DE973648C

DE973648C - Procedure for carrying out melting processes

Info

Publication number: DE973648C
Application number: DES21420A
Authority: DE
Inventors: Theodor Eduard Dr Techn Suess
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1950-01-31
Filing date: 1950-12-29
Publication date: 1960-04-21

Description

Verfahren zur Durchführung von Schmelzprozessen Die Durchführbarkeit von Verfahren, bei welchen schmelzflüssige Materialien bei hohen Temperaturen in mit feuerfesten Stoffen ausgekleideten Einrichtungen mittels auf das schmelzflüssige Bad geblasener Gase behandelt «erden, ist mit Rücksicht auf die begrenzte Widerstandsfähigkeit der feuerfesten Stoffe sehr beschränkt. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn gleichzeitig chemische Reaktionen vor sich gehen, welche die feuerfeste Auskleidung besonders anzugreifen vermögen. Wird beispielsweise in einer mit feuerfestem Mateterial ausgekleideten Einrichtung, z. B. einem Konverter, Sauerstoff oder ein sauerstoffreiches Gasgemisch, wie sauerstoffangereicherte Luft, auf ein flüssiges Metall- oder dergleichen Bad geblasen, so können durch Verbrennung der Metallbegleiter, wie Mangan, Silizium usw., so hohe Temperaturen entstehen, daß durch die eintretenden chemischen Reaktionen die feuerfeste Auskleidung der Einrichtung derart stark angegriffen wird, daß sie in kürzester Zeit zerstört wird und in kurzen Abständen erneuert werden muß. Beanspruchungen der angeführten Art hält praktisch kein feuerfestes Material stand, wenn es nicht gelingt, die Durchführung des Verfahrens so zu beeinflussen, daß die Auskleidung des Gefäßes vor der unmittelbaren und ungleiehmäßigen Einwirkung der durch das Einblasen des Gases bewirkten starken Hitzeentwicklung geschützt wird.Procedures for performing melting processes The feasibility of processes in which molten materials at high temperatures in refractory-lined facilities means on the molten liquid Bath of blown gases treated «grounding is with regard to the limited resistance of refractory materials is very limited. This is especially true when at the same time chemical reactions are going on, which the refractory lining in particular able to attack. For example, it is lined with refractory material Facility, e.g. B. a converter, oxygen or an oxygen-rich gas mixture, such as oxygen-enriched air, a liquid metal or similar bath blown, so can by burning the metal companions, such as manganese, silicon etc., so high temperatures arise that the chemical reactions that occur the refractory lining of the facility is so severely attacked that it is destroyed in a very short time and has to be replaced at short intervals. Stresses Practically no refractory material of the type mentioned will withstand if it does not succeeds in influencing the implementation of the process so that the lining of the vessel from the immediate and uncomfortable influence of the blowing in the strong heat generated by the gas is protected.

