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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Frischen von Roheisen in
Konvertern und den zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Konverter selbst.
Um die Reaktion zwischen Schlacke und Bad bei der Frischbehandlung zu beschleunigen,
hat man vorgeschlagen, einen konverterartigen Ofen während des Aufblasens von Sauerstoff
mit einer Lanze um seine Längsachse rotieren zu lassen. Es gelingt auf diese Weise,
für Massenstähle erheblich niedrige Schwefelgehalte bzw. Phosphorgehalte zu erzielen,
so daß die Güte des erschmolzenen Materials im Bereich der Tiefziehqualität liegt.
Die Entwicklung, in Stahlwerkskonvertern immer mehr hochwertigere Stähle zu erschmelzen,
um deren Gestehungskosten zu senken, löst aber auch eine Reihe von Problemen aus,
die bis jetzt nicht überwunden werden konnten.
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Bei rotierenden Gefäßen rollt die Schmelzbadwelle auf der Ausmauerung
ab und schiebt dabei die Schlackenschicht derart vor sich her, daß die in der Schlacke
enthaltenen, relativ aggressiven Stoffe intensiv mit dem Mauerwerk in Berührung
gebracht werden. Im höheren Temperaturbereich, wie dies beim Frischen von Roheisen
gegeben ist, besteht eine große Neigung des glühenden Mauerwerkes und der Reaktionsstoffe
bzw. der Schmelze, aufeinander einzuwirken.
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Im Fall des Rotationsverfahrens kommt es deshalb zu einem beträchtlichen
Verschleiß des Mauerwerkes, da dieses zusätzlich mechanisch beansprucht wird. Die
Bewegung der flüssigen Schmelze bewirkt insbesondere ein sehr schnelles Auswaschen
des Futters, was die Herstellungskosten des Stahls erheblich verteuert. An und für
sich ist überhaupt keine Reaktion mit dem Mauerwerk beabsichtigt, so daß sowohl
Ablagerungen von Schlacken am Mauerwerk oder Auskolken der Oberfläche nach einer
gewissen Chargenzahl dazu zwingen, das Konvertergefäß stillzulegen, erkalten zu
lassen, neu zuzustellen und wieder aufheizen zu müssen.
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Neben diesen am Rand des Verfahrens auftretenden Mängeln, ist die
beim Rotationsverfahren auftretende Relativbewegung zwischen Bad und Schlacke erforderlich,
die Schlacke nicht allzusehr innerhalb des Bades zu verteilen, weil sie später nicht
ganz einfach wieder aus der Schmelze entfernt werden kann, sondern gewissermaßen
im oberen Bereich des Schmelzbades eine wenn auch unterbrochene Schlakkenschicht
zu erhalten, die möglichst von vielen Seiten vom Schmelzbad umspült wird. Es hat
sich in der Praxis gezeigt, daß ein derartiges Verhalten die günstigste Grundlage
für eine brauchbare Reaktion darstellt.
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Zum Stand der Technik gehört eine Lösung gemäß der Patentschrift 1303
des Amtes für Erfindungs-und Patentwesen in Ost-Berlin, nach der so vorgegangen
wird, daß das Roheisen beim Frischen in einem konverterähnlichen Gefäß durch eine
langsame Schaukelbewegung über eine Erhöhung geleitet wird, wobei auf dem höchsten
Punkt der Frischgasstrom intensiv auf die Schmelzbadschicht verhältnismäßig geringer
Tiefe geblasen wird. Ein solches Verfahren konnte sich schon allein deshalb nicht
bewähren, weil im Augenblick des überschreitens des höchsten Punktes eine auf dem
Schmelzbad schwimmende Schlackenschicht zerrissen werden mußte. Das Verfahren hat
sich deshalb auch in der Praxis nicht durchgesetzt und ist völlig außer Anwendung
geraten. Ein anderer Grund für das Mißlingen eines derartigen Vorgehens besteht
darin, daß bereits über die Erhöhung gelangte Schmelze außerhalb des Reaktionsbereiches
gebracht ist, so daß eine bereits begonnene Einleitung des Prozesses unterbrochen
wird, was Wirtschaftlichkeitsüberlegungen entgegensteht.
