Impulsspülung mit Inertgas beim BOF- und AOD-Konverterprozess

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Behandlung einer Eisenschmelze in einem Konverter, bei welchem die Eisenschmelze während einer Blasphase durch oberseitiges Aufblasen von Sauerstoff behandelt wird und wobei zumindest während eines Zeitabschnittes der Blasphase konverterbodenseitig über mehrere Boden- oder Seitendüsen ein Inertgas oder ein Inertgas enthaltendes Fluid in die Schmelze eingeblasen wird, soll eine Lösung geschaffen werden, die es ermöglicht, den Inertgasverbrauch bei der Durchführung von BOF- oder AOD-Konverterprozessen zu reduzieren, ohne dass sich Auswirkungen auf die erzielbare Stahlqualität ergeben. Dies wird dadurch erreicht, dass zumindest über einen Zeitraum während des Zeitabschnittes der Blasphase ein erster Teil der Boden- oder Seitendüsen mit einem mäßigen, den Durchsatz einer diesen ersten Teil an Boden- oder Seitendüsen freihaltenden Freihalte-Spülgasmenge an Inertgas bewirkenden Inertgas-Fluiddruck und der verbleibende Teil der Boden- oder Seitendüsen mit einem demgegenüber erhöhten, den Durchsatz einer Standard-Spülgasmenge an Inertgas bewirkenden Inertgas-Fluiddruck beaufschlagt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Behandlung einer Eisenschmelze in einem Konverter, bei welchem die Eisenschmelze während einer Blasphase durch oberseitiges Aufblasen von Sauerstoff behandelt wird und wobei zumindest während eines Zeitabschnittes der Blasphase konverterbodenseitig über mehrere Boden- oder Seitendüsen ein Inertgas oder ein Inertgas enthaltendes Fluid in die Schmelze eingeblasen wird.

[0002] Beim sogenannten Frischen von Roheisen zur Aufbereitung in eine Stahlqualität werden in einem BOF-Konverter (BOF = Basic Oxygen Furnace) oder in beim AOD-Verfahren oder -Prozess (AOD = Argon Oxygen Decarburization) unerwünschte Begleitelemente wie Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phosphor oder Schwefel durch Aufblasen von Sauerstoff auf die Eisenschmelze entfernt. Der Aufblasvorgang alleine bringt nicht genügend kinetische Energie in die Eisenschmelze, um diese großräumig innerhalb des Konverters in Umlauf oder zur Umwälzung zu bringen und diese Umwälzbewegung aufrecht zu erhalten, um dadurch ständig frische Schmelze zum Brennfleck unterhalb der Blaslanze zu transportieren. Aus diesem Grund wird zusätzlich über mehrere - je nach Konvertertyp - Bodendüsen oder Seitendüsen zusätzlich Inertgas (Stickstoff, Argon) in die Eisenschmelze eingeblasen. Die Gasstrahlen des Inertgases zerfallen nach dem Eintritt in die Eisenschmelze rasch in eine Vielzahl von Einzelblasen, die aufsteigen, sich ausdehnen und die umgebende Schmelze mitreißen. Der kontinuierliche Umlauf oder die kontinuierliche Umwälzung der Eisenschmelze - und damit deren Homogenisierung bezüglich der sich einstellenden Temperatur und Konzentration - wird im Wesentlichen durch diesen Vorgang, die sogenannten Auftriebsfreistrahlen, induziert. Der sich dabei einstellende Verbrauch an Inertgas hängt unter anderem von der Konvertergröße, der Anzahl und Art der Bodenspüler oder Bodendüsen (single-hole plug, multi-hole plug) oder Seitendüsen, aber auch von der vom Betreiber festgelegten oder durchgeführten Konverter-Fahrweise ab. Eine übliche Fahrweise besteht darin, die Inertgasmenge ab Blasbeginn möglichst gering, d.h. auf einer sogenannten Freihalte-Spülgasmenge, zu halten, da durch die sich während der Blasphase bildenden, bzw. gebildet habenden CO-Blasen eine genügend hohe Schmelzbadmotorik entsteht. Ein Abschalten der Boden- oder Seitendüsen ist nicht möglich, da sich diese ansonsten mit Eisenschmelze zusetzen würden. Gegen Ende der Blasphase, wenn die Entkohlung des Bades aus Eisenschmelze nur noch langsam fortschreitet und die CO-Blasenbildung nachlässt, übernehmen die Boden- oder Seitendüsen eine deutlich wichtigere Rolle für die Durchmischung des Bades an Eisenschmelze und die sich einstellende Reaktionsgeschwindigkeit. Üblicherweise wird daher in diesem Zeitabschnitt die eingeblasene Inertgasmenge über die Dauer von mehreren Minuten erhöht, bis die vorgegebenen, d.h. erwünschten, Zielwerte der Temperatur und der Stahlqualität, d.h. der Zusammensetzung des Schmelzbades, in dem Konverter erreicht sind.