Es wurde nun gefunden, daß durch entsprechende Anordnung der zum Einblasen des zur Anwendung gelangenden Gases dienenden Düse sowie durch ge- eignete Ausgestaltung der verwendeten Einrichtung und Bemessung der in einer Charge zu bewältigenden Materialmenge ein weitgehender Schutz der feuerfesten Auskleidung der Einrichtung erzielt werden kann, so daß dieLebensdauer derAuskleidung wesentlich erhöht wird, d. h. diese selbst viel seltener erneuert werden muß. Wird nämlich die Menge des zu behandelnden schmelzflüssigen Materials so bemessen, daß die Badtiefe zur Badfläche in einem günstigen Verhältnis steht, so bewirkt der in lotrechter oder annähernd lotrechter Richtung auf die Mitte der Badoberfläche oder deren unmittelbare Nähe gerichtete Gasstrahl eine Strömung des schmelzflüssigen Materials von der Mitte der Badoberfläche nach unten und entlang der Wand der zur Anwendung gelangenden Einrichtung wieder nach oben. Um dem so im Kreislauf zirkulierenden Strom des schmelzflüssigen Materials möglichst geringen Widerstand zu bieten, d. h., um die Zirkulation zu erleichtern, wird der untere Teil der feuerfesten Auskleidung der Einrichtung in einer dieser Strömung angepaßten Form ausgebildet, d. h., er erhält eine gleichmäßig gewölbte, vorzugsweise halbkugelförmige oder halbkugelähnliche Form. Durch diese Ausgestaltung der Einrichtung wird die Zirkulation des schmelzflüssigen Materials so gleichförmig, daß die Badtemperatur gleichmäßig ansteigt und infolgedessen die Auskleidung des Gefäßes vor der sonst in hohem Ausmaße in' Erscheinung tretenden urimittelbaren Beeinflussung durch die infolge des Einblasens des Gasstrahles auftretende ungleichmäßig starke Hitzeentwicklung geschützt ist. Außerdem wird durch die ständige Strömung der Ablauf der Reaktion günstig beeinflußt und ein Bespritzen der Düse mit schmelzflüssigem Material, wodurch die Haltbarkeit der Düse stark beeinträchtigt würde, weitgehend vermieden.It has now been found that by appropriate arrangement of the serving for injection of the entering for use gas nozzle and by ge - suitable embodiment of the device and dimensioning used and the setting can be obtained in one batch to be handled amount of material an extensive protection of the refractory lining, so that the service life of the lining is increased significantly, that is to say that it has to be renewed much less frequently. If the amount of molten material to be treated is measured in such a way that the bath depth is in a favorable ratio to the bath area, the gas jet directed in a perpendicular or approximately perpendicular direction to the center of the bath surface or its immediate vicinity causes a flow of the molten material away from the Center of the bath surface down and along the wall of the device to be used up again. In order to offer as little resistance as possible to the flow of molten material circulating in this way, ie to facilitate circulation, the lower part of the refractory lining of the device is designed in a shape adapted to this flow, ie it is given a uniformly curved, preferably hemispherical or hemispherical shape. With this configuration of the device, the circulation of the molten material becomes so uniform that the bath temperature rises evenly and as a result the lining of the vessel is protected from the direct influence that otherwise occurs to a large extent due to the unevenly strong development of heat as a result of the blowing in of the gas jet . In addition, the course of the reaction is favorably influenced by the constant flow and the spraying of the nozzle with molten material, which would severely impair the durability of the nozzle, is largely avoided.

Durch die vorliegende Erfindung wird z. B. ein Weg gewiesen, wie man bei guter Konverterhaltbarkeit zu einem metallurgisch einwandfrei gefrischten Stahl kommt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß auf die blanke Metalloberfläche auftreffender Sauerstoff schon bei verhältnismäßig niedrigen Drücken, beispielsweise 5 bis 25 atü, unter Verwendung von Düsen mit 15 bis 35 mm Durchmesser eine ausreichende Umsetzgeschwindigkeit hervorruft, ohne daß er tief in die Schmelze eindringt. Da die Temperaturen an der Auftreffstelle des Sauerstoffstrahles am höchsten sind, versteht es sich von selbst, daß die Zuführung in größtmöglicher Entfernung von den Wänden des metallurgischen Gefäßes angeordnet wird.By the present invention, for. B. shown a way how to with good converter durability to a metallurgically perfectly refined steel comes. It has been shown that it hits the bare metal surface more effectively Oxygen even at relatively low pressures, for example 5 to 25 atü, a sufficient transfer speed using nozzles with a diameter of 15 to 35 mm without penetrating deep into the melt. Since the temperatures at the The point of impact of the oxygen jet are highest, it goes without saying, that the feed at the greatest possible distance from the walls of the metallurgical The vessel is arranged.

