 13,5 kg feinzerteiltes Eisenoxid je Tonne Metallinhalt der Charge eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenoxid innerhalb des eingeblasenen Sauerstoffes in die Charge eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des eingeblasenen Eisenoxids 2,25 bis 13,5 kg Eisenoxid je Tonne Metallinhalt der Charge beträgt und der Menge des in der Charge enthaltenen Stahlschrottes umgekehrt proportional ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des eingedüsten Eisenoxids durch die Gleichung

X= 0,675 (20 -Y)

bestimmt wird, in welcher X die Menge des eingeblasenen Eisenoxids in kg je Tonne Metallinhalt der Charge und Y die Menge an eingesetztem Stahlschrott in Prozent, bezogen auf den gesamten Metallinhalt der Charge, bezeichnen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff-Blasstahl der im Oberbegriff des An Spruchs 1 angegebenen Gattung. Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der DE-OS 23 16 786 bekannt.

Bei dem bekannten Verfahren wird dem Sauerstoff und/oder dem Schutzgas bei Bedarf Feinerz zugesetzt, um einen weiteren Schutz der feuerfesten Zustellung des Frischgefäßes sowie der Blasformen gegen örtliche Überhitzung und den dadurch hervorgerufenen Verschleiß zu erhalten. Ferner wird durch den Zusatz von Feinerz die unerwünschte Entwicklung von braunem Rauch herabgesetzt.

Bei dem bekannten Verfahren wird das Feinerz vorzugsweise am Ende des Frischvorganges zugesetzt, da sich das zugegebene Feinerz dann am vollständigsten in der Metallschmelze löst. Ferner wird bei dem bekannten Verfahren die Feinerzzugabe benutzt, um die Badtemperatur während des Frischvorganges zu steuern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung so auszubilden, daß nur ein geringer oder ggf. gar kein Schrott im Einsatz erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich in erster Linie daraus, daß die Kühlwirkung des Eisenoxidzusatzes lediglich dann herbeigeführt wird, wenn mehr als 0,3% Kohlenstoff in der Schmelze vorliegen. Das bedeutet, daß, wenn die Gesamtheit des Eisenoxides in die Stahlschmelze eingebracht worden ist, bevor der Kohlenstoffgehalt der Schmelze auf 0,3% herabgesetzt ist, es möglich ist, mit wiederholbarer Genauigkeit genau vorherzusagen, wieviel Eisenoxid der Schmelze noch zugesetzt werden muß, um exakt die benötigte Kühlwirkung zu entfalten. Würde Eisenoxid bei niedrigeren Kohlenstoffgehalten als 0,3% der Schmelze zugesetzt werden, so wäre die dadurch herbeigeführte Kühlwirkung nicht vorhersehbar. Insbesondere wäre zu befürchten, daß sich das durch Umsetzung von Eisen mit eingeblasenem Sauerstoff gebildete Eisenoxid nur unvollständig mit Kohlenstoff in der Schmelze zu Eisen und Kohlenmonoxid umsetzt. In Kenntnis des Umstandes, daß die Reaktion zwischen dem zugesetzten Eisenoxid und dem Kohlenstoff stets vorhersehbar und wiederholbar vollständig bei Kohlenstoffgehalten in der Schmelze von mehr als etwa 0,3% abläuft, läßt sich genau die benötigte Eisenoxidmenge berechnen, die der Schmelze zugesetzt werden muß, um exakt den angestrebten Kühleffekt herbeizuführen.

Es gilt 's gesichert, daß beim Erzeugen von Sauerstoff-Blasstahl im bodenblasenden Frischgefäß nahezu die |5

Gesamtheit des eingeblasenen Sauerstoffs mit Kohlenstoff reagiert, solange der Kohlenstoffgehalt im Schmelz- iyi

bad mehr als etwa 0,3% beträgt. Es wird jedoch nicht angenommen, daß sich der Kohlenstoff direkt mit dem ρ

eingeblasenen Sauerstoff umsetzt, sondern es wird davon ausgegangen, daß die Reaktion über die Bildung von |'ί:

flüssigem FeO läuft, wie in der folgenden Formel angegeben: |i(

Fe-I-V₂O₂-FeO $

Dieses flüssige FeO reduziert seinerseits den Kohlenstoff aus dem Bad gemäß FeO+C— FE+CO

