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Verfahren zum Feinen bzw. Vorfrischen von geschmolzenem Roheisen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feinen bzw. Vorfrischen von geschmolzenem
Roheisen, insbesondere zur Erzeugung von vor- gefrischtem Eisen in flüssigem Zustand für die
Verwendung in der Stahlerzeugung.
Das übliche Verfahren der Stahlerzeugung ist ein indirektes. Das Eisenherz wird zuerst zu
Roheisen reduziert und dieses wird dann zur
Stahlerzeugung raffiniert. Obgleich dieses Ver- fahren dem Nichtfachmann unökonomisch und umständlich erscheinen mag, hat doch die Er- fahrung gelehrt, dass es-zumindest im gegen- wärtigen Stadium der Entwicklung-viel an- passungsfähiger ist als jede bisher vorgeschlagene direkte Methode und Stahl guter Qualität bei viel niedrigeren Kosten ergibt.
Nichtsdestoweniger lässt es Raum für Ver- besserungen im Wirkungsgrad und in der Wirt- schaftlichkeit. So ergibt z. B. der moderne
Hochofen ein Roheisen, welches durchschnittlich etwa 0, 9-2, 5% Si und 3, 5-4, 5% C enthält.
In den Öfen für die Raffination wird aber im allgemeinen völlige Entfernung des Si gefordert, und die ungeheure Menge des heute erzeugten
Stahles enthält nicht mehr als 0, 3% C. Das bedeutet, dass praktisch alles Si und der Grossteil des C in den Raffinations-Öfen entfernt werden muss.
Dieser Aufarbeitungsprozess ist natürlich einer der kostspieligsten in der ganzen Stahlerzeugung und jede Ersparnis an Zeit für die notwendige Aufarbeitung würde Ersparnisse an feuerfesten Materialien, Brennstoff und Arbeit bei jeder Charge ergeben, und-was noch wichtiger ist-würde die Erzeugung grösserer Mengen Stahl in einem Ofen in einem gegebenen Zeitraum ermöglichen. Das würde wiederum eine erhöhte Stahlproduktion ohne gleichzeitige Erhöhung der Anlagekosten für Raffinations-Öfen möglich machen.
Im Laufe der Jahre wurden wesentliche Schritte zur Erreichung dieses Zieles getan. Einer der wichtigsten davon war die Verwendung "heissen Metalls" im Siemens-Martin-Ofen. Während ursprünglich das Roheisen gegossen und erstarren gelassen wurde, nur, um im Raffinationsofen wieder niedergeschmolzen zu werden, wird es heute im Mischer gesammelt, welcher ein genügend grosses Gefäss zur Aufnahme mehrerer
Abstiche von geschmolzenem Roheisen darstellt.
Durch den Gebrauch eines derartigen Mischers ist es möglich, grosse Mengen Eisens einheitlicher
Zusammensetzung zu erhalten. Durch Be- schickung des Siemens-Martin-Ofens mit ge- schmolzenem Roheisen wird viel Zeit erspart.
Das Verfahren mit flüssigem Einsatz ist jedoch für den Lichtbogenofen nicht zweckmässig, da der hohe Si-Gehalt des geschmolzenen Roheisens zur Bildung einer voluminösen Schlacke und der hohe C-Gehalt zur Bildung grosser Gasvolumina führt, was beides eine zufriedenstellende Ver- fahrensführung verhindert. Der meiste Elektro- ofenstahl wird daher heute aus kaltem Einsatz erzeugt. Trotz der Verwendung von Heissmetall im Siemens-Martin-Ofen beträgt die Raffinie- rungszeit für eine 250-Tonnen-Charge durch- schnittlich etwa 12 Stunden.
Seit der Erfindung des Verfahrens der Raffinie- rung von geschmolzenem Eisen durch Blasen mit Luft in einem Konverter sind immer wieder vereinzelte Versuche unternommen worden, um dieses Verfahren für die Behandlung von ge- schmolzenem Roheisen zu adaptieren, sei es durch teilweise Raffinierung vor der Beschickung des Siemens-Martin-Ofens, oder, besonders in der Frühzeit dieser Industrie, sei es, um Stahl in einem einfacheren und weniger kostspieligen Reaktionsgefäss zu erzeugen, als es ein Konverter darstellt. Gemäss einigen der vorgeschlagenen Verfahren soll Roheisen hergestellt, erstarren gelassen, und dann in einem Schmelzofen wieder geschmolzen werden. Das wiedergeschmolzene Eisen soll dann dem Blasen mit Luft unterworfen werden, während es mit einem festen Brennstoff in Kontakt steht.
