Verfahren zum Betreiben eines Kupolofens

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kupolofens zur Erzeugung von Gußeisen in verschiedenen Sorten mit unterschiedlichen Kohlenstoffgehalten, bei dem eine Einsatzgattierung im wesentlichen bestehend aus Eisen, Koks und Kalkstein in den Kupolofen eingeführt wird.

[0002] Die Herstellung von Gußeisen in einem Kupolofen erfolgt prinzipiell wie folgt: Je nach gewünschter Gußeisenqualität (GGL 15, GGL 20, ..., GGG) wird die Einsatzgattierung - Eisenmaterial, Koks, Kalkstein - in entsprechender Menge zusammengestellt und in den Kupolofen eingegeben. Wie bekannt sinkt dieser Einsatz unter Erwärmung im Gegenstrom zum Ofenwind abwärts, bis der Koks verbrannt, das Metall geschmolzen und Schlacke gebildet ist, wobei dann Schmelze und Schlacke über den Siphon getrennt abfließen. Man erhält so ausgehend von einer bestimmten Gattierung eine bestimmte Gußeisensorte.

[0003] Zur Erzeugung einer anderen Gußeisensorte muß eine andere Gattierung gewählt werden, woraus folgt, daß die Umstellung auf eine andere Gußeisensorte nicht kurzfristig vollzogen werden kann und eine größere Menge Übergangseisen entsteht.

[0004] Außer dem qualitativen Kriterium wäre generell eine Verringerung des Koksbedarfs wünschenswert, um die störende Schwefelaufnahme im Eisen zu minimieren. Dies würde auch zu Kosteneinsparungen und zu größerer Schmelzleistung des Ofens führen, was aber aufgrund der dann geringeren Eisentemperatur und damit in Zusammmenhang stehender geringerer Kohlenstoffaufnahme des Eisens nicht durchführbar ist.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Nachteile des bekannten Betriebs eines Kupolofens in ökonomischer Weise zu beseitigen, und insbesondere den Betrieb eines Kupolofens flexibler zu gestalten.

[0006] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Erzeugung von verschiedenen Gußeisensorten mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt kohlenstoffhaltiges Material in staubförmiger Form und in einer vom Kohlenstoffgehalt der zu erzeugenden Gußeisensorte abhängigen Menge in den Kupolofen eingeführt wird.

[0007] Durch Zugabe von staubförmigem, kohlenstoffhaltigem Material wird eine zusätzliche Kohlenstoffquelle neben dem Satzkoks bereitsgestellt, und es kann über die Zugabemenge Einfluß auf den Kohlenstoffgehalt des entstehenden Gußeisens genommen werden. Dabei gilt daß der Kohlenstoffgehalt des zu erzeugenden Gußeisens umso höher wird, je größer die Menge an eingeführtem kohlenstoffhaltigem Material pro Zeiteinheit ist.

[0008] Besonders vorteilhaft ist es, wenn das staubförmige, kohlenstoffhaltige Material im Zufuhrbereich des Ofenwindes in den Kupolofen eingeführt wird, da dort, in der Zone der höchsten Ofentemperaturen, die Kohlenstoffaufnahme des Eisen stattfindet. Man erreicht so einen effizienten Kohlenstoffübergang.

[0009] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere darauf abgezielt, daß vermehrt staubförmiges, kohlenstoff­haltiges Material zugeführt wird und der Satzkoks in Abhängigkeit von dieser zugeführten Menge um eine bezüglich des Kohlenstoffangebots äquivalente Menge reduziert wird. Das heißt, daß zur Erzeugung einer bestimmten Gußeisensorte bevorzugt mit einer größeren Staubzugabe und einer geringeren Menge an Satzkoks gearbeitet wird als umgekehrt. Es ist möglich, kohlenstoffhaltiges Material bis etwa zu einem Verhältnis von 1 : 4 von kohlenstoffhaltigem Material zu Koks in den Kupolofen einzuführen. Durch die Verringerung des Satzkokes ergibt sich in bekannter Weise, z.B. laut Netzdiagramm nach Jungblut, eine Erhöhung der Schmelzleistung des Kupolofens Man kann also mit geringerem Satzkoksanteil unter Staubzufuhr Gußeisen gleicher Qualität in größerer Menge pro Zeiteinheit herstellen.