[0003] Es ist aber auch üblich, die Boden- oder Seitendüsen während der gesamten Blasphase eines BOF-Konverters mit konstant hoher Spülleistung, d.h. mit einem konstant hohen, den Durchsatz einer Standard-Spülgasmenge bewirkenden Inertgas-Fluiddruck zu betreiben. Grund hierfür ist, dass hohe Spülleistungen und damit hohe Spülraten auch mit einer intensiven Vermischung und einer damit bewirkten Entkohlung des Bades aus Eisenschmelze verbunden sind.

[0004] Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist es, dass diese mit einem relativ hohen Inertgasverbrauch verbunden sind, wobei zudem alle jeweils in einem Konverter vorhandenen Boden- oder Seitendüsen jeweils gleichmäßig mit Inertgas oder einem Inertgas enthaltenden Fluid beaufschlagt werden.

[0005] Aus der DE 25 118 62 C3 ist ein Verfahren zum Einblasen von Strahlen unterschiedlicher Impulse in Metallschmelzen, hier insbesondere Roheisenschmelzen, bekannt, bei welchem das zur oxidierenden Raffination, dem sogenannten Frischen, verwendete Oxidationsmittel (Sauerstoff) ausschließlich über Boden- oder Seitendüsen in die in einem Konverter befindliche Eisenschmelze eingeblasen wird. Hierbei sind die Boden- oder Seitendüsen aber in wenigstens zwei, gesondert mit dem Fluid (Sauerstoff) beaufschlagbare Gruppen aufgeteilt, die während der Blasphase über eine bestimmte Zeitdauer unabhängig voneinander mit unabhängig regulierbaren Drücken beaufschlagbar sind. Hierbei wird eine Gruppe mit einem mäßigen Fluiddruck und die andere Gruppe mit einem deutlich erhöhten Fluiddruck gespeist, so dass sich einerseits ein geringer Impuls und andererseits ein stärkerer Impuls, der jeweils auf die Eisenschmelze einwirkt, einstellt. Während einer Blasphase werden alle Boden- oder Seitendüsen zunächst mit dem mäßigen Fluiddruck beaufschlagt, bevor dann während eines weiteren Zeitraumes ein Teil der Boden- oder Seitendüsen mit dem deutlich höheren Fluiddruck beaufschlagt wird, während der verbleibende Teil der Boden- oder Seitendüsen mit dem oder einem demgegenüber deutlich mäßigeren Fluiddruck beaufschlagt wird. Hierdurch wird es möglich, unabhängig voneinander den Impuls und den Mengendurchsatz des Hauptfluids (Sauerstoff) zur Verarbeitung, insbesondere zum Raffinieren einer Metallschmelze, zu regeln, um die Wirkungen hydrodynamischer Art (Rührwirkung, Badbewegung) und die Bewegungen rein metallurgischer Art nach Belieben zu beherrschen. Es wird damit möglich, bei gleichem Gesamtmengendurchsatz des verwendeten Fluids den Impuls der Strahlen und folglich ihren Eindringungsgrad in die zu verarbeitende Metallschmelze zu variieren, ohne den Gesamtverbrauch zu erhöhen. Zweck ist es, mit diesem Verfahren die gleichen Effekte zu erzielen, wie sie beim Aufblasverfahren mithilfe von Lanzen durch die Variation der Höhe der Lanze über dem Bad der Eisenschmelze erreichbar sind. Ein Hinweis auf eine damit mögliche Einsparung an verbrauchter, gasförmiger Fluidmenge ist diesem Dokument aber nicht zu entnehmen.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, den Inertgasverbrauch bei der Durchführung von BOF- oder AOD-Konverterprozessen zu reduzieren, ohne dass sich Auswirkungen auf die erzielbare Stahlqualität ergeben.

