DD245678A1 - Verfahren zur entfernung verunreinigender elemente aus roheisen, stahl und sonstigen metallen, sowie metall-legierungen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung verunreinigender Elemente aus Roheisen, Stahl und sonstigen Metallen sowie Metallegierungen. Es ist Ziel der Erfindung, das Verfahren so zu gestalten, dass die Qualitaet des Metalls wesentlich verbessert und die Effektivitaet bedeutend erhoeht wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem der Wirkungsgrad erheblich verbessert werden kann. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass in der Metallschmelze die Menge der freien Sauerstoffradikale und die Temperatur des Metallbades geregelt werden bzw. die Menge der freien Sauerstoffradikale zweckmaessig durch die Zufuhr von Ozon geregelt wird. Weiterhin wird die Temperatur des Metallbades durch Kohlendioxydzufuhr geregelt. Das erfindungsgemaesse Verfahren wird zur Entfernung verunreinigender chemischer Elemente aus Roheisen, Stahl und sonstigen Metallen und Metallegierungen im Laufe des Sauerstoffeinblasefrischmachens sowie zur Beschleunigung hydrometallurgischer Prozesse eingesetzt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von verunreinigenden chemischen Elementen aus Roheisen, Stahl und sonstigen Metallen und Metallegierungen im Laufe des Sauerstoffeinblasefrischmachens sowie zur Beschleunigung hydrometallurgischer Prozesse.
Es ist bekannt, daß im Sinne der gegenwärtig üblichen Definition alle Eisenlegierungen, deren Kohleninhalt im Bereich zwischen 0 und 2% liegt. Stahl genannt werden. Aus Roheisen, Schrott wird der Stahl unter Anwendung des Bessemer-Thomas- oder des Siemens-Martin-Verfahrens erzeugt, neuerdings wird zu diesem Zwecke Sauerstoffwindfrischverfahren verwendet.
Bei der Technologie der Stahlverfertigung wird das eingegebene flüssige Roheisen oder die feste Charge geschmolzen. Während des Windfrischverfahrens werden in der Charge vorhandene überflüssige Verunreinigungen, Karbon, Schwefel, Phosphor und Legierungsmittel ausgebrannt oder in den Schlacken übertragen.
Es ist auch bekannt, daß als Weiterentwicklung der Stahlproduktion 1n dem Bessemer-Thomas-Konverter das sogenannte LD-Stahlproduktionsverfahren erarbeitet worden ist, das in Großvolumen weitgehend produktiv ist und ein Endprodukt guter Qualität gewährleistet. Mit den bekannten Lösungen verglichen, besteht der Vorteil des sogenannten LD-Verfahrens darin, daß zur Entfernung der verunreinigenden Elemente des Roheisens hochreiner Sauerstoff auf das Stahlbad mit einer die Schallgeschwindigkeit übertreffenden Geschwindigkeit geblasen wird, wodurch ein hochreines Produkt von erstklassiger Qualität erhalten wird.
Im Rahmen der Realisierung der verschiedenentechnischen Entwicklungstendenzen wurden zahlreiche Versionen des LD-Verfahrens ausgearbeitet.
Aus den weiterentwickelten Versionen des LD-Verfahrens sind die LWS, OMB (Q-BOB), QEK, AOD usw. Verfahren sowie das anfangs der Achtzigerjahre bekanntgewordene Verfahren KORF die bekanntesten; das letzterwähnte Verfahren ermöglicht während der MARTIN-Stahlproduktion den Sauerstoff unter die Schlackenphase, unmittelbar in das Stahlband blasen zu können. Das KORF-Verfahren ist übrigens im DE-PS 2946030 beschrieben.
Die erwähnten zeitgemäßen zur Stahlproduktion dienenden Verfahren an sich konnten die Massenproduktion hochreiner Stähle erstklassiger Qualität und Eigenschaften nicht gewährleisten; Massenproduktion konnte erst unter Verwendung von mit recht kostenaufwendigen Anlagen realisierbaren Verfahren erreicht werden, wie z. B. Elektroschlacken-, Vakuumbogen-, Plasmastrahlverfahren bzw. Vakuumanlagen.
Aus der Fertigungspraxis von Stahl, sonstigen Metallen und Metallegierungen ist es wohlbekannt, daß gewissen Materialcharakteristiken entsprechende Kristall- bzw. Kristallgitter entsprechen. Es ist auch bekannt, daß gewisse Kristallstrukturen bzw. Gitterkonstruktionen durch die Zufuhr von Legierungsmitteln bzw. durch die Entfernung von Verunreinigungen erzeugt werden. Auf diese Weise ist es offensichtlich, daß gewisse, bestimmte Materialcharakteristiken aufweisende Produkte entweder durch die Zufuhr von Legierungsstoffen oder durch die Entfernung der Verunreinigungen erzeugt werden können.
Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Entfernung verunreinigender Elemente aus Roheisen, Stahl und sonstigen Metallen sowie Metallegierungen zweckentsprechend so zu gestalten, daß die Qualität des Metalls wesentlich verbessert und die Effektivität des Herstellungsverfahrens bedeutend erhöht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernung verunreinigender Elemente aus Roheisen, Stahl und sonstigen Metallen sowie Metallegierungen zu schaffen, mit dem der Wirkungsgrad erheblich verbessert werden kann. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, indem bei dem eingangs beschriebenen Verfahren die gestellte Aufgabe gelöst werden kann, wenn durch eine chemische Reaktion die Menge der verunreinigenden chemischen Elemente verringert und die hydrometallurgischen Prozesse beschleunigt werden.
Im Sinne der Erfindung wird die gestellte Aufgabe so gelöst, daß in der Metallschmelze die Menge der freien Sauerstoffradikale und die Temperatur des Metallbades geregelt werden.
Eine einfache Realisierungsmöglichkeit bietet eine vorteilhafte Ausführungsform, bei der die Menge der freien Sauerstoffradikale durch die Zufuhr von Ozon geregelt wird.
Aus dem Standpunkt der Vereinfachung der Technologie ist die Ausführungsform als vorteilhaft zu betrachten, bei der die Temperatur des Metallbades durch Kohlendioxydzufuhr geregelt wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsweise dient zur Erhöhung der Produktivität, bei der zur Ozonierung ein Gemisch mit 0,1 bis 15,0 Vol.-% Ozoninhalt verwendet wird.
Aus dem Standpunkt der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Ozon vorzugsweise aus Sauerstoff und/oder Luft und/oder Kohlendioxyd erzeugt wird.
Erfindungsgemäß wird des weiteren die gestellte Aufgabe so gelöst, indem das ozonhaltige Gasgemisch in der Einschmelzperiode eingegeben wird.
Die einzelnen Durchführungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der Beschreibung der zur Herstellung von Roheisen, Stahl, sonstigen Metallen und Metallegierungen dienenden Verfahren näher erläutert. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelangen wir auf Grund der Versuchsergebnisse und praktischer Erfahrungen zu der Konklusion, daß verunreinigende Elemente, wie z. B. Karbon, Silizium, Phosphor, Schwefel, usw. mit Hilfe von Ozongas schnell und erfolgreich aus der Metellschmelze entfernt (bzw. oxyidiert) werden können. Die Erscheinung kann dadurch erklärt werden, daß das Ozon (O3) in der Metallschmelze in atomischen Sauerstoff (Sauerstoff nascens) zerfällt, wodurch die Geschwindigkeit der Reaktion mit den einzelnen Begleitelementen mit Verunreinigungscharakter höher ist, als bei dem O2 mit Doppelbindung.
Zur Herstellung des zu dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verwendung kommenden Ozons sind zahlreiche Lösungen bekannt. Aus den bekannten Verfahren ist die Herstellung des Ozons auf Sauerstoff- und/oder Kohlendioxydbasis (CO2) zu metallurgischen Zwecken die geeigneteste. Zur Erzeugung des Ozons auf der Luft haben wir hauptsächlich die industriell dimensionierten, zur Klärung des Trinkwassers dienenden ozonerzeugenden Anlagen verwendet. Die Kapazität dieser Anlagen erreicht den Wert 20 bis 30kg/h.
Das zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Ozon — da die Konzentration 16Mol-% übertrifft — kann ausschließlich in die Vorschriften der Behörden befriedigenden spezialen Mitteln und auf die vorschriftsmäßige Weise gelagert und transportiert werden, wobei auch die hohe, mit der Anwendung des Ozons verbundene Explosionsgefahr ebenfalls zu berücksichtigen ist. Die Verwendung des Ozons in der Metallurgie wurde bisher von zahlreichen Faktoren beschränkt, so die hohe Explosionsgefahr, die Unregelbarkeit der Reaktionsgeschwindigkeit sowie das niedrige Niveau der technischen Entwicklung der zum Einblasen des Ozons geeigneten Vorrichtungen und Armaturen.
Im Laufe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ozongehalt des Sauerstoffes derweise eingestellt, daß er während der Verwendung unter den kritischen Wert der Explosion liege, d.h. der Wert von 15,0Vol.-% keinesfalls übertroffen sei. Inder-Abhängigkeit der konkreten Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird/werden als Grundstoff der Ozonproduktion technologischer Sauerstoff und/oder Kohlendioxyd und/oder Luft in die zur Ozonerzeugung dienende Anlage eingeführt. Der Ozongehalt kann auf an sich bekannte Weise geregelt werden.
In der Abhängigkeit der konkreten Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das im Einklang mit der metallurgischen Technologie und der herzustellen gewünschten Metallqualität vorbereitete Gasgemisch — in dem das Ozonvolumen-%im Bereich zwischen 0,1 und 15,0 liegen kann — unter dem Schlackenspiegel in die Metallschmelze eingeblasen, wobei die Einblasezeitdauer und Volumenprozentsatz des Ozons in der Abhängigkeit der Produktqualität und Ausführungsform der Anlage geändert werden können.
