DD285998A5

DD285998A5 - Verfahren zum kontinuierlichen schmelzen von stahl

Info

Publication number: DD285998A5
Application number: DD88320626A
Authority: DD
Inventors: Ludwig Von Bogdandy; Gerhard Mitter; Otto Koeller; Luzian Pochmarski; Christian Jaquemar; Hans-Juergen Langhammer
Original assignee: Voest-Alpine Stahl Donawitz Gesellschaft M. B. H.,At
Priority date: 1987-10-13
Filing date: 1988-10-11
Publication date: 1991-01-10
Also published as: AT389897B; ATA270987A; ZA887656B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Stahl aus zumindest weitgehend vorreduzierten Eisentraegern, wie z. B. Roheisen und/oder Schrott, bei welchem die Schmelze fuer nachfolgende metallurgische Schritte in eine Pfanne abgegossen wird, wird die metallurgische Schlacke durch Zugabe von Fluszmitteln auf{Verfahren; Schmelzen; Stahl; Eisentraeger; Roheisen; Schrott; Pfanne; Schlacke; Zugabe; Fluszmittel}

Description

Verfahren zun kontinuierlichen Sbhmelzen von Stahl Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Stahl aus zumindest weitgehend vorreduzierten Eisenträgern, wie z. B, Roheisen und/oder Schrott, bei welchem die Schmelze für nachfolgende metallurgische Schritte in eine Pfanne abgegossen wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für die Stahlherstellung aus festem metallischen Eisenträgern, insbesondere Schrott, festem Roheisen, Pellets, Eisenschwamm oder Mischungen hiervon, werden in der Regel Sauerstoffauf- und -durchblaskonverter eingesetzt, wobei zum Erzielen der erforderlichen Schmelzwärme kohlenstoffhaltige Brennstoffe eingeblasen werden. Die Stahlerzeugung aus Schrott, ohne Einsatz von flüssigem Roheisen gelingt ohne nennenswerte Probleme in Elektrolichtbogenofen, jedoch ist der Aufwand für die elektrische Energie in diesen Fällen relativ hoch, eo.daß die Wirtschaftlichkeit derartiger Prozesse nicht ohne weiteres gegeben ist. Bei bekannten Konverterverfahren, bei denen Sauerstoff auf oder durch die Schmelze geblasen wird, kann in der Regel schneller und kostengünstiger gearbeitet werden. Solche -Schmelzprozesse führen allerdings zu relativ hohen Anteilen an Oxiden im Schmelzbad und die bei derartigen Prozessen anfallende Schlacke weist in der Regel eine relativ hohe Viskosität auf. Derartig hochviskoee Schlacken haben darüber hinaus zuneist eine unzureichende Gaedurchlässigkeit und es kann zu starkem Schäumen und gegebenenfalls zum Oberkochen des Bades kommen.

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Ziel der Erfindung

Ee let dae Ziel der Erfindung, ein Verfahren der gattungsgemößen Art zur Anwendung zu bringen, mit dem eine schnelle und kostengünstige Arbeiteweise möglich ist·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde« ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Stahl aus zumindest weitgehend vorreduzierten Stahlträgern zu schaffen, mit dem übermäßige Kochreaktionen vermieden werden und die Gefahr eines Schäumens wesentlich herabgesetzt wird. Weiterhin sollen die nachfolgende Feinung bzw. nachfolgende metallurgische Schritte in einer Pfanne bei Verwendung des auf diese Wei«?e erschmolzenen Stehlbades zu erleichtern und das Eisenausbringen auch aus der Pfanne zu verbessern· Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß im wesentlichen darin, daß die metallurgische Schlacke durch Zugabe von Flußmitteln auf

20 - 77,2 % FeO, insbesondere 25,7 - 50 % FeO

10-30 % SiO₂

2-15 % Al₂O₃

5-20 % MgO

0,13 - 6,45 % MnO, insbesondere 0,5 - 5 % MnO

1-10 % CaO

0,1-5 % Cr₂O₃ ? + S Spuren

eingestellt wird. Dadurch, daß eine metallurgische Schlacke dieser Zueammensetzung eingestellt wird, hat sich überra--

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schenderrceiee gezeigt, daß neben der bekannten Veränderung der Viskosität durch Änderung der Schlackenzusammensetzung •auch die mechanische Gasdurchlässigkeit günstig beeinflußt werden kann» Es hat eich wider Erwarten gezeigt, daß durch Einstellen der Schlacke auf die oben angeführte Zusammensetzung das Aufschäumen der Schlacke bei gasbildenden metallurgischen Reaktionen unterdrückt werden kann, wobei eine derartige Schlacke darüber hinaus die Voraussetzung bietet ι nachfolgende metallurgische Schritte, wie exotherme Reaktionen und/oder die exakte Einstellung bestimmter Si-Gehalte in Stahlbad vorzunehmen»

