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Verfahren zum Frischen von Roheisen
Die Erfindung bezieht sich auf das Frischen von Roheisen und ähnlichen Legierungen mit freiem
Sauerstoff und betrifft insbesondere das Frischen von geschmolzenem Roheisen od. dgl. legiertem oder unlegiertem kohlenstoffhaltigem Eisen in einem um eine Drehachse rotierbaren Ofen unter Einblasen eines wenigstens 40N Sauerstoff enthaltenden Gases, wie z. B. Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Voraussetzungen zu schaffen, unter welchen der Frischprozess bei einer verhältnismässig niedrigen Rotationsgeschwindigkeit durchgeführt werden kann.
Ein weiteres Ziel besteht darin, die Verwendung eines höheren Füllgrades des Ofens, als er in gewöhnlichen Drehöfen. erreichbar ist, zu ermöglichen. Weitere Ziele gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.
In der USA-Patentschrift Nr. 2, 598, 393 ist ein Verfahren zur Raffination von Roheisen in einem Drehofen beschrieben, bei welchem Sauerstoff oder mit Sauerstoff auf einen Gehalt von mindestens 40% angereicherte Luft in den Ofen eingeblasen wird. Es ist für diese Methode kennzeichnend, dass die erforderliche Badbewegung im wesentlichen unabhängig von der Gaszufuhr erzielt wird. Dies steht im Gegensatz zu den Arbeitsbedingungen bei andern schnell ablaufenden Frischprozessen, bei welchen die Badbewegung mit der Gaszufuhr gekoppelt ist und gänzlich aufhört, wenn diese unterbrochen wird. Dies ist beispielsweise sowohl bei dem gewöhnlichen sauren oder basischen Bessemerprozess als auch bei dem sogenannten LD-Prozess der Fall, bei welchem die Raffination mit reinem gasförmigem Sauerstoff erfolgt, welcher in einem feststehenden Konverter vertikal gegen das Bad geblasen wird.
Wenn ein feststehender Ofen benutzt wird und der gasförmige Sauerstoff von oben eingeblasen wird, ist die Badbewegung am Beginn des Prozesses verhältnismässig unbedeutend, nämlich solange das Roheisen eine wesentliche Siliziummenge enthält, und ebenso in den späteren Verfahrensstufen, insbesondere beim Frischen von Roheisen mit hohem Phosphorgehalt, Während jener Phase des Frischprozesses, bei welcher die Entkohlung sehr lebhaft wird, verursacht jedoch das Kochen eine heftige Durchwirbelung, die für das Fortschreiten der Reaktion wichtig ist.
Wird aber das Verfahren in einem Drehofen ausgeführt, so lässt sich während der gesamten Dauer des Prozesses eine lebhafte Badbewegung erzielen. Hiedurch wird bewirkt, dass die Reaktionen zwischen dem Metallbad und der Schlacke rascher und vollständiger verlaufen. Damit wird es u. a. ermöglicht, den Eisengehalt in der Endschlacke herabzusetzen und dadurch die Ausbeute an metallischem Eisen in einem wesentlichen Ausmasse zu erhöhen. Die Rotation macht es des weiteren möglich, eine genügende Berührung zwischen dem Sauerstoff und dem Bad herbeizuführen, ohne dabei den Sauerstoff mit einem hohen Überdruck auf bzw. in das Bad blasen zu müssen, wie dies bei einem stationären Ofen notwendig ist. Die Sauerstoffdüsen brauchen auch nicht direkt gegen das Bad gerichtet zu sein.
Auf diese Weise wird der gasförmige Sauerstoff vor dem Erreichen des Bades in einem gewissen Ausmass mit den Ofengasen vermischt und die Berührung mit dem Bade wird über eine verhältnismässig grosse Oberfläche verteilt. Hiedurch wird die Verdampfung beträchtlicher Mengen, insbesondere von Eisen und Mangan, herabgesetzt ; diese Verdampfung ist bei der streng lokalisierten Sauerstoffzufuhr in feststehenden Öfen unvermeidbar und führt zu grossen Eisenverlusten durch die entweichenden Gase, die einen besonders stark belästigenden Rauch bilden.