Als Anwendungsgebiete der zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe verwendeten Verfahrens sollen einige erwähnt werden.
Im Laufe der Roheisenproduktion wird zur Erhöhung der Temperatur des Arbeitsraumes des Hochofens und der Reaktionsgeschwindigkeit der einzublasende Sauerstoff im entsprechenden Verhältnis mit Ozon angereichert, während die Temperatur des Hochofens derweise geregelt wird, indem dem Sauerstoff einen endothermischen Prozeß hervorrufendes CO2-GaS in einem entsprechenden Verhältnis zugemischt wird.
In vorhandenen zur Behandlung des Roheisens dienenden Anlagen, wie z. B. in den verschiedenen Entschwefelungsanlagen usw. kann das ozonhaltige Gasgemisch — bei gleichzeitiger entsprechender Abfuhr des Abgases und Treffen der erforderlichen Maßnahmen in der Hinsicht des Arbeitsschutzes und Umweltschutzes — erfolgreich zurVordekarbonisierung, Desilizisierung und Entschwefelung usw. des Roheisens, entweder mit oberem, unterem oder kombiniertem Einblasen, unter Anwendung des erwähnten C02-Gases, als temperaturregelnden Gases verwendet werden.
Im Laufe der Stahlproduktion in den LD- und sonstigen Konvertern oder in mit dem KORF-Verfahren arbeitenden Siemens-Martin-Öfen wird der Stahl auf die übliche Weise, bis zu einem Karbongehalt von 0,2 bis 0,3% mit O2 erfrischt, wonach ein auch Ozon in entsprechender Menge enthaltendes Gasgemisch in das Stahlbad bis zur Herstellung des Stahles in der gewünschten Zusammensetzung eingeblasen wird.
In die mit dem KORF-Verfahren arbeitenden Siemens-Martin-Öfen wird zwecks Verkürzung der Sauerstoffeinblasedauer schon von dem Abgießen des Roheisens beginnend ein, eine kleinere Menge Ozon auch enthaltendes Gemisch in das Stahlbad eingeblasen. Mit der gleichen Zielsetzung wird auch bei dem EOF-Verfahren, von dem Abgießen des Roheisens beginnend, auch Ozon enthaltendes Gemisch eingeblasen
Bei einem Doppel-KORF-Verfahren kann das Einblasen des ozonhaltigen Gasgemisches noch wirksamer vorgenommen werden.
Ozonisches Einblasen kann erfolgreich z. B. in Fällen vorteilhaft verwendet werden, in denen wir in dem stahlproduzierenden Ofen den Anteil der Kaltcharge zu erhöhen beabsichtigen. In solchen Fällen wird bereits beim Einschmelzen ozonhaltiges Gasgemisch eingeblasen
Einblasen mit ozonhaltigem Gasgemisch kann erfolgreich
a) in der Roheisen- und Stahlproduktion für Gießereien,
b) in der Metallurgie der Farbmetalle und seltener Erdmetalle (Mischmetalle),
c) sowie in der Hydrometallurgie verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde derweise realisiert, indem der mit Ozon angereicherte Sauerstoff mit einer Lanze, im Boden oder seitlich angeordneten Düsen unmittelbar in das Metallbad unter dem Schlacken eingeblasen worden ist; es besteht weiterhin die Möglichkeit, das eingeblasene, Ozon und/oder sonstige Gase enthaltende Gemisch nach der dem Durchblasen folgenden Gasreinigung in dem geschlossenen System wieder zu verwenden.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch die Oxydierung bzw. Entfernung der in dem Metall aufgelösten verunreinigenden Elemente niedriger Konzentration metallurgische Produkte erstklassiger Qualität einfacher, schneller und wirtschaftlicher erzeugt werden können.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt sich darin, daß über die Kühlung der Düsen mit Hilfe des einen endothermischen Prozeß erzeugenden CO2-Gases auch die Temperatur des Metallbades geregelt werden kann.
Claims (6)
- Erfindungsanspruch:1. Verfahren zur Entfernung der verunreinigenden chemischen Elemente aus Roheisen, Stahl, sonstigen Metallen und Metallegierungen, im Laufe des Sauerstoff-Windfrischverfahrens sowie zur Beschleunigung hydrometallischer Prozesse, gekennzeichnet dadurch, daß in der Metallschmelze die Menge der freien Sauerstoffradikale und die Temperatur des Metallbades geregelt werden.
- 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Menge der freien Sauerstoffradikale zweckmäßig durch die Zufuhr von Ozon geregelt wird.
- 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des Metallbades durch Kohlendioxydzufuhr geregelt wird.
- 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß zur Ozonisation ein Gasgemisch mit 0,1 bis 15,0 Vol.-% Ozoninhalt verwendet wird.
- 5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß Ozon vorteilhaft aus Sauerstoff und/oder Luft und/oder Kohlendioxyd erzeugt wird.
- 6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Zufuhr des ozonhaltigen Gasgemisches in der Phase des Einschmelzens begonnen wird.
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