Fe und Mn liegen in der Schlacke größtenteils in Form ihrer Monoxide FeO bzw. MnO vor»

Beim Abgießen in eine Pfanne ist es von wesentlichem Vorteil wenn gezielte Temperaturen in der Stahlschmelze und der metallurgischen Schlacke eingestellt werden können» Zur Einstellung bestimmter Temperaturen ist es bekannt, silikothermische Reaktionen auszunützen, bei welchen notwendige Temperaturerhöhungen durch die Anwendung von FeSi erreicht werden können« Um derartige silikotherinische Reaktionen jedoch ohne Gefahr eines Oberschäumens und ohne Gefahr des Auftretens einer übermäßigen Kochreaktion durchführen zu können, ist es von wesentlicher Bedeutung, eine geeignete metallurgische Schlacke vorzusehen, welche in ihrer Vlekosltät und ihrer mechanischen Gasdurchlässigkeit auch auf nachfolgende silikothermische Schritte abgestimmt ist. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher besonders vorteilhaft, wenn in der Folge so vorgegangen wird, daß der Schmelze beim Abgießen in die Pfanne exotherm reagierende Zuschläge, wie z. B, Si, Al oder* exotherm reagierende Legierungen, zugesetzt werden. Durch die erfindungsgemäß vorge-

schlagene Schlackenführung und die oben angegebene Schlackenzusammensetzung ist ee nunmehr möglich, hohe Schlackenmengen mit einem technisch vertretbaren Pfannenvolumen zu beherrschen, wobei die Gefahr eines Oberfließens der Pfannen vermieden wird·

In besondere einfacher Weise können im Rahmen des erfindungsgemößßn Verfahrens als Flußmittel Verbindungen aus dem System FeO-MgO-SiO₂, wie z. B, Olivine oder Pyroxene, zugesetzt werden, wobei vorzugsweise Foreterit, Mg-Orthosilikat oder Fe-Orthosilikat als Flußmittel eingesetzt werden« Auf diese Weise ergibt eich eine gezielte Beeinflussung der Viskosität und des Schmelzpunktes der Schlacke, wobei gleichzeitig eine hohe Gasdurchlässigkeit erzielt wird, welche ein Aufschäumen der Schlacke in der Pfanne vermindert. Verbindungen aus dem System FeO-MgO-SiO₂ beispielsweise Olivine oder Pyroxene weisen an sich einen hohen Schmelzpunkt auf. Durch die Reaktionen mit sehr eisenreichen sauren Schlacken ergeben sich Verbindungen mit Schmelzpunkten Jm 1100° bis 1200 ⁰C, wodurch bei den üblicherweise vorherrschenden Temperaturen eine niedrigviekoee Schlacke mit hoher Gasdurchlässigkeit sichergestellt wird. Die Verwendung derartiger Flußmittel ergibt im Vergleich zu dem konventionellen Einsatz von Flußspat bedeutende Vorteile, Flußspat wandelt zwar gleichfalls Kalk in Kalziumsilikat um, jedoch ist die Reaktionsgeschwindigkeit bzw, Umeotzgeschwindigkeit wesentlich geringer ale bei Einsatz von beispie;.sweiee Forsterit, Die energetische günstigere Umwandlungereaktion, wie sie sich bei der Anwendung von Magnesium und Eisenorthosilikaten ergibt, führt zu einer weitgehend neutralen Schlacke, die eine längere Standzeit der Auskleidungen gewährleistet. Die-Verwendung von Silikaten,

insbesondere Magneeiumorthoeilikat und Eisenorthosilikat, •führt im Gegensatz zur Verwendung von Flußspat nicht zur Bildung von toxischen und umweltbelastenden Gasen*

Die Verwendung von Forsterit, welcher selbst einen hohen Schmelzpunkt besitzt, führt gemeinsam »nit SiO₂, CaO, FeO und ^e₂O₃ zu einer bedeutenden Herabsetzung des Schmelzpunktes, wobei die auftretende Mischungewärme voll genützt werden kann. Öle Reaktion rait Silizium ergibt wiederum weitere Mengen an SiO₂, welches die Bildung von Dikalziumsilikat verzögert und ein tieferschmelzendes Monokalziumsilikat ergibt.