[0007] Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest über einen Zeitraum während des Zeitabschnittes der Blasphase ein erster Teil der Boden- oder Seitendüsen mit einem mäßigen, den Durchsatz einer diesen ersten Teil an Boden- oder Seitendüsen freihaltenden Freihalte-Spülgasmenge an Inertgas bewirkenden Inertgas-Fluiddruck und der verbleibende Teil der Boden- oder Seitendüsen mit einem demgegenüber erhöhten, den Durchsatz einer Standard-Spülgasmenge an Inertgas bewirkenden Inertgas-Fluiddruck beaufschlagt wird.

[0008] Durch die Erfindung ist es möglich, die während eines BOF- oder AOD-Konverterprozesses in die, in dem jeweiligen Konverter befindliche Eisenschmelze eingeblasene Inertgasmenge durch das erfindungsgemäße spezielle, zeitlich veränderliche Spülverhalten, welches durch die unterschiedlich eingestellten Inertgas-Fluiddrücke bewirkt wird, zu reduzieren, ohne dass diese Maßnahme Auswirkungen auf die erzielbare und gewünschte Stahlqualität haben. Hierdurch lassen sich etwa 30 % der Kosten für Inertgas einsparen. Die Erfindung geht dabei davon aus, dass die einmal in Bewegung gebrachte und im Umlauf bzw. in der Umwälzung befindliche Eisenschmelze infolge ihrer Trägheit auch über einen bestimmten Zeitraum in diesem Zustand verbleibt. Während dieses Zeitraumes kann die Inertgasmenge auf die Freihalte-Spülgasmenge reduziert werden, ohne dass sich größere Auswirkungen auf die in der Eisenschmelze ablaufenden chemischen Reaktionen ergeben. Durch das zeitweilige Abgeben einer gegenüber der Standard-Spülgasmenge verringerten Inertgasmenge an eine ausgewählte Anzahl an Boden- oder Seitendüsen lassen sich die Betriebskosten für verbrauchtes Inertgas reduzieren.

[0009] Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn jeweils die Hälfte der vorhandenen Boden- oder Seitendüsen mit dem mäßigen und die jeweils verbleibende andere Hälfte mit dem erhöhten Inertgas-Fluiddruck beaufschlagt wird. Die Erfindung zeichnet sich daher in Ausgestaltung dadurch aus, dass während des Zeitraums jeweils eine Hälfte aller in einem Konverter vorhandenen Boden- oder Seitendüsen mit dem mäßigen Inertgas-Fluiddruck und die andere Hälfte aller in einem Konverter vorhandenen Boden- oder Seitendüsen mit dem erhöhten Inertgas-Fluiddruck beaufschlagt wird.

[0010] Eine lokale, variable Änderung an reduzierter Spülgasmenge lässt sich durch ein alternierendes Spülen, als Impulsspülen bezeichnet, erreichen. Die Erfindung zeichnet sich daher schließlich auch dadurch aus, dass während des Zeitabschnittes und/oder des Zeitraumes alternierend während einer Zeitspanne jeweils unterschiedliche Gruppen von Boden- oder Seitendüsen mit dem mäßigen oder dem erhöhten Inertgas-Fluiddruck beaufschlagt werden.

[0011] Auch bei einem AOD-Konverterprozess lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft anwenden, da hierdurch das über die Seitendüsen seitlich eingebrachte Inertgas eine umlaufende Wirbelwalze im AOD-Konverter bildet, die für die Homogenisierung des Bades an Eisenschmelze verantwortlich ist. Da dieses Wirbelsystem relativ stabil ist, lässt sich auch hier das vorstehend beschriebene Impulsspülen oder Impulsspülverfahren anwenden, dies insbesondere mit einer extrem niedrigen Frequenz, wobei sich die Frequenz auf den alternierenden Wechsel von mäßigem zu erhöhtem Inertgas-Fluiddruck und vice versa bezüglich einer einzelnen Seitendüse oder einer Gruppe von Seitendüsen bezieht.