Gemäss andern Vorschlägen sollte geschmolzenes Roheisen direkt mit Luft, Sauerstoff, oder in manchen Fällen mit Wasser- stoffverblasen werden. Bei diesen vorgeschlagenen Verfahren wurde das Behandlungsgas auf verschiedene Arten gegen das Metall gerichtet : von oben gegen die Schmelze in einem Tiegel ; quer über das in einem Trog fliessende Metall ; gegen die Oberfläche des Metalls, das in Kaskaden in einem Turm herabfliesst. Keiner dieser Vorschläge hat sich jedoch industriell in nennenswertem Massstab durchgesetzt, da sie sämtlich Nachteile aufweisen, wie Zerstörung des feuer-
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festen Materials und Metallverlust, welche die erzielten Vorteile überwiegen.
Hauptsächlicher Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Vorfrischen von geschmolzenem Roheisen, welches Verfahren von den Nachteilen der bisher bekannten Methoden frei ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herabsetzung des Si- und C-Gehaltes von geschmolzenem Roheisen unter der Wirkung von Sauerstoff.
Weiterer Erfindungsgegenstand ist ein Verfahren zum Vorfrischen von geschmolzenem Roheisen, welches in die üblichen Stahlerzeugungsverfahren eingebaut werden kann.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinen bzw. Vorfrischen von geschmolzenem Roheisen, wobei das Roheisen in getrennte Tröpfchen übergeführt wird, die frei fallenden Tröpfchen einem in der gleichen oder entgegengesetzten Richtung strömenden oxydierenden Gase ausgesetzt und die so behandelten Tröpfchen wieder gesammelt werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt des Gasstromes so geregelt wird, dass die Temperatur des geschmolzenen Eisens bei der Behandlung erhöht wird.
In den Zeichnungen bedeuten : Fig. l einen senkrechten Schnitt durch eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung ; Fig. 2 ein Schema des erfindungsgemässen Aufarbeitungsprozesses ; Fig. 3 ein Schema einer abgeänderten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens.
Der Umstand, dass eine im Verhältnis zu seiner Masse grosse Oberfläche eines jeden Tröpfchens der Reaktion ausgesetzt ist, macht eine schnelle Reaktion mit dem oxydierenden Gas und eine sehr rasche Entfernung des Si aus dem Eisen und teilweise Entkohlung möglich.
Fortgesetzter Kontakt zwischen dem geschmolzenen Eisen und Sauerstoff führt zu einer weitgehenden Entkohlung. Die Wege der fallenden Tröpfchen und des oxydierenden Gases können im Gleich- oder Gegenstrom zueinander gerichtet sein, vorzugsweise im letzteren.
Obgleich es eine grosse Anzahl von Möglichkeiten zur Zerteilung geschmolzenen, zu behandelnden Eisens gibt, z. B. Aussprühen aus einer rotierenden Düse, Leiten des Strahles gegen eine rotierende Trommel oder Auftreffenlassen von Gasströmen hoher Geschwindigkeit gegen einen Strahl geschmolzenen Eisens, ist es doch am bequemsten, wirkungsvollsten und ökonomischesten, das geschmolzene Eisen durch eine perforierte Platte zu leiten, die oben an einem Turm angebracht ist, ganz ähnlich wie bei einer Anlage zur Schroterzeugung. Zum besseren Verständnis des erfindungsgemässen Verfahrens und einer einfachen Anlage zu dessen zweckdienlichster Durchführung wird auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen.
Wie dargestellt, ist ein Turm 10 mit einer feuerfesten Auskleidung 12 an beiden Enden offen. Eine Anzahl von Ablenkvorrichtungen 14 kann an den Wänden des Turmes vorgesehen sein. Am oberen Ende des Turmes 10 befindet sich ein Gefäss 16 für die Aufnahme von geschmolzenem Metall mit einer auswechselbaren, perforierten Bodenplatte 18, zweckmässig aus Graphit oder Ail203. Nahe dem unteren Ende des Turmes befinden sich mehrere Zuleitungen 20 für den Einlass von Sauerstoff und unterhalb des offenen unteren Endes ist ein Auffanggefäss 22 zur Sammlung des behandelten Eisens vorgesehen.