Insbesondere bei überfrischten Stahlschmelzen mit eisenreichen sauren Schlacken, führt die erfindungsgemäß vorgeschlagene Abänderung der Zusammensetzung der Schlacke dazu, daß in der Folge silikothermische Reaktionen bzw« exotherme Reaktionen mit geringer Neigung zum Schäumen bzw· Oberkochen durchgeführt werden können· Gleichzeitig läßt sich die gewünschte Temperatur relativ präzise vorgeben und es kann mit einem geringen Ausmaß an Überhitzung im Schmelzofen vor em Abgießen in die Pfanne gearbeitet werden· Mit Vorteil wird das Verfahren hierbei so durchgeführt, daß in die Pfanne vor dem oder während des Abgusses CaO zugegeben wird· Das in der Pfanne als Vorlage befindliche oder im Zuge des Abgießens zugesetzte CaO reagiert mit Silizium nach der rachfolgenden Gleichung

1 kg Si+5,1 kg FeO+4kg CaO a 4kg Fe+6,lkg (2 CaO,SiO₃)+13816 kO

wodurch eine Erwärmung des Bades'erfolgt. Durch diese Reaktion wird einerseits die Schlacke aufgeheizt, andererseits aber gleichzeitig das FeO der Schlacke, dae durch unvermeidliche

Eieenverbrennung im Schrottschmelzgefäß entstanden ist, zum Teil rückreduziert· Auf diese Weise wird das metallische Ausbringen verbessert« Das Metallbad kann hierbei durch Einleiten von Argon durch einen Spülstein am Pfannenboden durchmischt werden, um die in der Schlacke entstehende Wärme weitgehend homogen in das Metall einzubringen und um starke Sohlackenüberhitzungen, welche das Pfannenfutter angreifen könnten, zu vermeiden« Mit Vorteil werden CaO-Mengen zwischen 4 bis 16 kg/t Metall und Si-Mengen zwischen 2 und 8 kg/t Metall eingesetzt, wodurch die eilikothermieche Reaktion optimal ablaufen kann« Eine stöchiometrische und quantitative Umsetzung kann dadurch erzielt werden, daß CaO und Si im Massenverhältnis von etwa 4 zu 1 eingesetzt werden·

Ale besonders vorteilhaft wurden Schlacken der folgenden Zusammensetzungen

54 % FeO 20 % SiO₂

7 % Al₂O₃

8 % MgO 3,9 % Mn

4 % CaO 0,8 % Cr₂O₃

5 + P Spuren

40	% FeO
20	% SiO₂
7	% Al₂O₃
8	% MgO -
3,9	% Mn
4	% CaO

0,8 % Cr₂O₃ S + P Spuren

aufgefunden,

Auf Grund der erfindungsgemäßen Schlackenführung kann unter Einsatz von FeSi, insbesondere unter Einsatz von FeSi (75 %) der Siliziumgehalt des Stahlbados vollständig auf die gewünschten Werte eingestellt werden« wobei mit Vorteil so vorgegangen werden kann, daß in der Stahlschmelze ein Gehalt von 0,15 % - 0,40 % Si durch Einsatz von FeSi eingestellt wird.

Insgesamt 18St sich durch die erfindungsgemäße Schlackenführung des Verfahren so durchführen, daß mit nur geringer Überhitzung, insbesondere mit einer Überhitzung in der Pfanne durch Zusatz exotherm reagierender Zusätze verhindert oder zumindest verzögert wird« Das schwach überhitzte Metall kann hierbei mit einer Überhitzung von 10 bis 30 C aus dem S_chrottschmelzgefäß abrinnen und zusammen mit der FeO-reichen Schlacke in die Auffangpfanne abgegossen werden, Oie Auffangpfanne kann auf eine Temperatur von 1500 bis 1600 ⁰C vorgeheizt werden« Die gewünschte Temperaturerhöhung für weitere sekundärmetallurgische Schritte in der Pfanne, ermöglicht es in der Folge, Schritte wie eine Entgasung, eine LF-Behandlung und ein Weiterverblasen im Konverter mit oder ohne Roheisenzugabe vorzunehmen. Während des Füllvorganges der Pfanne kann FeSi (75 %) und Kalk abgestuft zugesetzt werden oder aber so vorgegangen werden, daß Kalk als Vorlage in die leere Pfanne eingebracht wird und kontinuierlich FeSi (75 %) zugesetzt wird»

