AT402734B

AT402734B - Verfahren zum erzeugen von stahl aus flüssigem roheisen und einem festen eiseträger, insbesondere scrott

Info

Publication number: AT402734B
Application number: AT0272488A
Authority: AT
Inventors: Alfred Dr Mittermair; Dieter Mag Schrammel
Original assignee: Alfred Dr Mittermair; Dieter Mag Schrammel
Priority date: 1988-11-07
Filing date: 1988-11-07
Publication date: 1997-08-25
Also published as: ATA272488A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von Stahl aus flüssigem Roheisen und einem festen Eisenträger, Insbesondere Schrott, wobei der feste Eisenträger mittels der beim Fnschen des flüssigen Roheisens entstehenden Abgase vorgewärmt wird, bevor er geschmolzen und mit dem gefnschten Roheisen vermischt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Zur Gewinnung von flüssigem Roheisen aus Schrott ist es bekannt (DE 32 19 984 A1), den Schrott durch die Abgase aus einem Reaktorgefäss zum Schmelzen des Schrotts vorzuwärmen Um die nötige
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sicherzustellen, wird Ineingeblasen und das entstehende, CO-hältige Abgas innerhalb des Reaktors zum Teil mit Hilfe von zusätzlich eingeblasene Luft zu C02 verbrannt, wobei das geschmolzene Eisen aufgekohlt und aufgewärmt wird.

Der Schrott, der durch die Abgase aus dem Reaktionsgefäss unter einer Nachverbrennung des in den Abgasen enthaltenen Kohlenstoffes vorgewärmt wird, kann dann in das Reaktionsgefäss eingebracht und innerhalb des bereits vorhandenen Bades geschmolzen werden. Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren
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ausgenützt wird, weil die benötigte Schmelzenergie durch das Einblasen von Kohlenstoff in das flüssige Roheisen bereitgestellt werden muss.

Ähnliche Nachteile ergeben sich bei einem anderen bekannten Verfahren (DE 34 23 247 A1), bel dem die beim Frischen von flüssigem Roheisen entstehenden Abgase durch eine Koksschicht zwischen dem Fnschgefäss und dem Schrott geleitet werden, um durch ein Verbrennen des sich bildenden Kohlenmonoxids die Vorwärmung und das Schmelzen des Schrotts zu erreichen, der nach dem Schmelzen durch das Koksbett zum Fnschgefäss durchtropfen soll. Auch in diesem Fall ISt zusätzlicher Brennstoff notwendig, der mit dem Schrott eingesetzt wird.

Schliesslich ist es bekannt (AT 284 179), flüssiges Roheisen durch ein sauerstoffhältiges Gas zu zerstäuben und zu fnschen. Dieses bekannte Sprühfrischverfahren kann jedoch keine Lehre dafür geben, die Wärmeenergie des Roheisens vorteilhaft für eine Schrottvorwärmung auszunützen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass die im Roheisen enthaltene Reaktionswärme vorteilhaft zum Schmelzen des festen Eisenträgers ausgenützt werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das flüssige Roheisen In an sich bekannter Welse durch ein Sprühfnschen gefnscht wird und dass der vorgewärmte Eisenträger durch die sich beim Sprühfrischen bildende, gegen den Eisenträger gerichtete Sprühflamme geschmolzen wird.

Da zufolge dieser Massnahmen die sich beim Sprühfnschen bildende, hoch erhitzte Sprühflamme auf den vorgewärmten Eisenträger einwirkt, kann der Eisenträger im allgemeinen ohne Einsatz von Zusatzbrennstoff geschmolzen werden. Der Abbrand der Roheisenbegleiter wird dabei vorteilhaft so eingestellt. dass die schlackenbildenden Elemente (Si. Mn, P) möglichst vollständig abgebrannt werden, der Kohlenstoff hingegen nur soweit abbrennt, dass die Temperatur und kinetische Energie der entstehenden Sprühflamme ausreichen, um das Schmelzen des vorgewärmten Eisenträgers sicherzustellen.

Der in der Schmelze verbleibende Kohlenstoff soll ja eine übermässige Oxidation des Eisenträgers verhindern Dies kann durch eine geeignete Wahl des Oxidationsmittels, z B. einer Mischung von reinem Sauerstoff und Heissluft, durch eine Regelung des Druckes, der Menge und der Temperatur des Oxidationsgases, der Art der Zufuhr des OXIdationsmittels (Düsenform und Düsenquerschnitt) sowie der Brennraumgestaltung erreicht werden.