Beim Aufblasen von Sauerstoff zum Zwecke des Frischens, gemäß vorliegendem Verfahren, tritt durch die örtliche Reaktion zwischen Sauerstoff und dem Kohlenstoff des Stahles eine Gasbildung ein, die eine starke Bewegung im Schmelzbad auslöst. Die Reaktionsgase drücken nach unten, da ihr Entweichen nach oben durch den Sauerstoffstrahl bzw. durch die Schlacke gehemmt ist. Es entsteht eine Strömung zunächst in Richtung des Gasstrahles, die am Gefäßboden um 9o° wendet und an den Gefäßwänden sich nach oben richtet. Diese Umlaufbewegung wird so lange in Gang gehalten, als die Verbrennung von Kohlenstoff möglich ist. Sauerstoff wandert in größeren Mengen nur so lange in die Schmelze ein, als diese in Bewegung ist, d. h. solange Kohlenstoff verbrennen kann. Damit ist ein gewisser Schutz vor Überladung der Schmelze mit Sauerstoff gegeben, und es besteht die Möglichkeit, z. B. beim Verblasen von Stahlroheisen mit über i o/o Mangan, Stahl ohne Allwendung von Desoxydationsmitteln herzustellen, auch dann, wenn die Kohlenstoffgehalte des gefrischten Stahles niedrig 'liegen. Die Anwendung des beschriebenen Verfahrens bei dem Frischen von Stahl bringt also einen entscheidenden Fortschritt, denn der Umstand, daß man auf Desoxydationsmittel verzichten kann" bedeutet, daß der Frischverlauf ohne ein die Stahleigenschaften schädigendes Überangebot von Sauerstoff erfolgt.When inflating oxygen for the purpose of freshening, according to the present Process that occurs through the local reaction between oxygen and the carbon The formation of gas in the steel triggers strong movement in the weld pool. The reaction gases push down as their escape upwards through the oxygen jet or is inhibited by the slag. There is initially a flow in the direction of the gas jet, which turns 90 ° at the bottom of the vessel and moves along the walls of the vessel above directs. This orbital movement is kept going as long as the combustion of carbon is possible. Oxygen only migrates in larger quantities for so long into the melt when it is in motion, d. H. as long as carbon burns can. This provides a certain protection against overloading the melt with oxygen, and there is the possibility of e.g. B. when blowing steel pig iron with over i o / o manganese, too, to produce steel without the use of deoxidizing agents when the carbon content of the refined steel is low. The application the process described for the refining of steel thus brings a decisive factor Progress, because the fact that you can do without deoxidizers " means that the freshness flow without an oversupply which would damage the steel properties by oxygen.

An -.der Auftreffstelle bildet sich aus den festen Verbrennungsprodukten der Eisenbegleiter Silizium, :Mangan usw. und dem oxydierten Eisen eine Schlacke, die unter allen Umständen sehr oxydreich ist. Sie reagiert mit dem Kohlenstoffgehalt des Bades und wird dadurch, daß es sich dabei uni endotherme Vorgänge handelt, gegen die Wände des Konverters hin kälter. Je Kilogramm Fe0, das von einer Eisensilikatschlacke an der Auftreffstelle aufgenommen wird, werden 8o kcal frei. Die entsprechende Wärmemenge wird am Rande des Gefäßes gebunden, wo durch die Reaktionen zwischen Schlacke und Schmelze der Fe0-Gehalt der Schlacke wieder abnimmt.The solid combustion products form at the point of impact the iron companion silicon,: manganese etc. and the oxidized iron a slag, which is very rich in oxides under all circumstances. It reacts with the carbon content of the bath and is by the fact that it is uni endothermic processes against the walls of the converter get colder. Per kilogram of Fe0, that of an iron silicate slag is absorbed at the point of impact, 80 kcal are released. The corresponding amount of heat is bound on the edge of the vessel, where through the reactions between slag and Melt the Fe0 content of the slag decreases again.

Die hohen Reaktionstemperaturen bei dein geschilderten Verfahren sowie die Gasarmut des danach hergestellten Stahles ermöglichten die Herstellung von »reinem Eisen« mit einer Menge an Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel und Stickstoff in Stimme von unter o,25'% ohne Zusätze. Kohlenstoffarme Stähle von diesem oder ähnlichem Reinheitsgrad weisen bekanntlich eine besonders gute Kaltv erformbarkeit auf.The high reaction temperatures in your described process as well the lack of gas in the steel produced afterwards enabled the production of »pure Iron «with a lot of carbon, silicon, manganese, phosphorus, and sulfur Nitrogen in part below 0.25% without additives. Low carbon steels from this or a similar degree of purity is known to have particularly good cold deformability on.

Bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es sogar möglich, ein Reineisen mit einer Menge an den erwähnten Verunreinigungen in Summe von unter o,25'0/0 ohne Zusatz von Desoxydationsmitteln, wie Aluminium, Mangan, Silizium u. dgl., zu vergießen, das bei Temperaturen über iooo hzw. unter 8oo° C verwanzt werden kann. Dabei ist die Beachtung der Rotbruchlücke mehr aus Sicherheitsgründen als aus einer zwingenden technischen Notwendigkeit erforderlich. Bei der Mehrzahl der Güsse und beim Walzen einfacher, an den Kanten nicht rothruchgefährdeter Profile braucht die Rotbruchlücke nicht berücksichtigt zu werden.If the measures according to the invention are observed, it is even possible a pure iron with an amount of the mentioned impurities in the sum of less than 0.25-0 / 0 without the addition of deoxidizing agents such as aluminum, manganese, silicon and the like. Like. To shed that hzw at temperatures over iooo. be bugged below 8oo ° C can. The observation of the red break gap is more for safety reasons than required due to an imperative technical necessity. The majority of the Castings and, when rolling, simple profiles that are not exposed to rothruch at the edges the red break gap does not need to be taken into account.

Ebenso wurde festgestellt, daß durch Frischen von gewöhnlichem Stahlroheisen nach dem beschriebenen Verfahren unter Verwendung geringstmöglicher eisenoxydreicher Schlackenmengen, beispielsweise 7o kg/t, der Mangan:abbrand weitgehend hintangehalten wird, da an der Grenzfläche Manganoxyde wieder reduziert werden. Auf Grund eingehender Versuche wurde festgestellt, daß die Schlackenmengen wesentlich geringer gehalten «erden können als bisher üblich, ohne daß sich, mit Rücksicht auf die bei hohen Temperaturen. heftigen Schlackenreaktionen, die sonst bekannten nachteiligen Folgen für den Stahl ergeben. Auf diese Weise erhält der Stahl Mangangehalte, die mindesten` das iofache des Kohlenstoffgehaltes ausmachen, also bei etwa o,o5a/o C mehr als o,8 1/o Mn. Ebenso kommt man, um einen Stahl mit o,i'o/o C und i,5o/o Mn herzustellen, z. B. mit einem Zusatz voll gewöhnlichem Hochofen-Ferro-Mangan, beispielsweise mit 15 kg pro Tonne .I8 % Hochofen-Ferro-Mangans aus, das den Kohlegehalt um etwa o,o5"/o erhöht. Bisher war es nicht möglich, derartige Stähle, die trotz höherer Festigkeitseigenschaften besonders geeignet für das Schweißen sind, ohne Zusatz von teurem Ferro-Mangan-Affine herzustellen.It was also found that by refining ordinary steel pig iron according to the method described using the least possible amount of iron oxide Slag quantities, for example 70 kg / t, the manganese: burn-up largely held back because manganese oxides are reduced again at the interface. Because of more detailed Experiments have shown that the amount of slag is kept much lower “Being able to ground yourself as previously usual, without disregarding the high Temperatures. violent slag reactions, the otherwise known disadvantageous consequences for the steel. In this way, the steel receives, at the very least, manganese content make up iof the carbon content, i.e. at about o, o5a / o C more than o.8 1 / o mn. Likewise, in order to produce a steel with o, i'o / o C and i, 5o / o Mn, z. B. with an addition full of ordinary blast furnace ferro-manganese, for example with 15 kg per ton of .I8% blast furnace ferro-manganese, which reduces the coal content by about 0.05 "/ o elevated. So far it has not been possible to produce such steels, despite their higher strength properties are particularly suitable for welding, without the addition of expensive ferro-manganese affine to manufacture.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren kann auch für die Herstellung von Metallen, insbesondere Stahl, aus festen Einsatzstoffen verwendet werden. Zur Herstellung von Stahl werden Roheisen und Schrott sowie gegebenenfalls Legierungsstoffe und Brennstoffe, z. B. Kohle, Holz, erfindungsgemäß in eine zweckmäßig birnenförmige, zum Schmelzen von Lisen geeignete Vorrichtung eingesetzt. Als Brennstoffe kommen auch z. B. Ferro-Silizium, Calciumcarbid, Aluminiumlegierungen usw., die bei den herrschenden Temperaturen verschlacken und bzw. oder vergasen, in Betracht. Das feste Beschickungsgut kann entweder auf einmal, d. h. zur Gänze, zu Beginn des Verfahrens oder während des Verfahrens in kleineren Anteilen in die Vorrichtung aufgegeben werden. Die 1lenge der Brennstoffe wird so bemessen, daß durch ihre Verbrennung die notwendige Schmelzwärme erzeugt wird. Nach der Entzündung der Brennstoffe werden die Einsatzstoffe unter Einwirkung eines Sauerstoffstrahles niedergeschmolzen.This inventive method can also be used for the production of Metals, in particular steel, can be used from solid feedstocks. For the production of steel are pig iron and scrap as well as possibly alloy materials and Fuels, e.g. B. coal, wood, according to the invention in an appropriately pear-shaped, device suitable for melting Lisen used. Come as fuel also z. B. ferro-silicon, calcium carbide, aluminum alloys, etc., which are used in the The prevailing temperatures slag and / or gasify, into consideration. That Solid load can either be carried out all at once, i.e. H. in full, at the beginning of the procedure or added to the device in smaller portions during the process will. The 1length of the fuels is measured in such a way that by their combustion the necessary heat of fusion is generated. After igniting the fuels will be the starting materials melted down under the action of an oxygen jet.