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels nöher erläutert werden«

Beispiel 1

Nach demKVA-Verfahren wird erfindungegemöß aus 100 % festem Schrotteinsatz eine um 30 ⁰C überhitzte Schmelze mit Schlacke vermischt mit einer Stundenleistung von 6> bis 100 t in eine unter dem Schmelzgefäß stehende Auffangpfanrie, deren Fassungsvermögen 60 t Rohstahl flüssig beträgt, einlaufen gelassen« Dem Schrott kann Eisen und/oder Aufkohlungsmittel und/oder metallische Pellets zugesetzt sein« Zur Oberleitung der Schmelze wird die silikothermische Reaktion mit dem FeO der Schlacke herangezogen« Dabei wird stückiges FeSi (75 %) verwendet, das möglichst kontinuierlich durch ein Pfannendeckelloch auf die Schlacke aufgegeben wird« Hierbei werden 17 kg FeSi/t Schrott eingebracht, wobei die spezifische Zugaberate (kg/min) eich nach der eingestellten Schmelzleistung richtet«

Um die silikothermische Reaktion (bzw» die aluminothermisch^ Reaktion) optimal ablaufen laeeen zu können, sind Flußmittel wie Verbindungen aus dem System FeO-MgO-SiO₂ (Olivine, Pyroxene) bzw, durch Zusatz von Foreterit, Mg-Orthosilikat oder Fe-Orthosilikat notwendig, die aber die Feuerfestauskleidung der Auffangpfanne möglichst wenig angreifen aollen. Zusätzlich iet es nicht erwünscht, in der Schlacke Festpartikel, die sich schwer auflösen, wie beispielsweise CaO, zu haban, da dadurch die Behandlungsschlacke dazu neigt, bei. einer CO-Entwicklung in der Schmelze bzw. der Schmelze/'-Schlackengrenzechichte aufzuechäumen. Die Neigung, Schaumscrlacken zu bilden, die entstehendes CO bzw. andere Gase nur beschränkt

durchlassen« muß also unbedingt vermieden werden, da beim /auftreten von schäumenden oder gar überschäumenden Schlacken der Prozeß unterbrochen werden muß. Hierzu wird die Behandlungsechlacke durch Zusatz von Flußmitteln auf eine für den Pfannenverschleiß und gleichzeitig für die silikothermische Behandlung günstige Zusammensetzung gebracht u· zw.:

51 % FeO 20 % SiO₂

8 % Al₂O₃

6 % MgO

3,5 % MnO

4 % CaO

0,9 % Cr₂O₃

P + S Spuren und Rest Eisen

Durch die Zugabe der Flußmittel in der Menge von 12 kg/t Schrott (gesteuert nach der Zugabe an FeSi und eventuell CaO) wird die Behandlungsschlacke auf die für die gesamten Vorgänge günstigste Zusammensetzung gebracht, so daß die silikothermische Reaktion mit einem gegenüber einer Behandlungsschlacke ohne die genannten Zusätze um einen um ca. 10 % verbesserten thermischen Wirkungegrad abläuft, die Aggressivität der Schlacke auf das feuerfeste Futter der Auffangpfanne vermindert wird (Haltbarkeitssteigerung um etwa 20 %) und daß kein den betrieblichen Ablauf störendes Schäumen oder Oberkochen der Schlacke auftritt, selbst wenn CaO zugegeben wird. Eine CaO-Zugabe führt ohne Zusatz der genannten Flußmittel bis zur vollständigen CaO-Auflösung ansonsten mit Sicherheit zu Kocherscheinungen der Schlacke.

Beispiel 2

Nach dem KVA-Verfehren wird erfindungsgemöß aus 100 % festem Schrotteinsatz eine um 20 ⁰C überhitzte Schmelze mit Schlacke vermischt mit einer Stundenleistung von 60 bis 100 t in sine unter dem Sohmelzgeföß stehende Auffangpfanne, deren Passungsvermögen 60 t Rohstahl flüssig beträgt, einlaufen gelassen· Dero Schrott kann Eisen und/oder Aufkohlungsmittel und/oder metallische Pellets zugesetzt sein« Zur Oberleitung der Schmelze wird die silikothermische Reaktion mit dem FeO der Schicke herangezogen· Dabei wird pulverförmiges FeSi (75 %), das mittels einer Einblaslanze in die Zwischenschicht Metall/ Schlacke mit einem inerten Trögergas eingeblasen wird·

