[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Begrenzung und/oder Verminderung
eines bei zumindest teilweise Gas freisetzenden Reaktionen, insbesondere bei Frischreaktionen
von Metallschmelzen, zum Beispiel von siliziumhältigen Vorschmelzen oder Roheeisenschmelzen
mit Sauerstoff und/oder Sauerstoffträgern und/oder Zuschlagstoffen in einem metallurgischen
Gefäß vermehrt entstehenden Schaumschlackenvolumens. Die Erfindung umfaßt weiter eine
Vorrichtung zur Begrenzung und/oder Verminderung eines bei zumindest teilweise Gas
freisetzenden Reaktionen, vorzugsweise bei Frischreaktionen von Metallschmelzen, beispielsweise
von siliziumhältigen Vorschmelzen oder Roheisenschmelzen, mit Sauerstoff undloder
Sauerstoffträgem und/oder Zuschlagstoffen in einem metallurgischen Gefäß vermehrt
entstehenden Schaumschlackevolumens, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] Bei einer Herstellung und/oder Veredelung von flüssigem Metall aus Rohschmelzen laufen
oftmals Reaktionen ab, welche zumindest teilweise Gase freisetzen. Am bekanntesten
und wichtigsten sind hievon die Frischreaktionen von Roheisen.- oder Vorschmelzen
bei der Stahl- und Metallgewinnung. Dabei reagieren gasförmiger Sauerstoff und/oder
Sauerstoff aus Sauerstoffträgern, zum Beispiel von Erzen und dergleichen, mit leicht
oxidierbaren Metallen und/oder Kohlenstoff der Rohschmelze unter Bildung von zumeist
flüssigen und gasförmigen Reaktionsprodukten bzw. Oxiden.
[0003] Elemente mit hoher Affinität zu Sauerstoff werden mit diesem vorzugsweise reagieren,
was zum Beispiel für ein Behandeln, insbesondere ein Frischen, von üblichen Roheisenschmelzen
bedeutet, daß vorab vorwiegend das Begleitmetall Silizium zu SiO
2 oxidiert. SiO
2 ist zähflüssig und bildet mit weiteren Komponenten viskose Schlacken, welche durch
das bei der Entkohlungsreaktion entstehende gasförmige Kohlenoxid zum Schäumen gebracht
werden.
Ein Entstehen von Schaumschlacken in metallurgischen Gefäßen, zum Beispiel beim Entsilizieren
oder Vorfrischen sowie bei einem Verarbeiten von siliziumhältigen Rohschmelzen in
einem Konverter, ist in Fachkreisen bekannt.
[0004] Eine zumeist schwer beherrschbare vermehrte Schaumschlackenbildung, insbesondere
während des ersten Behandlungszeitraumes der Rohschmelzen kann zu einem Überlaufen
des metallurgischen Gefäßes oder einem erhöhten Auswurf von Schlacke aus dem Konvertermund
führen. Die schaumige Schlacke besteht vorwiegend aus einem komplexen Gemisch aus
flüssigen Oxiden, aus festen Oxidteilchen und flüssigen Metalltröpfchen sowie aus
Gasblasen, im wesentlichen Kohleoxidgasblasen. Ein erhöhter Auswurf oder ein Überlaufen
von Schaumschlacke bringt daher neben einer Notwendigkeit umfangreicher Reinigungsarbeiten
einen Verlust von wertvollem Metall.
[0005] Es wurden schon eine Anzahl von zum Teil aufwendigen und die Produktion verzögernden
Verfahren vorgeschlagen, den Metallverlust bei zumindest teilweise Gas freisetzenden
Reaktionen, insbesondere beim Frischen nach dem Sauerstoffaufblasprozeß, auszuschalten.
[0006] Aus der DE 29 44 771 C2 ist beispielsweise bekannt geworden, einem Überlaufen der
Schaumschlackenemulsion aus dem Konverter dadurch zu begegnen, daß, wenn ein derartiges
Überlaufen droht oder beginnt, Inertgas in den Konverter eingeblasen wird und zwar
mit einer Durchflußmenge, um das Überlaufen zum Halten zu bringen. Dabei erfolgt das
Einblasen vorzugsweise durch Zumischen von 5 bis 30% Inertgas zum Sauerstoff. Offensichtlich
soll durch einen Verdünnungseffekt die CO-Bildung vermindert bzw. eine Volumsvergrößerung
der Emulsion verhindert werden. Auch dieses Verfahren ist nicht sonderlich verläßlich
und benötigt meist teures Inertgas.
