LU82244A1

LU82244A1 - Verfahren zur stahlerzeugung und konverter zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: LU82244A1
Application number: LU82244A
Authority: LU
Inventors: P Mantey; M Chitil
Original assignee: Kloeckner Werke Ag
Priority date: 1979-03-15
Filing date: 1980-03-12
Publication date: 1980-06-06
Also published as: AU5640580A; SE448751B; PL222728A1; NL186331B; CA1145145A; FR2451399A1; GB2045409A; AU536465B2; ATA54680A; FR2451399B1; NL186331C; AT384240B; SE8001897L; AR219860A1; NL8000566A; MX154029A; IT1131426B; GB2045409B; ES488660A1; IT8020688A0

Claims

0 KLÖCKNER-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, Klöcknerstraße 29,
41 Duisburg 1
1. Verfahren zur Stahlerzeugung auf der Basis von Einsatz-material in Form von Schrott, Eisenschwamm oder anderen im wesentlichen metallischen Eisenträgern, wobei in einem Konverter, der im Bodenbereich angeordnete Düsen aufweist, eine Säule aus dem Einsatzmaterial, das in fester Form eingeführt wird, unter Verbrennung von Brennstoff mit Sauerstoff im Gegenstrom eingeschmolzen und überhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzmaterial in dem Konverter, in dem Brennstoff-Sauerstoff-Brenner in dessen Seitenwandbereich oberhalb der Düsen angeordnet sind, mit den Brennern eingeschmolzen und bei Vorliegen eines Sumpfes getrennt voneinander feinteiliger Kohlenstoff und Sauerstoff über die im Bodenbereich angeordneten Düsen der Schmelze zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mit den Brennern die Sumpfbildung vornimmt und gegebenenfalls das Einsatzmaterial durch die Brenner soweit aufschmilzt, bis diese unterhalb des Badspiegels liegen, und .nach Untertauchen der Brenner diese als zusätzliche Düsen betreibt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Düsen betriebenen Brenner von einem gegebenenfalls argonhaltigen Schutzgas durchströmt werden. i
4. Verfahren nach Anspruch 2;· dadurch gekennzeichnet, daß die als Düsen betriebenen Brenner als GBN-Düsen verwendet werden, mit denen gegebenenfalls such Feststoffe in die Schmelze eingebracht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Konverter verwendet, bei dem sich die Brenner geringfügig oberhalb der sich nach dem Einschmelzen ergebenden Badhöhe befinden. - 2 - ** # B. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr über die Düsen im i Bodenbereich des Konverters nach Erreichen eines vorbe- j stimmten Kohlenstoffgehaltes im Bad begonnen wird. i Ï 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet,, daß der Konverter nur bis auf einen Stahlrest entleert und gleichzeitig mit dem Einschmelzen einer nachfolgenden Charge das Zuführen des feinteiligen Kohlenstoffs und Sauerstoffs über die Düsen im Bodenbereich des Konverters vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- i kennzeichnet, daß dem Einsatzmaterial stückige Kohlen stoff träger zugesetzt werden.
9. Konverter mit im Bodenbereich angeordneten Düsen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Seitenwandbereich des Konverters Brennstoff-Sauerstoff-Brenner angeordnet sind, während die Düsen im Bodenbereich zur getrennten Zufuhr von feinteiligem Kohlenstoff sowie von Sauerstoff ausgebildet sind.
10. Konverter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß j sich die Brenner oberhalb der während der Sumpfbildung, ; bei der praktisch kein Sauerstoff über die im Bodenbereich ! des Konverters befindlichen Düsen eingeführt wird, ergeben- ! a den Badhöhe befinden.
11. Konverter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner sich geringfügig oberhalb der sich nach dem Einschmelzen ergebenden Badhöhe befinden.
12. Konverter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner über den Umfang gesehen im Bereich der Kippachse des Konverters angeordnet sind. - 3 - « »
13. Konverter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Höhe besitzt, die mindestens das 1 1/2-fache des Durchmessers des Konverters beträgt.
14. Konverter mit in dessen einsetzbarem Boden angeordneten Düsen, insbesondere nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden einen gegenüber einem benachbarten höher liegenden Bereich tieferen Bereich - mit den Düsen aufweist, wobei an der Oberseite des höher liegenden Bereichs als Düsen betreibbare Brenner enden.