Um das Entweichen von Rauch und Metall zu verhindern, ist eine Verschlusseinrichtung 23 zwischen dem Auffanggefäss 22 und dem Turm 10 vorhanden. Ein Auslass 24 für die Abführung von verbrauchtem Gas, Rauch und Abgas ist nahe dem oberen Ende des Turmes 10 vorgesehen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens unter Verwendung der eben beschriebenen Anlage wird geschmolzenes, zu behandelndes Roheisen aus einer Pfanne 26 in das Gefäss 16 gegossen, von wo es durch die perforierte Platte 18 durchgeht, welche die Bildung einzelner Tröpfchen unterstützt. Die Tröpfchen fallen frei in den Turm 10. Sauerstoff wird durch die Zuleitungen 20 eingelassen und strömt parallel und im Gegenstrom zu dem Weg der fallenden Tröpfchen. Wenn Ablenkvorrichtungen verwendet werden, können Tröpfchen darauffallen und wieder wegspringen. Das behandelte Metall wird in dem Auffanggefäss 22 gesammelt und verbrauchtes Gas, Rauch und Abgas gehen durch den Auslass 24 weg.
Ein besonderer Vorteil des wie beschrieben durchgeführten erfindungsgemässen Verfahrens ist die Leichtigkeit, womit das Verfahren in den üblichen Stahlerzeugungsprozess eingeschaltet werden kann. Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine solche Einschaltung.
So kommt z. B. zu behandelndes Metall von einem üblichen Mischer A her und wird dem Turm B zugeführt, wo es der Wirkung des oxydierenden Gases C ausgesetzt wird. Das behandelte Metall D und Schlacke E werden in einem Auffanggefäss aufgenommen, und das von der Schlacke befreite heisse Metall kann direkt dem Raffinationsofen, beispielsweise einem elektrischen Lichtbogenofen Fi (Fig. 2) oder einem Siemens-Martin-Ofen F2 (Fig. 3), zugeführt werden. Das verbrauchte Gas, der Rauch und das Abgas werden in geeigneten, tieferstehend beschriebenen Vorrichtungen G behandelt, um den Rauch zu entfernen und das Eisen wiederzugewinnen. Das Gas, welches unter den geeignetsten Arbeitsbedingungen einen hohen Heizwert hat, kann in beliebiger Weise verwendet werden.
Eine Reihe von Versuchen zur Behandlung grosser Mengen von Roheisen hat gezeigt, dass das Verfahren nicht nur hohen Wirkungsgrad besitzt, schnell und ökonomisch ist, sondern, dass auch eine Anzahl möglicher Varianten existiert. Eine variable Grösse ist z. B. die Grösse der Tröpfchen. Diese wird zum Teil von der Grösse
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der Löcher in der Platte 18 beeinflusst. Die
Tröpfchen sollen nicht so klein sein, dass sie unter der Wirkung des Blasgases nach aufwärts aus dem Turm ausgetragen werden, aber im allgemeinen erfolgt die Entfernung von Si und C umso schneller, je kleiner sie sind ; desto grösser ist auch für eine gegebene Fallhöhe die Voll- ständigkeit der angestrebten Reaktion. Bei man- chen Versuchen wurden mit Erfolg Löcher von
1, 6 mm Durchmesser bei einem Turm von 6, 7 m
Höhe verwendet.
Anderseits wurde in dem gleichen Turm Entkohlung mit einem Loch von 22 mm Durchmesser in der perforierten Platte erreicht ; wenn hingegen drei Löcher von
12, 7 mm Durchmesser verwendet wurden, erreichte man teilweise Reinigung. Es besteht daher eine Beziehung zwischen Tröpfchengrösse und Turmhöhe. Um den gleichen Raffinationsgrad bei grösseren Tröpfchen wie bei kleinen zu erreichen, ist eine grössere Turmhöhe erforderlich, unter sonst gleichbleibenden Bedingungen.
Die wirksame Turmhöhe kann durch Einbringung oder Entfernung von Ablenkvorrichtungen oder durch Höher- oder Tiefersetzen der Zuleitungen geändert werden.
Versuche haben gezeigt, dass die bei dem erfindungsgemässen Verfahren zu erzielende Temperatur des behandelten Eisens mit Hilfe von oxydierendem Gas einschliesslich Luft erzielt werden kann, ebenso mit sauerstoffangereicherter Luft oder mit reinem Sauerstoff. Der Anteil an Sauerstoff kann, wie tieferstehend ausgeführt, ein Regulator für das Verfahren sein. Natürlich ist das Gesamtvolumen des verwendeten Gases umso grösser, je geringer der Anteil des Sauerstoffes ist.