Besonders vorteilhafte Betriebsbedingungen ergeben sich, wenn der vorgewärmte Eisenträger in einem kontinuierlichen Matenalstrom der Sprühfiamme zugeführt wird, weil In diesem Fall gleichbleibende Schmelzbedingungen eingehalten werden können. Der aus dem flüssigen Roheisen und dem geschmolzenen Eisenträger gewonnene Rohstahl kann dann in an sich bekannter Weise kontinuierlich abgeführt werden. Wird die Zugabe von Schlackenbildnern, beispielsweise Kalk, erforderlich, so kann der Schlackenbildner dem zum Versprühen des flüssigen Roheisens dienenden Oxidationsgas kalt oder warm zugeführt werden, was eine vorteilhafte Verteilung des eingesetzten Schlackenbildners mit sich bnngt.

Um eine vorteilhafte Energieausnutzung zu gewährleisten, kann In weiterer Ausbildung der Erfindung das bei einem allfälligen Fertigfrischen des aus dem flüssigen Roheisen und dem geschmolzenen Elsenträger gewonnenen Rohstahls entstehende Abgas zumindest teilweise zum Vorwärmen des festen Eisenträgers eingesetzt werden Dieses beim Fertigfrischen des gewonnenen Rohstahls entstehende Abgas kann aber auch zum Vorwärmen eines Fnschgefässes für den Rohstahl Verwendung finden
Reicht die Im Roheisen enthaltene Wärmeenergie nicht aus, um den Eisenträger zu schmelzen, was Im allgemeinen nur beim Anfahren einer entsprechenden Anlage aus dem kalten Zustand.

bel einer unzurei- chenden Roheisenanalyse oder bel einem uberproportlonalen Schrottelnsatz der Fall sein wird, so kann dem festen Elsenträger Fremdwärme zugeführt werden
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temperatur teilweise für die Reduktion genutzt werden kann. Neben einer umweltverträglicheren Schlacke ergibt sich der zusätzliche Vorteil einer Matenalrückgewinnung.

Zur Durchführung des Verfahrens kann von einer Vorrichtung mit einem Schachtofen zum Vorwärmen des festen Eisenträgers in dem stehenden oder geneigten Schacht ausgegangen werden. Es muss lediglich dafür gesorgt werden, dass an dem Schacht wenigstens eine in den Schacht mündende Fnschkammer mit einer Sprühfnschelnrichtung seitlich angeschlossen Ist, so dass die beim Sprühfnschen entstehende Sprühflamme aus der Frischkammer gegen den den Schacht durchwandernden Eisenträger gerichtet wird. Besonders vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn der Schacht im Bereich der Frischkammer bzw. der über den Umfang verteilten Frischkammern einen erweiterten Querschnitt aufweist. der höhere Schmelzleistungen ermöglicht.

Der aus dem flüssigen Roheisen und dem geschmolzenen Eisenträger gewonnene Rohstahl wird bevorzugt in einer Auffangwanne gesammelt, die durch den Schachtboden gebildet wird und eine einfache Voraussetzung zur Trennung von Rohstahl und Schrott darstellt.

Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemässe Verfahren zum Erzeugen von Stahl aus flüssigem Roheisen und Schrott näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vomchtung zur Durchführung des Verfahrens in einem blockschaltbild- artigen Vertikalschnitt,
Fig. 2 diese Vorrichtung in einem Honzontalschnltt im Bereich der Frischkammern und
Fig. 3 eine gegenüber den Fig. 1 und 2 abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemässen
Vorrichtung ausschnittswelse im Bereich der Frischkammern in einem schematischen Verti- kalschnitt.

Die Vorrichtung zum Erzeugen von Stahl aus flüssigem Roheisen und Schrott besteht gemäss dem AusführungsbeispIel nach den Fig. 1 und 2 Im wesentlichen aus einem Schachtofen mit einem Schacht 1, einer Beschickung 2 für Schrott, einer Gicht 3 und einem Vorherd 4. Der Schachtofen, der in seinem Aufbau einem Kupolofen entspncht, kann einen vertikal oder geneigt angeordneten Schacht 1 aufweisen.