15. Konverter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der höher liegende Bereich den tieferen Bereich konzentrisch umgibt oder beide Bereiche symmetrisch zur Drehachse des Konverters angsordnet sind.
16. Konverter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der höher liegende Bereich sine zum tiefer liegenden Bereich abfallende Oberseite aufweist.
17. Konverter nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den tiefer liegenden Bereich gebildete Mulde zur Aufnahme eines gegebenenfalls zum Einschmelzen einer nachfolgenden Charge in dem Konverter verbleibenden Metallsumpfes eine solche Tiefe aufweist, daß über die Düsen eingeblasener Kohlenstoff und Sauerstoff vom Metallsumpf aufgenommen werden. · - · V i‘ > ; ; '· \ i . > !\ l - 4 - KLÖCKNER-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, Klöcknerstraße 29,
41 Duisburg 1 Beschreibung Verfahren zur Stahlerzeugung und Konverter zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stahlerzeugung auf der Basis von Einsatzmaterial in Form von Schrott, Eisenschwamm oder anderen im wesentlichen metallischen Eisenträgern, wobei in einem Konverter, der im Bodenbereich angeordnete Düsen aufweist, eine Säule aus dem Einsatzmaterial, in fester Form eingeführt, unter Verbrennung von Brennstoff mit Sauerstoff im Gegenstrom eingeschmolzen und überhitzt wird, sowie einen Konverter mit im Badenbereich angeordneten Düsen zur Durchführung des Verfahrens. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 27 19 981 bekannt, gemäß der Schrott zusammen mit kohlenstoffhaltigen Energieträgern in einen Konverter, bei dem unterhalb des Stahlbadspiegels in der feuerfesten Ausmauerung Sauerstoffeinleitungs-„düsen eingebaut sind, chargiert wird, wobei durch gesteuertes Einleiten von Sauerstoff im gleichen Konvertergefäß eine Stahlschmelze erzeugt wird. Bisherige Versuche haben jedoch gezeigt, daß durch starke CO-Bildung während des Überhitzens ein un-kontrollierbares Schäumen eintritt, zwar läßt sich das Schäumen eventuell vermindern, indem das Einschmelzen des Schrottes langsamer vorgenommen wird, jedoch wird hierdurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt. Um die Wirt-: schaftlichkeit bzw. Durchführbarkeit zu erhaltén, ist es da her notwendig, trotz der angestrebten Vermeidung des Zusatzes von flüssigem Roheisen dieses in größerem Umfang einzusetzen. Zwar ist der Roheisensatz relativ niedrig gegenüber den bekannten Betriebsweisen von Dxygen-Konvertern, jedoch wird hierdurch die Durchführung dieses Verfahrens immer an das Vorhandensein einer Roheisenerzeugungsanlage gebunden. L. - 5 - 'ί •j ^ I * Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der 1 eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das unkontrollier te Schäumen während des Einschmelzens vermieden wird und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhalten bleibt, so daß praktisch auf einen Zusatz von flüssigem Roheisen verzichtet werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daß das Einsatzmaterial in dem Konverter, in dem Brennstoff-Sauerstoff-Brenner in dessen Seitenwandbereich oberhalb der Düsen angeordnet sind, mit den Brennern eingeschmolzen und bei Vorliegen eines Sumpfes getrennt voneinander feinteiliger Kohlenstoff und Sauerstoff über die im Bodenbereich angeordneten Düsen der Schmelze zugeführt wird. IMit der Zufuhr von Kohlen- und Sauerstoff wird hierbei begonnen, wenn ein Sumpf einer solchen Tiefe vorliegt, der den Kohlen- bzw. Sauerstoff aufnehmen .kann. Der wesentliche Wärmeum-| satz erfolgt im Gasraum oberhalb der Schmelze, so daß ein Schäu men des Bades praktisch vermieden wird. Zusätzlich kann das Einschmelzen selbst durch die Verwendung von Brennstoff-Sauerstoff-Ι Brennern aufgrund der dabei erzeugten heißen Flammen zumindestens bis