Die Einleitung des Schmelzprozesses erfolgt durch Zündung mittels eines in Brand gesetzten Körpers, der kurz vor Beginn der Zuleitung des Sauerstoffes an die Stelle gebracht wird, wo der Sauerstoffstrahl auf die Beschickung trifft.The melting process is initiated by means of ignition a body set on fire shortly before the start of the supply of oxygen is brought to the point where the oxygen jet hits the charge.

Gberraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei den herrschenden hohen Temperaturen die Anwesenheit geringer Mengen an reduzierenden Stoffen genügt, um eine sehr weitgehende Desoxydation der Schmelze herbeizuführen; man beobachtet sogar einen auffallend geringen Manganabbrand.Surprisingly, it has been shown that the prevailing high Temperatures the presence of small amounts of reducing substances is sufficient to bring about a very extensive deoxidation of the melt; one even observes a noticeably low manganese burn-up.

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist dadurch gegeben, daß ein nur geringer Wärmeaufwand für die Speicherwärme der Vorrichtung notwendig ist und die '\@'ärineverluste dementsprechend verhältnismäßig gering sind. Der Abgasverlust ist sehr klein, da der Stickstoffballast fehlt.The economy of the process is given by the fact that a only a small amount of heat is required for the storage heat of the device and accordingly, the '\ @' losses are relatively small. The exhaust gas loss is very small because there is no nitrogen ballast.