[0012] In einer besonders vorteilhaften Ausprägung besteht die Erfindung darin, die Bodendüsen/Bodenspüler eines BOF-Konverters oder die Seitendüsen/Seitenspüler eines AOD-Konverters während des jeweiligen Zeitabschnittes der Blasphase des Konverters, während welcher eine Inertgasbeaufschlagung der Eisenschmelze durchgeführt wird, über einen längeren Zeitraum die unterschiedlichen Druckbeaufschlagungen der Boden- oder Seitendüsen alternierend und abwechselnd mit festgelegten Zeitspannen zu betreiben, d.h. alternierend und abwechselnd über die festgelegte Zeitspanne mit einem mäßigen, den Durchsatz einer Freihalte-Spülgasmenge bewirkenden Inertgas-Fluiddruck und dann über dieselbe Zeitspanne mit einem demgegenüber erhöhten, den Durchsatz einer Standard-Spülgasmenge bewirkenden Inertgas-Fluiddruck zu beaufschlagen. Hierbei erfolgt die alternierende und abwechselnde Beaufschlagung jeweils nach einer Zeitspanne von beispielsweise 30 bis 60 Sekunden, während welcher eine Bodendüse oder eine Seitendüse oder eine Gruppe von Bodendüsen oder Seitendüsen, d.h. jeweils ein Teil der Boden- oder Seitendüsen, mit jeweils einem der beiden Inertgas-Fluiddrücke beaufschlagt wird. Jeweils während der jeweiligen Zeitspanne wird eine Hälfte der Boden- oder Seitendüsen mit der Standard-Spülgasmenge beaufschlagt, während die andere Hälfte der vorhandenen Boden- oder Seitendüsen mit der jeweils notwendigen Freihalte-Spülgasmenge beaufschlagt bzw. gefahren wird. Nach Ablauf dieser Zeitspanne erfolgt eine Änderung, insbesondere Umkehrung der Spülverhältnisse, d.h. die bisher mit der Standard-Spülgasmenge beaufschlagten Boden- oder Seitendüsen werden dann für die vorgesehen Zeitspanne mit der Freihalte-Spülgasmenge beaufschlagt und die bisher mit der Freihalte-Spülgasmenge beaufschlagten Boden- oder Seitendüsen werden für dieselbe Zeitspanne mit der Freihalte-Spülgasmenge beaufschlagt. Über einen vorgegebenen Zeitraum während des Zeitabschnittes der Blasphase oder über den gesamten Zeitabschnitt der Blasphase hinweg wird dieser Vorgang des alternierenden Wechsels der Beaufschlagung der Boden- oder Seitendüsen mit einem unterschiedlichen Inertgas-Fluiddruck so oft wiederholt, bis die geforderte oder gewünschte Zusammensetzung und Temperatur des Bades der Eisenschmelze in dem jeweiligen BOF- oder AOD-Konverter erreicht ist. Die in dem Bereich der mit der Freihalte-Spülgasmenge betriebenen Boden- oder Seitendüsen aufsteigenden Gasblasen besitzen (noch) einen genügend hohen Impuls, um die umgebende Eisenschmelze aus der Freistrahlumgebung mitzureißen, aufwärts zu transportieren und damit den wichtigen Umlauf und die Umwälzung der Eisenschmelze zu gewährleisten. Jede Gasblase weist dabei eine unter anderem von ihrem Durchmesser abhängige (finale) Aufstiegsgeschwindigkeit in der Eisenschmelze auf. Eine hohe Spülrate, d.h. ein hoher Durchsatz an Spülgasmenge durch eine Boden- oder Seitendüse ist folglich nicht zwangsläufig mit einer höheren Aufstiegsgeschwindigkeit der sich bildenden Blasen verbunden. Vorteilhaft ist es, wenn jeweils benachbarte Boden- oder Seitendüsen zu einem jeweiligen Zeitpunkt jeweils mit dem gleichen Inertgas-Fluiddruck beaufschlagt und somit mit derselben Inertgas-Spülgasmenge gefahren werden, was sich dadurch erreichen lässt, dass immer eine Konverterhälfte mit der Standard-Spülgasmenge und eine Konverterhälfte mit der Freihalte-Spülgasmenge beaufschlagt wird. Hierdurch lassen sich die Kosten für das benötigte Inertgas-Spülgas bei Verwendung typischer Röhrchenspüler (single-hole plug) als Bodendüsen um 30 % reduzieren, wobei das Einsparpotential bei als multi-hole Spüler ausgebildeten Bodendüsen noch etwas höher liegt und wobei sich diese Einsparungswerte auf BOF-Konverter beziehen.

