DE2710377C2 - Verfahren zur Herstellung von Stahl aus Metallschwamm unter Verwendung von Glasplasmen als Energieträger - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Stahl aus Metallschwamm unter Verwendung von Glasplasmen als EnergieträgerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stahlherstellung aus Metallschwamm unter Verwendung
von Gasplasmen als Energieträger.
Aus der deutschen Patentschrift 21 49 407 ist bereits
ein Verfahren zum Einschmelzen von Metallschwamm durch Gasplasmen bekannt, bei dem der schwammartige
Rohstoff von oben zugeführt und in dem der Plasmastrahl von oben auf die Schmelze gerichtet wnd.
Dabei fällt das Metall wegen seiner größeren Dichte in Form kleiner Tropfen durch die flüssige Schlacke. Im
Metallschwamm ursprünglich vorhandene Verunreinigungen, wie z. B. Schwefel und Phosphor, werden von
der Schlacke aufgenommen. Es sind jedoch schlackenbildende Zusätze nötig, zu deren Verflüssigung Energie
aufgebracht werden muß. Das nach Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren will diesen Nachteil beseitigen.
Weiterhin wird in der deutschen Patentschrift 2110 274 eine Vorrichtung zum Einschmelzen von
Metallschwamm durch inerte Gasplasmen beschrieben, die auf Schlackenarbeit verzichtet, jedoch ist der
apparative Aufwand sehr groß, da die Reinigung des Metällschwamms in Vakuum durchgeführt werden muß.
Diesen Mangel beseitigt ebenfalls das nach Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren. Die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe, ohne größen apparativen Aufwand energie- und kostensparend Stähle herzustellen,
wird in überraschender Weise dadurch gelöst, daß auf Zugabe basischer oder saurer Mittel verzichtet und
die aus der Gangart des Metällschwamms entstehende Schlacke laufend abgezogen wird, Erfindungsgemäß
wird der Plasmabrenner unter einem solchen Winkel auf das Metallbad gerichtet, daß die gesamte Badoberfläche
vom Plasmakegel bedeckt ist und sich eine nur sehr dünne Schicht des ungeschmolzenen Rohstoffs auf dem
Metallbad befindet. Falls eine Nachbehandlung mit Desoxidations- und Legierungsmitteln nötig ist, so kann
diese in einem weiteren, mit dem Schmelzherd verbundenen Gefäß durchgeführt werden. Mißt man
zudem im zweiten Gefäß charakteristische Größen, wie z. B. das Sauerstoffpotential und die Temperatur, so
bietet sich mit diesen Meßdaten eine automatische Steuerung des Gesamtprozesses an.
Die Technik des Einschmelzens im Elektrolichtbogenofen ist u. a. aus der AT-PS 2 69 929 bekannt. Das
Verfahren nach der Erfindung hat jedoch den Vorteil, daß zur Reinigung des Metällschwamms keine zusätzlichen
Mittel zur Schlackenbildung zugeführt und erhitzt werden müssen. Die Energieersparnis beträgt bei einer
Schlackentemperatur von 1570° C in einem 60-t-Elektrolichtbogenofen
1,08 kWh/kg Schlacke. Das man ohne den großtechnischen Aufwand auskommt, den das
Vakuumverfahren erfordert, wirkt sich bei der Stahlherstellung kostensenkend aus.
Durch das unmittelbare Aufschmelzen des Metällschwamms
durch den Plasmakegel, durch den die einzelnen Körner des Schwamms als flüssige Tropfen in
das Bad übergehen, und die intensive Abscheidung der Gangart vom Metall während des Schmelzprozesses
erzielt man mit «lern erfindungsgemäßen Verfahren überraschenderweise sehr hohe Entschwefelungs-(75
- 95%) und Entphosphorungsgrade (> 50%) sowie kleine oxidische Verunreinigungen im Stahl, die bei den
bisher bekannten Verfahren erst durch Metall-Schlakke-Reaktionen
in größeren Mengen entstehen. Vorteilhaft gestaltet sich auch der Einsatz eines zweiten
Gefäßes, in das das flüssige Metall jeweils in der Menge abgelassen wird, wie Metallschwamm eingeschmolzen
wird. Mit Hilfe der im zweiten Gefäß gewonnenen Meßdaten kann dabei der gesamte Prozeß der
Stahlherstellung nach der Erfindung gesteuert werden. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Soll-Temperatur
wird entweder die Chargiergesehwindigkeit erhöht oder die Einspeisung an elektrischer Energie verringert.
In ähnlich vorteilhafter Weise kann auch der C-Gehalt des erzeugten Stahls beeinflußt werden.
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden
Erfindung. Es zeigt
Fig. 1 eine Ofenanordnung mit zwei Plasmabrennern,
F i g. 2, 3 Überlauf-Konstruktionen vom Schmelzherd
in ein zwetes Gefäß.