über die Bildung des Sumpfes hinaus wesentlich effektiver und schneller als über die Verbrennung des Kohlenstoffs mit ! · Sauerstoff, die in die Schmelze eingeleitet werden, vorgenom- ^ men werden. Der der Schmelze feinteilig zugeführte Kohlenstoff dient sowohl als Oxidationsschutz als auch zum Einschmelzen und später zum überhitzen der Schmelze und ferner als Reduktionsmittel für die beim Einschmelzen erzeugte FeD-Schlacke. Zu Beginn des Überhitzens ist es zweckmäßig, wenn die Sauerstoff-! Zufuhr über die Düsen nach Erreichen des vorbestimmten Kohlen stoff gehaltes im Bad, der durch die Zufuhr des feinteiligen Kohlenstoffs eingestellt wird, begannen wird. Wenn sich von den j Brennern kein Schrott mehr befindet, der von den durch die Bren ner erzeugten Flammen aufgeschmolzen werden kann, was mit oder » ! kurz vor Beendigung des Einschmelzens autzritt, können die Brenner spätestens abgeschaltet werden, während die Zufuhr des - B - feinteiligen Kohlenstoffs sowie des Sauerstoffs noch bis zum Erreichen der gewünschten Endtemperatur fortgeführt wird. Hierbei kann man einen Konverter verwenden, bei dem sich die Brenner geringfügig oberhalb der sich nach dem Einschmelzen ergebenden Badhöhe angeordnet sind. Da mit steigender Vorwärmtemperatur des Einsatzmaterials die Effektivität des Einschmelzens durch die Brenner abnimmt, wird es bevorzugt, daß man das Einsatzmaterial durch die Brenner soweit aufschmilzt, bis diese unterhalb des Badspiegels liegen, und dann die Brenner als Düsen betreibt. Während der Vorwärmphase wird hierbei nicht das gesamte Einsatzmaterial geschmolzen, sondern nur ein Teil (Sumpfbildung) hiervon, während der Rest im wesentlichen durch die Wärmeentwicklung im Bad durch Kohleeinblasen und Sauerstoffzufuhr zum Schmelzen gebracht wird. Hierdurch ergibt sich insgesamt eine bessere Energieausnutzung und auch eine Zeiteinsparung aufgrund des bereits beim Einschmelzen vorgenommenen Aufkohlens und Frischens, und zwar durch die Vorwärmung bis zu einem bestimmten Grad, der durch den Wärmeübergang zwischen den bei der Brennstoff-Sauerstoff- Verbrennung entstehenden Gasen und dem festen Schrott im Gegenstrom besonders effektiv ist, gefolgt von der anschließend effektiveren Wärmeentwicklung im Bad. Hierbei können dann die Brenner infolge Erhöhung des Badspiegels in das Bad sintauchen, werden jedoch nach dem Eintauchen nicht mehr als Brenner betrieben, sondern können von einem Schutzgas (z.B. Stickstoff) durchströmt sein und hierbei gegebenenfalls einen Rühreffekt erzeugen, oder auch vorteilhafterweise zusätzliche Funktionen übernehmen, insbesondere das Einblasen von Sauerstoff gegebener -falls mit Feststoffen (Kalk, Feinerz, Eisenschwammabrieb o.dgl.) und Schutzgasummantelung oder auch von Argon und/oder Stickstoff und/oder Erdgas o.dgl., gegebenenfalls auch mit Feststoffen wie ’feinteilige Eisenträger, Feinkohle, Kalk o.dgl. Die Brenner können dabei abweichend von der radialen Orientierung im räumlichen Winkel zur Radialrichtung angeordnet sein. - 7 - Das Vorwärmen zur Sumpfbildung durch die Brenner und das wei-j tere Einschmelzen durch Kohle- und Sauerstoffzufuhr zum Bad [ gegebenenfalls mit Weiterbetrieb der Brenner wird beispiels- ! weise soweit durchgeführt, bis etwa die Hälfte des Einsatzma terials verflüssigt ist, so daß sich ein Badspiegel ergibt, | der an die Brenner heranreicht. Nach dem Eintauchen in das Bad werden diese als Düsen, insbesondere als OBH-Düsen, betrieben. Als Brennstoff für die Brennstoff-Saue'rstoff-Brenner eignet sich beispielsweise öl oder feinteiliger Kohlenstoff und ins-j besondere Erdgas. i Um eine kontinuierliche - Zufuhr von feinteiligem Kohlenstoff sowie von Sauerstoff vornehmen zu können, ist es zweckmäßig, wenn der Konverter nach der Fertigstellung einer Charge nur bis auf einen