DE3811166A1 - Verfahren zum betreiben eines kupolofens - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben
eines Kupolofens zur Erzeugung von Gußeisen in
verschiedenen Sorten mit unterschiedlichen
Kohlenstoffgehalten, bei dem eine Einsatzgattierung im
wesentlichen bestehend aus Eisen, Koks und Kalkstein in
den Kupolofen eingeführt wird.
Die Herstellung von Gußeisen in einem Kupolofen erfolgt
prinzipiell wie folgt: Je nach gewünschter
Gußeisenqualität (GGL 15, GGL 20, ..., GGG) wird die
Einsatzgattierung - Eisenmaterial, Koks, Kalkstein - in
entsprechender Menge zusammengestellt und in den
Kupolofen eingegeben. Wie bekannt sinkt dieser Einsatz
unter Erwärmung im Gegenstrom zum Ofenwind abwärts, bis
der Koks verbrannt, das Metall geschmolzen und Schlacke
gebildet ist, wobei dann Schmelze und Schlacke über den
Siphon getrennt abfließen. Man erhält so ausgehend von
einer bestimmten Gattierung eine bestimmte
Gußeisensorte.
Zur Erzeugung einer anderen Gußeisensorte muß eine
andere Gattierung gewählt werden, woraus folgt, daß die
Umstellung auf eine andere Gußeisensorte nicht
kurzfristig vollzogen werden kann und eine größere
Menge Übergangseisen entsteht.
Außer dem qualitativen Kriterium wäre generell eine
Verringerung des Koksbedarfs wünschenswert, um die
störende Schwefelaufnahme im Eisen zu minimieren. Dies
würde auch zu Kosteneinsparungen und zu größerer
Schmelzleistung des Ofens führen, was aber aufgrund der
dann geringeren Eisentemperatur und damit in
Zusammmenhang stehender geringerer Kohlenstoffaufnahme
des Eisens nicht durchführbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, die oben beschriebenen Nachteile des
bekannten Betriebs eines Kupolofens in Ökonomischer
Weise zu beseitigen, und insbesondere den Betrieb eines
Kupolofens flexibler zu gestalten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Erzeugung
von verschiedenen Gußeisensorten mit unterschiedlichem
Kohlenstoffgehalt kohlenstoffhaltiges Material in
staubförmiger Form und in einer vom Kohlenstoffgehalt
der zu erzeugenden Gußeisensorte abhängigen Menge in
den Kupolofen eingeführt wird.
Durch Zugabe von staubförmigem, kohlenstoffhaltigem
Material wird eine zusätzliche Kohlenstoffquelle neben
dem Satzkoks bereitsgestellt, und es kann über die
Zugabemenge Einfluß auf den Kohlenstoffgehalt des
entstehenden Gußeisens genommen werden. Dabei gilt
daß der Kohlenstoffgehalt des zu erzeugenden Gußeisens
umso höher wird, je größer die Menge an eingeführtem
kohlenstoffhaltigem Material pro Zeiteinheit ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das staubförmige,
kohlenstoffhaltige Material im Zufuhrbereich des
Ofenwindes in den Kupolofen eingeführt wird, da dort,
in der Zone der höchsten Ofentemperaturen, die
Kohlenstoffaufnahme des Eisen stattfindet. Man
erreicht so einen effizienten Kohlenstoffübergang.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere darauf
abgezielt, daß vermehrt staubförmiges, kohlenstoff
haltiges Material zugeführt wird und der Satzkoks in
Abhängigkeit von dieser zugeführten Menge um eine
bezüglich des Kohlenstoffangebots äquivalente Menge
reduziert wird. Das heißt, daß zur Erzeugung einer
bestimmten Gußeisensorte bevorzugt mit einer größeren
Staubzugabe und einer geringeren Menge an Satzkoks
gearbeitet wird als umgekehrt. Es ist möglich,
kohlenstoffhaltiges Material bis etwa zu einem
Verhältnis von 1 : 4 von kohlenstoffhaltigem Material
zu Koks in den Kupolofen einzuführen. Durch die
Verringerung des Satzkokes ergibt sich in bekannter
Weise, z.B. laut Netzdiagramm nach Jungblut, eine
Erhöhung der Schmelzleistung des Kupolofens. Man kann
also mit geringerem Satzkoksanteil unter Staubzufuhr
Gußeisen gleicher Qualität in größerer Menge pro
Zeiteinheit herstellen.