[0007] Keines der bekannten Verfahren ist jedoch einfach, kostengünstig und ohne Produktionsverzögerung
bei erhöhtem Metallausbringen anwendbar.
[0008] Die Erfindung setzt sich dementsprechend ausgehend vom Stand der Technik zum Ziel,
ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche
oben angeführten Nachteile beseitigt werden.
[0009] Erreicht wird das verfahrensgemäße Ziel der Erfindung dadurch, daß die Schlackenbildung
und/oder eine Vergrößerung des Schlackenvolumens bzw. ein Anstieg des Schlackenspiegels
im metallurgischen Gefäß verfolgt wird und bei Erreichen eines bestimmten Höchstwertes
so lange Gas auf die Oberfläche der und/oder in die sich über dem Metallbad bildenden
Schaumschlacke geblasen wird, bis deren volumsvergrößerndes Schäumen beendet ist.
[0010] Die Vorteile des derart erfolgenden Verfahrens sind im wesentlichen darin zu sehen,
daß der Ablauf der Reaktionen, insbesondere der Frischreaktionen, uneingeschränkt
bleiben kann und somit die Produktionszeit nicht verlängert wird. Allein das Volumen
bzw. das Niveau des Schlackenspiegels wird bei einem Überschreiten eines Höchstwertes
durch auf die Oberfläche aufgebrachtes und/oder in die Schlacke eingebrachtes Gas
verringert, so daß ein Überlaufen und/oder ein Auswurf von Schaumschlacke nicht erfolgen.
Bei hoher Produktivität werden das Ausbringen und somit die Wirtschaftlichkeit des
Behandlungs- bzw. Veredelungsverfahrens der Metallschmelze wesentlich verbessert.
Ebenso erheblich sind die Vorteile in Bezug auf die Ausbildung des metallurgischen
Gefäßes, welches zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird, und somit auf eine
Zustellung und den in derartigen Gefäßen erreichbaren thermischen Wirkungsgrad. Zum
Frischen von einer in einem Konverter befindlichen schmelzflüssigen Roheisen-oder
Vorschmelze, gegebenenfalls bei Einsatz mindestens eines festen Kühlmittels, durch
Einblasen von Sauerstoff zumindest teilweise mittels einer Lanze von oben bietet das
erfindungsgemäße Verfahren sowohl prozeßtechnisch als auch hinsichtlich der Konverterausbildung
erhebliche Vorteile. Herkömmliche Konverter für ein Verarbeiten von siliziumhaltigen
Roheisen mit einem Si-Gehalt von z.B. 0,4 bis 1,5 Gew.-% sind großvolumig und weisen
zur Ausbildung eines genügend großen Schlackenschaumraumes ein Verhältnis von Höhe
zu Durchmesser von größer/gleich 1,5 auf. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist eine günstigere Ausführungsform mit einem Innenraum von größerlgleich 0,8 m
3 je Tonne Metall und einem Verhältnis von Höhe zu Durchmesser von größer/gleich 1,5
einsetzbar.
[0011] Besonders hohe Wirtschaftlichkeit bei guter Wirksamkeit wird erreicht, wenn als Gas
Luft auf die Schlackenoberfläche und/oder in die Schlacke geblasen wird.
[0012] Überraschenderweise wurde dabei ein von der Fachwelt befürchteter wesentlicher Anstieg
des Stickstoffgehaltes im flüssigen Metall nicht gefunden.
[0013] Es hat sich gezeigt, daß ein Anstieg des Schlackenbadspiegels bzw. eine starke Tendenz
zur Vergrößerung des Schaumschlackenvolumens rechtzeitig erkannt werden muß, um große
Effizient der Gasbeaufschlagung zu erreichen und ein Überlaufen von Schaumschlacke
mit Sicherheit zu vermeiden. Dafür ist besonders vorteilhaft, wenn das Schaumschlackenvolumen,
insbesondere die Höhe des Schlackenspiegels im metallurgischen Gefäß durch einen oder
mehrere Sensor(en) festgestellt wird, welcher (welche) Sensor(en) bei Erreichen eines
vorgesehenen Wertes, zum Beispiel Höchstwert oder unterer Grenzwert, mindestens ein
Signal an eine Steuereinheit abgibt, von welcher Einheit signalgemäß eine Gasbeaufschlagung
der Schlacke geregelt und/oder zu- bzw. abgeschaltet wird.