[0010] Mit besonderem Vorteil wird das staubförmige, kohlenstoffhaltige Material in den Kupolofen mit Hilfe eines Gasstroms eingeblasen. Man erhält so eine besonders gleichmäßige Verteilung des kohlenstoffhaltigen Materials. Kostengünstig kann das Einblasen mit Luft ausgeführt werden. Wird das Einblasen mit einem aus Luft und Sauerstoff bestehenden Gasgemisch mit beliebig einstellbarem Sauerstoffgehalt durchgeführt, so kann damit im Vergleich zum Einblasen mit Luft auch noch Einfluß auf die Temperatur im Ofen genommen werden, die mit dem Sauerstoffangebot im Ofen in Zusammenhang steht und mit höherem Angebot gesteigert werden kann.

[0011] Das gleiche Ziel kann mit getrennter aber paralleler Zufuhr von staubförmigem, kohlenstoffhaltigem Material und Sauerstoff erreicht werden, die beide im Zufuhrbereich des Ofenwindes in den Kupolofen eingeführt werden.

[0012] Unter qualitativ unterschiedlichen kohlenstoffhaltigen Materialien sind Unterschiede in Bezug auf die Körnung, den Kohlenstoffgehalt und den Anteil flüchtiger Bestandteile der kohlenstoffhaltigen Materialien zu verstehen, es kann sich aber auch auf die grundsätzliche Materialwahl beziehen. Mögliche Materialien sind zum Beispiel Kohlenstäube auf Anthrazitbasis und synthetische Kohlen, wie z.B. Staub vom Typ Ranco oder Elektrodengraphit. Mit grobkörnigem kohlenstoffhaltigem Material, etwa 0,5 bis 1 mm, wird eine stärke Aufkohlung erreicht als mit feinkörnigem Material, das teilweise auch als Brennstoff wirkt. Ähnliche Konsequenzen ergeben sich aus einem hohen bzw. niedrigen Kohlenstoffgehalt des kohlenstoffhaltigen Materials, der sich in starker bzw. schwacher Aufkohlung auswirkt. Bei der Verwendung synthetischer Kohlenstoffmaterialien ist eine präzise Auswahl des Materials nach den gewünschten Eigenschaften möglich.

[0013] Neben dem Kohlenstoffgehalt kann es vorteilhaft sein, daß als Zielgröße für die Zugabe des staubförmigen, kohlenstoffhaltigen Materials der Keimhaushalt der Schmelze genommen wird. Aufgrund der durch Anteile aus dem staubförmigem Material verursachten Keimzellen in der Schmelze wird die Erstarrungsform des Gußeisens beeinflußt und es ergibt sich auf der Basis einer Gefügeänderung eine unterschiedliche Bearbeitbarkeit des entstehenden Gußeisens. Eine große Keimzellendichte führt dabei zu einer feinen Kohlenstoffverteilung im Gußeisen, die ein feineres Gefüge und eine bessere Bearbeitbarkeit zur Folge hat.

[0014] Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können besonders einfache Legierungselemente und/oder andere Zuschlagstoffe dem Gußeisen zugemischt werden, in dem sie in ebenfalls staubförmiger Form zusammen mit dem kohlenstoffhaltigen Material zugeführt werden.

[0015] Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert werden.

[0016] Ein Kupolofen mit einer Schmelzleistung von 5 t/h wird in der bekannten Betriebsweise mit einem Einsatz bestehend aus etwa 83 % Eisenmaterial, 13 % Koks und 4% Kalkstein in Prozent von der Gesamtgattierung betrieben.

[0017] Zur Herstellung der gleichen Gußeisenqualität werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa 11 % Koks und 4 % Kalkstein eingesetzt und pro Tonne etwa 5 kg Elektrodengraphit mit einer Körnung von 0,1 bis 1,0 mm in der Windzufuhrzone des Kupolofens eingeblasen. Man erhält Gußeisen gleicher Qualität wie beim bekannten Verfahren bei einer Schmelzleistungssteigerung von etwa 5 % bis 10 %.

[0018] Folgende Tabelle enthält nochmals alle Daten zusammengefaßt:

Basisdaten:	Schmelzleistung		: 5 t/Std.
	Kalter Satz:	Roheisen:	40 %
		Gußbruch:	40 %
		Stahlschrott	: 20 %
	Satzkoks		: 13 %
	Siliziumformlinge		: 12,-- DM/t Fe

Kostenänderung durch:
C-Staubzugabe, Elektrodengraphit vom Typ 0100, Aufkohlungswirkungsgrad 50 %, Erhöhung um 0,25 % C in Fe bedeutet 5,0 kg C-Staub pro t Fe, 1250,-- DM/t C-Staub:
+ 6,25 DM/t Fe
Reduzierung Si-Formlinge um 30%	: - 3,60 DM/t Fe
Reduzierung Satzkoks um 2 % bei 420,-- DM/t	: - 8,40 DM/t Fe
Substitution von 10 % RE gegen Stahlschrott:	: - 21,oo DM/t Fe
Kostenveränderung pro t Flüssigeisen	: - 26,75 DM/t

[0019] Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird durch das staubförmige, kohlenstoffhaltige Material ein ausreichendes Kohlenstoffangebot aufrechterhalten, welches sonst nach der Verringerung des Satzkokses nicht mehr vorhanden gewesen wäre. Darüber hinaus hat man mit der Einstellbarkeit der Zugabe des staubförmigen, kohlenstoffhaltigen Materials eine Möglichkeit zur Hand, die entstehende Gußeisenqualität kurzfristig und einfach zu verändern.

