DE19643459A1

DE19643459A1 - Verfahren zum Abreichern von hochschmelzenden Materialien

Info

Publication number: DE19643459A1
Application number: DE1996143459
Authority: DE
Inventors: Heribert Koenig; Heinz Stark; Heinz-Guenter Zimmer
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1996-10-10
Filing date: 1996-10-10
Publication date: 1998-04-16
Also published as: WO1998015665A1; AU5221298A; EP0948656A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abreichern von hochschmelzenden Materialien, insbesondere Schlacken von Metall- und/oder metalloxidhaltigen Mineralien.

Das übliche Verfahren beim Abreichern von Schlacke, von Schlackemattengemischen und Schlackesteingemischen sowie beim Einschmelzen und Abreichern von Rücklaufmaterialien insbesondere aus dem Stahlwerkskonverter sieht wie folgt aus:
Im Elektroofen befindet sich eine die Bodenzustellung schützende Metall- oder Metallmatte- oder Metallsteinbadschicht. Auf dieser Zwischenproduktschicht befindet sich eine Schlackenbadschicht, deren Höhe minimal gehalten aber so gewählt wird, daß ein Widerstandssystem gebildet wird, indem die maximal zum Prozeßablauf erforderliche Wärme umgesetzt werden kann. Bei diesem Verfahren kommt es zur hohen elektrischen induktiven und ohm'schen Verlusten, da die aus der geringen Schlackenbadhöhe resultierenden Schlackenwiderstände klein sind und ein stromintensives Leistungsbild erfordern.

Das Verfahren hat sich zum Ziel gesetzt, mit einfachen Mittel bei sparsamer Verwendung von Energien eine höhere Trennung des zu gewinnenden Metalls von den Gangarten zu erreichen.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Erfindungsgemäß wird dem ersten Hochleistungsschmelzaggregat ein zweites metallurgisches Gefäß nachgeschaltet. Dieses zweite metallurgische Gefäß ist ein in mindestens zwei Elektroden elektrisch beheiztes Ofengefäß. Im Bereich des Herdbodens dieses metallurgischen Gefäßes befindet sich ein Zwischenprodukt aus Metall- und/oder Metallmatte- und/oder Metallsteinschmelze. Auf diesem Zwischenprodukt befindet sich eine Schlackenbadschicht.

Die Chargierung in dieses zweite metallurgische Gefäß sieht wie folgt aus:

- Aus dem ersten Hochleistungsschmelzaggregat werden beispielsweise 10 bis 25% Cu₂O + Cu₂S bei einer Temperatur von 1200 bis 1250 °C zuchargiert.
- Weiterhin kann Schlacke aus einem Stahlkonverter zuchargiert werden.
- Als weitere Chargierung kommen beispielsweise 30 bis 35% Cu₂O + Cu₂S aus Rücklaufmaterialien und
- Koks zur Reduktion von oxydisch oder sulfidisch gebundenem Metall und zum Aufbau einer reduzierenden Atmosphäre über der Schmelze.

Durch Erhöhen der Temperatur wird eine Steigerung der Viskosität der Schmelze erreicht. Hierdurch können sich schwere Metall- und/oder Metallmatte- und/oder Metallsteinpartikel am Herdboden als Zwischenprodukt absetzen.

Im zweiten metallurgischen Gefäß wird möglichst lange und viel Schlacke angesammelt. Hierzu wird das metallurgische Gefäß in einem Maße beschickt, daß sich infolge das ca. 6-fache Badvolumen des Volumens befindet, welches pro Stunde chargiert wird. Durch das hohe Badvolumen soll eine möglichst lange Verweilzeit, d. h. Absetz- und Aussaigerungszeit der Schmelze erreicht werden. Der Abreicherungsgrad der Schmelze erreicht dabei sein Höchstmaß.