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Zur Erzielung einer ausreichenden Badbewegung im Drehofen scheint aber eine verhältnismässig hohe
Rotationsgeschwindigkeit besonders geeignet. Eine Steigerung dieser Geschwindigkeit auf 30-40 Umdre- hungen je Minute wäre vor allem dann sehr erwünscht, wenn eine besonders kräftige Durchrührung erreicht werden soll. Während bestimmter Zeitabschnitte des Blasvorganges und insbesondere dann, wenn die Ent- kohlung im Frischprozess sehr lebhaft ist und zu der Durchwirbelung beiträgt, könnte jedoch die Ge- schwindigkeit ohne Nachteil beträchtlich verringert werden.
Von der Möglichkeit, den Ofen an jenen Stellen des Prozesses, wo dies vom metallurgischen Stand- punkt aus ohne Nachteil möglich ist, mit einer geringeren Geschwindigkeit laufen zu lassen, sollte Ge- brauch gemacht werden, weil dadurch neben andern Vorteilen eine beträchtlich höhere Lebensdauer des
Konverterfutters erzielt werden kann. Es scheint nämlich, dass-zumindest unter gewissen Umständen - bei Anwendung einet erhöhten Rotationsgeschwindigkeit mit einer kürzeren Lebensdauer des Futters ge- rechnet werden muss.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine weitere Entwicklung der bekannten Prozesse und schafft ein Verfahren, das sich namentlich auch zum Frischen von Eisen mit mehr als 1% Silicium und bzw. oder mehr als 0, Xo Phosphor eignet. Gemäss dem neuen Verfahren wird während jener Perioden des
Frischvorganges, in denen keine oder nur geringe Gasentwicklung und damit keine selbsttätige Durchmi- schung des Bades stattfindet, in etwa liegender Stellung des Ofens mit Rotation desselben gearbeitet, wäh- rend in der Zeit der lebhaften Kohlenstoffverbrennung, in der lebhafte CO-Entwicklung und damit eine selbsttätige Durchmischung des Bades erfolgt, mit etwa senkrecht gestelltem Ofen gearbeitet und das sauerstoffhaltige Gas dem Bad von oben her zugeführt wird,
wobei mit oder ohne Rotation des Ofens gear- beitet werden kann. Unter dem Arbeiten mit etwa liegendem, rotierendem Ofen ist eine horizontale oder geneigte, vorzugsweise nicht mehr als 450 geneigte Lage der Drehachse des Ofens zu verstehen. Das Ar- beiten mit liegendem, rotierendem Ofen kann mit besonderem Vorteil am Beginn des Frischens, wenn in der Hauptsache Silizium und Mangan oxydiert werden, sowie am Ende des Frischprozesses vorgenommen werden.
Zur praktischen Ausführung des Verfahrens kann zweckmässig ein Ofen verwendet werden, der aus einer feuerfest ausgekleideten, mit einer stirnseitigen Öffnung versehenen, sonst aber geschlossenen Trom- mel besteht, die um eine durch das geschlossene Trommelende und durch die genannte Öffnung hindurch- gehende Drehachse rotierbar ist. Die Trommel muss verschwenkbar aufgehängt oder gelagert sein, so dass ihre Rotationsachse aus der etwa liegenden in eine im wesentlichen aufgerichtete Stellung und umgekehrt gebracht werden kann, und muss ferner wenigstens für die erwähnte liegende, also im wesentlichen hori- zontale oder geneigte Stellung der Drehachse eine Antriebsvorrichtung zur Rotation des Ofens um diese
Achse besitzen. Der Ofen kann verschwenkbar eingerichtet sein, indem er zusammen mit dem Antriebs- mechanismus auf Wende-bzw. Stirnzapfen gelagert ist.
Wenn die Trommel in die vertikale Stellung auf- gerichtet wird, ergibt die Rotation nur eine verhältnismässig geringe Rührwirkung. Daher kann das Blasen mit ebenso guten Ergebnissen wie bei einem feststehenden Ofen stattfinden, d. h. also gemäss dem Prinzip des LD-Verfahrens.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann zum Frischen von Thomas-Roheisen oder anderem Roheisen mit einem Phosphorgehalt von z. .0,57to oder mehr, unter Benützung einer Ofeneinrichtung der beschrie- benen Art, nach den Angaben des folgenden Ausführungsbeispieles angewendet werden :
Sobald der Ofen mit Roheisen beschickt ist, wird gasförmiger Sauerstoff einige Minuten lang in den in ho- rizontaler oder annähernd horizontaler Lage befindlichen Ofen eingeblasen, der mit relativ hoher Drehge- schwindigkeit rotiert, damit der Entwicklung eines starken Rauches bei der Oxydation von Silizium und Man -
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begegnet werden kann. Wenn stärkeres Kochen einsetzt unddgl. zum Bade wird das Blasen durch Eintauchen einer lotrechten Sauerstoffdüse in das Bad fortgeführt.
