DE2608279A1 - Verfahren zum einschmelzen von stahl aus schrott im elektroofen - Google Patents
Verfahren zum einschmelzen von stahl aus schrott im elektroofenInfo
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Description
PEMAG Aktiengesellschaft 24, Februar 1976
41 Duisburg Bl /Un. - Dem. 459 -
Volfgang-Heuter-Plat*
Verfahren zum Einschmelzen von Stahl aus Schrott im Elektroofen
Das elektrothermische Einschmelzen von Stahl aus Schrott
war lange Zeit vorwiegend dem Elektro-Lichtbogenofen
vorbehalten· Andere Schmelzaggregate, wie z.B. der Induktionsofen« finden ihre Einsatzgrenze in der Stahlindustrie
an den speziellen Vorbedingungen der Einsatzstoff sowie an der nur begrenzt durchzuführenden
ßchleckenmetallurgit.
Sie Vorteil· des Elektro-Lichtbogenofens, nämlich hohe
Bchmelzleietungen durch die Konzentration großer Energiemengen
Bu erzielen, eine weitgehende Unabhängigkeit Ton der physikalischen Beschaffenheit des Schrottes
(die allerdings wesentlichen Einfluß auf den Energieverbrauch hat) sowie die Möglichkeit einer gezielten
ßchlackenmetallurgie werden von den folgenden Nachteilen
begleitet!
• hohe Geräuschbeläetigung, speziell während
der Einschmelzperiode,
• etarke Flickererscheinungen, speziell während der Einachaelzperioden und damit starke Beanspruchung
dee Neteet,
• hohe Abbrandverluste durch das direkte Einwirken
des Lichtbogens auf den Schrott während der Einschmelzperiode
und auf das Stahlbad während der Feinungsperiode. Damit verbunden sind hohe Eisenverluste
durch Verdampfung sowie der Anfall großer Rauchmengen,
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Dem. 459 - Bl /Un. - 2^- . 2*· 2. 1976
• erhöhte Eisenverluste durch das Arbeiten mit relativ Fe-reicher Schlacke bei gleichzeitig relativ
hoher spezifischer Schleckenmenge,
• erhöhte Energieverluste durch das ständige Arbeiten Bit einem Lichtbogen, der bedingt durch die Strahlungsverluste eine.a thermisch ungünstigen AusnUtzungafaktor hat,
— Arbeiten nit relativ großen spezifischen Schlacken-Mengen, damit die ansich kinetisch ungünstigen
Crrenzf!ächenreaktionen Stahlbad/Schlacke noch
seitlich vertretbar ablaufen,
« Aufnahme von Stickstoff aus der Ofenatmosphäre durch
dessen Ionisation im Lichtbogen und Einwirkmöglichkeit auf das blanke Stahlbad unter den Elektroden
(Brennfleck),
• Terwendung der teuren Graphitelektroden,
«· Limitierung der Ofenleistung durch limitierte Durchmesser der Graphitelektroden,
• hoher Verschleiß en ff-Material speziell verursacht
durch die Strahlungswärme dee Lichtbogens, durch
die zusätzlichen mechanischen und thermischen Beanspruchungen des Chargen- und Kippbetriebe sowie
durch den zusätzlichen chemischen Angriff dee Üauerwerks und hier speziell dee Deckels durch
daβ im Lichtbogen abbrennende und in der Ofen-
-•taosphäre oxydierende Eieen ia Rauchgas«
• arbeitsintensiv, speziell durch chergenweieee Einbringen dee Schrottes und während der Feinungezeit
durch Arbeiten bei teilweise geöffneten Ofentüren«
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'S'
Es ist Aufgabe der Erfindung - unter Beibehaltung der Vorteile
des Elektro-Lichtbogenofens - die angeführten Nachteile hinsichtlich der Umweltverschmutzung auszuschalten, die spesifischen
Verbrauchs- und Betriebsdaten zu verbessern sowie den gesamten Prozessablauf thermisch und metallurgisch zu optimieren.
Demgemäss betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einschmelzen /
von Stahl aus Schrott im Elektroofen, dessen besonderen, zur
Lösung der gelaunteti Aufgabe vorgeschlagenen Massnahmen darin
bestehen, daß der Schrott kontinuierlich in einem von einer ständig aufrechterhaltenen Schlackenschicht bedeckten Bad eingeschmolzen wird, wobei die Wärmezufuhr mit Hilfe von in die
Schlackenschicht eintauchenden Elektroden erfolgt.