[0014] Weil, wie festgestellt wurde, eine Volumsvergrößerung der Schaumschlacke eine deutliche
Änderung des von der Sauerstofflanze verursachten Blasgeräusches bewirkt, hat es sich
als günstig erwiesen, wenn durch mindestens einen Akustiksensor der Geräuschpegel
und/oder die Charakteristik der Schallemission beim Frischen von Stahl in einem Konverter
durch Aufblasen von Sauerstoff zumindest teilweise mittels einer Lanze festgestellt
und an eine Auswerte- und Steuereinheit weitergegeben wird, welche Einheit ihrerseits
aus den bereitgestellten Werten das Schaumschlackenvolumen und/oder den Schlackenbadspiegel
bzw. dessen Höhe im Konverter ermittelt und demzufolge die Gaszufuhr bzw.- beaufschlagung
der Schlacke regelt.
[0015] Das weitere Ziel der Erfindung , eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur
Verhinderung des Überlaufens oder eines Auswurfes von Schaumschlacke, insbesondere
zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wird dadurch erreicht, daß im oberen
Bereich des metallurgischen Gefäßes mindestens ein Gaszuführungsmittel angeordnet
und/oder einsetzbar ist, welches endenseitig mindestens einen Auslaß bzw. eine Einrichtung
für eine Ausrichtung und/oder zur Ausbildung eines Gasstromes auf die Schlacke bzw.
Schlackenbadoberfläche und/oder in die Schlacke aufweist.
[0016] Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
in deren Einfachheit und hohen Wirksamkeit.
[0017] Besonders gute verfahrenstechnische, aber auch wirtschaftliche Ergebnisse werden
erzielt, wenn das metallurgische Gefäß als Konverter mit einer oben in diesen einbringbaren
Lanze zur Zuführung von Sauerstoff ausgebildet ist. Die Vorteile können, wie sich
gezeigt hat, weiter gesteigert werden, wenn das Volumen des dem metallurgischen Gefäß,
insbesondere dem Konverter, zugeführten Gases bzw. dessen Auf- bzw. Einblasintensität
auf die Schlackenbadoberfläche bzw. in die Schlacke durch mindestens ein Regelorgan
einstellbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die Gasmenge den Erfordernissen
anzupassen und damit den thermischen Wirkungsgrad des Prozesses nicht zu verschlechtern,
insbesondere zu verbessern.
[0018] Ein hoher Automatisierungsgrad der Anlage ist vorteilhaft erreichbar, wenn das (die)
Regelorgan(e) mit mindestens einer, vorzugsweise programmierbaren, Regel- und Steuereinheit
wirkverbunden ist (sind), wobei die Einheit(en) mindestens einen Anschluß an mindestens
einen Sensor aufweist(en).
[0019] Es hat sich bei Entwicklungsarbeiten als besonders günstig und sicher herausgestellt,
wenn der oder mindestens ein Sensor als Akustiksensor ausgebildet ist.
[0020] Zur Durchführung einer hochwirksamen Niederschlagung der Schaumschlacke im Konverter
hat es sich weiters als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens ein 'Gaszuführungsmittel
in der Konverterwandung integriert und/oder durch Ausnehmungen diese durchdringend
einbringbar ist.
[0021] Eine besonders einfache Konzeption der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gegeben,
wenn mindestens ein Gaszuführungsmittel an der Sauerstofflanze angebracht oder in
diese integriert ist, wobei jedoch die Sauerstoffzufuhr und die Gaszufuhr hinsichtlich
der Anschlüsse, Versorgung und Regelung vollkommen getrennt ausgebildet sind.
[0022] Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden
Zeichnungen näher erläutert.
[0023] Es zeigen
Fig. 1 einen Konverter mit einer Gaszuführung durch die Wand bzw. Ausmauerung
Fig. 2 eine Sauerstoff-Blaslanze mit integrierter, jedoch getrennt regelbarer Gaszufuhr
[0024] Bei der schematischen Darstellung nach Fig. 1 läuft das erfindungsgemäße Verfahren
in einem Sauerstoff-Aufblase- Frischkonverter 1 ab. Das Konvertergefäß weist einen
Stahlmantel 11 mit einer Ausmauerung 12 auf. Beim Frischen der Metallschmelze 2 durch
einen über einer Lanze 13 auf die Metallbadoberfläche aufgeblasenen Sauerstoffstrahl
14 wird duch die Reaktionen Schaumschlacke 21 gebildet. Erhöht sich nun das Schaumschlackenvolumen
21 bzw. der Schlackenspiegel bis zu einem hohen Niveau, welches gegebenenfalls durch
einen erfindungsgemäßen Sensor 32 oder dergleichen feststellbar ist, so daß ein Auswurf
mit den Abgasen 23 oder ein Überlaufen bei einem weiteren Vergrößern des Schlackenvolumens
21 erfolgen würde, so wird entsprechend der Erfindung über ein Gaszuführungsmittel
3 die Ausbildung eines Gasstromes 31 veranlaßt. Der Gasstrom 31, insbesondere ein
Luftstrom, ist dabei schräg nach unten unter einem Winkelα zur Vertikalen von 15 bis
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auf bzw. in die Schaumschlacke 21 gerichtet, welche durch dessen blasenauflösende
Wirkung zusammenfällt. Sinkt im Laufe des Frischverfahrens die Neigung zur Bildung
von Schaumschlacke 21 bzw. die Schaumschlackenoberfläche, so kann, gegebenenfalls
veranlaßt durch einen Sensor 32, gesteuert durch eine Regelung, der Gasstrom 31 bis
auf ein ein Verstopfen des Gaszuführungsmittel 3 im Normalbetrieb des Konverters verhinderndes
Ausmaß reduziert werden.