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Die vorliegende Erfindung geht davon aus, eine Intensivierung der
Relativbewegungen zwischen Schlackenschicht und Bad, also ein besseres Umspülen
der Schlackenteilchen von Schmelze möglichst von mehreren Seiten zugleich und damit
eine hochprozentige Ausnutzung der Schlacke zu erreichen. Wenn metallurgisch betrachtet
bessere Ergebnisse als bei den bekannten Verfahren erzielt werden sollen, so ist
es gleichermaßen Aufgabe der Erfindung, die Mängel der bekannten Verfahren zu vermeiden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
der aufgerichtete Konverter in senkrechter Ebene in Schwingungen mit einer Frequenz
zwischen zehn und sechzig pro Minute und mit im Verhältnis zum Schwingradius kleiner
Amplitude um eine waagerechte Achse versetzt wird, die in der Höhe der durch die
Kippzapfen gehenden Achse liegt. Eine solche kurze schwingende Bewegung hat folgende
Vorteile: Bei dieser Badbewegung findet eine tiefgreifende Umwälzung statt, ohne
daß die Schlackenschicht in ungewollter Weise gespalten wird. Dabei steigt die Badwelle
in erheblicher Höhe an der Innenwand des Konverters hoch, praktisch etwa gemäß dem
Verlauf der Wandung, so daß der Verschleiß das Futter gleichmäßig abträgt. Prinzipiell
kann ein Verschleiß bei derartigen metallurgischen Verfahren ohnehin nicht verhindert
werden, so daß dies die günstigste Form darstellt, um das Ausmauerungsfutter des
Gefäßes solange wie möglich zu erhalten bzw. einen hohen Ausnutzungsgrad zu erzielen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt jedoch noch weitere Vorzüge,
-beispielsweise beim Schrotteinsatz. Man kann schon nach dem Schrotteinsatz eine
gewisse gleichmäßige Verteilung des Schrotts erzielen, wenn man die Bewegung entsprechend
einleitet. Die Erfindung gestattet jedoch auch nach dem Zugießen des fertigen Roheisens
zu schaukeln, was besonders vorteilhaft ist. Dadurch wird das Niederschmelzen des
Schrotts aus der Wärme des Roheisens bereits eingeleitet und beschleunigt. Anbackungen
des Schrotts an der Konverterwandung können übrigens mit Sicherheit vermieden werden.
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Was an dieser Stelle über das Eindringen des Schrotts gesagt ist,
gilt in ähnlichem Maß auch für Erze, Legierungszuschläge oder sonstige Bestandteile
der Charge. Immer wird es zweckmäßig sein, eine schnellere und gleichmäßigere Auflösung
der eingebrachten Materialien herbeizuführen. Unter größtmöglichem Schonen der Gefäßausmauerung
werden diese Vorteile in liegender Arbeitsweise des Gefäßes beispielsweise gemäß
der französischen Patentschrift 1209 379 nicht erzielt.
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Diese Art der Badbewegung läßt sich nach der weiteren Erfindung auch
noch derart beeinflussen, daß Frequenz und Amplitude der Badschwingung so aufeinander
abgestimmt werden, daß ein überkippen der Wellen an der Gefäßinnenwand hervorgerufen
wird.
