Meierling, Peter (Im Grund 95, Düsseldorf, 40474, DE)
Schneider, Karl-josef (Marellenkämpe 67, Schermbeck, 46514, DE)
Petry, Jochen (Bernhardstrasse 4, Duisburg, 47226, DE)
Pleschiutschnigg, Fritz-peter (Reiserweg 69, Duisburg, 47269, DE)
Meierling, Peter (Im Grund 95, Düsseldorf, 40474, DE)
Schneider, Karl-josef (Marellenkämpe 67, Schermbeck, 46514, DE)
Petry, Jochen (Bernhardstrasse 4, Duisburg, 47226, DE)
| 1. | Verfahren zum Erzeugen von nichtrostendem Stahl, insbesondere von chromoder chromnickelhaltigem Edelstahl, in einer ein oder zwei oder mehr Gefäße umfassenden Schmelzeinrichtung, die jeweils entweder im Elektrolichtbogenoder im SauerstoffaufblasVerfahren betrieben werden, mit den Schritten (a) Chargieren von eisenhaltigem Flüssigund/oder Festeinsatz und Le gierungsträgern, (b) Erschmeizen des Einsatzes über Lichtbogen, (c) Frischen der Schmelze durch Sauerstoffblasen, (d) Reduzieren der chromhaltigen Schlacke wobei der abgestochene flüssige Stahl unmittelbar einer Weiterverarbei tung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaszeit (3) gleich oder kleiner ist als die Summe der Prozess schritte für Schlackenreduzieren (4), Abstechen (5), Chargieren (1) von Flüssigund/oder Festeinsätzen mit Legierungsträgern und Lichtbogen Schmelzen (2). |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem 02Blasen mit einer Toplanze und/oder einer Seiten lanze (B) ausschließlich Inertgase und/oder Stickstoff durch Bodenspül steine (20) eingeblasen werden. |
| 3. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zeitversetzt in einem zweiten Gefäß (2) während der Frischphase (3) einer ersten Schmelze im ersten Gefäß (1) die zweite Schmelze im zwei ten Gefäß (2) mit dem Chargieren von Flüssigund/oder Festeinsatz be gonnen und das Einschmelzen im zweiten Gefäß (2) zusammen mit dem Beenden des Frischens durch Sauerstoffblasen (3) im ersten Gefäß (1) abgeschlossen wird. |
| 4. | Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Frischen durch Sauerstoffblasen (3) der ersten Schmelze im ersten Gefäß (1) oder der zweiten Schmelze im zweiten Gefäß (2), je weils eine Reduktion der chromhaltigen Schlacke durch Zuführen von Re duktionsmitteln sowie von Energie über den Elektrolichtbogen (4) vorge nommen wird. |
| 5. | Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Frischen durch Sauerstoffblasen (3) der ersten Schmelze im ersten Gefäß (1) oder der zweiten Schmelze im zweiten Gefäß (2) je weils eine Reduktion der chromhaltigen Schlacke durch Zuführen von Re duktionsmitteln sowie durch starkes Bodenspülen mit inertem Spülgas (C 2) durchgeführt wird. |
| 6. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des LichtbogenEinschmelzens (2) ein sanftes Bodenspü len mit Stickstoff und/oder mit inertem Spülgas (C1) über Bodenspül steine (20) durchgeführt wird. |
| 7. | Verfahren nach einem der Ansprüche 2,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das sanfte oder starke Bodenspülen (C1 ; C2) über Bodenspül steine (20) als inertes Spülgas Stickstoff, Argon oder Inertgasmischungen angewendet werden. |
| 8. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Frischens durch Sauerstoffaufblasen (3) mit Toplanzen (15) und/oder Seitenlanzen (B) gleichzeitig ein starkes Bodenspülen mit Spülgas (C2) über die Bodenspülsteine (20) durchgeführt wird. |
| 9. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einschmelzens über Elektrolichtbogen (2) feste Kühlstoffe und/oder Schlackenbildner (D) kontinuierlich chargiert werden. |
| 10. | Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als feste Kühlstoffe Schrott, Eisenschwamm, Massen, Legierungs träger und als Schlackenbildner Kalk zugeführt werden. |
| 11. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Roheisen über eine Rinne und/oder den geöffneten Ofendeckel (16a) in das jeweilige Gefäß (1 ; 2) chargiert wird. |
| 12. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abstechens des flüssigen Stahls die Elektroden (14) des ElektrolichtbogenOfens in eine Parkstellung (P) gefahren werden. |
Ein solches Verfahren ist z. B. aus der DE 196 21 143 A1 bekannt, bei dem zeitgleich neben dem entkohlenden Verblasen der Charge im ersten Gefäß der Schmelzprozess einer zweiten Charge in dem zweiten Gefäß durchgeführt wird.