[0025] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann, wie in Fig. 2 dargestellt,
ein Gaszuführungsmittel 3 in einer Sauerstoffblaslanze 13 integriert oder an dieser
angebracht sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein oder mehrere Auslässe 33 des Gaszuführungsmittels
3 derart ausgebildet sind, daß im oberen Bereich des metallurgischen Gefäßes 1 bzw.
des Konverters ein Gasstrom 31 mit einem Winkel zur Vertikalen ausformbar ist. Ein
Abstand A der Auslässe 33 vom unteren Ende der Sauerstoffblaslanze 13 und ein Winkel
eines Gasstromes 31 sollen dabei derart gestaltet sein, daß in Betriebsposition der
Lanze 31 über einer Metallschmelze 2 der Gasstrom 31 nicht auf die Ausmauerung 12
des Gefäßes 1 gerichtet ist. Auch bei anders gestalteten Gaszuführungsmitteln ist
es vorteilhaft, eine Ausrichtung des Gasstromes 31 wie erwähnt vorzusehen.
[0026] Als weiteres Beispiel sollen Langzeitergebnisse bei Verwendung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung dienen. Ein 60 t Sauerstoffaufblaskonverter mit einem Innenraum bei Neuzustellung
von 0,80 m
3/t Stahl und einem Verhältnis von Höhe zu Durchmesser von 1,9 wurde für ein Frischen
von Qualitätsstahl aus Roheisen mit einer durchschnittlichen Zusammensetzung in Gew.-%
im wesentlichen von C=4,3, Si=0,80, Mn=1,00, P = 0,10, Rest Eisen und Verunreinigungen
eingesetzt. Der metallische Einsatz betrug etwa 75 % Roheisen und 25 % Schrott. Die
Schlackenmenge betrug dabei etwa 12% der Metallmenge. Bei einer Herstellung von Stahlchargen
nach der herkömmlichen Blaspraxis mußten bei einer Gefahr eines Überlaufens von Schaumschlacke
die Sauerstoffzufuhr gedrosselt und/oder die Parameter der Lanzenstellung im Konverter
geändert werden. Ein nicht zu verhindernder Schlackenauswurf weist einen Eisengehalt
von durchschnittlich 67 Gew.-% auf.
[0027] Mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung wurden im gleichen Konverter nach einer Neuzustellung
wiederum Qualitätsstahlchargen hergestellt und diese während einer gesamten Tiegelreise
beobachtet. Eine Zuschaltung und Reduzierung von Luftzufuhr erfolgte sensorgesteuert.
Als Sensoren wurden Akustiksensoren verwendet, welche auf ein Schallwellenspektrum
bzw. eine Änderung des Blasgeräusches reagierten. Bei der Erschmelzung der Qualitätsstahlchargen
wurden dabei eine Produktivitätssteigerung durch eine Verwendbarkeit einer ungehinderten,
nicht durch eine Gefahr von Schlackenüberläufen bedrohte, optimale Aufblastechnologie,
eine praktisch vollkommene Vermeidung von Schlackenauswürfen und damit eine Ausbringenssteigerung
an Stahl erreicht.
[0028] Versuche haben gezeigt, daß besonders wirkungsvoll einer übermäßigen Volumsvergrößerung
der Schaumschlacke begegnet wird, wenn der (die) Auslaß (Auslässe) für eine Ausbildung
des (der) Gastromes ( Gasströme) des Gaszuführungsmittels im oberen Teil des Konverterinnenraumes
und zwar in der oberen Hälfte, vorzugsweise im oberen Drittel des Abstandes vom Metallbad
zur Tiegelmündung, angeordnet ist ( sind).