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Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Vorgehens besteht
darin, daß das Bad durch Schwingbewegungen des Konvertergefäßes mit kleiner Amplitude
und größerer Schwingungszahl in der
Badmitte in stärkere Schwingungen
versetzt wird als am Rand. Es ergeben sich infolge der hintereinanderlaufenden Stöße
und der »Echowellen« Interferenzerscheinungen, welche dazu führen, daß in den Randzonen
des Bades - wie wegen der Ausmauerung erwünscht - nur geringe Bewegungen entstehen,
während in der Mitte erhebliche Wellen und damit starke Durchmischungen von Schlacke
und Bad auftreten. Diese bisher nicht bekannte Art der Badbewegung in metallurgischen
Gefäßen, nämlich im wesentlichen in der Mitte des Bades, nicht aber in dessen Außenbereichen,
bringt ebenfalls neben der Schonung der Ausmauerung eine wesentliche Wirkung in
bezug auf eine intensivierte Reaktion. Die Schmelzenteilchen durchlaufen dabei mehrfach
ein und denselben Bereich, woran zu erkennen sein mag, daß der einmal eingeleitete
Prozeß hier nicht unterbrochen wird, sondern im Gegenteil eine wesentliche Unterstützung
erfährt.
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Die Erfindung sieht ferner vor, um die erwünschte Bewegung zu erreichen,
daß die Amplitude der Schwingungen im Bereich des Badspiegels etwa 30 bis 150 cm
beträgt.
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Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstofflanze
des Konverters während der Schwingbewegung des Bades absolut stillsteht. Daraus
ergibt sich durch die Relativbewegung der Effekt, daß der stationär aus dem Sauerstoffrohr
austretende Gasstrom auf verschiedene Flächen des Schmelzbades ohne sonstige Maßnahmen
verteilt wird.
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In Zeiten überhöhter Reaktion kann aber auch danach verfahren werden,
daß die Sauerstofflanze durch einen Schwingantrieb in eine mit der Konvertergefäßbewegung
synchrone gleichsinnige Bewegung versetzt wird.
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Schwingbar aufgehängte Konvertergefäße sind bekannt (z. B. Patentschrift
1303 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin). Für das erfindungsgemäße
Stahlherstellungsverfahren scheinen die bekannten Einrichtungen wegen der Trägheit
der Masse des Schmelzbades und wegen der Notwendigkeit ihrer sicheren Beherrschung
nicht geeignet.
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Im Hinblick darauf, daß die Beherrschung der Schmelzbadbewegung und
das gleichzeitige Aufzwingen einer geänderten Bewegung besonderer Maßnahmen bedarf,
sieht die Erfindung eine in Schwingungsrichtung am Konvertergefäß angreifende Schwingungserzeugungsanlage
vor, die aus einem druckmittelbeaufschlagten im Takt und Gegentakt arbeitenden Kolbentriebwerk
besteht.
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Der Vorzug eines derartig ausgerüsteten Konvertergefäßes liegt demnach
in der Kraft- und Gegenkrafterzeugung, um die auftretenden Massenbeschleunigungen
bzw. Verzögerungen zu führen.
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Die Erfindung ist ferner so ausgestaltet, daß die Schwingungserzeugungsanlage
aus zwei gegenläufig arbeitenden Kraftzylindern besteht.
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Stahlwerkskonverter sind im allgemeinen schon alleine deswegen kippbar,
um die verschiedenen Betriebsstellungen, nämlich Beschicken, Blasen, Abstechen und
Ausbrechen des Mauerwerkes, vornehmen zu können. Nach einem anderen Merkmal der
Erfindung ist deshalb der Konverterantrieb drehbar gelagert und gegenüber dem Konverter
blockierbar, so daß der Konverter samt dem blockierten Getriebe in Schwingbewegungen
versetzbar ist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines für die Zwecke des
erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Konverterkippgetriebes besteht darin, daß
dieses als Planetengetriebe mit blockiertem Gehäuse ausgebildet ist.
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Für alle Arten von Antrieben ist nach zusätzlichen Merkmalen vorgesehen,
daß der Schwingungsantrieb in Frequenz und Amplitude regelbar ausgebildet ist. Die
verwendeten Antriebe eignen sich insbesondere zur Bewegungsumkehr und zur Erzeugung
von größeren Beschleunigungen, d. h. zum Aufbringen der entsprechenden Beschleunigungs-
bzw. Verzögerungskräfte.
