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DE2121071A1 - Vorrichtung zur Durchführung kontinuierlicher schmelzmetallurgischer Reaktionen in Verbindung mit einer elektromagnetischen Gegenstromrinne und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur Durchführung kontinuierlicher schmelzmetallurgischer Reaktionen in Verbindung mit einer elektromagnetischen Gegenstromrinne und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung

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DE2121071A1
DE2121071A1 DE19712121071 DE2121071A DE2121071A1 DE 2121071 A1 DE2121071 A1 DE 2121071A1 DE 19712121071 DE19712121071 DE 19712121071 DE 2121071 A DE2121071 A DE 2121071A DE 2121071 A1 DE2121071 A1 DE 2121071A1
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DE
Germany
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countercurrent
trough
slag
metal
reactors
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der Anmelder. P EOIb 9-08 ist
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/56Manufacture of steel by other methods
    • C21C5/567Manufacture of steel by other methods operating in a continuous way
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
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    • C21C5/52Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5241Manufacture of steel in electric furnaces in an inductively heated furnace
    • C21C5/5247Manufacture of steel in electric furnaces in an inductively heated furnace processing a moving metal stream while exposed to an electromagnetic field, e.g. in an electromagnetic counter current channel

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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Description

PATENTANWÄLTE
Dipl.-lng. WERNER COHAUSZ ■ Dipl.-lng. WlLHELM FLORACK . Dipl.-ing. RUDOLF KNAUF
4 Düsseldorf, Schumannstraße 97
Pried. Krupp .Hüttenwerke 28. April I971
Aktiengeseilj^haft
463 ν '
Vorrichtung zur Durchführung kontinuierlicher schmelzmetallurgischer Reaktionen in Verbindung mit einer elektromagnetischen Gegenstromrinne und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung kontinuierlicher schmelzmetallurgischer Reaktionen in Verbindung mit einer elektromagnetischen Gegenstromrinne, wobei die Gegenstromrinne zwischen dem tiefer liegenden Metalleinlauf, bzw. Schlackenauslauf und einem höher gelegenen, zum Aufgeben der Schlackenphase und/ oder zum Prischen dienenden Reaktor mit gegenüber der Gegenstromrinne größerer Badtiefe angeordnet ist und ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.
Es ist bekannt, daß metallurgische Reaktionen auf der elektromagnetischen Gegenstromrinne gegenüber diskontinuierlichen oder Gleichstromverfahren weitaus geringere Schlackenmengen für den gleichen Erfolg benötigen (Archiv Eisenhüttenwesen 39, 1968, Seite 421/32; Stahl und Eisen 89, 1969, Seite 1185/90). Wie insbesondere die aufgrund der theoretischen Erörterungen in der Arbeit Archiv durchgeführten praktischen Versuche zeigten, sind erheblich bessere Ergebnisse erst bei Großrinnenanlagen zu er-
71/408 - 2 -
Ge/Be
2098 4 7/0250
warten, da hierbei einerseits der Vermischungsanteil eingeschränkt und andererseits auch der Einfluß der Anlaufperiode ausgeschaltet werden kann (s. Stahl und Eisen, a.a.O., Seite I90, linke Spalte, Absatz 5).
Der Platzbedarf derartiger Großanlagen steht den wirtschaftlichen Interessen entgegen.
Es ist eine Aufgabenstellung der Erfindung, zur Durchführung kontinuierlicher schmelzmetallurgischer Reaktionen in Verbindung mit einer elektromagnetischen Gegenstromrinne platzgünstigere Rinnenabmessungen anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb der Gesamtlänge der Gegenstromrinne in Kaskadenform mindestens ein weiterer Reaktor zwischengeschaltet ist.