Mit besonderem Vorteil wird das staubförmige,
kohlenstoffhaltige Material in den Kupolofen mit Hilfe
eines Gasstroms eingeblasen. Man erhält so eine
besonders gleichmäßige Verteilung des
kohlenstoffhaltigen Materials. Kostengünstig kann das
Einblasen mit Luft ausgeführt werden. Wird das
Einblasen mit einem aus Luft und Sauerstoff bestehenden
Gasgemisch mit beliebig einstellbarem Sauerstoffgehalt
durchgeführt, so kann damit im Vergleich zum Einblasen
mit Luft auch noch Einfluß auf die Temperatur im Ofen
genommen werden, die mit dem Sauerstoffangebot im Ofen
in Zusammenhang steht und mit höherem Angebot
gesteigert werden kann.
Das gleiche Ziel kann mit getrennter aber paralleler
Zufuhr von staubförmigem, kohlenstoffhaltigem Material
und Sauerstoff erreicht werden, die beide im
Zufuhrbereich des Ofenwindes in den Kupolofen
eingeführt werden.
Unter qualitativ unterschiedlichen kohlenstoffhaltigen
Materialien sind Unterschiede in Bezug auf die Körnung,
den Kohlenstoffgehalt und den Anteil flüchtiger
Bestandteile der kohlenstoffhaltigen Materialien zu
verstehen, es kann sich aber auch auf die
grundsätzliche Materialwahl beziehen. Mögliche
Materialien sind zum Beispiel Kohlenstäube auf
Anthrazitbasis und synthetische Kohlen, wie z.B. Staub
vom Typ Ranco oder Elektrodengraphit. Mit grobkörnigem
kohlenstoffhaltigem Material, etwa 0,5 bis 1 mm, wird
eine stärke Aufkohlung erreicht als mit feinkörnigem
Material, das teilweise auch als Brennstoff wirkt.
Ähnliche Konsequenzen ergeben sich aus einem hohen bzw.
niedrigen Kohlenstoffgehalt des kohlenstoffhaltigen
Materials, der sich in starker bzw. schwacher
Aufkohlung auswirkt. Bei der Verwendung synthetischer
Kohlenstoffmaterialien ist eine präzise Auswahl des
Materials nach den gewünschten Eigenschaften möglich.
Neben dem Kohlenstoffgehalt kann es vorteilhaft sein,
daß als Zielgröße für die Zugabe des staubförmigen,
kohlenstoffhaltigen Materials der Keimhaushalt der
Schmelze genommen wird. Aufgrund der durch Anteile aus
dem staubförmigem Material verursachten Keimzellen in
der Schmelze wird die Erstarrungsform des Gußeisens
beeinflußt und es ergibt sich auf der Basis einer
Gefügeänderung eine unterschiedliche Bearbeitbarkeit
des entstehenden Gußeisens. Eine große Keimzellendichte
führt dabei zu einer feinen Kohlenstoffverteilung im
Gußeisen, die ein feineres Gefüge und eine bessere
Bearbeitbarkeit zur Folge hat.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
können besonders einfache Legierungselemente und/oder
andere Zuschlagstoffe dem Gußeisen zugemischt werden,
in dem sie in ebenfalls staubförmiger Form zusammen mit
dem kohlenstoffhaltigen Material zugeführt werden.
Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren
beispielhaft erläutert werden.
Ein Kupolofen mit einer Schmelzleistung von 5 t/h wird
in der bekannten Betriebsweise mit einem Einsatz
bestehend aus etwa 83% Eisenmaterial, 13% Koks und 4%
Kalkstein in Prozent von der Gesamtgattierung
betrieben.
Zur Herstellung der gleichen Gußeisenqualität werden bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa 11% Koks und 4%
Kalkstein eingesetzt und pro Tonne etwa 5 kg
Elektrodengraphit mit einer Körnung von 0,1 bis 1,0 mm in
der Windzufuhrzone des Kupolofens eingeblasen. Man erhält
Gußeisen gleicher Qualität wie beim bekannten Verfahren bei
einer Schmelzleistungssteigerung von etwa 5% bis 10%.
Folgende Tabelle enthält nochmals alle Daten zusammengefaßt:
| Basisdaten | ||
| Schmelzleistung: | ||
| 5 t/Std. | ||
| Kalter Satz @ | Roheisen | 40% |
| Gußbruch | 40% | |
| Stahlschrott | 20% | |
| Satzkoks | 13% | |
| Siliziumformlinge | 12,- DM/t Fe |
| Kostenänderung durch: | |
| C-Staubzugabe, Elektrodengraphit vom Typ 0100, Aufkohlungswirkungsgrad 50%, Erhöhung um 0,25% C in Fe bedeutet 5,0 kg C-Staub pro t Fe, 1250,- DM/t C-Staub: | + 6,25 DM/t Fe |
| Reduzierung Si-Formlinge um 30%: | - 3,60 DM/t Fe |
| Reduzierung Satzkoks um 2% bei 420,- DM/t: | - 8,40 DM/t Fe |
| Substitution von 10% RE gegen Stahlschrott: | - 21,00 DM/t Fe |
| Kostenveränderung pro t Flüssigeisen: | - 26,75 DM/t |
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird durch das
staubförmige, kohlenstoffhaltige Material ein
ausreichendes Kohlenstoffangebot aufrechterhalten,
welches sonst nach der Verringerung des Satzkokses nicht
mehr vorhanden gewesen wäre. Darüber hinaus hat man mit
der Einstellbarkeit der Zugabe des staubförmigen,
kohlenstoffhaltigen Materials eine Möglichkeit zur Hand,
die entstehende Gußeisenqualität kurzfristig und einfach
zu verändern.