Es werden 12 kg FeSi/t Schrott je nach der Höhe der gewünschten Schmelzenüberhitzung benötigt, wobei die spezifische Zugeberate/min sich ebenfalls an der eingestellten Schmelzleistung orientiert«

Um die silikothermische Reaktion (bzw· die aluminothermisch^ Reaktion) optimal ablaufen lassen zu können, sind Flußmittel wie Verbindungen aus dem System FeO-Mgü-SiO- (Olivine, Pyroxene) bzw· durch Zusatz von Forsterit, Mg-Orthoeilicat oder Fe-Orthosilikat notwendig, die aber die Feuerfestauskleidung der Auffangpfanne möglichst wenig angreifen sollen· Zusätzlich ist es nicht erwünscht, in der Schlacke Festpartikel. d.1.3 sich schwer auflösen, wie beispielsweise CaO, zu haben, da dadurch die Behandlungsschlacks dazu neigt, bei einer CO-Entwicklung in der Schmelze bzw. der SchmelzeZ-Schlackegrenzschichte aufzuschäumen. Die Neigung, Schaumschlacken zu bilden, die entstehendes CO bzw. andere Gase nur beschränkt durchlassen, muß also unbedingt vermieden werden, da beim Auftreten von schäumenden oder gar überschäumenden Schlacken

JiS

der Prozeß unterbrochen werden muß.- Hierzu wird die Behand-•lungeschlacke durch Zusatz von Flußmitteln auf eine für den Pfannenverschleiß und gleichzeitig für die silikotherroische Behandlung günstige Zusammensetzung gebracht u, zw.:

42	% FeO
20	% sio₂
7
9	& MgO
4	% MnO
4	% CaO
0	,8 % Cr₂O₃
P	+ S Spuren und Rest Eisen

Durch die Zugabe der Flußmittel in der Menge von 9 kg/t Schrott (gesteuert nach der Zugabe an FeSi und eventuell CaO) wird die Behandlungsschlacke auf die für die gesamten Vorgänge günstigste Zusammensetzung gebracht, so daß die sillkothermische Reaktion mit einem gegenüber einer Behandlungsschlacke ohne die genannten Zusätze um einen um ca, 10 % verbesserten thermischen Wirkungsgrad abläuft, die Aggressivität der Schlacke auf das feuerfest Futter der Auffangpfanne vermindert wird (Haltbarkeitssteigerung um etwa 20 %) und daß kein den betrieblichen Ablauf störendes Schäumen oder Oberkochen der Schlacke auftritt, selbst wenn CaO zugegeben wird. Eine CaO-Zugabe führt ohne Zusatz der genannten Flußmittel bis zur vollständigen CaO-Auflösung ansonsten mit Sicherheit zu Kocherecheinungen der Schlacke,

Claims

. Berlin, den 18. 5. 1990 71 198 24

Patentansprüche

Lu Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Stahl aus zumindest weitgehend vorreduzierten Eisenträgern, wie z. B. Roheisen und/oder Schrott, bei welchem die Schmelze für nachfolgende metallurgische Schritte in eine Pfanne abgegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die metallurgische Schlacke durch Zugabe von Flußmitteln auf

20 - 77,2 % FeO, insbesondere 25,7 - 50 %

FeO

eingestellt wird»
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze beim Abgießen in die Pfanne exotherm reagierende Zuechläge, wie z. B. Si, Ai oder exotherm reagieronde Legierungen, zugesetzt werden. -
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Flußmittel Verbindungen aus dem System FeO-MgO-SiO₂, wie z. B. Oiivine oder Pyroxene, zugesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Flußmittel zur Einstellung der Schlackenzu-

. sainmenBetzung Forsterit, Mg-Orthoeilikat oder Fe-Orthosilikat eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1; 2; 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze mit einer Überhitzung von 10 - 30 ⁰C abgegossen wird und die Erstarrung in der Pfanne durch Zusatz exotherm reagierender Zusätze verhindert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1; 2; 3; oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pfanne vor dem oder während des Abgusses CaO zugegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß CaO und Si im Massenverhältnis von etwa 4 zu 1 eingesetzt weiden.
8. Verfahren nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5; 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schlacke der Zusammensetzung

54 % PeO

20 % SiO₂

7 % Al₂O₃

8 % MgO 3,9 % MnO

4 % CaO 0,8 % Cr₂O₃

5 + P Spuren

eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5; 6;oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schlacke der Zusammensetzung

eingestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8 oder 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die in der Stahlschmelze

ein Gehalt von 0,15 % - 0,40 % Si durch Einsatz von PeSi eingestellt wird.