Folgende Überlegungen führten zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung:
Die eingangs erwähnte Einsparung an Schlacken bei Verwendung des Gegenstromverfahrens kann sich nur auf solche Zusätze beziehen, die zur Entfernung der unerwünschten Begleitelemente im iietall diese unerwünschten Begleitelemente in sich lösen. Wenn «tie unerwünschten Begleitelemente dagegen durch einen Partner chemisch abgebunden werden, so ist hierfür eine bestimmte stöchiometrische Menge erforderlich. Diese Menge kann beim Gegenstro:p.ve<.· fahren nicht herabgesetzt werden, da sLe von dem GehaLt der· ui irwünschteri Begleitelemente im Ausgangsmetall abhängig ist. Ein üo'eher, stöchiometrisch in bestimmter Menge erforderlicher Reakcioaspartner ist z.B. beim Frischen von Roheisen der Sauerstoff oder der Schwefel beim Abbinden von Kupfer zur Entfernung aus Blei. Der einfaciiheltshalber wird die Erfindung im folgenden für das Frischen von Roheisen beschrieben; sie ist aber auch für jede andere Reaktion zwischen Metall und Schlacke oder anderen Phasen (Steine, Speisen, Gasphasen) verwendbar.
— "5 —
20984 7/0250
Bei phosphorreichem Roheisen, das üblicherweise nach dem Thomasoder LDAC-Verfahren verarbeitet wird, werden größere Mengen Sauerstoff benötigt als bei phosphorarmem Roheisen. Dementsprechend sind bei phosphorreichem Roheisen auch die Schlackenmengen beträchtlich größer. Das Zwischenabschlacken beim LDAC-Verfahren erfordert viel Zeit, ein Verfahrensschritt, der beim Gegenstromverfahren auf der elektromagnetischen Gegenstromrinne nicht anfällt. Um aber bei der eingangs erwähnten Vorrichtung die stöchiometrisch erforderliche Sauerstoffmenge zur rechten Zeit an den Ort der Reaktion zu bringen und gleichzeitig den Vorteil geringer Schlackenmengen beizubehalten, ist es erforderlich, Sauerstoff oder Erze oder beides auf der Gesamtstrecke der auf der Gegenstromrinne reagierenden Phase aufzugeben. Dabei besteht die Gefahr, daß es zu Störungen der Strömungen und zum Angriff auf die feuerfeste Auskleidung der Gegenstromrinne kommt.
Diese Schwierigkeiten umgeht die erfindungsgemäße Vorrichtung, die innerhalb der Gesamtlänge der Gegenstromrinne in Kaskadenform mindestens einen weiteren Reaktor zwischenschaltet. Vorzugsweise sind bis zu fünf, insbesondere aber drei Reaktoren zwischengeschaltet.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die einzelnen Abschnitte der durch die Reaktoren unterteilten Gegenstromrinne winklig zueinander angeordnet, wobei die Reaktoren den Eckpunkt bilden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Gegenstromrinne innerhalb ihrer Gesamtlänge öffnungen für den Abzug oder die Aufgabe von Metall- und/oder Schlackenphase auf.
Vorzugsweise ist die zum Abziehen der Schlackenphase dienende öffnung jeweils kurz vor dem zwischengeschalteten Reaktor angeordnet.
Von besonderem Vorteil sind Reaktoren, die als Aufblaskonverter ausgebildet sind. Bevorzugt besitzt jeder Aufblaskonverter ein
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Fassungsvermögen für die Metallphase, das einer mittleren Verweilzeit von 5 bis 30 min entspricht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders für ein Verfahren, bei dem in die Reaktoren schlackenbildende Stoffe (anorganische Verbindungen in Form von Schlacke, Stein, Speise o. dgl.) gegeben und gegebenenfalls reagierende und/oder inerte Gase eingeblasen werden.