Der grundsätzliche Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens
sum Einschmelzen von Stahl aus bis zu 100% Schrott im Elektro-Keduktionsofen
geht wie folgt vor sich:
Die elektrische Energie wird durch Elektroden dem Prozess zugeführt.
Die Anzahl der Elektroden beträgt beim Rundofen vorzugsweise 3, beim Rechteckofen 2, 4 oder 6, bei extrem grossen
Leistungen erhöht sich die Zahl beim Rechteckofen jeweils um
Die Elektroden tauchen in eine das Metallbad ständig bedsckende Schlackenschicht ein, deren Dicke weitgehend abhängig ist von
der Temperatur des eingesetzten Schrottes. Die Schlacke dient gleichzeitig als Heizelement, wobei die elektrische Energie
durch Widerstandserwärmung in Jou'sche Wärme umgesetzt und dem Prozess zugeführt wird.
Die Metallurgie der Entkohlung, Entphosphorung, Entschwefelung etc. wird in die Schlackenschicht verlegt. Es ist eine Aufgabe
der Erfindung, diese Reaktionen, noch weitgehend in der Schlackenschicht unter den kinetisch günstigsten Voraussetzungen durchzuführen
und weitgehend unabhängig von der Phasengrenzreaktion Schlacke/Metall zu sein.
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Der Ofenherd ist so ausgebildet, daß die durch die Schlacken-.echicht
gelangten Eisentröpfchen sich sammeln und das erschmolzene Metall in gewissen Zeitabständen abgestochen wird. Zweckmässigerweise
wird der Ofenherd so ausgebildet sein« daß er zum Analysenausgleich eine Kapazität von empfehlenswerterweise
1-10 Abstichgewichten hat, wobei sich seine Kapazität vorwiegend nach der einzusetzenden Schrottqualität richten soll.
Ein wesentlicher Einfluß für den Prozessablauf geht von der Vorwärmtemperatur des Schrottes aus. Je höher seine Temperatur
ist, umso schneller setzen die Eeaktionsvorgänge ein.
Wesentlich für optimale Eeaktionsbedingungen und damit für
einen optimalen Beaktionsverlauf ist, daß der Schrott sofort
alt der flüssigen Schlacke reagieren kann und diese Eeaktionsbedingungen
auch durchgehend aufrechterhalten werden können. Vermieden soll werden, daß der Schrott bei seinem Eintauchen in die
Schlacke von einer an ihm erstarrenden Schlackenschicht umgeben wird, die ihrerseits erst wieder aufschmelzen muß und erst
dann mit dem Eeaktionsablauf begonnen werden kann. Für die Aufrechter^altung
dieser optimalen Eeaktionsbedingungen, d.h. sofortiges Einsetzen der Entkohlungs-, Entschwefelungs- und
Entphosphorungsreaktionen und deren weitgehendster Ablauf in
-lter Schlacke sind daher -folgende verfahrenstechnische Maßnahmen
SU treffen:
— Einsatz von vorgewärmtem Schrott von mindestens 500° C,
empfehlenswerterweise aber über 700° C.
- Sehr reaktionsfähige und überhitzte Schlacke, wobei die
Arbeitstemperatur empfehlenswerterweise 40 - 100° G über-·
der Stahltemperatur und empfehlenswert erweise 70 - 220° C
über der Liquidustemperatur der Schlacke liegen soll,
wobei die überhitzung über Liquidustemperatur fast ausschließlich von der Vorwärmtemperatur des Schrottes abhängt.
·· Aufrechterhaltung einer ständig im Oferjverbleibenden
Schlackenschicht, deren Mindestdicke durch getrennte
Abstichlöcher von Metall und Schlacke aufrechterhalten wird und die je nach Vorwärmetemperatur und Stückgröße
~äes Schrottes Burpfehlenswerterweise bei 200 -800 mm
sein soll, 709836/0103
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- Aufrechterhaltung eines Mindestabstandes zwischen der
Schrottchargierung und Elektrode von mindestens 0,3 χ
Elektrodendurchmesser, um die elektrische Leitfähigkeit der Schlacke im Bereich der direkten Energieumsetzung nicht
zu stark zu erhöhen und damit die Widerstandserwärmung zu gefährden (Obergang zum Lichtbogenbetrieb).