1. Verfahren zur Begrenzung und/oder Verminderung eines bei zumindest teilweise Gas freisetzenden
Reaktionen, insbesondere bei Frischreaktionen von Metallschmelzen, zum Beispiel von
siliziumhältigen Vorschmelzen oder Roheisenschmelzen mit Sauerstoff und/oder Sauerstoffträgern
und/oder Zuschlagstoffen in einem metallurgischen Gefäß vermehrt enstehenden Schaumschlackenvolumens,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenbildung und/oder eine Vergrößerung des Schlackenvolumens bzw. ein
Anstieg des Schlackenspiegels im metallurgischen Gefäß verfolgt wird und bei Erreichen
eines bestimmten Höchstwertes so lange Gas auf die Oberfläche der und/oder in die
sich über dem Metallbad bildenden Schaumschlacke geblasen wird, bis deren volumsvergößerndes
Schäumen beendet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, verwendet zum Frischen von einer in einem Konverter befindlichen
schmelzflüssigen Roheisen- oder Vorschmelze durch Einblasen von Sauerstoff zumindest
teilweise mittels einer Lanze von oben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Luft auf die Schlackenoberfläche und/oder in die Schlacke geblasen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumschlackenvolumen, insbesondere die Höhe des Schlackenspiegels im metallurgischen
Gefäß durch einen oder mehrere Sensor(en) festgestellt wird, welcher(welche) Sensor(en)
bei Erreichen eines vorgesehenen Wertes, zum Beispiel Höchstwert oder unterer Grenzwert,
mindestens ein Signal an eine Steuereinheit abgeben, von welcher Einheit signalgemäß
eine Gasbeaufschlagung der Schlacke geregelt und/oder zu- bzw. abgeschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch mindestens einen Akustiksensor der Geräuschpegel und/oder die Charakteristik
der Schallemission beim Frischen von Stahl in einem Konverter durch Aufblasen von
Sauerstoff zumindest teilweise mittels einer Lanze festgestellt und an eine Auswerte-
und Steuereinheit weitergegeben wird, welche Einheit ihrerseits aus den bereitgestellten
Werten das Schaumschlackenvolumen und/oder den Schlackenbadspiegel bzw. dessen Höhe
im Konverter ermittelt und demzufolge die Gaszufuhr bzw.- beaufschlagung der Schlacke
regelt.
6. Vorrichtung zur Begrenzung und/oder Verminderung eines bei zumindest teilweise Gas
freisetzenden Reaktionen, vorzugsweise bei Frischreaktionen von Metallschmelzen (2),
beispielsweise von siliziumhältigen Vorschmelzen oder Roheisenschmelzen, mit Sauerstoff
und/oder Sauerstoffträgern und/oder Zuschlagstoffen in einem metallurgischehn Gefäß
(1) vermehrt entstehenden Schaumschlackevolumens (21), insbesondere zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des metallurgischen Gefäßes (1) mindestens ein Gaszuführungsmittel
(3) angeordnet und/oder einsetzbar ist, welches endenseitig mindestens einen Auslaß
bzw. eine Einrichtung für eine Ausrichtung und/oder zur Ausbildung eines Gasstromes
(31) auf die Schlacke (21) bzw. Schlackenbadoberfläche und/oder in die Schlacke (21)
aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das metallurgische Gefäß als Konverter mit einer von oben in diesen einbringbaren
Lanze zur Zuführung von Sauerstoff ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des dem metallurgischen Gefäß, insbesondere dem Konverver, zugeführten
Gases bzw. dessen Auf- bzw. Einblasintensität auf die Schlackenbadoberfläche bzw.
in die Schlacke (21) durch mindestens ein Regelorgan einstellbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) Regelorgan(e) mit mindestens einer, vorzugsweise programmierbaren,
Regel- und Steuereinheit wirkverbunden ist ( sind), wobei die Einheit(en) mindestens
einen Anschluß an mindestens einen Sensor aufweist(en).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der oder mindestens ein Sensor als Akustiksensor ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gaszuführungsmittel in der Konverterwandung integriert und/oder
durch Ausnehmungen diese durchdringend einbringbar ist (sind).
12. Vorrichtung nach einem Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gaszuführungsmittel an der Sauerstofflanze angebracht oder in
diese integriert ist, wobei jedoch die Sauerstoffzufuhr und die Gaszufuhr hinsichtlich
der Anschlüsse, Versorgung und Regelung vollkommen getrennt ausgebildet sind.