[0013] Ein Beispiel, aus dem die Relevanz des erfindungsgemäßen Verfahrens (impulsspülung) ersichtlich ist, zeigt die Fig. 1. Dort sind die Verhältnisse dargestellt, die sich bei einem neu zugestellten 190 t BOF-Konverter mit sechs Bodendüsen (P1 - P6), einer Standard-Spülgasmenge von 48 Nm³/h, einer Freihalte-Spülgasmenge von 20 Nm³/h und einer Zeitspanne von 30 Sekunden für einen Abschnitt einer Impulsspülung, einstellen. Die Kurven zeigen die zeitliche und räumliche Ausbreitung eines zugesetzten Tracers (Indikators) an sechs verschiedenen Positionen (P1-P6), wie sie sich innerhalb der Schmelzendomain, d.h. innerhalb der Eisenschmelze, einstellt. Die (theoretische) Mischungskonzentration beträgt c= 2.3. Sie ist unter anderem durch das Verhältnis aus Tracervolumen und Eisenschmelzenvolumen festgelegt. Aus der Figur 1 ist ersichtlich, dass die Mischungskurven beim Betrieb mit der Standard-Spülgasmenge von 48 Nm³/h (durchgezogene Linien), bei welchem über die gesamte Prozesszeit alle Bodendüsen mit dergleichen Standard-Spülgasmenge von 48 Nm³/h beaufschlagt werden, und die sich beim alternierenden Impuls-Spülbetrieb (gestrichelte Linien) einstellenden Mischungskurven, bei welchem jeweils drei Bodendüsen mit der Standard-Spülgasmenge und drei Bodendüsen mit der Freihalte-Spülgasmenge alternierend über eine Zeitspanne von jeweils 30 Sekunden beaufschlagt werden, annähernd gleich sind. Daraus ergibt sich, dass hinsichtlich der sich in der Eisenschmelze einstellenden Verhältnisse bzgl. der Temperatur und der Schmelzzusammensetzung Unterschiede kaum auftreten, sich aber dadurch, dass jeweils eine Konverterhälfte mit der Standard-Spülgasmenge und eine Konverterhälfte mit der Freihalte-Spülgasmenge beaufschlagt wird, eine Einsparung, wie vorstehend beschrieben, an durchgesetzter Inertgasmenge (Inertgasmasse) erreicht wird. Da darüber hinaus beim lmpulsspülen die lokale Geschwindigkeit der Gasblasen und die Umwälzung innerhalb der Schmelzen im Wesentlichen erhalten bleiben, bewirkt die Anwendung des Impulsspülens oder Impulsspülverfahrens keine wesentliche Änderung des während der Blasphase oder des Zeitabschnittes der Inertgaseinblasung ablaufenden Homogenisierungsprozesses in der Eisenschmelze.

Ansprüche

1. Verfahren zur Behandlung einer Eisenschmelze in einem Konverter, bei welchem die Eisenschmelze während einer Blasphase durch oberseitiges Aufblasen von Sauerstoff behandelt wird und wobei zumindest während eines Zeitabschnittes der Blasphase konverterbodenseitig über mehrere Boden- oder Seitendüsen ein Inertgas oder ein Inertgas enthaltendes Fluid in die Schmelze eingeblasen wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest über einen Zeitraum während des Zeitabschnittes der Blasphase ein erster Teil der Boden- oder Seitendüsen mit einem mäßigen, den Durchsatz einer diesen ersten Teil an Boden- oder Seitendüsen freihaltenden Freihalte-Spülgasmenge an Inertgas bewirkenden Inertgas-Fluiddruck und der verbleibende Teil der Boden- oder Seitendüsen mit einem demgegenüber erhöhten, den Durchsatz einer Standard-Spülgasmenge an Inertgas bewirkenden Inertgas-Fluiddruck beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Zeitraums jeweils ein Teil aller jeweils in einem Konverter vorhandenen Boden- oder Seitendüsen mit dem mäßigen Inertgas-Fluiddruck und der andere Teil aller jeweils in einem Konverter vorhandenen Boden- oder Seitendüsen mit dem erhöhten Inertgas-Fluiddruck beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Zeitabschnittes und/oder des Zeitraumes alternierend während einer Zeitspanne jeweils unterschiedliche Gruppen von Boden- oder Seitendüsen mit dem mäßigen oder dem erhöhten Inertgas-Fluiddruck beaufschlagt werden.

Zeichnung