Der Beschickungsmechanismus kann wie folgt durchgeführt werden: ,
a) Beschickung von zerkleinertem. Schrott durch eine oder
mehrere Beschickungsöffnungen kontinuierlich oder diskontinuierlich, empfehlenswerterweise kontinuierlich
und durch mehrere Beschickungsöffnungen. Wesentlich ist, daß der Mindestabstand des gerade in die Schlacke eintauchenden SchrottStückes zur Elektrode hin von mindestens 0,3 x dem Elektrodendurchmesser gewährleistet
bleibt.
b) Kontinuierliche Beschickung durch aneinandergeschweißte oder anderweitig verbundene Schrottpakete oder andere
Schrottelemente durch eine oder mehrere Beschickungsöffnungen (Beschickungsrohre) am Ofen. Wesentlich dabei
ist, daß das Beschickungsrohr im Durchmesser etwas
größer als der größte Durchmesser des Schrottpaketes ist. Ein Ausströmen der Ofengase durch die Beschickungsrohre kann durch einen Luft- oder Inertgasverschluß vermieden werden. Die Erwärmung des Schrottes erfolgt weitgehend
in der Ofenatmosphäre und kann vorgegeben werden durch die Strangdicke und die Absenkgeschwindigkeit·
Ein Vorteil des erfindungsgemässen kontinuierlichen Schmelzbetriebes ist es, daß die anfallenden heißen Ofengase kontrollierbar in Menge, Temperatur und Kontinuität einer Wärmerückgewinnungsanlag· zugeführt werden können. Heben energetischen
oder sanitären Verwendungszwecken kann die Wärmerückgewinnung auch gezielt für die prozesseigene Schrottvorwärmung außerhalb
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des Reduktionsofens eingesetzt werden. Durch die ständig -gleichbleibende Wännezuführung aus dem Prozeß können auch
u.U. erforderliche Zusatzwärmemengen durch öl oder Gas oder andere Quellen klar kalkuliert werden.
Diese Ausnutzung der kontinuierlich anfallenden Abgaswärme unter evtl. Zusatz von kostengünstiger Primärenergie für
die Schrottvorwärmung führt metallurgisch wie energetisch xu* optimalen Betriebsergebnissen.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist seine ümweltfreundlichkeit.
Durch die in die Schlacke eintauchenden Elektroden sowie durch die Art der Energieumsetzung durch Widerstandsbeheizung
treten keine Geräuschbelästigungen auf, wie z.B. ie Extremfall beim Lichtbogenofenbetrieb mit Schrotteinsatz.
Durch die kontinuierliche Energiezuführung und durch die •tändig gleichbleibenden Widerstandsbedingungen in der
Sällacke ist auch eine ständig gleichmäßige Energieabnahme gewährleistet. Flickererscheinuiigen treten nicht auf. Es
kann mit relativ schwachen elektrischen Netzen gearbeitet »erden.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist. es, daß Abbrandverluste
weitgehend vermieden werden«· und zwar durch die Art des Energieeinbringens, durch die das Metallbad abdeckende
Schlackenschicht und durch die Energieverteilung in der Schlacke selbst. Ebenso wird nur mit geringen Zusatz-•chlackenmengen
gearbeitet, die je nach Prozeßführung, Schrottqualität und gewünschtem Endprodukt zweckmäßigerweise
bei 3-30 kg/t Fertigstahl liegen werden. Ersetzt müssen prinzipiell nur die Verdampfungsverluste und die durch
Metallurgische Reaktionen verbrauchten Aktivitäten werden.
Ebenso kann als Vorteil des Verfahrens angesehen werden, daß
die Stickstoffaufnahme aus der Ofenatmosphäre durch Vermeidung
eines Lichtbogens sowie «lurch die ständige Abdeckung des Stahlbades mit Schlacke vermieden wird.
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Ein weiterer wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil ist die längere Standzeit des ff-Materials. Durch die ständig gleichbleibenden Temperaturbedingungen, durch den Hegfall der
Strahlungswärme des Lichtbogens« durch die Abkehr vom Kippbetrieb sowie durch die Vermeidung einer eisenoxydreichen
Ofenatmosphäre kann mit Standzeiten der ff-Ausmauerung von
einem Jahr und mehr gerechnet werden.
Um einen erhöhten chemischen Verschleiß des ff-Materials in
den Gebiet der erhöhten Schlackenschicht sowie an der Grenzfläche Metall/Schlacke zu vermeiden, wird das Ofengefäß
außen mit Hasser gekühlt, was im Ofeninnern in dem unmittelbaren Be runnings gebiet von Schlacke und Ausmauerung zu einer
Absteifung der Schlacke führt, so daß die Schlacke selbst praktisch zur Ausmauerung in diesem Gebiet umfunktioniert
wird.