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Im allgemeinen wird man die Schwingbewegung zur Baddurchmischung so
ausführen, daß die vorhandenen Konverterkippzapfen auch als Drehzapfen für die Schwingbewegungen
benutzt werden können. Es kann sich aber auch als zweckmäßig erweisen, eine senkrecht
dazu stehende Schwingbewegung ausführen zu lassen und die Kippzapfen nur für die
üblichen Kippbewegungen der bereits erwähnten Betriebsmaßnahmen zu verwenden. Die
Erfindung schlägt deshalb vor, daß der Konverter mittels Zapfen in einem kardanischen
Ring gelagert ist, der seinerseits waagerechte Kippzapfen trägt, die senkrecht zu
den Zapfen des Konvertergefäßes liegen, und daß das Gefäß gegenüber dem kardanischen
Ring für das Kippen mit einer Blockiervorrichtung versehen ist. Bei einer solchen
Ausführung braucht man den Konverterkippantrieb nicht abzukuppeln, wenn man die
Schwingbewegungen ausführen lassen will, so daß die üblichen einfachen, starren
Kupplungen zwischen Kippantrieb und Kippzapfen weiter benutzt werden können.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß der Schwingungserzeugungsantrieb
in der Schwingungsebene des Gefäßes um die Lagerzapfen des kardanischen Ringes arbeitet.
Es wird als vorteilhaft angesehen, insbesondere mit einem Kurbelgetriebe arbeitenden
Antrieb die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte durchzuführen, wobei der Antrieb
direkt am Konvertergefäß angreift und bei abgeschaltetem Kippantrieb arbeitet.
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Durch den Direktantrieb am Konvertergefäß werden die ohnehin mechanisch
und thermisch hochbeanspruchten Konverterzapfen von den stoßartigen Beanspruchungen
bei der Bewegungsumkehr entlastet, und man ist in der Wahl der Frequenzen und Amplituden
freier.
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Zur Erfindung gehört ferner, daß die unteren Badbereiche für die erfindungsgemäßen
Badbewegungsvorgänge günstiger derart zugänglich gemacht werden können, daß der
Konverterboden stark nach außen gewölbt ausgeführt ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäß ausgerüsteten
Konvertergefäßes schematisch dargestellt und vor allen Dingen Abbildungen gezeigt,
an denen der Bewegungsablauf der Schmelze erklärt werden kann.
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F i g. 1 stellt einen vertikalen Achsenschnitt durch Gefäß und Schmelzbad
mit eingeführter Sauerstofflanze dar, F i g. 2 eine weitere Phase der Wellenbewegung
bei entsprechendem Rhythmus der Gefäßbewegung; F i g. 3 und A. zeigen einen Konverter
mit Lagerung der Zapfen in feststehenden Lagern in zwei Ansichten von verschiedenen
Seiten; F i g. 5 gibt einen Konverter in kardanischer Aufhängung wieder.
Wählt
man die Amplitude verhältnismäßig groß und die Frequenz klein, so 1'äßt sich eine
Badbewegung etwa nach F i g.1 erzielen. Bei dieser Badbewegung findet eine tiefgreifende
Umwälzung statt. Die Badwelle kann in erhebliche Höhe an der Innenwand des Konverters
hochsteigen.
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Gemäß F i g. 2 kann sich durch kurze Schwingbewegungen, also bei kleinerer
Amplitude und größerer Frequenz eine andere Art der Badbewegung einstellen. Hier
treten die bereits erwähnten Interferenzerscheinungen auf, welche dazu führen, insbesondere
in der Badmitte besonders starke Mischbewegungen erzeugen zu können.
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Gemäß den F i g. 3 und 4 ist das Konvertergefäß 1 in den feststehenden
Lagern 2 mit den Zapfen 3 gelagert.