Obwohl, wie eben festgestellt, es bei dem erfindungsgemässen Verfahren möglich ist, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft ebenso wie Sauerstoff als oxydierendes Gas zu verwenden, ist es für den besten Wirkungsgrad des Verfahrens doch wünschenswert, Sauerstoff von mindestens 95% Reinheit zu verwenden. Die Verwendung von reinem Gas vermindert nicht nur das zu handhabende Gasvolumen, sondern sichert auch eine bessere Wärmeökonomie, da es nicht erforderlich ist, grosse Volumina inerten Gases zu erhitzen. Ausserdem wird bei der Verwendung von reinem Sauerstoff eine schnellere Reaktion erzielt und es ist daher nur ein kürzerer Turm erforderlich.
Wie weiters bereits ausgeführt, soll das in dem Verfahren entstehende Abgas unter idealen Bedingungen einen hohen Heizwert haben, und die Verwendung reinen Sauerstoffes als Oxydationsgas erhöht natürlich die Qualität des Abgases als Brenngas.
Das Verhältnis Sauerstoff zu geschmolzenem Metall der Charge ist für die erfindungsgemässe Verfahrensführung von äusserster Wichtigkeit, sowohl vom technischen wie vom wirtschaftlichen Standpunkt. Mit geeigneter Tröpfchengrösse und Turmhöhe rührt der Sauerstoffverbrauch praktisch vollständig von der Oxydation von Si, Mn, C und etwas Fe her, d. h. praktisch der gesamte Sauerstoff wird für das Oxydieren dieser
Elemente verbraucht. Die Sauerstoffmenge soll einen geringen Überschuss über die für die Oxy- dation von Si, Mn, C (C zu CO) stöchiometrisch erforderliche Menge betragen.
Damit die erwünschten Reaktionen stattfinden, ist es erforder- lich, dass etwas Fe oxydiert wird (wegen des Massenwirkungsgesetzes), aber das Verhältnis
Sauerstoff zu Eisen sollte keinen grossen Über- schuss über die stöchiometrische Menge für die
Oxydation der andern Elemente betragen, da sonst unwirtschaftlich grosse Mengen von Eisen oxydiert werden und Sauerstoff verschwendet wird.
Die Temperatur des zu behandelnden Metalls soll hoch genug sein, dass es in dem Rieselgefäss 16 an der Turmspitze nicht erstarrt, aber es soll nicht überhitzt werden. Metall, das dem Mischer direkt entnommen wird, hat die erforderliche Temperatur. Die im Turm sich abspielenden Reaktionen sind exotherm und die Arbeitsbedingungen müssen derart sein, dass das im Auffanggefäss gesammelte Metall eine höhere Temperatur als das unbehandelte aufweist. Wie weiter unten erklärt werden wird, ist dies von grosser Bedeutung. Wirkungsvolle Entfernung von Si und C wurde bei Anfangstemperaturen des Metalls von 1300 bis etwa 17000 C erreicht ; aber, wie bereits oben festgestellt, ist es nicht erforderlich, das Metall so hoch zu erhitzen.
Wie oben erwähnt, wurden Versuche in grossem Umfange in bezug auf das erfindunggemässe Verfahren durchgeführt. Bei einer solchen Versuchsreihe wurde ein Turm von etwa 6, 7 m Höhe und 40, 6 cm innerem Durchmesser verwendet. Der Turm war mit feuerfesten Ziegeln ausgekleidet, und das Rieselgefäss 16 sowohl wie das Auffanggefäss waren mit Magnesiamörtel ausgekleidet. Bei den ersten fünf Durchgängen (s. umscehende Tabelle) wurden drei 6, 4 mm weite, wassergekühlte, unter einem Winkel von 15 0 aufwärtsgerichtete Zuleitungen verwendet.
Bei den übrigen in der Tabelle angegebenen Durchgängen wurden vier Zuleitungen von 12, 5 mm Durchmesser, im rechten Winkel zu der Achse des Turmes gerichtet, vorgesehen.
Bei dem letzten Durchgang wurde eine aus 43% Sauerstoff und 57% Stickstoff bestehende Gasmischung durch vier Zuleitungen von 76 mm Durchmesser zugeleitet.