[0020] Wird neben der einstellbaren Zufuhr von kohlenstoffhaltigem Material zusätzlich die Eingabe von Sauerstoff ebenfalls in der Windzufuhrzone vorgesehen, so wird eine noch in weiteren Bereichen regulierbare Gußeisenerzeugung erreicht. Es kann nämlich das Absinken der in der Schmelzzone herrschenden Temperatur, die auf die Kohlenstoffaufnahme des Gußeisens ungünstigen Einfluß hat und welche aus dem verringerten Kokseinsatz resultiert, durch die Zugabe von Sauerstoff und daraus folgend besserer Verbrennungsbedingungen verhindert werden. Damit kann beispielsweise mit noch geringerem Kokseinsatz gleiche Gußeisenqualität oder mit gleichem Kokseinsatz Gußeisen mit höherem Kohlenstoffgehalt, insbesondere auch GGG-Gußeisen erzeugt werden.

[0021] Wird die Kohlenstaub- und Sauerstoffzugabe kombiniert, d.h. wird als Trägermedium zur pneumatischen Beförderung des staubförmigen, kohlenstoffhaltiges Materials ein aus Luft und Sauerstoff bestehendes Gemisch verwendet, kann der erfindungsgemäße Prozeß in optimaler Weise über die Einstellung der geeigneten Menge Kohlenstaub mit passendem Sauerstoffanteil im Trägermedium gesteuert werden.

[0022] Schließlich ist es bei der Zusammensetzung des einzusetzenden Eisenmaterials möglich, die Anteile der kostensenkenden Ausgangsstoffe zu erhöhen, z.B. mehr Stahlschrott statt Roheisen einzusetzen.

[0023] Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit ein hochflexibles Betriebsverfahren für Kupolöfen dar, mit dem einerseits verschiedenste Gußeisensorten produziert und andererseits auch Leistungssteigerungen und Einsparungen erzielt werden können.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Kupolofens zur Erzeugung von Gußeisen in verschiedenen Sorten mit unterschiedlichen Kohlenstoffgehalten, bei dem eine Einsatzgattierung im wesentlichen bestehend aus Eisen, Koks und Kalkstein in den Kupolofen eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß kohlenstoffhaltiges Material in staubförmiger Form und in einer vom Kohlenstoffgehalt der zu erzeugenden Gußeisensorte abhängigen Menge in den Kupolofen eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das staubförmige, kohlenstoffhaltige Material im Zufuhrbereich des Ofenwindes in den Kupolofen eingeführt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß vermehrt staubförmiges, kohlenstoffhaltiges Material zugeführt wird und der Satzkoks in Abhängigkeit von der Menge an zugeführtem, staubförmigem, kohlenstoffhaltigem Material um eine äquivalente Menge reduziert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das staubförmige, kohlenstoffhaltige Material in den Kupolofen mit Hilfe eines Gasstroms eingeblasen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das staubförmige, kohlenstoffhaltige Material mit Luft eingeblasen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasstrom für das staubförmige, kohlenstoffhaltige Material ein aus Luft und Sauerstoff bestehendes Gasgemisch mit beliebig einstellbarem Sauerstoffgehalt verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum staubförmigen, kohlenstoffhaltigen Material Sauerstoff im Zufuhrbereich des Ofenwindes in den Kupolofen einführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Ofenwind ein aus Luft und Sauerstoff bestehendes Gasgemisch mit beliebig einstellbarem Sauerstoffgehalt verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Kohlenstoffgehalts qualitativ unterschiedliches, kohlenstoffhaltiges Material verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als staubförmige, kohlenstoffhaltige Materialien synthetische Kohlenstoffmaterialien verwendet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Zielgröße für die Zugabe des staubförmigen, kohlenstoffhaltigen Materials neben dem Kohlenstoffgehalt der Keimhaushalt der Schmelze genommen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem staubförmigen, kohlenstoffhaltigen Material Legierungselemente und/oder andere Zuschlagstoffe für das Gußeisen ebenfalls in staubförmiger Form zugemischt werden.