Aufgrund des großen Schlackevolumens kann die Leistung widerstandsintensiver gebildet werden, d. h. mit geringerem Strom und dadurch mit geringeren elektrischen Verlusten. Die Zuführung der elektrischen Energie zu dem Elektroofen erfolgt mittels Kohleelektroden, die in die Schmelze eintauchen. Der Wärmemechanismus ist dabei der Stromfluß durch den Widerstand der Schlacke zwischen den Elektroden und dem Widerstand zwischen den Elektroden und dem sich auf dem Herdboden ansammelnden Metall.

Aufgrund des Temperaturunterschiedes zwischen den chargierten Materialien und der im Ofen befindlichen schmelzflüssigen Schlacke sowie aufgrund des im unterschiedlichen Metallgehalt begründeten unterschiedlichen spezifischen Gewichtes zwischen dem chargierten und dem Ofen befindlichen Materialien fällt das neue chargierte Material in die unteren Schichten der vorhandenen Schlacke auf das Produktbad. Das Material entzieht dem Produktbad Wärme und nimmt Wärme der Schlacke auf.

In dem Maße wie das chargierte Material Wärme zur Temperaturerhöhung sowie zur Reaktion und Schmelzwärme aufnimmt, Reaktionen ablaufen und Metall ausfällt, steigt die abgereicherte Schlacke zu den oberen Badschichten hin. Es zeigt sich, daß eine ausreichend abgereicherte Endschlacke sich insbesondere in den obersten Schichten des Schmelzbades befindet.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein hoher Anteil Energie in den unteren Volumenbereich des schmelzflüssigen Bades eingetragen, da dort die Reaktion des Prozesses in Gang gesetzt wird. Gegebenenfalls wird vor dem Abstechen noch eine Verweilzeit ohne Chargierung zum Absetzen von Produktpartikeln eingefügt.

Nach Abreicherung und Reduktion der Schlacke wird die sogenannte Endschlacke, d. h. die den höchsten Abreicherungsgrad aufweisende Schlacke, abgestochen. Das Schlackeabstichvolumen beträgt ca. 20% des im Ofen befindlichen Gesamtschlackevolumens. Das Abstechen erfolgt in einem Höhenniveau, welches sicherstellt, daß nach dem Abstechen das wieder verschließbare Abstichloch noch 150 bis 200 mm unter dem Gesamtbadspiegel liegt.

Das in Bodennähe ausgefällte Zwischenprodukt wird ebenfalls diskontinuierlich abgestochen und zwar in einer Ebene, die sich zwischen 40 bis 60% der Pegelhöhe des gesamten Zwischenproduktes befindet.

Das Zwischenprodukt wird zur weiteren Behandlung, insbesondere zur Reinigung, an Konverter zugeführt.

Nach dem Abstechen der abgereicherten Endschlacke und des Zwischenproduktes wird dem metallurgischen Gefäß neue Charge zugeführt. Die Schlacke wird wiederum von etwa 1200 bis 1250°C auf eine Temperatur von 1300 bis 1400°C erwärmt. Der Abstand der eingesetzten Elektroden zueinander und die Eintauchtiefe der Elektroden in die Schmelze wird so bemessen, daß 65 bis 70% des Energieeintrages zwischen den Elektroden und dem Produktbad erfolgt. Diese elektrische Heizung erfolgt zum Zwecke der Aufrechterhaltung der Temperatur und zur Erhöhung der Temperatur, sowie zur Zuführung von zum Ablauf von Reaktionen erforderlichen Wärme sowie zum Zwecke der Steigerung der Viskosität. Der Heizmechanismus ist dabei der Stromfluß durch die elektrischen Widerstände, die die Schlacke zwischen und unter den Elektroden bildet.

Da der Prozeß mit weitgehend konstanten Badverhältnissen geführt wird, kommt es zu einer Vergleichmäßigung der elektrischen Verhältnisse und damit einer Vergleichmäßigung der Leistungsaufnahme.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt die

Fig. 1 ein Flußdiagramm des Gesamtprozesses und

Fig. 2 schematisch den Heizmechanismus.