Dieses Verfahren verringert die Prozessschritte gegenüber früher angewende- ten Verfahren und reduziert den Energieverbrauch bei den einzelnen Prozess- schritten, z. B. wird ein häufigeres Umfüllen eingespart. Außerdem sind die Be- triebsaggregate in geringer Bauhöhe ausgestaltet. Das Verfahren bildet außer- dem die Grundlage für die Versorgung einer kontinuierlich arbeitenden Strang- gießmaschine, da jeweils nach der Fertigstellung einer Schmelze in einem der Gefäße wieder eine neue Charge für das Stranggießen zur Verfügung steht, so dass die Stranggießanlage ohne Unterbrechung betrieben werden kann.
Ein noch ungelöstes Problem beim Erzeugen von nichtrostendem Stahl, insbe- sondere von chrom-oder chromnickelhaltigem Edelstahl, stellt bei der Ent- kohlung bis zu Endkohlenstoffgehalten unter 0,1 % der dabei eintretende Chromverlust dar, der sich durch den Übergang einer übergroßen Menge von Chrom in die Schlacke äußert. Die dadurch mit Chrom angereicherte Schlacke ist äußerst schwierig zu behandeln und muss durch Reduktion mit Ferrosilizium oder Sekundär-Aluminium wieder zurückgewonnen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zeiteinteilung zu schaffen, in der ein Zeitabschnitt für das Chromreduzieren passend eingeplant werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Blaszeit gleich oder kleiner ist als die Summe der Prozessschritte für Schlackenredukti- on mit Lichtbogen, Abstechen, Chargieren von Flüssig-und/oder Festeinsät- zen mit Legierungsträgern und Lichtbogen-Einschmelzen. Dadurch kann nach dem Frischen und vor dem Abstechen die Chromreduzierung zeitgerecht vor- genommen werden.
Die Einstellung der Reaktionsintensität kann dadurch vorgenommen werden, dass neben dem 02-Blasen mit einer Toplanze und/oder einer Seitenlanze ausschließlich Inertgase und/oder Stickstoff durch Bodenspülsteine eingebla- sen werden.
Die Zeiteinteilung wird nach anderen Vorteilen bei der Anwendung von zwei Gefäßen dahingehend vorgenommen, dass zeitversetzt in dem zweiten Gefäß während der Frischphase einer ersten Schmelze im ersten Gefäß die zweite Schmelze im zweiten Gefäß mit dem Chargieren von Flüssig-und/oder Fe- steinsatz begonnen und das Einschmelzen im zweiten Gefäß zusammen mit dem Beenden des Frischens durch Sauerstoffblasen im ersten Gefäß abge- schlossen wird. Dadurch entsteht für das jeweils andere Gefäß ein Zeitraum, in
dem die gerade freie Behandlungseinrichtung eingesetzt werden kann (Elek- troden oder Sauerstoffblaslanze). Der Prozess im anderen Gefäß wird dabei nicht gestört. Gleichzeitig ist dadurch eine Basis für weitere Maßnahmen ge- schaffen, um den Prozess bezüglich des Übergangs von Chrom in die Schlacke zu beeinflussen.
Nach der weiteren Erfindung besteht eine solche (erste) Maßnahme darin, dass nach dem Frischen durch Sauerstoffblasen der ersten Schmelze im ersten Ge- fäß oder der zweiten Schmelze im zweiten Gefäß, jeweils eine Reduktion der chromhaltigen Schlacke durch Zuführen von Reduktionsmitteln sowie von Energie über den Elektrolichtbogen vorgenommen wird. Die Elektroden des Elektrolichtbogen-Ofens stellen eine Hilfe für die Verflüssigung der Schlacke dar und verhindern ein Abkühlen der Schlacke in einem Bereich, in dem die Schlacke krümelig wird und zum Erstarren neigt. Eine erstarrte Schlacke könnte nur noch schwerlich wieder prozessfähig gemacht werden. Die durch die Elektroden zugeführte Energie bringt die Schlacke zum sofortigen Reagieren, so dass diese mit den ebenfalls Energie abgebenden Reduktionsmitteln viel leichter reduziert werden kann und damit der Restanteil des in der Schlacke befindlichen Chroms gering bleibt. Hierbei entsteht der zusätzliche Vorteil, dass die Überhitzungstemperatur von Anfang an niedriger eingestellt werden kann.