Da der Sauerstoffverbrauch pro Tonne geschmolzenen Stahles nur etwa ioo m3 beträgt, ist die Ausführung dieses Verfahrens auch in solchen Betrieben möglich, denen bloß eine kleine Sauerstoffgewinnungsanlage zur Verfügung steht. Unter einem Mindestaufwand an Brennstoff läßt sich z. B. Stahl für die Versorgung von Gießereien oder Walzwerken gewinnen, indem man Stahleisen mit minderwertigem Brennstoff unter Sauerstoffzusatz zum Gebläsewind im Kupolofen einschmilzt und dann in der beschriebenen Weise in einem konverterähnlichen Gefäß verbläst. Bei fallweiser Erzeugung von Stahl wird man das Einschmelzen des Stahleisens und das Frischen, wie beschrieben, im gleichen Gefäß vornehmen. In diesem Falle kann der Einsatz auch aus Schrott, Kohle und entsprechenden Zusatzstoffen bestehen. Der Energieaufwand für das Frischen ist außerordentlich gering, er beträgt für die Erzeugung von ioo m3 Sauerstoff, die für das Frischen von i t Stahl notwendig sind - bei größeren Anlagen wesentlich weniger -, etwa ioo kWh oder 135 PSh. In Län-'dern, die über keine eigenen Brennstoffe verfügen, ist dies von besonderer Bedeutung.Since the oxygen consumption per ton of molten steel is only about ioo m3, this process can also be carried out in such establishments who only have a small oxygen recovery system at their disposal. Under a Minimum amount of fuel can be z. B. Steel for the supply of foundries or rolling mills by taking steel irons with inferior fuel under them Oxygen addition to the blower wind melts in the cupola and then in the described Way in a converter-like vessel. With the occasional production of steel One becomes the melting of the steel iron and the freshening, as described in the make the same vessel. In this case, the use can also be made from scrap, coal and appropriate additives. The energy expenditure for freshening is extraordinarily low, it amounts to the are necessary for the refining of i t steel - essential for larger systems less -, about ioo kWh or 135 PSh. In countries that do not have their own fuel this is of particular importance.

Das Verfahren des Aufblasens von Gasen zur Herbeiführung von Reaktionen, wobei die entwickelten gasförmigen Reaktionsprodukte eine Badbewegun` auslösen, ist auch anwendbar auf die Entschwefelung von Kupferspeise, ferner bei der Herstellung von Glas im Konverter unter Verwendung von @Ta,triuinchlorid. Das Verfahren. ist weiter anwendbar auf die Behandlung von Hochofenschlacke, zur Austreibung des Schwefels und zur Legierung der Schlacken zu Schmelzzement oder glasartigen Stoffen, wie sie zur Schlackenwolle verwendet werden.The process of inflating gases to induce reactions, whereby the evolved gaseous reaction products trigger a bath movement, can also be used for the desulphurisation of copper dishes, as well as in the manufacture of glass in the converter using @ Ta, triuinchloride. The procedure. is also applicable to the treatment of blast furnace slag to drive out the sulfur and for alloying the slag to form molten cement or vitreous materials like them be used for slag wool.

Claims

PATENT CLAIMS: i. A method of carrying out processes in which molten materials are treated at high temperatures in refractory-lined facilities by means of gases blown onto the molten bath, characterized in that the wheel depth is maintained in relation to the wheel surface in such a manner that that is perpendicular or approximate perpendicular direction to the center of the wheel surface Lzw. The gas jet in the melt, directed in the immediate vicinity, causes the molten material to flow from the point of impact of the gas jet downwards and backwards along the wall of the device used by reacting with gas-forming substances is. z. Process according to claim i, characterized in that solid starting materials are used and the processes according to claim i are initiated as early as the melting down. 3. The method according to claim i or 2 zuiii manufacture of steel and soft iron, characterized in that carbon-containing feedstocks, such as pig iron or scrap and carbon, are brought into reaction with high percentage oxygen in the finishing process and ready-freshened without the use of deoxygenation agents. 4. The method according to claims i to 3 for the production of cold forming steels with a low gas content, characterized in that oxygen is used with a degree of purity of at least 97 '° / o. 5. The method according to claims i to 3 for the production of steels with a carbon content of about 0.05 to 0.1% and at least ten times the amount of manganese, characterized in that pig iron with a manganese content of about 2 to 4 ° / a uses the smallest possible amount of slag, for example 70 kg per ton, with high percentage oxygen. Documents considered: German Patent No. 735 196; Radex-Rundschau 1949, pp. 33, 37 to 39; Iron and Coal Trades Review 1948, pp. Iio5; Blast Furnace and Steel Plant, January 1948, p. 67 and September 1948, pp. 1082-1083; Stahl und Eisen, 1952, p. 1642, ff., Especially p. 1644.