Die Geschwindigkeit der zweiten Reaktion wird in erster Linie durch den Transport von Kohlenstoff zur Reaktionsgrenzfläche im geschmolzenen Metall bestimmt Bei hohen Kohlenstoffgehalten ist die treibende Kraft hinreichend groß, um einen vollständigen Ablauf der zweiten Reaktion sicherzustellen. Unterhalb von 03% Kohlenstoff läuft die zweite Reaktion jedoch unvollständig ab. Dieses wird durch den Umstand belegt, daß der FeO-Gehalt in der Schlacke während des Verfahrensablaufes so lange ganz niedrig bleibt, bis das Bad einen Kohlenstoffgehalt von etwa 03% erreicht hat, worauf der FeO-Gehalt rasch ansteigt

Die Erfindung beruht auf dem Eindosen von Eisenoxiden, wie Fe2O3, Fe3O4 und/oder FeO, welche Kohlenstoff leicht aus der Schmelze reduzieren, wobei dieses bei Kohlenstoffgehalten von mehr als etwa 03% in gleicher Wirksamkeit abläuft, wie bei Verwendung von FeO. Bei diesen höheren Kohlenstoffgehalten laufen diese Reaktionen, wie beispielsweise

Fe₂O₃+3C—2Fe+3CO

vollständig selbst dann ab, wenn sich der eingeblasene Sauerstoff im wesentlichen vollständig umsetzt Die Reduktion des Eisenoxids läuft jedoch endotherm ab und demzufolge kann die Steuerung der Eisenoxideindüsung bei Kohlenstoffgehalten von mehr als etwa 03% zur Steuerung der Temperatur des Schmelzbades benutzt werden. Demzufolge können durch sinkende Schrottsätze im ursprünglichen Einsatz verursachte steigende Badtemperaturen dadurch kompensiert werden, daß Eisenoxid gemeinsam mit dem Sauerstoff in das Bad eingebracht wird, während der Kohlenstoffgehalt des Bades oberhalb von etwa 03% liegt

Zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung können herkömmliche Einrichtungen zur Herstellung von Blasstahl mit Hilfe eines bodenblasenden Verfahrens verwendet werden, es sei denn, daß Umbauten erforderlich sind, um ein selektives Eindüsen des feinzerteilten Eisenoxides zu gestatten. Wenngleich das Eisenoxid mit Hilfe einer Vielzahl von Einrichtungen, wie beispielsweise pneumatischen Einrichtungen durch eine von oben auf das Bad gerichtete Lanze eingedüst werden kann, so wird doch ein Eindüsen des Oxides innerhalb des Sauerstoff-Blasstrahls bevorzugt Dieses erfordert indes keinerlei mühevollen Anstrengungen im Hinblick auf Konstruktion und Entwicklung geeigneter Einrichtungen, da geeignete Einrichtungen in aller Regel zur Hand sind, da die meisten großtechnischen bodenblasenden Blasstahl-Anlagen über Einrichtungen verfügen, mit welchen feinzerteilter Kalk oder andere Flußmittel mit dem Sauerstoff-Blasstrahl eingeblasen werden. Somit sind in der Regel geeignete Verteilerleitungen, Speisesysteme usw. bereits in Gebrauch, wenngleich diese ursprünglich dazu bestimmt sind, in kontrollierter Weise Flußmittel in den Sauerstoffstrahl einzubringen. Um eine Einrichtung zum Eindüsen des feinzerteilten Eisenoxides zu schaffen, ist es lediglich erforderlich, eine Verdopplung des für die Flußmittelzugabe vorgesehenen Systems vorzunehmen.

Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein bodenblasender Sauerstofftiegel mit dem zu frischenden Warmeinsatz beschickt Typischerweise handelt es sich bei einem derartigen Warmeinsatz um Hochofen-Roheisen, dessen Zusammensetzung in der Größenordnung von 4 bis 5% Kohlenstoff, 0,5 bis 1,0% Mangan, 1 % Silicium, 0,03 bis 0,10% Phosphor und 0,05% Schwefel liegt. Der Warmeinsatz wird üblicherweise mit einer Temperatur von 1300 bis 1400⁰C eingesetzt Im Gegensatz zu bodenblasenden Blasstahl-Erzeugungsverfahren nach dem Stand der Technik, bei welchen außerdem 20 bis 25% Schrott eingesetzt werden, besteht die wesentlichste Aufgabe der Erfindung darin, Schrottzusätze ganz zu vermeiden oder wenigstens auf ein Minimum zu verringern. Demzufolge wird beim erfindungsgemäßen Verfahren kein Schrott oder höchstens ein Schrottsatz von bis zu 15 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Metalleinsatz, verwendet.

Nachdem das warme Metall und ggf. der begrenzte Anteil an Schrott in das Schmelzgefäß eingesetzt worden sind, wird das Blasen in Übereinstimmung mit herkömmlichen großtechnischen Arbeitsweisen begonnen, wobei vorzugsweise ein basisches Flußmittel, wie Kalk zusammen mit dem Sauerstoff eingeblasen wird. Bei den in der Zeiteinheit eingeblasenen Mengen handelt es sich dabei im wesentlichen um die gleichen, wie sie beim herkömmlichen Betrieb derartiger Schmelzgefäße verwendet werden. Die jeweils verwendeten Durchflüsse (Men- ge je Zeiteinheit) hängen von der Größe und Gestalt des Schmelzgefäßes, der Größe und Anordnung der Blasformen sowie der chemischen Zusammensetzung der Charge ab. Typischerweise liegt die Gesamtmenge an eingedüstem Sauerstoff innerhalb eines Bereiches von 39 bis 56 m³ je Tonne Metall. Wie bereits erwähnt, soll die Menge an eingeblasenem Umhüllungsgas bei Verwendung von Erdgas als Umhüllungsmedium etwa 8 Vol.-% der eingedüsten Sauerstoffmenge betragen, um eine optimale Lebensdauer der Blasformen und des feuerfesten Tiegel- oder Konverterbodens zu erzielen. Typischerweise werden etwa 0,45 kg Kalk je 0,28 m³ Sauerstoff eingeblasen.

Das kritische Moment der Erfindung besteht in dem gleichzeitigen Eindüsen von feinzerteiltem Eisenoxid während des ersten Abschnittes des oben genannten Blasvorganges bevor der Kohlenstoffgehalt des warmen Metalls auf 0,3% verringert worden ist, um die Temperatur des warmen Metalles auf bevorzugten niedrigeren Werten zu halten. Dieses erfordert Eisenoxid-Einblasungen von 2,25 bis 13,5 kg je Tonne Warmeinsatz. Dabei hängt die einzublasende Eisenoxidmenge vom Schrottsatz, der chemischen Zusammensetzung des Warmeinsatzes, der Ausgangstemperatur des Warmeinsatzes und der angestrebten Endtemperatur des Bades ab.

Zur Illustration der durch das Eisenoxid ausgeübten Kühlwirkung sei zunächst hervorgehoben, daß typische herkömmliche Arbeitsweisen, die mit einem 20%igen Schrotteinsatz arbeiten, mit einer Warmeinsatztemperatür von 1300 bis 144O⁰C beginnen. Ist der Schrott eingeschmolzen und die Charge vollständig verblasen, so liegt die Schlußtemperatur im Bereich von 1600 bis 1650° C. Ohne den genannten Schrotteinsatz würde die Schlußtemperatur im Bereich von 1760 bis 1820°C liegen. Demzufolge führt der 20%ige Schrottsatz zu einer Absen-

§ kung der Bad-Endtemperatur um etwa 170⁰C. Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß

■-, deshalb bei ohne Schrottanteil eingesetzten Chargen eine hinreichende Menge Eisenoxid eingeblasen werden,

^i um die sonst fehlende Kühlwirkung zu kompensieren, was heißt, daß hinreichend viel Eisenoxid zugesetzt

|i werden muß, um die Stahlschmelze um etwa 170° C abzukühlen. Da die Reaktion zwischen Fe^₃ und dem im

ϊ, 5 flüssigen Eisen gelösten Kohlenstoff endotherm bis zu einem Ausmaß von 132 Kcal/Mol Fe₂O₃ abläuft, erfordert