Vorzugsweise werden Teilmengen der Metall- und/oder der Schlackenphase oder die gesamte Schlackenphase innerhalb der Gesamtstrecke der Gegenstromrinne abgezogen und in bestimmten Mengen nach Rückführung erneut nach Art eines Kreislaufmaterials zugegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
einem zwischengeschalteten Reaktor;
Fig. 2 ein Schema gemäß Fig. 1 mit zwei zwischengeschalteten Reaktoren und
Fig. 3 u.■ k im Schema Draufsichten auf bevorzugte Anordnungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist der als Aufblaskonverter ausgebildete Reaktor mit 1 bezeichnet. Die Gegenstromrinne 5* 10 ist durch einen weiteren. Aufblaskonverter 2 in zwei Abschnitte unterteilt. In die Konverter I, 2 tauchen die Lanzen 7*8 ein. Die Metallphase ist mit 4 und die Schlackenphase mit 6 bezeichnet. Das fertig gefrischte Metall wird über einen Syphon oder einer weiteren elektromagnetischen Rinne 3 2 aus dem Konverter ] entfernt.
In Fig.' 2 1st durch Zwischenschaltung von drei Konvertern 2, 3,
209847/Ό250
die Gegenstromrinne in vier Abschnitte. 10, 5, 15, 16 unterteilt. In jeden Konverter 2,· 3, 11 ist eine Lanze 7, 8, 9 geführt.
Wie Fig. 3 und Fig. 4 zeigen, ist bei einer winkligen Anordnung der einzelnen unterteilten Rinnenabschnitte eine besonders platzgünstige Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben. An den Eckpunkten der winkligen Anordnung sitzen die Aufblaskonverter 1, 2, 3* 11* die durch die Rinnenabschnitte 10, 5> 15 verbunden sind. .
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt:
Wie eingangs ausgeführt wurde, ist z.B. vom wirtschaftlichen Standpunkt her gesehen die kontinuierliche Verarbeitung von Thomas-Roheisen für die Hüttenwerke eine interessante Aufgabe. Hierbei müssen für die Verschlackung größere Mengen an Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden. Um den Sauerstoff zur rechten Zeit an den Ort der Reaktion zu bringen und gleichzeitig den Vorteil geringer Schlackenmengen beizubehalten, wäre es nach dem bekannten Stand der Technik erforderlich, Sauerstoff und Erz oder beides auf die Rinne zu geben. Dabei besteht die Gefahr, daß die ohnehin dünne Schicht des flüssigen Roheisens von etwa 1 bis 3 cm durchstoßen wird, so daß es zu Störungen der Strömungen und zum Angriff des feuerfesten Materials kommt. Um diesen Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einer oder notfalls mehrere Konverter 2, 3, 11 zwischengeschaltet, in denen die Hauptmenge des gasförmigen Sauerstoffs aufgeblasen und Erz und Kalk zugesetzt werden. Das hat zudem den Vorteil, daß an diesen Stellen Metall und Schlacke intensiv miteinander verwirbelt werden.
In Fig. 1 1st eine zweistufige Vorrichtung dargestellt. Im Konverter 1 werden Sauerstoff, Kalk, Erz und evtl. weitere Zuschläge aufgegeben. Im Konverter 1 selbst wird der Stahl fertig gefrischt. Im oberen Rinnenabschnitt 5 leistet die Schlacke Oxidationsarbeit,
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wobei sie ihre Eisenoxide zum Teil verliert. Im zwischengeschalteten Konverter 2 wird das Sauerstoffpotential durch Sauerstoffblasen und Erzzugabe wieder angehoben. Hier wird das Eisen ebenfalls stark gefrischt. Auf dem unteren Rinnenabschnitt 10 verliert die Schlacke wieder ihr Sauerstoffpotential durch ablaufende Frischreaktionen.
Wie Fig. 3 zeigt, sind außerdem in den einzelnen Rinnenabschnitten 10, 5* 15 Öffnungen 14, 15 vorgesehen, die für das Abziehen eines Teiles oder der gesamten Schlacke aus dem vorgeschalteten Rinnenreaktionsabschnitt gedacht sind. Diese Schlacken können im Bereich des höher liegenden Konverters (Pfeile) wieder zugegeben werden, wobei gleichzeitig in den jeweiligen Konverter eine neue oder nur teilweise neue Schlacke erzeugt wird.