Bei jedem Durchgang wurden der Turm, das Rieselgefäss und das Auffanggefäss auf Temperaturen von 650 bis 950 C vorgeheizt, mit Ausnahme des ersten, wie weiter unten erläutert werden wird. Der Sauerstoff-Blasstrahl wurde unmittelbar vor dem Eingiessen des geschmolzenen Roheisens in das Rieselgefäss eingeschaltet.
Eisenproben zur Analyse wurden aus dem Rieselgefäss an verschiedenen Punkten des Turmes und aus dem Auffanggefäss entnommen. Die Resultate der Analysen und andere Daten sind in der Tabelle wiedergegeben. In jedem Fall ist Probe 1 das unbehandelte Eisen, Probe 5 das behandelte Eisen, und Proben 2, 3 und 4-wenn
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sie genommen werden-stammen von verschiedenen, vorbestimmten Punkten des Turmes. In jedem der Beispiele, ausgenommen im letzten, wurde reiner Sauerstoff als Behandlungsgas verwendet.
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<tb>
<tb>
Durchgang <SEP> Metallcharge <SEP> Sauerstoffmenge <SEP> Zeit <SEP>
<tb> Nr. <SEP> kg <SEP> m'h <SEP> Minuten
<tb> 1 <SEP> 136 <SEP> 255 <SEP> 1, <SEP> 90 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 227 <SEP> 340 <SEP> 1, <SEP> 00 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 136 <SEP> 340 <SEP> 2, <SEP> 50 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 136 <SEP> 340 <SEP> 2, <SEP> 00 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 136 <SEP> 340 <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 454 <SEP> 566 <SEP> 2, <SEP> 90 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 454 <SEP> 566 <SEP> 2, <SEP> 90 <SEP>
<tb> Durch-% <SEP> Silizium <SEP> Probe <SEP> Nr. <SEP> 0, <SEP> Kohlenstoff <SEP> Probe <SEP> Nr.
<tb> gang
<tb> Nr.
<tb>
1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> 1 <SEP> 1,03 <SEP> 0,99 <SEP> 0,98 <SEP> - <SEP> 0,33 <SEP> 4,16 <SEP> 4,09 <SEP> 4,00 <SEP> 3,70 <SEP> 3,49
<tb> 2 <SEP> 0,91 <SEP> 0,91 <SEP> 0,72 <SEP> - <SEP> 0,03 <SEP> 3,77 <SEP> 3,60 <SEP> 3,60 <SEP> - <SEP> 2,90
<tb> 3 <SEP> 0, <SEP> 98--0, <SEP> 53 <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> 3, <SEP> 88--3, <SEP> 80 <SEP> 2, <SEP> 08 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 1, <SEP> 31 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 11 <SEP> 0, <SEP> 00 <SEP> 0, <SEP> 00 <SEP> 3, <SEP> 94 <SEP> - <SEP> - <SEP> 3, <SEP> 00 <SEP> (1, <SEP> 50 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 1, <SEP> 96 <SEP> 1, <SEP> 81--0, <SEP> 026 <SEP> 4, <SEP> 01 <SEP> 3, <SEP> 78 <SEP> 2, <SEP> 98-2, <SEP> 49 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 1, <SEP> 19---0, <SEP> 05 <SEP> 4, <SEP> 20---1, <SEP> 41 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 1, <SEP> 00---0, <SEP> 03 <SEP> 4, <SEP> 12---2,
<SEP> 40 <SEP>
<tb>
Eine Überprüfung der in der Tabelle wiedergegebenen Daten zeigt, dass das erfindungsgemässe Verfahren schnell und wirkungsvoll ist. Praktisch völlige Entfernung des Si aus 454 kg geschmolzenem Roheisen und eine wesentliche Herabsetzung des C-Gehaltes wurden in weniger als 3 min in den letzten beiden Durchgängen erreicht. Aus einem Vergleich der wiedergegebenen Daten ergibt sich, dass eine wesentliche Entsilizierung erfolgen muss, bevor eine nennenswerte Entkohlung erfolgt ist. Zusätzlich zu diesen Daten sei darauf verwiesen, dass auch Mn bei dem erfindungsgemässen Verfahren nahezu völlig entfernt wird.