Der Ofen braucht während dieser Arbeitsphase nicht gedreht zu werden. In der Endphase des Prozesses wird das Blasen wieder bei mehr oder weniger horizontaler Lage des Ofens durchgeführt, damit die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen der Schlacke und dem Stahlbad erhöht wird und dadurch die Eisenverluste in der Schlacke herabgesetzt werden können. Zur Kühlung des Bades während der Reaktion kann sowohl Erz als auch Schrott kontinuierlich oder stufenweise hinzugefügt werden. Wenn Schrott in grösseren Stücken dem Schmelzbad zugesetzt werden soll, dann soll dies vorzugsweise unmittelbar vor dem Aufrichten des Ofens in die vertikale Stellung geschehen. Feiner verteilter Schrott kann ohne Nachteil auch vor oder während des Rotierens zugesetzt werden.
Roheisen anderer Art kann in gleicher Weise gefrischt werden. Es ist im allgemeinen zweckmässig,
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die Dauer des Blasens im Drehofen soweit als möglich zu beschränken, ohne aber hiedurch das Fortschreiten des Prozesses ungünstig zu beeinflussen, worauf man den noch durchzuführenden Teil des Blasprozesses, gewöhnlich nach Einlegen einer Pause während des lebhaftester1Teiles der Kochperiode, bei feststehendem oder nur langsam rotierendem Ofen in vertikaler Lage desselben ausführt. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Ofenauskleidung beträchtlich erhöht werden und die Vorteile der Rotationswirkung können gleichzeitig zur Gänze nutzbar gemacht werden.
Während des Kochens wird durch die Gasentwicklung immer eine, mitunter sehr bedeutende Volumensvergrösserung der Charge hervorgerufen,. insbesondere wenn die gleichzeitig im Ofen gebildete Schlacke zum Schäumen gelangt, was oft der Fall ist. Im Hinblick darauf, dass der zulässige Fullungsgrad des Ofens in der Vertikalstellung grösser als in der Horizontallage ist, ist es daher möglich, eine grö- ssere Charge im Ofen zu verwenden, wenn das Blasen bei mehr oder weniger vertikalem Ofen stattfindet, zumindest während des sehr lebhaften Vlallens. Eine Erhöhung der Blasegeschwindigkeit bzw. -intensität ist auch bei dieser Arbeitsweise erreichbar.
Ein bedeutender Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin gelegen, dass es sich zum Frischen von Roheisen mit hohen Siliziumgehalten besonders gut eignet. Wenn die Siliziumgehalte 1-1, 5je überschreiten, ist es bei Ausführung des Prozesses'in einem stationären Ofen bisher schwierig gewesen, die Reaktion am Beginn des Blasvorganges in Gang zu setzen. Lässt man aber den Ofen derart rotieren, dass eine lebhafte Badbewegung hervorgerufen wird, so setzt die Reaktion sofort ein und sobald der Siliziumgehalt verringert ist, kann das Blasen bei vertikaler Stellung des Ofens, falls dies von andern Gesichtspunkten aus erwünscht ist, fortgesetzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Frischen von geschmolzenem Roheisen od. dgl. legiertem oder unlegiertem kohlenstoffhaltigem Eisen, insbesondere von Eisen mit mehr als 10/in Silizium und bzw. oder mehr als 0,5je Phosphor, in einem um eine Drehachse rotierbaren Ofen, durch Einblasen eines mindestens 40% Sauerstoff enthaltenden Gases, wie gasförmiger Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, dadurch gekennzeichnet, dass während jener Perioden, in denen keine oder nur geringe Gasentwicklung und damit keine selbsttätige Durchmischung des Bades stattfindet, in etwa liegender Stellung des Ofens mit Rotation desselben gearbeitet wird, während in der Zeit der lebhaften Kohlenstoffverbrennung, in der lebhafte CO-Entwicklung und damit eine selbsttätige Durchmischung des Bades erfolgt,
mit etwa senkrecht gestelltem Ofen gearbeitet und das sauerstoffhaltige Gas dem Bad von oben her zugeführt wird, wobei mit oder ohne Rotation des Ofens gearbeitet werden kann.