Wie Fig. 4 zeigt, können durch Öffnungen 16, 17 in einzelnen Rinnenabschnitten auch Metallteilmengen abgezweigt werden. Diese Metallteilmengen können entsprechend ihrer Konzentrationen das gewünschte Fertigmetall sein, oder sie können in tiefer liegenden Konvertern (Pfeile) zur Verdünnung des dort befindlichen Metalles zugegeben werden.
Nach der intensiven Verwirbelung von Schlacke und Metall im Konverter und der damit verbundenen intensiven Reaktion zwischen Schlacke und Metall verläßt das emulsionsartige Gemisch von Schlakke und einem Teil des Metalls den Konverter und reagiert auf der Rinne welter.
Aus der Schlacke sinken die Meballtröpfchen in den bergauf fließenden Metallstrom hinein, wobei sie vorher mit dem Eisenoxyd und dem Sauerstoff der Schlacke reagiert haben.
Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin:
daß die Gesamtlänge der Gegenstromrinne stark verkürzt wird,
- 7 209847/0250
daß durch eine winklige Anordnung der einzelnen Rinnenabschnitte der Platzbedarf welter verringert wird
und daß der Verschleiß des feuerfesten Materials geringer ist, da die höchsten Temperaturen in den Reaktoren (Konvertern) auftreten, wobei zu berücksichtigen ist, daß in den Reaktoren neben einer größeren Badtiefe auch der Abstand zu den dem Verschleiß unterworfenen Seitenwänden größer ist.
Patentansprüche:
2 0 9 8 U 7 / 0 ? b C

Claims (9)

Patentansorüche
1. Vorrichtung zur Durchführung kontinuierlicher schmelzmetallurgischer Reaktionen in Verbindung mit einer elektromagnetischen Gegenstromrinne, wobei die Gegenstromrinne zwischen dem tiefer liegenden Metalleinlauf, bzw, Schiackenauslauf und einem höher gelegenen, zum Aufgeben der Schlackenphase und/oder zum Prischen dienenden Reaktor mit gegenüber der Gegenstromrinne größerer Badtiefe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Gesamtlänge der Gegenstromrinne (5* 10) mindestens ein weiterer Reaktor (2) zwischengeschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bis
zu fünf, vorzugsweise drei Reaktoren (2, 3* H) zwischengeschaltet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Abschnitte (5, 10) der durch die Reaktoren (2, 3, 11) unterteilten Gegenstromrinne winklig zueinander angeordnet sind, wobei die Reaktoren (2, 3* Π) die Eckpunkte bilden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstromrinne (5> 10) innerhalb ihrer Gesamtlänge Öffnungen (13, 14) für den Abzug oder die Aufgabe von Metall- und/oder Schlackenphase aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Abziehen der Schlaokenphase dienende Öffnung (14, 13) Jeweils kurz vor dem zwischengeschalteten Reaktor (11, 18) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet* daß die Reaktoren (1* 2S 3* H) als Aufblaskonverter ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder
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Aufblaskonverter (1, 2, 3* H) ein Fassungsvermögen für die Metallphase besitzt, das einer mittleren Verweilzeit von 5 bis JX) min entspricht.
8. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Reaktoren schlackenbildende Stoffe (anorganische Verbindungen in Form · von Schlacke, Stein, Speise o.dgl. ) gegeben und gegebenenfalls reagierende und/oder inerte Gase eingeblasen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Teilmengen der Metall- und/oder Schlackenphase oder die gesamte Schlackenphase innerhalb der Gesamtstrecke der Gegenstromrinne abgezogen und in bestimmten Mengen nach Rückführung erneut nach Art eines Kreislaufmaterials zugegeben werden.
9 Π Q fi /, 7 / η 9 ς η
DE19712121071 1971-04-29 1971-04-29 Vorrichtung zur Durchführung kontinuierlicher schmelzmetallurgischer Reaktionen in Verbindung mit einer elektromagnetischen Gegenstromrinne und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung Pending DE2121071A1 (de)

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