< dieses etwa 13,5 kg Fe₂O₃ je Tonne Warmeinsatz, sofern ein vollständiger Ablauf der Fe₂O₃-Eirtkohlung ange-

V nommen wird. Wie bereits erörtert, läuft bei Kohlenstoffgehalten von mehr als 03% des Wanneinsatzes die

Reaktion im wesentlichen vollständig ab, wozu etwa 13,5 kg Fe₂O₃ je Tonne Warmeinsatz «rfordeilich sind, um

J> eine Temperaturabsenkung um 170° C zu erzielen. Ist im Einsatz etwas Schrott enthalten, dann braucht natürlich

/ ίο nur eine geringere Fe₂O₃-Menge eingeblasen werden. Besitzt eine Charge beispielsweise einen 15%igen

\ Schrottanteil, so wären noch 3,1 kg FeO₃ je Tonne Metalleinsatz einzudüsen. Wird der Schrottartteil zunehmend

über die genannten 15% hinaus verringert, so wird fortschreitend mehr Fe₂O₃ benötigt, bis die 133 kg Fe₂O₃ je

Tonne Metalleinsatz erreicht sind, die für eine gänzlich schrottfreie Charge erforderlich sind. Als Faustregel kann davon ausgegangen werden, daß durch je 0,45 kg Fe₂O₃, die je Tonne Metalleinsatz eingedüst werden, eine etwa 5,5° C betragende Absenkung der Metallendtemperatur erreicht wird. Wird dieses mit der Kühl wirkung

L des Schrottes in Beziehung gesetzt, so ist ersichtlich, daß bei jeder gegebenen Charge für jede Prozentpunktvcr-

^κί minderung des Schrottsatzes unterhalb des idealen Satzes von 20% 0,67 kg Fe₂O₃ je Tonne Metalleinsatz

eingeblasen werden müssen, wenn die gleiche Endtemperatur erreicht werden soll. In mathematischer Schreib-

;. weise läßt sich dieser Zusammenhang wie folgt ausdrücken:

X[kg Fe₂O₃Zt]=0,675 (20- Y)

In der vorstehenden Gleichung bezeichnet Vden jeweils verwendeten Schrottsatz und X die Menge an Fe₂O₃, die in kgZt benötigt wird, um eine übereinstimmende Endtemperatur zu erzielen. Wenngleich die obige Erörterung auf Fe₂O₃ als Kühloxid beschränkt worden ist, so sei doch hervorgehoben, daß Fe₃Oi und FeO über Kühlungseigenschaften verfügen, die sich nur sowenig von denen des Fe₂O₃ unterscheiden, daß die für Fe₂O₃ angegebenen Mengen auch für Fe₃Oi und FeO zutreffen. Somit beläuft sich die Menge an Eisenoxid, die ohne Veränderung der Endtemperatur zuzugeben ist, auf 0,675 (20— Y) kg Eisenoxid je Tonne Metalleinsatz, wobei Y den prozentualen Schrottanteil im Metalleinsatz bezeichnet.

Die vorstehend erörterten Beziehungen sind seibstverständlich in erster Linie lediglich illustrativ im Hinblick auf die bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzte Kühlwirkung von Eisenoxiden. Die erwähnten Beziehungen basieren auf der Voraussetzung, daß die chemische Analyse des Warmeinsatzes dem Üblichen entspricht, daß ein 20%iger Schrotteinsatz für eine derartige Charge ideal gewesen wäre, selbstverständlich ohne ein Einblasen von Eisenoxid, und daß die gleichen Endtemperaturen angestrebt werden. In der Praxis werden jedoch für jede Charge individuelle Verfahrensparameter berechnet, die auf der chemischen Zusammensetzung, der Temperatur und dem Volumen des Warmeinsatzes, der angestrebten Endtemperatur

; und anderen Faktoren beruhen. Hinsichtlich der vielen zum Tragen kommenden Variablen ist ein Schrottsatz

von 20% nicht als für jede Charge ideal anzusehen. Wird somit davon ausgegangen, daß für eine gegebene Charge ein idealer Schrottsatz 5,· berechnet wurden, und daß ein kleinerer Schrottsatz S_a als der berechnete Schrottsatz 5, benutzt werden soll, wobei jedoch weder das Verhältnis von Sauerstoff zu Umhüllungsgas, noch die angestrebte Endtemperatur geändert werden soll, so kann die folgende mathematisch ausgedrückte Beziehung zugrundegelegt werden:

X [kg Eisenoxid je Tonne Warmeinsatz] = 0,675 (Si— S_a)

Wie der vorstehenden Gleichung zu entnehmen, muß die infolge des verringerten Tchrottsatzes (Si-S₁₁) verminderte Kühlwirkung dadurch kompensiert werden, daß X kg Eisenoxid je Tonne Warmeinsatz eingedüst werden. Wie bereits zuvor erwähnt, muß das gesamte Eisenoxid in die Charge eingeblasen werden, bevor der Kohlenstoffgehalt der Charge auf 0,3% verringert worden ist.

Aus dem Vorstehenden ist verständlich, daß der Bereich von 2,25 bis 13,5 kg Eisenoxid je Tonne Metalleinsatz auf der Voraussetzung beruht, daß ein 20%iger Schrotteinsatz als ideal anzusehen sei. Es versteht sich jedoch, daß es bei außergewöhnlichen Gegebenheiten erforderlich sein kann, weniger als 2,25 kg und mehr als 13,5 kg Eisenoxid je Tonne Metalleinsatz einzublasen.

Wenngleich das Einblasen des Eisenoxids in bezug auf Menge je Zeiteinheit nicht kritisch ist, wird eine solche Art der Eindüsung bevorzugt, die ein Verstopfen der Blasformen oder des Blasformen-Speisesystems ausschließt. Wie bereits ermähnt, muß jedoch das gesamte Eisenoxid zugesetzt worden sein, bevor der Kohlenstoffgehalt der Charge auf O,3o/o verringert worden ist. Demzufolge ist es vorteilhaft, daß mit der Eisenoxideindüsung unmittelbar nach Beginn des Sauerstoffblasens begonnen wird, so daß die Eindüsung hinsichtlich Menge je Zeiteinheit auf ein Minimum gebracht werden kann.

Beim Einblasen des Eisenoxids in die heiße Metallcharge setzt sich der darin enthaltene Sauerstoffgehalt mit dem Kohlenstoff um, Während der Eisengehalte in die Charge geht. Demzufolge führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einem gesteigerten Metallausbringen. So werden z. B. je 0,45 kg Fe₂O₃, welches je Tonne Warmeinsatz in die Charge eingeblasen wird, 0,31 kg Eisen der Charge zugeführt, wodurch das Ausbringen um 0,035% gesteigert wird. Etwas höhere Ausbeuten werden durch Einblasen von Fe₃O₄ oder von FeO erzielt.

Ferner gestattet das Eindüsen von Eisenoxid und die dadurch hervorgerufene Verminderung des Kohlenstoffgehaltes eine gewisse Verringerung des Bedarfs an eingeblasenem Sauerstoff. In 450 g eingeblasenem Fe₂O₃ sind 0,135 kg Sauerstoff enthalten. Beim maximalen Zusatz von 13,5 kg Fe₂O₃ je Tonne Metall führt dieses zu einer etwa 9%igen Ersparnis am gesamten Sauerstoffbedarf, was eine beachtliche 9%ige Einsparung am

eingeblasenen gasförmigen Sauerstoff und natürlich auch eine entsprechende Verminderung des Bedarfs an
Umhüllungsgas zur Folge hat.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen von Sauerstoff-Blasstahl in einem bodenblasenden Frischgefäß, bei welchem in dem Frischgefäß eine Stahlcharge unter Zusatz von Schrott und/oder feinzerteiltem Eisenoxid mit Hilfe von mit Schutzgas ummanteitem Sauerstoff gefrischt wird, wobei der erforderliche Schrottzusatz zum Erreichen der angestrebten Endtemperatur im Frischgefäß vorherbestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die Charge solange deren Kohlenstoffgehalt noch oberhalb von 03% Hegt zum zumindest teiiweisen Ersatz von Schrott das feinzerteilte Eisenoxid während des Sauerstoffblasens eingeblasen wird, wobei die Menge des eingeblasenen Eisenoxids durch die Gleichung