Die geneigte Anordnung begünstigt die Abscheidung von im Schrott enthaltenen, bei niedrigen Temperaturen schmelzenden Metallen, wie z. B. Kupfer. Die Höhe des Schachtes 1 ist so gewählt, dass zur Vorwärmung des Schrottes ausreichend Zeit (mindestens ca. 2 Stunden) zur Verfügung steht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kupolöfen wird die zum Schmelzen des Schrottes notwendige Wärmeenergie nicht über einen zusätzlichen Brennstoff zur Verfügung gestellt, sondern aus der Reaktionswärme des Roheisens, das in Frischkammern 5 verdüst und gefrischt wird. Zu diesem Zweck wird das flüssige Roheisen 6 mit Hilfe eines Oxidationsgases 21 in den Frischkammern 5 zu einer Sprühflamme 8 versprüht, die gegen den den Schacht 1 durchwandernden, vorgewärmten Schrott 10 gerichtet ist.

Die für den Prozess notwendigen Zuschlagstoffe 22 zur Verschlackung der schlackenbildenden Roheisenbegleltelemente werden dem Strahl des Oxidationsgases feinkörnig beigemengt, und zwar kalt oder vorgewärmt. Über Zusatzbrenner 23 kann die für die Inbetriebnahme notwendige Vorwärmung sichergestellt bzw. ein allenfalls auftretender Wärmemangel ausgeglichen werden.

Um ein gleichmässiges Schmelzen der Schrottsäule zu ermöglichen, können mehrere Fnschkammern 5 sternförmig um den Schacht 1 gleichmässig über den Umfang verteilt angeordnet sein. In den Fig. 1 und 2 sind beispielhaft zwei derartige Fnschkammern 5 angedeutet.

Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 zeigt die Fig. 3 einen Schachtofen, der Im Bereich der Sprühflammen 8 einen gegenüber dem übrigen Ofendurchmesser D erweiterten Durchmesser 01 aufweist, um die Schmelzleistung zu vergrössern. Die Sprühflammen 8 werden dabei schräg von oben auf die Schrottsäule geblasen. Der Schachtboden bildet eine Auffangwanne 25, die die sofortige Trennung der Schmelze vom Schrott und durch die muldenförmige Ausgestaltung dessen Zentnerung bewirkt.

Die Zufuhr des flüssigen Roheisens 6 zur jeweiligen Verdüsungsstelle erfolgt entweder durch einzelne Roheisenbehälter (Pfannen) oder mittels einer den Schacht 1 ringförmig umschliessenden Rinne 7, die zur besseren Temperaturregelung beheizt werden kann. Die Zuflussmenge des flüssigen Roheisens 6 muss entsprechend der gewünschten Erzeugungsleistung des Ofens durch ein Regelorgan regelbar sein. Die bei der Verdüsung entstehende, hocherhitzte, energiereiche Sprühfiamme 8 wird kontinuierlich mit hoher kinetischer Energie aus den Verdüsungseinrichtungen durch seitliche Öffnungen 9 des Schachtes 1 auf den vorgewärmten Schrott 10 geblasen, der dadurch geschmolzen wird.

Der geschmolzene Schrott und das fast fertig gefnschte Roheisen aus der Sprühflamme 8 ergeben eine Schmelze 11 mit einem wesentlich
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sammelt sich am Boden des Ofens und wird von dort gemäss der Fig. 1 kontinuierlich in den Vorherd 4 geleitet. Im Vorherd werden wie üblich Elsen und Schlacke getrennt. Die von der Schlacke getrennte Schmelze wird alternativ über die Rinnen 14a bzw. 14b In die Fertlgfnschpfannen 12a bzw. 12b geleitet. Dort wird der endgültige Kohlenstoffgehalt der Schmelze durch kontinuierliche oder diskontinuierliche

Zufuhr des noch nötigen Frischsauerstoffes 13 eingestellt.

Die beim Verdüsen entstehenden, überwiegend brennbaren, CO-haltigen Abgase 15 steigen im Schacht 1 auf und geben einen Teil Ihrer fühlbaren Wärme an den Schrott 10 ab. Der weitaus grössere, chemisch gebundene Energieanteil der Abgase 15 wird für die Vorwärmung des Schrottes 10 auf ca. 1000. C im Schacht 1 durch Nachverbrennung mit Kalt- oder Warmluft 16 genutzt Hiezu sind im Schacht 1 Luftzufuhr- öffnungen 17 vorgesehen, durch welche der für die Nachverbrennung des CO-Gases notwendige Sauerstoff zugeführt wird.

Das beim Nachfrischen des Kohlenstoffes in den Nachfnschpfannen 12a bzw. 12b entstehende. CO- hältige Abgas wird entweder dem Schachtofen zugeführt oder über eine Heissgasleitung 18 der jeweils nicht genutzten Nachfrischpfanne zur Vorwärmung durch Nachverbrennung zugeleitet. Das dabei entstehende Abgas wird über eine Leitung 24 abgeführt.