Bei dem ersten in der Tabelle wiedergegebenen Versuch wurde der Turm nur auf 3500 C vorerhitzt. Bei den andern Versuchen wurde der Turm auf etwa 650-950 C vorerhitzt, wobei eine wirkungsvollere Behandlung erzielt wurde, was zeigt, dass das Vorerhitzen des Turmes für die erfolgreiche Verfahrensführung wichtig ist und dass der Turm im allgemeinen vor dem Eingiessen des Metalls auf einer Temperatur von mindestens etwa 6500 C sein sollte. Bis zu dem Punkt, wo die Auskleidung zerstört wird, ist es umso besser, je heisser der Turm vor dem Eingiessen ist, da die Entfernung von Si und C mit geringerer Oxydation von Eisen erfolgt. Bei kontinuierlicher Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bleibt der Turm natürlich erhitzt.
Bei jedem der genannten Versuche hatte die perforierte Platte 50 Löcher von je 3, 2 mm Durchmesser, ausser beim sechsten Versuch, wo die Platte neun Löcher von 6, 4 mm Durchmesser hatte, und beim letzten Versuch, wobei zwölf Löcher von je 6, 4 mm Durchmesser verwendet wurden. Im Verlaufe des zweiten Versuches wurden die Löcher auf etwa 12, 7 mm erweitert ; nichtsdestoweniger wurde praktisch völlige Entsilizierung erreicht.
Beim fünften und sechsten Versuch war die Temperatur des behandelten Metalls um mindestens 100 C höher als die des unbehandelten Roheisens.
Unter gewissen Bedingungen kann es wünschenswert sein, ein Flussmittel für die sich im Verlauf des Prozesses bildende, hochsiliziumhältige Schlacke vorzusehen. Dies kann durch einfache Hinzufügung von Flussmitteln in das Auffanggefäss oder durch Zuführung in den Turm zugleich mit dem Sauerstoffstrom geschehen. Bei den letzten beiden in der Tabelle aufscheinenden Chargen wurde ein Flussmittel in das Auffanggefäss gegeben. In beiden Fällen wurde Kalk (etwa 13, 6 kg) verwendet, beim sechsten Versuch wurden ausserdem etwa 0, 227 kg Flussspat zugefügt.
Bei allen Versuchen wurde beträchtliches Kochen in dem Auffanggefäss beobachtet, was anzeigt, dass sich die Reaktion dort fortsetzt, möglicherweise zwischen dem Metall und dem in der Schlacke enthaltenen Eisenoxyd. Zusätzlich zur Entkohlung des Metalls bewirkt diese Reaktion im Auffanggefäss die Wiedergewinnung eines Teiles des vorher oxydierten Eisens und verbessert so die Gesamtwirtschaftlichkeit des Prozesses. Die Verwendung eines Flussmittels
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kann als in dem kleineren zur Erzielung der gewünschten Metalltemperatur.
Eine typische Wärmebilanz für einen Turm von 40, 6 cm Durchmesser und 6, 7 m Höhe, der mit reinem Sauerstoff arbeitet, mit Bezug auf eine Raumtemperatur von 210 C ist folgende : Wärmeeinnahmen :
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<tb>
<tb> Bildungswärme
<tb> des <SEP> Oxydes
<tb> kcal <SEP> pro <SEP> ein- <SEP>
<tb> gesetztes <SEP> kg <SEP>
<tb> Roheisen
<tb> 2, <SEP> 5% <SEP> Kohlenstoff............... <SEP> 60, <SEP> 8 <SEP> CO <SEP>
<tb> 1, <SEP> 1% <SEP> Silizium.................. <SEP> 80, <SEP> 8 <SEP> Si02 <SEP>
<tb> 3, <SEP> 0% <SEP> Eisen.................... <SEP> 34, <SEP> 6 <SEP> FeO <SEP>
<tb> 0, <SEP> 7% <SEP> Mangan.................. <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> MnO
<tb> Summe <SEP> der <SEP> Reaktionswärme...
<SEP> 188, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Wärmeinhalt <SEP> der <SEP> Charge <SEP> bei <SEP> 1300 <SEP> C <SEP> 285, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Gesamtwärmezufuhr... <SEP> 473, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Wärmeausgaben <SEP> : <SEP>
<tb> An <SEP> : <SEP> kcal <SEP> pro <SEP>
<tb> eingesetztes <SEP> kg
<tb> Metall <SEP> bei <SEP> 15500 <SEP> C............... <SEP> 302, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Schlacke <SEP> 38, <SEP> 9 <SEP>
<tb> Auffanggefäss <SEP> 50, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Turm <SEP> 51, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Gas <SEP> 28, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Gesamtwärmeausgabe... <SEP> 471, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
Während der Versuche über das erfindungsgemässe Verfahren wurden Gas- und Metallproben an verschiedenen Stellen des Turmes entnommen.