Die Fig. 1 weist ein Hochleistungsschmelzgefäß 11 auf, welches einen Ofenboden 14 und eine Ofenwand 15 besitzt.

Im Ofenboden 14 ist eine Öffnung 17 vorgesehen, durch die Metall 12 abgestochen wird, welches einem Konverter 51 zugeführt wird.

In der Ofenwand 15 ist eine Öffnung 18 vorgesehen, über die Schlacke 13 abgestochen wird, die dem zweiten metallurgischen Gefäß 21 zugeführt wird.

Das sich im Konverter 51 befindende Metall 61 wird in das Hochleistungsschmelzgefäß 11 chargiert. Die Konverterschlacke 62 wird zusammen mit der Abstichschlacke 13, mit Rücklaufmaterial und mit Reduktionsmitteln dem zweiten metallurgischen Gefäß 21 zugeführt. Bei dem Rücklaufmaterial handelt es sich um Rinnen- und Pfannenausbrüche sowie Rückstände von Brechvorgängen und ähnlichen, die als Festmaterial dem elektrisch beheizten zweiten Gefäß als Festmaterial zugeführt werden.

Das zweite Gefäß 21 besitzt einen Ofenboden 24, eine Ofenwand 25 und darauf gelegt einen Deckel 29.

In der Fig. 1 sind schematisch die Betriebszustände I, II und III dargestellt.

Beim Betriebszustand I befindet sich im Gefäß in Nähe des Ofenbodens eine metallische Schmelze. Diese metallische Schmelze wird als Sumpf mit Ausnahme der ersten Anfahrphase stets aufrechterhalten. Diese metallische Schmelze ist ein Zwischenprodukt bestehend aus Metall, Metallmatte sowie Metallstein.

Auf dem Zwischenprodukt befindet sich eine Schlacke 43, in die flüssige und feste Materialien chargiert werden.

Im nachfolgenden Betriebszustand II befindet sich auf der metallischen Schmelze 41 ein metallischer Zuwachs 42.

Oberhalb dieses Zwischenproduktes 41, 42 befindet sich Schlacke 43 mit dem Schlackenzuwachs 44.

Am Ende des Produktionsprozesses ist die Schlacke 43, 44 so abgereichert, daß die oberste Schlackenschicht 45 ohne Wertstoff ist.

Im Betriebszustand III wird die abgereicherte Schlacke 45 über eine Abstichöffnung 23 soweit abgestochen, daß der Restbadspiegel noch etwa 150 bis 200 mm darüber liegt.

Abschließend wird das Zwischenprodukt 41, 42 in einer Höhe h_M abgestochen, die etwa in der Hälfte des gesamten metallischen Pegels H_n liegt.

Die über die Abstichöffnung 22 abgestochene metallische Schmelze 28 wird dem Konverter 51 zugeführt.

Die durch den Deckel 29 in das Gefäß 21 hineinragende Elektroden 26 sind schematisch in der Fig. 2 dargestellt.

Die Elektroden tauchen dabei in die Schmelze ein und der Abstand der Elektroden zueinander und die Eintauchtiefe der Elektroden in die Schmelze sind so bemessen, daß 65 bis 70% des Energieeintrages zwischen den Elektroden und dem Produktbad erfolgt.

Die Fig. 2 zeigt das elektrisch beheizte zweite Gefäß 21 mit der Ofenwand 25, dem Ofenboden 24 und dem Deckel 29. In Nähe des Ofenbodens 24 befindet sich das Zwischenprodukt 41, 42 und darauf die Schlacke 43 mit der abgereicherten Schlacke 45 in Nähe des Pegels der Gesamtschmelze H_Bad.

Die Elektroden 26 sind so zueinander angeordnet, daß zum einen ein Schlackevolumen V_h des horizontalen Stromflusses und Energieeinbringens und zum anderen pro Elektrode ein Schlackenvolumen V_v des vertikalen Stromflusses und Energieeinbringens vorhanden ist.