Dieser Effekt kann nach alternativen Verfahrensmerkmalen (als zweite Maß- nahme) auch dadurch in geringfügig vermindertem Umfang erzielt werden, in- dem nach dem Frischen durch Sauerstoffblasen der ersten Schmelze im ersten Gefäß oder der zweiten Schmelze im zweiten Gefäß jeweils eine Reduktion der chromhaltigen Schlacke durch Zuführen von Reduktionsmitteln sowie durch starkes Bodenspülen mit inertem Spülgas durchgeführt wird. Hierbei wird vor- ausgesetzt, dass die Reduktionsmittel genügend exotherme Energie für den Reduktionsvorgang abgeben. Für diesen Sonderfall kann auch ohne die Ener- gie der Elektroden ausgekommen werden.
Während des Lichtbogen-Einschmelzens des flüssigen und/oder festen Ein- satzes ist weiter vorteilhaft, dass ein sanftes Bodenspülen mit Stickstoff und/ oder mit inertem Spülgas über Bodenspülsteine durchgeführt wird. Dadurch wird die Schmelze vergleichmäßigt und die angestrebten Reaktionen werden unterstützt.
Weiter ist vorgesehen, dass für das sanfte oder starke Bodenspülen über Bo- denspülsteine als inertes Spülgas Stickstoff, Argon oder Inertgasmischungen angewendet werden.
Es kann nach dem Einschmelzen auch zweckmäßig sein, dass während des Frischens durch Sauerstoffblasen mit einer Toplanze und/oder einer Seiten- lanze gleichzeitig ein starkes Bodenspülen mit Spülgas über die Bodenspülstei- ne durchgeführt wird. Dadurch findet ein verstärktes Mischen der entstehenden Schmelze statt.
Zur Regelung der Temperatur, z. B. der Überhitzung, ist es weiter vorteilhaft, dass während des Einschmelzens über Elektrolichtbogen feste Kühlstoffe und/ oder Schlackenbildner kontinuierlich chargiert werden.
Dabei ist es zweckmäßig, dass als feste Kühlstoffe Schrott, Eisenschwamm, Massen, Legierungsträger und als Schlackenbildner Kalk zugeführt werden.
Für den Lichtbogen-Einschmelzvorgang kann ein angestrebtes Verhältnis zwi- schen flüssigem und festem Einsatz noch dadurch kontrolliert werden, indem Roheisen über eine Rinne und/oder den geöffneten Ofendeckel in das jeweili- ge Ofengefäß chargiert wird.
Der Wechsel von Elektroden und Sauerstofflanzen kann ferner dazu benutzt werden, dass während des Abstechens des flüssigen Stahls die Elektroden des Elektrolichtbogen-Ofens in eine Parkstellung gefahren werden.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigen : Fig. 1 die beiden zusammenwirkenden Gefäße mit gemeinsamer Schwenk- und Hub-Einrichtung für die Elektroden und die Blaslanze bzw. die Seitenlanze, Fig. 2 ein Zeit-Diagramm zum Ablauf des Verfahrens in jedem einzelnen Gefäß und in ihrer Kombination zueinander und Fig. 3 eine alternative Gestaltung der Reduktion von Chrom aus der Schlacke.
Gemäß Fig. 1 befinden sich das Gefäß 1 und das Gefäß 2, als Elektrolichtbo- genofen oder als Konverter ausgestaltet, in einem Abstand, in dem eine Hub- und Schwenkeinrichtung 11 angeordnet ist, die über Arme 12 und 13 Elektro- den 14 und eine Blaslanze 15 in die Gefäße 1 und 2 absenken, hochfahren und schwenken kann. Dabei werden die Blaslanze 15 und die Elektroden 14 in den jeweiligen Betriebsabstand gebracht, wie gezeichnet. Das Gefäß 1 und das Gefäß 2 kann jeweils auch als Erkerofen 16 mit einem außermittigen Abstich 17 ausgeführt sein. In den Gefäßen 1,2 oder 16 befindet sich die dem Verfahren zugrundeliegende Schmelze 18 mit einer Schlackenschicht 19.
