Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kupolofens zur Erzeugung von Gußeisen in verschiedenen Sorten mit unterschiedlichen Kohlenstoffgehalten, bei dem
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.
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.
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.
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).
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.
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.
Bevorzugte Ausgestaltungen des beanspruchten Verfahrens werden in den abhängigen Ansprüchen 2-7 offenbart.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert werden.
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.
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 %.
Folgende Tabelle enthält nochmals alle Daten zusammengefaßt:
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.
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.
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.
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.
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.