Bezugszeichenliste

Erstes Gefäß

11

Hochleistungsschmelzgefäß

12

Abstichmetall

13

Abstichschlacke

14

Ofenboden

15

Ofenwand

17

Öffnung Metall

18

Öffnung Schlacke

Zweites Gefäß
21 Elektrisch beheiztes zweites Gefäß
22 Abstichöffnung Metall
23 Abstichöffnung Schlacke
24 Ofenboden
25 Ofenwand
26 Elektrode
27 Abgereicherte Schlacke
28 Metallmatte
29 Deckel

Schmelze erstes Gefäß
31 Metallische Schmelze
32 Schlacke

Schmelze zweites Gefäß
41 Metallische Schmelze, Zwischenprodukt
42 Metallischer Zuwachs, Zwischenprodukt
43 Schlacke
44 Schlackenzuwachs
45 Abgereicherte Schlacke

Konverteranlage
51 Konverter

Konverterschmelze
61 Konverter Metall
62 Konverter Schlacke
h_M Höhe Abstich Metall
h_s Höhe Abstich Schlacke
H_M Pegel Metall
H_Bad Pegel Gesamtschmelze
V_h Schlackevolumen des horizontalen Stromflusses und Energieeinbringens
V_v Schlackevolumen des vertikalen Stromflusses und Energieeinbringens
I, II, III Betriebszustände

Claims

1. Verfahren zum Abreichern von hochschmelzenden Materialien, insbesondere Schlacken von Metall- und/oder metalloxidhaltigen Mineralien, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) in einem ersten Hochleistungsschmelzaggregat werden hochschmelzende Materialien eingeschmolzen
b) in einem zweiten metallurgischen Gefäß befindet sich, mit Ausnahme der Anfahrphase, eine Schmelze, die entsprechend ihrem spezifischen Gewicht getrennt ist in eine in Bodennähe befindliche Zwischenproduktzone, bestehend aus Metall, Metallmatte sowie Metallstein, und darauf schwimmende Schlackezone
c) mindestens das schmelzflüssige Gemisch aus dem ersten Gefäß wird dem zweiten metallurgischen Gefäß zugeführt, wobei das zuchargierte Volumen 15 bis 25% des im zweiten metallurgischen Gefäß befindlichen Schmelzevolumens beträgt
d) der im zweiten Gefäß befindlichen Schmelze wird mittels Elektroden elektrische Wärmeenergie zugeführt, wobei die Elektroden in die Schmelze eintauchen und der Abstand der Elektroden zueinander und die Eintauchtiefe der Elektroden in die Schmelze so bemessen ist, daß 65 bis 70% des Energieeintrages zwischen den Elektroden und dem Produktbad erfolgt, und
e) anschließend werden diskontinuierlich Teilmengen der Schlacke wie auch des Zwischenproduktes abgestochen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des zuchargierten Materials im zweiten Gefäß so gewählt wird, daß die Produktpartikel mit höherem spezifischen Gewicht sich in Richtung Gefäßboden absetzen, so daß die oberste Schlackenschicht ohne Wertstoff ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich im zweiten metallurgischen Gefäß das 5-7-fache Badvolumen befindet, welches pro Stunde chargiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze in vorgebbarer Dauer und Höhe eine Wärmemenge zugeführt wird, die eine umfassende Reaktion zur Abreicherung zuläßt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke in einer Abstichebene in einer Höhe h_s entsprechend h_s = 0,7 bis 0,9 × H_Bad mit H_Bad als Gesamtpegel des Schmelzbades, abgestochen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in Bodennähe des Gefäßes ausgefällte Zwischenprodukt in einer Ebene abgestochen wird, die eine Höhe h_M entsprechend h_M = 0,4 bis 0,6 × H_M mit H_M als Pegelhöhe des flüssigen Zwischenproduktes, aufweist.