Mit Hilfe von Fütterrohren gelangt der Metallschwamm
auf die Badoberfläche 2 und auf eine Schüttungsböschung 3 des Schmelzherdes 1. Das
Einschmelzen leisten zwei Plasmabrenner 4. Auf die Badoberfliiche wird der Eisenschwamm so aufgegeben,
daß er eine dünne auf der Schmelze schwimmende Schicht im Auftreffbereich des Plasmakegels bildet, dort
aufschmib t und darauf in Form von Metalltropfen in das Metallbad absinkt. Infolge der kegelförmigen Ausbreitung
des Plasmas bereitet eine derartige Schwammzuführung keine Schwierigkeiten. Der auf der Böschung
zugegebene Eisenschwamm schmilzt an deren Oberfläche durch die seitliche Abstrahlung des Plasmakegels
und fließt in das Metallbad ab. Durch beide Zugabearten wird also erreicht, daß der Eisenschwamm unmittelbar
durch das Gasplasma geschmolzen wird und erst im flüssigen 2!ustand in die Schmelze gelangt. Vorteilhaft
kann das Abschmelzen des Metällschwamms von der Böschung auch so erfolgen, daß der Plasmakegel die
Eisenschwammschüttung überstreicht. Die aus der C =
Gangart entstehende Schlacke läuft durch das Abstich- P =
loch 5 ab. Dieses ist so angebracht, daß nur eine sehr S =
dünne Schlackenschicht auf dem Metallbad zu finden ist SiO2 =
Das flüssige Metall gelangt durch öffnung 7 in ein 5 AI2O2 =
zweites Gefäß 8. Ist aus räumlichen oder praktischen CaO =
Erwägungen die in F i g. 1 dargestellte Anordnung nicht MgO =
empfehlenswert, so bieten sich die in Fig.2 und 3
skizzierte Überlaufkonstruktionen an. In einem speziellen Durchführungsbeispiel für das Verfahren wurde
prinzipiell mit der in F i g. l gezeichneten Apparatur gearbeitet, jedoch war der Versuchsofen mit nur einem
Plasmabrenner und ohne seitliche Schüttung 3 ausgestattet Außerdem wurde der Stahl aus dem zweiten
Gefäß nicht durch einen Abguß abgelassen, sondern floß über eine Schwelle am Ende des rinnenförmig
ausgebildeten zweiten Gefäßes in eine Gußform ab. Die Höhe des Metallspiegels war daher durch die Höhe der
Schwelle im zweiten Herd bestimmt, die 0,7 cm unterhalb der unteren Kante des Abstichloches im
Schmelzherd lag. Damit war für eine geringe fchlackenhöhe über dem Metallspiegel gesorgt Der Metallschwamm
wurde durch einen Ringspalt im Ofendeckel kreisförmig um den Brenner herum zugeführt so daß er
in den Auftreffbereich des Plasmakegels auf die Badoberfläche fiel. Das beim Einschmelzen entstehende
Ofengas zog durch das Schlackenabstichloch ab. Beim Probelauf lag Eisenschwamm folgender Zusammensetzung
vor:
1,5%
0,023%
0,02%
1,9%
0,8%
0,4%
0,4%
Nachdem der Schmelzofen einen thermisch stationären Zustand erreicht hatte, betrug bei einer Stahltemperatur
von 16200C die Schmelzleistung 2,8 t Eisenschwamm je m2 · h. Im zweiten Gefäß wurde eine
Desoxidationslegierung aus 20% Si, 20% Mn, Rest Fe kontinuierlich bei einer Zufuhrrate von 8,2 kg/t
Eisenschwamm zugegeben. Die folgenden, durch Analyse der im Abstand von 30 min gezogenen Stahlproben
ermittelten Werte spiegeln den überraschend hohen Entschwefelungs- wie Entphosphorungsgrad wieder.
% C % Si % Mn % P % S
1. Probe
2. Probe
3. Probe
4. Probe
0,35 0,14 0,15 0,008 0,004
0,35 0,13 0,15 0,009 0,003
0,34 0,15 0,17 0,009 0,003
0,35 0,14 0,17 0,009 0,003
Feges = 92,1%
Femci = 86,2%
Femci = 86,2%
30 Im einzelnen ergeben sich ein Entschwefelungsgrad von 86% und ein Entphosphorungsgrad von 64%. 99%
des Eisens wurde ausgebracht was auf den geringen Fe-Gehalt der Schlacke (4,2%) zurückzuführen ist Das
zugegebene Oxidationsmittel ermöglichte das vorteilhaft hohe Ausbringen von 87% Mn und 78% Si.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Stahl aus Metallschwamm unter Verwendung von Gasplasmen
in einem Schmelzgefäß, in das der Metallschwamm durch senkrecht oder schräg zur Horizontalen
stehende Futterrohre oder durch Düsen in den Wirkungsbereich eines Plasmabrenners eingegeben
wird, dadurch gekennzeichnet, daß der pro Zeiteinheit dem Schmelzgefäß zugeführte
Metallschwamm unmittelbar vom Plasma aufgeschmolzen, daß auf die Zugabe basischer oder saurer
Mittel verzichtet und die aus der Gangart eines Metallbades entstehende Schlacke laufend abgezogen
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Brenner erzeugte
Plasmakegel die gesamte Badoberfläche bedeckt.
3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbehandlung des geschmolzenen
Metalls mit Oxidations- und/oder Legierungsmittel in bekannter Weise in einem zweiten, mit dem
Schmelzherd verbundenen Gefäß durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Weiterverarbeitung
charakteristischer Meßgrößen, die im zweiten Gefäß ermittelt werden — wie z. B. Temperatur und
Sauerstoffpotential —, der gesamte Prozeß der Stahlherstellung automatisch gesteuert wird.
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