Stahlrest entleert und gleichzeitig mit dem ! Beginn einer nachfolgenden Charge das Zuführen des feintei- ligen Kohlenstoffs und des Sauerstoffs über die Düsen vor-Î genommen wird. ; Der über die im Bodenbereich des Konverters angeordneten Dü sen (und der gegebenenfalls weiter oben mündenden als Düsen ; betriebenen Brenner) zugeführte Sauerstoff kann in bekannter Weise von einem gasförmigen Kohlenwasserstoff ummantelt sein, der außerdem gleichzeitig als Trägergas für den festen Kohlenstoff dienen kann. Jedoch können für die Zuführung des fein-teiligen festen Kohlenstoffs auch getrennte Düsen angeordnet sein. Die Brennstoff-Sauerstoff-Brenner sind über den Umfang gesehen vorzugsweise im Bereich der Kippachse des Konverters angeordnet, damit sie beim Entleeren des Konverters nicht mit dem Bad in Berührung gelangen, jedoch kann man such während des Entleerens des Konverters ein Schutzgas für die Brenner aus diesen ausströmen lassen. - 8 - Insbesondere ist der bei dem Verfahren verwendete Konverter schlank ausgeführt und besitzt eine Höhe von mindestens dem 1,5-fachen des Durchmessers des Konverters, damit eine gute Schachtwirkung beim Einschmelzen durch die Brennstoff-Sauerstof f -Brenner erzielt wird. Hierbei mu!3 gegebenenfalls dann mehrfach das Einsatzmaterial für eine Konvertercharge chargiert werden. Das Gichtgas, das beim Einschmelzen und beim Umsatz im Bad entsteht, kann im oberen Teil des Konverters durch Zufuhr von Sauerstoff oder Wind nachverbrannt werden, da sich jedoch von Anfang bis Ende des Einschmelzens ein verbrenr.ungsfä-higes Abgas ergibt, ist auch eine andere Abgasnutzung ausserhalb des Konverters möglich, wobei gegebenenfalls der Heizwert des Gichtgases durch Nachverbrennung steuerbar ist. Gegebenenfalls kann fester Kohlenstoff zusammen mit dem Einsatzmaterial zugegeben werden. Für bestimmte Zwecke, beispielsweise zur Erstellung spurenelementarmer Analysen, kann es zweckmäßig sein, festes oder gegebenenfalls auch flüssiges Roheisen einzusetzer. Zwar ist das Verfahren besonders effektiv in Bezug auf die Energiebilanz, jedoch sind Brenner in der Seitenwandung eines Konverters als solche angeordnet unter Umständen in Bezug auf ihre Haltbarkeit problematisch. Um eine leichte Z_gänglich-keit und damit eine leichte Wartung der höher liegenden als Düsen betreibbaren Brenner zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß der Boden des Konverters einen gegenüber einem benachbarten höher liegenden Bereich tieferen Bereich mit den lösen aufweist, wobei an der Oberseite des höher liegender. Bereichs als Düsen betreibbare Brenner enden. Hierbei kann der höher liegende Bereich den tiefer liegenden Bereich konzentrisch umgeben oder die beiden Bereiche können symmetrisch zur Drehachse angeordnet sein und der höher liegende Bereich kann eine zum tieferen Bereich abfallende Ober- : * . - 9 - l · ·. t î Seite aufweisen, während die durch den tieferen Bereich gebil- ί I dete Mulde zur Aufnahme eines Metallsumpfes, der gegebenenfalls | beim Entleeren des Konverters in diesem verbleibt, eine solche t Tiefe aufweist, daß über die unteren Düsen eingeblasener Koh- I lenstoff und Sauerstoff vom Metallsumpf im wesentlichen aufge- 5 nommen wird, wobei dann bei der nachfolgenden Charge sofort î mit dem Zuführen von feinteiligem Kohlenstoff und Sauerstoff I über die Düsen im tieferen Bereich zur Erzeugung von Schmelz- [ I wärme neben der von den Brennern erzeugten Wärme vorgenommen wird. In der beigefügten Abbildung ist der untere Bereich eines Kon- Iverters schematisch im Schnitt dargestellt, wobei der mit feuerfestem Material ausgemauerte Konverter 1 einen einsetzbaren Boden 2 aufweist, der einen tiefer gelegenen mittleren Bereich I 3 aufweist, der von einem höher gelegenen benachbarten Bereich Si 4 ringförmig und