Als wesentlicher weiterer Vorteil des Verfahrens kann es angesehen werden, daß der Prozeß auch mit Kohleelektroden, vor
allem aber mit der preiswerten Söderbergelektrode betrieben werden kann. Gerade durch den Einsatz der Söderbergelektrode
Offnet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit für den Bau von Großtofen, da nach dem gegenwärtigen Stand der Technik
Söderbergelektroden bis zu 2 m Durchmesser bereits praxiserprobt sind, während Graphitelektroden, wie beim Lichtbogenofen
eingesetzt, ihr derzeitiges Limit bei 0,7 a Durchmesser haben.
Die jeweilige Schlackenzusammensetzung, mit der der Prozeß,
betrieben wird, richtet sich stark nach dem Einsatzmaterial und der geforderten Stahlqualität. Korrekturen können, wenn sie
kurzfristig erforderlich werden, durch den Einsatz von Hohlelektroden durch-geführt werden.
Eine neue Arbeitsweise in der Elektrometallurgie, nämlich Metallurgische Arbeiten außerhalb des Schmelzaggregates in
der Abstichpfanne oder einem nachgeschalteten Zusatzaggregat
durchzuführen, um die Leistungsfähigkeit eines Schmelzbe-
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zu steigern, kommt der neuen Verfahrensweise sehr entgegen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Es handelt sich um einen feststehenden Elektro-Reduktionsofen,
der mit Hilfe von Elektroden 1, vorzugsweise vorgebrannten
JCohleelekt roden (Söderbergelektroden), beheizt wird. 2 ist
der Ofendeckel, in welchem sich bei 3 eine Einrichtung zum kontinuierlichen Chargieren von zerkleinertem Schrott befindet. Bei 4 ist eine entsprechende Chargiereinrichtung vorgesehen, durch die jedoch zu einem Strang, z.B. durch Schweis-
sen, verbundene Schrottpakete, zugeführt werden. Im Ofen wird
eine das Metallbad 6 ständig bedeckende dicke Schlackenschicht
5 aufrechterhalten, in die die Elektroden eintauchen. Der Schlackenabstich befindet sich bei 7; der Metallabstich 8
1st um die Mindesthöhe der gewünschten Schlackenschicht unter
de« Abstich 7 vorgesehen.
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Claims (8)
- 2608273DEMAG Aktiengesellschaft 24. Februar 1976Duisburg Dem 459Wolfgang-Reuter-Platz Bl/ilPatentansprücheVerfahren zum Einschmelzen von Stahl aus Schrott im Elektroofen ,dadurch gekennzeichnet,daß der Schrott kontinuierlich (d.h. in einem feststehenden Ofengefäß) in einem von einer ständig aufrechterhaltenen Schlackenschicht bedeckten Bad eingeschmolzen wird, wobei die Härmezufuhr mit Hilfe von in die Schlackenschicht eintauchenden Elektroden erfolgt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1*
dadurch gekennzeichnet,daß dei: Schott vorgewärmt dem Einschmelzvorgang zugeführt wird. - 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,daß man den Sdhrott vor dem Chargieren auf mindestens 500° C, vorzugsweise mehr als 700° C, vorwärmt, im Ofen mit einer ständig dort verbleibenden reaktionsfähigen flüssigen Schlacke arbeitet, die eine . '«: , ■:.';<r v?n 70 - 220° C über ihrer Liquidustemperatur und 40 - 100° C über der Stahlabstichtemperatur befindliche Temperatur aufweist; und daß man die Schlackenschicht mit einer Dicke von mindestens 200 mm, vorzugsweise 800 mm, aufrechterhält.709836/0103ORIGINAL INSPECTEDDem 459 - Bl/il 24. 2. 1976 - 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrott in einem Abstand von den Elektroden, der nlndestens dem 0,3-fachen des Elektrodendurchmessers entspricht, in das Metallbad eingebracht wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dafi der Schrott als aus Schrottpaketen zusammengefügter Strang in die Schlackenschicht eingebracht wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dafi die Zuführgeschwindigkeit des Stranges in Abhängigkeit *on seiner Abschmelzung gesteuert wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi die Schlackenschicht aus Zuschlagstoffen gebildet wird ,{synthetische Schlacke).
- 8. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dafi die Schlacke auf entkohlende und/oder entschwefelnde ttnd/oder entphosphorende Wirkung eingestellt wird.709836/0103
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