Wird neben der einstellbaren Zufuhr von
kohlenstoffhaltigem Material zusätzlich die Eingabe von
Sauerstoff ebenfalls in der Windzufuhrzone vorgesehen,
so wird eine noch in weiteren Bereichen regulierbare
Gußeisenerzeugung erreicht. Es kann nämlich das Absinken
der in der Schmelzzone herrschenden Temperatur, die auf
die Kohlenstoffaufnahme des Gußeisens ungünstigen
Einfluß hat und welche aus dem verringerten Kokseinsatz
resultiert, durch die Zugabe von Sauerstoff und daraus
folgend besserer Verbrennungsbedingungen verhindert
werden. Damit kann beispielsweise mit noch geringerem
Kokseinsatz gleiche Gußeisenqualität oder mit gleichem
Kokseinsatz Gußeisen mit höherem Kohlenstoffgehalt,
insbesondere auch GGG-Gußeisen erzeugt werden.
Wird die Kohlenstaub- und Sauerstoffzugabe kombiniert,
d.h. wird als Trägermedium zur pneumatischen Beförderung
des staubförmigen, kohlenstoffhaltiges Materials ein aus
Luft und Sauerstoff bestehendes Gemisch verwendet, kann
der erfindungsgemäße Prozeß in optimaler Weise über die
Einstellung der geeigneten Menge Kohlenstaub mit
passendem Sauerstoffanteil im Trägermedium gesteuert
werden.
Schließlich ist es bei der Zusammensetzung des
einzusetzenden Eisenmaterials möglich, die Anteile der
kostensenkenden Ausgangsstoffe zu erhöhen, z.B. mehr
Stahlschrott statt Roheisen einzusetzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit ein
hochflexibles Betriebsverfahren für Kupolöfen dar, mit
dem einerseits verschiedenste Gußeisensorten produziert
und andererseits auch Leistungssteigerungen und
Einsparungen erzielt werden können.
Claims (12)
1. Verfahren zum Betreiben eines Kupolofens zur
Erzeugung von Gußeisen in verschiedenen Sorten mit
unterschiedlichen Kohlenstoffgehalten, bei dem eine
Einsatzgattierung im wesentlichen bestehend aus
Eisen, Koks und Kalkstein in den Kupolofen
eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß kohlenstoffhaltiges Material in staubförmiger
Form und in einer vom Kohlenstoffgehalt der zu
erzeugenden Gußeisensorte abhängigen Menge in den-
Kupolofen eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das staubförmige, kohlenstoffhaltige Material
im Zufuhrbereich des Ofenwindes in den Kupolofen
eingeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, daß vermehrt staubförmiges,
kohlenstoffhaltiges Material zugeführt wird und der
Satzkoks in Abhängigkeit von der Menge an
zugeführtem, staubförmigem, kohlenstoffhaltigem
Material um eine äquivalente Menge reduziert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das staubförmige,
kohlenstoffhaltige Material in den Kupolofen mit
Hilfe eines Gasstroms eingeblasen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das staubförmige, kohlenstoffhaltige Material
mit Luft eingeblasen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß als Gasstrom für das
staubförmige, kohlenstoffhaltige Material ein aus
Luft und Sauerstoff bestehendes Gasgemisch mit
beliebig einstellbarem Sauerstoffgehalt verwendet
wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß parallel zum staubförmigen,
kohlenstoffhaltigen Material Sauerstoff im
Zufuhrbereich des Ofenwindes in den Kupolofen
einführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß als Ofenwind ein aus Luft und
Sauerstoff bestehendes Gasgemisch mit beliebig
einstellbarem Sauerstoffgehalt verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des
Kohlenstoffgehalts qualitativ unterschiedliches,
kohlenstoffhaltiges Material verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß als staubförmige,
kohlenstoffhaltige Materialien synthetische
Kohlenstoffmaterialien verwendet werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß als Zielgröße für die
Zugabe des staubförmigen, kohlenstoffhaltigen
Materials neben dem Kohlenstoffgehalt der
Keimhaushalt der Schmelze genommen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß dem staubförmigen,
kohlenstoffhaltigen Material Legierungselemente
und/oder andere Zuschlagstoffe für das Gußeisen
ebenfalls in staubförmiger Form zugemischt werden.
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