Gemäß Fig. 2 ist das Verfahren zum Erzeugen von nichtrostendem Stahl, ins- besondere von chrom-oder chromnickelhaltigem Edelstahl, anhand von drei teilweise parallelen, teilweise hintereinander ablaufenden Schmelzen (Schmel- ze 1, Schmelze 2 und Schmelze 3) in dem Gefäß 1 und dem Gefäß 2 darge- stellt. Die in Fig. 1 gezeigte Schmeizeinrichtung arbeitet momentan im Gefäß 1 mit den Elektroden 14 und im Gefäß 2 mit der Sauerstoff-Blaslanze 15 und/ oder mit der Seitenlanze B.
Die 1. Schmelze startet im Schritt 1 mit dem Chargieren von Flüssig-und/oder Fest-einsätzen 1, danach werden im Schritt 2 die Lichtbogen-Elektroden 14 zur Lichtbogenschmeize 2 eingeschaltet. Erforderlichenfalls erfolgt zur Korrektur ein sanftes Bodenspülen mit Spülgas C-1 und das Roheisen kann (über eine Rin- ne) bei"A"chargiert werden. Im Beginn des Schrittes 3 wird der Elektrolichtbo- gen abgeschaltet und Sauerstoff Os eingeführt. Die Sauerstoff-Zuführung erfolgt zusätzlich über Tür-Blas-lanzen oder Seiten-Blaslanzen B.
Ergänzend kann ein starkes Bodenspülen mit Spülgas C-2 ausgeführt werden, das ausschließlich mit Bodenspülsteinen 20 und nicht mit Düsen für 02 und inerten Gasen durchgeführt wird. Nach dem Abschalten des Sauerstoffs 02 wird im Schritt 4 die Schlacken-Reduktion mit dem Lichtbogen 4 eingeleitet. Der Schritt 4 dauert ersichtlich (die Zeichnung gibt den Zeitablauf maßstabsgetreu wieder) etwa 1/4 der Zeit für das Sauerstoffaufblasen 3 im Gefäß 2.
Danach erfolgt im Schritt 5 das Abstechen 5 des flüssigen Stahls und unmittel- bar danach z. B. eine Weiterverarbeitung in einer Gießpfanne für das Gießen in einer Stranggießmaschine. Die Reduktion des Chroms der Schlackenschicht 19 erfolgt dabei derart, dass zeitversetzt in dem Gefäß (2) während der Frischpha- se 3 einer ersten Schmelze im ersten Gefäß (1) die zweite Schmelze im zwei- ten Gefäß (2) mit dem Chargieren von Flüssig-und/oder Festeinsatz 1 begon- nen wird. Dadurch wird das Einschmelzen im zweiten Gefäß (2) zusammen mit dem Beenden des Frischens durch Sauerstoffaufblasen 3 im ersten Gefäß (1) abgeschlossen. Während des Schrittes 3 wird im Gefäß (2) mit Sauerstoff 02 geblasen und dadurch steht im Gefäß (1) genügend Zeit zur Verfügung, eine Schlackenreduktion mit Hilfe des Lichtbogens 4 auszuführen und danach mit dem Abstechen 5 das Verfahren für die erste Schmelze zu beenden.
Derselbe Vorgang spielt sich für die 2. Schmelze ab : Auch dort wird wiederum gegenüber einer 3. Schmelze im Gefäß (1) nach dem Abschalten des Sauer- stoffs 02 die Schlackenreduktion mit dem Lichtbogen 4 dann ausgeführt, wenn
die 3. Schmelze im Schritt 3 das Sauerstoffaufblasen 3 (über eine Deckelblas- lanze oder eine Top-Blaslanze) abarbeitet.
Dabei wird jeweils nach dem Schritt 3 durch das Sauerstoffaufblasen Os und Abschalten des Sauerstoffs, d. h. nach dem Frischen 3 durch Sauerstoffaufbla- sen der 1. Schmelze im ersten Gefäß (1) oder der 2. Schmelze im zweiten Ge- fäß (2) jeweils eine Reduktion 4 der chromhaltigen Schlackenschicht 19 durch- geführt über Reduktionsmittel sowie über zusätzliche Energie der Elektrolicht- bogen.