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Der Motor treibt über ein Getriebe 5 und die lösbare Kupplung 6 den
Konverter an. Das Konvertergefäß ist ferner mit einem seitlichen Zapfen
10 versehen, an welchem der Schwingantrieb angreift, der beispielsweise aus
den hydraulischen oder pneumatischen Zylindern 11 und den Kolbenstangen 12 besteht,
die mit ihren Kuppelflächen den Zapfen 10
beiderseits einschließen.
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Nach Lösen der-Kupplung 6 kann das Konvertergefäß mit Hilfe der gegenläufig
gesteuerten Zylinder 11 in Schwingungen um die Achsen der Zapfen 3 versetzt werden.
Diese Schwingungen können je nach der Art der Behandlung des Bades mit einer Frequenz
von 10 bis 60 Schwingungen pro Minute durchgeführt werden. Die Amplitude bewegt
sich in der Größenordnung von 30 bis 100 cm für ein Gefäß von etwa 10 bis 70 t Inhalt.
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In diesen Fällen braucht die den Sauerstoff zuführende Lanze nicht
mitbewegt zu werden, weil der Konvertermund eine entsprechende Bewegung zuläßt.
Es steht aber auch nichts im Wege, die Sauerstofflanze in gleicher Weise synchron
durch ein oder mehrere Zylinder zu bewegen, wie das bei der Schwingbewegung des
Konvertergefäßes nach F i g. 4 durchgeführt wird.
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In vielen Fällen wird es genügen, wenn das Schwingen des Konvertergefäßes
und die damit verbundene Durchmischung von aktiver Schlacke und Bad nach dem Sauerstoffblasen
vorgenommen werden.
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Bei der Ausführung nach F i g. 5 sind die Konverterzapfen 3 in einem
Ring 20 gelagert, der seinerseits mit Zapfen 21 in ortsfesten Lagern
22 kippbar aufgehängt ist. An einem der Zapfen 21 greift der Kippantrieb
an.
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Beim Kippen des Konverters ist durch eine nicht dargestellte Vorrichtung
elektromagnetisch das Konvertergefäß mit dem kardanischen Ring 20 fest verbunden,
beispielsweise kann das durch Bremsbacken geschehen, welche eine Fortsetzung der
Zapfen 3 umschließen, am Ring 20 gelagert sind und in bekannter Weise durch
Hubmagnete gesteuert werden.
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Zum Zweck, dem Bad eine Schaukelbewegung zu erteilen, ist wiederum
am Konvertergefäß ein Zapfen 10 angebracht, an dem im vorliegenden Fall ein
Kurbelantrieb 25, 26 angreift. Die Verbindung zwischen Zapfen 10 und Pleuelstange
26 ist lösbar. An die Stelle der lösbaren Verbindung kann auch eine Gabel
treten, die von unten oder oben über den Zapfen 10 gesteckt wird und dadurch
den Antrieb mit dem Gefäß doppelseitig kuppelt, so daß hin- und hergehende Bewegungen
übertragen werden können.
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Statt den Schwingantrieb völlig getrennt vom Kippantrieb des Konverters
anzuordnen, kann man auch das Kippgetriebe gegebenenfalls samt dem Motor blockieren
und durch einen zweiten Motor als Ganzes zusammen mit dem Konverter in Schwingungen
versetzen. Das Getriebe darf dann nicht fest mit dem Fundament verankert werden,
sondern muß schwingungsfähig in Lagern gehalten werden. Dies wird insbesondere dann
bequem durchzuführen sein, wenn ein Planetengetriebe benutzt wird.
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Beim Kippbetrieb liegt das Gehäuse fest. Bei der Schwingungsbewegung
wird die Verbindung gelöst oder gelockert, so daß der in diesem Fall beispielsweise
am Getriebegehäuse angreifende Schwingungsantrieb das Gehäuse als Ganzes und damit
auch den Konverter in Pendelbewegungen versetzt.
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An die Stelle einer Verankerung kann auch ein selbsthemmendes Schneckengetriebe
treten, welches das Getriebe beim Kippen des Konverters festhält, es dagegen bei
der Schwingbewegung in entgegengesetzter Richtung antreibt.