konzentrisch umgeben ist. Durch den tieferen jj Bereich 3 und den höher gelegenen Bereich 4 wird eine Mulde 5 I gebildet, die von einer leicht einwärts geneigten Seitenwand i t begrenzt ist. In dem tiefer gelegenen Bereich 3 enden Düsen 6, durch die Sauerstoff zum Frischen bzw. fester Kohlenstoff in kleinteiliger Form in eine im Konverter befindliche Schmelze eingeblasen werden können. Die zum Einblasen des Sauerstoffs dienenden Düsen 6 sind dabei in bekannter Weise zumindestens als Doppelrohre I ausgebildet, so daß der Sauerstoffstrahl von einem Kohlenwasser stoff haltigen Schutzmedium umgeben werden kann. Gegebenenfalls * kann der Sauerstoffstrahl auc'h mit feinteiligem Kalk o.dgl. beladen sein. i ; An der Oberseite 7 des höher gelegenen Bereichs 4 enden Brenner 8, die als Doppelrohre ausgebildet sind, so daß entsprechende Mengen an Brennstoff, beispielsweise Heizöl oder Erdgas durch den Ringraum des Doppelrohrs und die zur Verbrennung hiervon notwendige Menge an Sauerstoff durch das Innenrohr eingeführt werden können. ' \ I -ιο ί Zum Herstellen einer Stahlschmelze aus festen Eisenträgern, j insbesondere Schrott, aber auch Eisenschwamm oder anderen, im wesentlichen metallischen Eisenträgern, werden diese in den Konverter eingefüllt, worauf das Einsatzmaterial durch die Î Brennstoff-Sauerstoff-Brenner B von unten eingeschmolzen wird, wobei die sich beim Einschmelzen bildenden Abgase das weiter oben befindliche Einsatzmaterial vorwärmen. Auf diese Weise wird zunächst in der Mulde 5 ein Sumpf gebildet, der durch feinteiligen Kohlenstoff, der über Düsen 6 im unteren Bereich 3 zugeführt wird, zunächst aufgekohlt wird, wonach mit der Zufuhr von Sauerstoff über Düsen 6 im unteren Bereich 3 begonnen wird, der den über andere Düsen 6 zugeführten feinteiligen Kohlenstoff in dem gebildeten Sumpf verbrennt und hierdurch zusätzliche Schmelzwärme erzeugt. Die durch diese Verbrennung gebildeten Abgase wärmen ebenfalls das noch feste Einsatzmaterial vor und können gegebenenfalls nachverbrannt werden. Die Brenner 8 tauchen bei fortschreitendem Einschmelzen in das erschmolzene Bad ein und können dann als Düsen betrieben von einem Schutzgas durchströmt werden oder auch zusätzliche Funktionen übernehmen, insbesondere das Einblasen von Sauerstoff gegebenenfalls mit Feststoffen (Kalk, Feinerz, Eisenschwammabrieb o.dgl.) und Schutzgasummantelung oder auch von Argon und/oder Stickstoff und/oder Erdgas o.dgl., gegebenenfalls auch mit Feststoffen wie feinteilige Eisenträger, Fein-kohle, Kalk o.dgl. Die Brenner B können abweichend von der dargestellten Axialorientierung auch in einem räumlichen Winkel zur Axialrichtung zum entsprechenden Ausrichten der hierdurch gebildeten Flammen als auch zum Erzeugen eines Rühreffektps nach dem Untertauchen orientiert sein. Der Boden 2 ist zweckmäßigerweise in dem Bereich, der mit den Seitenwandungen des Konverters 1 in Eingriff gebracht wird, ksgelstumpfförmig sich nach oben verjüngend ausgebildet und wird unter Verwendung von Feuerfestmaterial zur Fugenabdichtung eingesetzt. - 11 - I Auf diese Weise sind die Brenner 8, deren Zuleitungsrohre j sich ebenso wie diejenigen der Düsen 6 nur im Boden 2 befin- ? den, zwar für den vorgesehenen Brennerbetrieb entsprechend t. Î erhöht gegenüber den Düsen 6 angeordnet, sind jedoch anderer- | seits ebenso gut zugänglich wie die Düsen 6, da sie ebenfalls | im Boden 2 angeordnet sind. | . Der höher liegende Bereich 4 kann auch kontinuierlich in den j - tiefer liegenden Bereich 3 übergehen. Letzterer kann sich auch | in Radialrichtung des Bodens 2 bis zu den gegenüberliegenden I Konverterwandungen erstrecken, während der höher liegende Beil reich 4 aus zwei benachbart und beidseitig hierzu angeordneten j Kreissegmentabschnitten besteht. f i *Λ i » ' J J 4 5 ft s i Ϊ ! !