Die Reduktion erfolgt innerhalb der Energiebilanz nach der Formel Cr2 03 + 2 AI------AI2 03 + 2 Cr + Energie 2 Cr2 Os + 3 Si------3 SiO2 + 4 Cr + Energie und erzeugt daher bei Verwendung von Ferrosilizium oder Sekundär-Aluminium eine zusätzliche Energiemenge, um die das Verfahren kälter gefahren werden kann. Bei einem umgekehrten Weg gegenüber der o. g. Gleichung müsste Energie zugeführt werden ; diese Energie wird sonderbarerweise über den Stahl in die Schlackenreduktion in Form einer Überhitzung eingebracht. Aufgrund der beschriebenen Erfindung kann daher mit geringerer Überhitzung gefahren wer- den oder äquivalent an Energie gespart werden, die gemäß der o. g. Redukti- onsgleichung erzeugt wird. Dadurch entsteht weniger Chromverschlackung als bisher. Die Ausnutzung des (teuren) Chroms ist besser und der Aufwand einer späteren Rückgewinnung, wie in der DE 196 21 143 A1 als zwingend notwen- dig beschrieben ist, kann vollständig entfallen.
Gemäß Fig. 3 ist eine Schlackenreduktion 4a mit Hilfsmaßnahmen aufgezeigt.
Dabei wird nach dem Frischen durch Sauerstoffblasen 3 der 1. Schmelze im ersten Gefäß (1) oder der 2. Schmelze im zweiten Gefäß (2) jeweils eine Re- duktion der chromhaltigen Schlacke durch starkes Bodenspülen mit starkem
Spülgas C-2 über die Bodenspülsteine 20 durchgeführt. Dabei erfolgt die Zuga- be der Reduktionsmittel, wie z. B. Ferrosilizium und/oder Aluminium.
Während des Lichtbogen-Einschmelzens im Schritt 2 ist im allgemeinen ein sanftes Bodenspülen mit inertem Spülgas C-1 vorteilhaft für ein schnelleres Einschmelzen.
Für die Spülarten C-1 und C-2, d. h. für das sanfte oder starke Bodenspülen wird als inertes Spülgas Stickstoff, Argon und Inertgasmischungen angewendet.
Ein starkes Bodenspülen mit Spülgas C-2 kann auch während des Frischens im Schritt 3 während des Sauerstoffaufblasens 3 stattfinden.
Während des Einschmelzens im Schritt 2 über das Lichtbogenschmelzen 2 werden feste Kühlstoffe und/oder Schlackenbildner D chargiert, um den Pro- zess zu unterstützen.
Dabei können als feste Kühlstoffe Schrott, Eisenschwamm, Massen, Legie- rungsträger und als Schlackenbildner Kalk zugeführt werden.
In der Phase des Schrittes 1 kann das Roheisen über eine Rinne in das jeweili- ge Gefäß 1 und/oder 2 chargiert werden.
Zu ihrem Schutz werden die Elektroden 14 während des Abstechens des flüssi- gen Stahls im Schritt 5 in eine Parkstellung P im Elektrolichtbogen-Ofen gefah- ren.
Nach dem beschriebenen Prozess kann z. B. ein Chromgehalt der Schlacke von 20-45 % auf kleiner 10% Chromgehalt reduziert werden.
Im Grunde gesehen, kann das aufgezeigte Verfahren auch nur in einem der Gefäße (1 oder 2) ausgeübt werden. Es muss dann nur der Nachteil in Kauf
genommen werden, dass eine Versorgung einer kontinuierlich betriebenen Stranggießmaschine im Takt mit gefüllten Gießpfannen nicht möglich ist.
Bezugszeichenliste 1 Gefäß (1) 2 Gefäß (2) 11 Hub-und Schwenkeinrichtung 12 Arm 13 Arm 14 Elektroden 15 Toplanze 16 Erkerofen 16a Ofendeckel 17 außermittiger Abstich 18 Schmelze 19 Schlackenschicht 20 Bodenspülstein A Chargieren von Roheisen (über eine Rinne) B Tür-Blaslanze, Seiten-Blaslanze C-1 sanftes Bodenspülen mit Spülgas C-2 starkes Bodenspülen mit Spülgas D kontinuierliches Chargieren von Kühlstoffen und Schlackenbildnern 1 Chargieren von Flüssig-und/oder Festeinsätzen (Schritt 1) und Legie- rungsträgern 2 Lichtbogen-Einchmelzen (Schritt 2) 3 Sauerstoffaufblasen über Deckelblaslanze (Top-Blaslanze)- (Schritt 3) 4 Schlackenreduktion mit Lichtbogen (Schritt 4) 4a Schlackenreduktion mit Hilfsmaßnahmen (Schritt 4) 5 Abstechen (Schritt 5)
P Parkstellung der Elektroden 02 Sauerstoff einführen 02 t Sauerstoff abschalten Elektrolichtbogen einschalten Elektrolichtbogen abschalten
Next Patent: PROCESS FOR BISMUTH RECOVERY FROM LEAD-BISMUTH DROSS