Die aus dem Vorherd 4 kontinuierlich auslaufende Schlacke 19 wird zur Reduktion der Metalloxide MnO und FeO laufend In die Reduktionstrommel 20 geleitet. Diese ist mit heissem Reduktionsmittel, z. B. Koks gefüllt. Die für die Reduktion der Metalloxide erforderliche Wärme wird der Reduktionstrommel 20 stetig, z.

B. durch Induktion zugeführt. Das austretende Gemenge, bestehend aus den Metallen und den Schlackenbestandteilen, wird In einer Pfanne aufgefangen, wo sich Metalle und Nichtmetalle durch Gewichtsdifferenz trennen.

Da die kontinuierlich anfallende Wärme des Frischprozesses zur Schrottvorwärmung und-schmelzung ausgenutzt wird, ergeben sich im Vergleich zu den üblichen Blasstahlverfahren erheblich geringere Energiekosten. Die weitgehende Ausnützung der Wärme des Frischprozesses macht auch sonst übliche Anlagen zur Abwärmenutzung überflüssig. Ausserdem kann aufgrund des besseren thermischen Wirkungsgrades das Einsatzverhältnis von Roheisen zu Schrott deutlich zugunsten des preiswerteren Schrottes verschoben werden.

Der einfache kontinuierliche Betrieb verringert nicht nur den konstruktiven Aufwand, sondern bietet wegen des ebenfalls kontinuierlich anfallenden Schlackenstromes die Möglichkeit, die Schlackenwärme zur Reduktion der in der Schlacke enthaltenen Metalle zu nutzen, was den für den Reduktionsvorgang nötigen Wärmebedarf verringert. Dadurch können Eisen und Mangan ohne besonderen Mehraufwand rückgewonnen werden, wobei die derart reduzierte Schlacke besser wirtschaftlich verwertet werden kann.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Erzeugen von Stahl aus flüssigem Roheisen und einem festen Eisenträger, insbesonde- re Schrott, wobei der feste Eisenträger mittels der beim Frischen des flüssigen Roheisens entstehen- den Abgase vorgewärmt wird, bevor er geschmolzen und mit dem gefrischten Roheisen vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Roheisen in an sich bekannter Weise durch ein Sprühfn- schen gefrischt wird und dass der vorgewärmte Eisenträger durch die sich beim Sprühfrischen bildende, gegen den Eisenträger gerichtete Sprühflamme geschmolzen wird 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgewärmte Eisenträger in einem kontinuierlichen Materialstrom der Sprühflamme zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem flüssigen Roheisen und dem geschmolzenen Eisenträger gewonnene Rohstahl in an sich bekannter Welse kontinuierlich abgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühfnschvorgang über die Zusammensetzung, die Zufuhr bzw. die Temperatur des Oxidationsgases Im Sinne einer vollkommenen Oxidation der schlackenbildenden Elemente des Roheisens und einer Kohlenstoffoxida- bon Jedoch lediglich In einem für ein optimales Schmetzergebnis erforderlichen Ausmass gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem zum Versprühen des flüssigen Roheisens d ! enenden Oxtdationsgas d) e Schiackenbiidner zugegeben werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bel einem allfälligen Fertigfrischen des aus dem flüssigen Roheisen und dem geschmolzenen Eisenträger gewonnenen Rohstahls entstehende Abgas zumindest teilweise zum Vorwärmen des festen Eisenträgers eingesetzt wird. <Desc/Clms Page number 4>

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das bel einem allfälligen Fertigfrischen des gewonnenen Rohstahls entstehende Abgas zum Vorwärmen eines Fnschgefässes für den Rohstahl verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bedarf dem festen Eisenträger Fremdwärme zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierlich anfallende Schlacke einem kontinuierlichen Reduktionsprozess unterzogen wird, bel dem die In der Schlacke gebundenen Metalle (Fe, Mn) mit Hilfe eines auf Reduktionstemperatur erhitzten Reduktion- mittels, z. B glühender Koks, reduziert werden.

10. Vomchtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Schacht- ofen zum Vorwärmen des festen Eisenträgers in dem stehenden oder geneigten Schacht, dadurch gekennzeichnet, dass an den Schacht (1) wenigstens eine In den Schacht (1) mündende Frischkam- EMI4.1 Frischkammer bzw. der über den Umfang verteilten Fnschkammern (5) einen erweiterten Querschnitt aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11. dadurch gekennzeichnet, dass der Schachtboden eine Auffangwanne (25) für den Rohstahl und die anfallende Schlacke bildet