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,
• kohlenstoffhaltiges Material in staubförmiger Form und in einer vom Kohlenstoffgehalt der zu erzeugenden Gußeisensorte abhängigen Menge im Zufuhrbereich des Ofenwindes mit Hilfe eines Gasstroms in den Kupolofen eingebracht wird,

und bei dem dem Kupolofen neben dem Ofenwind weiterer Sauerstoff zugeführt 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. Dieser Einsatz sinkt 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 - im Standardfall - 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] Darüber hinausgehend ist aus dem Artikel "Gleichzeitiges Einblasen von Sauerstoff und Kohlenstaub in den Kupolofen" aus Giesserei 75, Nr.1, Jan.1988, ein weiter entwickeltes Verfahren für einen Kupolofenbetrieb bekannt, bei dem Gußeisen in verschiedenen Sorten mit unterschiedlichen Kohlenstoffgehalten aus gleichartigen Einsätzen herstellbar ist und gemäß dem im Zufuhrbereich des Ofenwindes mit Hilfe eines Gasstroms kohlenstoffhaltiges Material in staubförmiger Form und unter Verminderung des Kokseinsatzes in den Kupolofen eingebracht wird. Dabei wird außerdem zusätzlich Sauerstoff mit dem Ofenwind in den Kupolofen eingeleitet, wodurch ein relativ komplexes Verfahren mit Transportgas-, Ofenwind- und Sauerstoffgaszufuhr entsteht.

[0005] Außer dem qualitativen Kriterium ist generell die Verringerung des Koksbedarfs beim Betreiben eines Kupolofens wünschenswert, z.B. auch um die störende Schwefelaufnahme im Eisen zu minimieren. Außerdem führt dies zu Kosteneinsparungen und zu größerer Schmelzleistung des Ofens. Eine Koksreduzierung ist aber aufgrund der dann geringeren Eisentemperatur und damit in Zusammmenhang stehender, geringerer Kohlenstoffaufnahme des Eisens nicht ohne andere, ausgleichende Maßnahmen durchführbar (siehe vorheriger Abstatz).

[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Nachteile von bekannten Betriebsweisen von Kupolöfen in ökonomischer Weise zu beseitigen, und insbesondere aufwandsarm einen flexiblen Betrieb eines Kupolofens zu gestalten.

[0007] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Fördergasstrom für das zuzuführende, staubförmige, kohlenstoffhaltige Material ein aus Luft und Sauerstoff bestehendes Gasgemisch mit beliebig einstellbarem Sauerstoffgehalt verwendet wird, das gleichzeitig auch die zusätzliche Sauerstoffzufuhr zum Kupolofen gewährleistet.

[0008] Bevorzugte Ausgestaltungen des beanspruchten Verfahrens werden in den abhängigen Ansprüchen 2-7 offenbart.

[0009] Durch Zugabe von staubförmigem, kohlenstoffhaltigem Material wird eine zusätzliche Kohlenstoffquelle neben dem Satzkoks bereitgestellt, 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.

[0010] Die Erfindung zielt insbesondere auch darauf ab, 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.

[0011] Erfindungsgemäß wird das staubförmige, kohlenstoffhaltige Material in den Kupolofen mit einem aus Luft und Sauerstoff bestehenden Gasgemisch mit beliebig einstellbarem Sauerstoffgehalt eingeblasen. Damit kann-im Vergleich zum Einblasen z.B. mit Luft-auch noch Einfluß auf die Temperatur im Ofen genommen werden, die mit dem Sauerstoffangebot im Ofen in Zusammenhang steht und die mit höherem Sauerstoff-Angebot gesteigert werden kann.

[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 auch besonders einfach 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 insbesondere eine Möglichkeit zur Hand, die entstehende Gußeisenqualität kurzfristig und einfach zu verändern.

[0020] Mit der Erfindung kann auch 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 besagte 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] Durch die gemäß der Erfindung kombinierte, Kohlenstaub- und Sauerstoffzugabe, nämlich derart, daß als Trägermedium zur pneumatischen Beförderung des staubförmigen, kohlenstoffhaltigen Materials ein aus Luft und Sauerstoff bestehendes Gemisch verwendet wird, kann der betreffende Prozeß in optimaler Weise über die Einstellung der geeigneten Menge Kohlenstaub und des passenden Sauerstoffanteils im Trägermedium gesteuert werden.

[0022] Schließlich ist es mit der Erfindung 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,

- kohlenstoffhaltiges Material in staubförmiger Form und in einer vom Kohlenstoffgehalt der zu erzeugenden Gußeisensorte abhängigen Menge im Zufuhrbereich des Ofenwindes mit Hilfe eines Gasstroms in den Kupolofen eingebracht wird,

- dem Kupolofen neben dem Ofenwind weiterer Sauerstoff zugeführt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß als Fördergasstrom für das staubförmige, kohlenstoffhaltige Material ein aus Luft und Sauerstoff bestehendes Gasgemisch mit beliebig einstellbarem Sauerstoffgehalt verwendet wird, das gleichzeitig auch die zusätzliche Sauerstoffzufuhr zum Kupolofen leistet.