Proben, die etwa in 1 der Höhe des Turmes entnommen wurden, zeigten, dass, wenn Sauerstoff vom Boden des Turmes zugeführt wurde, er sehr bald unter Umwandlung in CO und/oder CO2 aufgebraucht war. An diesem Punkt und aus dem Auffanggefäss entnommene Metallproben zeigten, dass dort die Entsilizierung bereits praktisch vollständig war.
Diese Ergebnisse führen zu der Annahme, dass ein Teil der Si-Entfernung eher durch Reaktion mit CO2 als mit Sauerstoff herbeigeführt wird.
Die im Turm vor sich gehenden Reaktionen spielen sich, wie angenommen wird, nach den folgenden Reaktionsgleichungen ab :
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Ob diese Reaktionen nun tatsächlich stattfinden oder nicht, Tatsache ist, dass das erfindungsgemässe Verfahren Si und C wirkungsvoll aus geschmolzenem Roheisen entfernt. Es ist auch möglich-und kann in manchen Fällen wünschenswert sein-Phosphor und Schwefel aus dem behandelten Metall durch Einführung
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geeigneter Reagenzien zu entfernen ; z. B. durch Einführung von genügend basischem Flussmittel, wie Kalk, vorzugsweise durch Zumischung zu dem Gasstrom.
Es ist durchaus möglich, das erfindungsgemässe Verfahren so durchzuführen, dass in dem Turm Stahl ohne Notwendigkeit einer weiteren Reinigung erzeugt wird. Das Verfahren ist indessen besonders zum Einbau in die übliche indirekte Stahlerzeugung geeignet, wie sie praktisch ausschliesslich ausgeübt wird, da es ein entsiliziertes, niedriggekohltes Eisen von hoher Temperatur liefert. Dieses heisse Metall ist nicht nur zur Beschickung des Siemens-Martin-Ofens geeignet, zufolge seines niedrigen Kohlenstoffgehaltes ist es vielmehr auch ausgezeichnet zur Aufarbeitung im elektrischen Lichtbogenofen geeignet, ohne dass die Nachteile auftreten, die sich bei dem Versuch der Aufarbeitung geschmolzenen Roheisens vom Hochofen oder dem Mischer einstellen.
Darin liegt vielleicht der grösste praktische Vorteil, weil die Produktion eines Stahles anerkannt ausgezeichneter Qualität in elektrischen Lichtbogenöfen zu viel geringeren als den gegenwärtigen Kosten ermöglicht wird. Die Verwendung des erfindungsgemäss erzeugten heissen
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Zeit.
Die Verwendung eines Turmes beim erfindungsgemässen Verfahren bringt viele Vorteile gegenüber den bisher vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen zur Aufarbeitung von geschmolzenem Roheisen. Zum Beispiel ermöglicht der Turm ein kontinuierliches Arbeiten, wobei geschmolzenes Roheisen kontinuierlich in einen Turm eingeführt und das behandelte Metall kontinuierlich abgeführt wird. Ein weiterer besonderer Vorteil ist das Fehlen eines längeren Kontaktes des geschmolzenen Metalls mit dem feuerfesten Material, verglichen mit jenem, wenn das zu behandelnde Metall sich in einem Behälter, wie dem üblichen Konverter, befindet. Ein weiterer Vorteil besteht in der Leichtigkeit der Regulierung der Rauchentwicklung und seiner Behandlung zur Wiedergewinnung des Eisens, die sich aus der Verwendung des Turmes ergibt.
Ebenso wichtig für den Stahlerzeuger ist der verhältnismässig niedrige Preis des Turmes und der zugehörigen Ausrüstung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Feinen bzw. Vorfrischen von geschmolzenem Roheisen, wobei das Roheisen in getrennte Tröpfchen übergeführt wird, die frei fallenden Tröpfchen einem in der gleichen oder entgegengesetzten Richtung strömenden oxydierenden Gase ausgesetzt und die so behandelten Tröpfchen wieder gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt des Gasstromes so geregelt wird, dass die Temperatur des geschmolzenen Eisens bei der Behandlung erhöht wird.