2. Verfahren nach der Anspruch 1, 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.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur sauerstoffgasgetragenen Zufuhr des staubförmigen, kohlenstoffhaltigen Materials weiterer Sauerstoff im Zufuhrbereich des Ofenwindes in den Kupolofen einführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Kohlenstoffgehalts qualitativ unterschiedliches, kohlenstoffhaltiges Material verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als staubförmige, kohlenstoffhaltige Materialien synthetische Kohlenstoffmaterialien, z.B. Elektrodengraphit, verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zielgröße für die Zugabe des staubförmigen, kohlenstoffhaltigen Materials neben dem Kohlenstoffgehalt der Keimhaushalt der Gußeisen-Schmelze genommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem staubförmigen, kohlenstoffhaltigen Material Legierungselemente und/oder andere Zuschlagstoffe für das Gußeisen ebenfalls in staubförmiger Form zugemischt werden.

Claims

1. Process for operating a cupola furnace for producing various grades of cast iron with different carbon content levels in which

- a charge mixture essentially consisting of iron, coke and limestone is introduce into the cupola furnace,

- carbon-containing material in powdered form and in a quantity depending on the carbon content of the grade of cast iron to be produced is introduced into the cupola furnace in the furnace blast inlet area with the aid of a stream of gas,

- further oxygen is introduced into the cupola furnace in addition to the furnace blast,

characterised in that a gas mixture which consists of air and oxygen with an optionally adjustable oxygen content and which simultaneously provides the additional supply of oxygen to the cupola furnace is used as the stream of gas for conveying the powdered carbon-containing material.

2. Process according to claim 1, characterised in that more powdered carbon-containing material is introduced and the charge coke is reduced by an equivalent amount as a function of the amount of powdered carbon-containing material introduced.

3. Process according to one of claims 1 to 2, characterised in that further oxygen is introduced into the cupola furnace in the furnace blast inlet area parallel with the introduction of the powdered carbon-containing material borne by oxygen gas.

4. Process according to one of claims 1 to 3, characterised in that qualitatively different carbon-containing material is used to influence the carbon content.

5. Process according to one of claims 1 to 4, characterised in that synthetic carbon materials, e.g. electrode graphite, are used as the powdered carbon-containing materials.

6. Process according to one of claims 1 to 5, characterised in that in addition to the carbon content the nucleation distribution of the molten cast iron is taken as a target for the addition of the powdered carbon-containing material.

7. Process according to one of claims 1 to 6, characterised in that alloy elements and/or other additives for the cast iron also in powdered form are mixed with the powdered carbon-containing material.

Revendications

1. Procédé de conduite d'un cubilot pour la production de fonte de divers types présentant diverses teneurs en carbone, dans lequel:

- on introduit dans le cubilot un lit de fusion se composant pour l'essentiel de fer, de coke et de calcaire,

- on introduit dans le cubilot un matériau sous forme pulvérulente contenant des hydrocarbures en une quantité fonction de la teneur en carbone du type de fonte à fabriquer, dans la zone d'injection du vent du four, à l'aide d'un courant gazeux,

- on amène au cubilot, en plus du vent du four, une quantité supplémentaire d'oxygène,

caractérisé en ce que l'on utilise comme courant gazeux porteur pour le matériau sous forme pulvérulente contenant des hydrocarbures, un mélange gazeux se composant d'air et d'oxygène avec une teneur en oxygène réglable à volonté, et qui assure en même temps l'alimentation supplémentaire en oxygène pour le cubilot.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit des quantités croissantes de matériau sous forme pulvérulente contenant des hydrocarbures, et en ce que l'on réduit d'une quantité équivalente la ration de coke, en fonction de la quantité de matériau sous forme pulvérulente contenant des hydrocarbures qui est introduite.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'en parallèle à l'injection porteuse d'oxygène gazeux du matériau sous forme pulvérulente contenant des hydrocarbures, on introduit dans le cubilot de l'oxygène supplémentaire dans la zone d'injection du vent du four.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour agir sur la teneur en carbone, on utilise des matériaux contenant des hydrocarbures qualitativement différents.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise comme matériau sous forme pulvérulente contenant des hydrocarbures, des matériaux hydrocarbures synthétiques, par exemple du graphite d'électrode.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en qu'on prend comme valeur de consigne pour l'addition du matériau sous forme pulvérulente contenant des hydrocarbures, non seulement la teneur en carbone, mais aussi la structure de cristallisation du bain de fusion de fonte.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on mélange au matériau sous forme pulvérulente contenant des hydrocarbures des éléments d'alliage et/ou d'autres substances d'addition pour la fonte, qui se trouvent également sous forme pulvérulente.