Verfahren und Vorrichtung zur Rostfreistahlerzeugung ohne elektrische Energiezufuhr auf der Basis von Roheisen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rostfreistahler- zeugung ohne elektrische Energiezufuhr auf der Basis von flüssigem Roheisen und FeCr-Feststoffen, wobei das flüssige Roheisen nach einer Vorbehandlung im Hochofen und einer DDD-Behandlung (Entphosphorung, Entsilizierung, Entschwefelung) in einem AOD-Konverter aufgeheizt, veredelt bzw. legiert, reduziert und abschließend eine Anpassung/Einstellung der behandelten Stahl- schmelze in einem Pfannenofen durchgeführt wird.

Die Verwendung eines AOD-Konverters zur Herstellung von Edelstahlen ist bereits bekannt. So wird in der WO 02/075003 eine Kontrollmethode beschrieben, basierend auf einer kontinuierlichen Abgasmessung in Kombination mit einem Rechner und einem dynamischen Modell, mit deren Hilfe die erforderlichen Blasraten von Sauerstoff und Inertgas sowie die Stoffzusätze gesteuert werden.

Aus der EP 1 310 573 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Metallschmelze, insbesondere zum Frischen einer Metallschmelze zur Herstellung von z. B. legiertem rostfreien Stahl oder Edelstahl in einem AOD-Konverter bekannt, wobei das Verfahren auf einer nach einem Prozessmodell ablaufenden und die hüttentechnische Anlage steuernden Rechentechnik fußt, in der das Prozessmodell das Verhalten für mindestens einen variablen Prozessparameter zwischen einer Ist-Prozessgröße, einer Stellgröße und einer Prozessendgröße be- schreibt. An einem Beispiel wird der Prozessablauf für die Herstellung für einen Stahl der Güteklasse AISI 304 beschrieben.

Rostfreistähle der ferritischen Stahlgruppe AISI 4xx werden konventionell prinzipiell aus arteigenem Schrott im EAF hergestellt und später dann im AOD Kon- verter zusätzlich legiert und entkohlt. Um die Anwendung von Roheisen hier zu nutzen, wird in einem Stahlwerk vorbehandeltes Roheisen mit eingeschmolze-

nem Schrott und Legierung außerhalb des Ofens in einer Pfanne vermischt und danach in den Konverter chargiert.

In der WO 2006/050963 A2 wird zur Herstellung von Rostfreistahl der ferritischen Stahlgruppe AISI 4xx, insbesondere der Stahlgruppe AISI 430 auf der Grundlage von flüssigem Roheisen und FeCr-Feststoffen ein Verfahren mit einer DDD-Verfahrenslinie und dem AOD-Konverter mit den hintereinander durchgeführten Verfahrensschritten vorgeschlagen:

• Vorbehandlung des flüssigen Roheisens im Hochofen, DDD-Behandlung des Roheisens und Beschickung des AOD-Konverters mit schlackefreiem flüssigen Roheisen,

• Erhitzen, Veredlung/Legierung und Reduktion des flüssigen Roheisens im AOD-Konverter,

• abschließende Anpassung/Einstellung der behandelten Stahlschmelze in der Gießpfanne.

Mit Vorteil wird bei diesem bekannten Verfahren die Herstellung des Rostfreistahls durch den Einsatz des AOD-Konverters ohne den Einsatz eines EAF, also ohne Zufuhr von elektrischer Energie durchgeführt. Nachteilig ist bei die- sem bekannten Verfahren allerdings, dass schließlich auf Grund eines Mangels an Energie mit diesem Verfahren nur die Herstellung von ferritischen Stählen möglich ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das aus der WO 2006/050963 A2 bekannte Verfahren mit AOD- Technologie zum Direktchargieren des Roheisens und des Nachlegierens im Konverter zur Rostfreistahlerzeugung aller Rostfreigüten, beispielsweise AISI 3xx, 4xx, 2xx, sowohl im austenitischen als auch im ferritischen Bereich unter Verwendung von autogener chemischer Energie zu nutzen.

Die gestellte Aufgabe zur Herstellung von Rostfreistahl der genannten Stahlgüte wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zur Rostfreistahlerzeugung aller Rostfreigüten sowohl im austenitischen als auch im ferritischen Bereich die im Hochofen vorbehandelte schlackefreie flüssige Roheisenmenge aufgetrennt und in zwei klassische „Twin" AOD-L Kon- verter eingebracht wird, in die dann mit parallelem konträren Ablauf die erforderlichen chemischen Prozessschritte (der DDD-Behandlung, des Chargierens und Heizens, des Entkohlens und Legierens) unter Verwendung von autogener chemischer Energie vorgenommen wird, wobei im ersten Twin AOD-L Konverter zunächst die DDD-Behandlung und im zweiten Twin AOD-L Konverter zu- nächst die Entkohlung durchgeführt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach dem Abschluss der DDD-Behandlung ist vor dem nachfolgenden Heizen ein Abschlacken des Roheisens erforderlich, da der typische AOD-Prozess schlackefrei starten soll. Damit wird auch die Effizienz der Lanze, die im zweiten AOD-L Konverter verwendet wird, vergrößert und eine freie Oberfläche der Schmelze für das Entweichen der Prozessgase gewährleistet.

Das Heizen des Roheisens auf eine gewünschte bzw. für die nachfolgenden Prozessschritte erforderliche Temperatur erfolgt durch Si-Oxidation. Hierzu wird in den Twin AOD-L Konverter FeSi chargiert und Sauerstoff/Inertgas-Gemisch durch die Seitendüsen und eine Top-Lanze in und auf das Roheisen geblasen. Im ersten Twin AOD-L Konverter wird hierzu eine 3- bzw. 4-Loch-Toplanze und im zweiten Twin AOD-L Konverter eine Einloch-Toplanze eingesetzt.

Da das Heizen des Vormetalls erfindungsgemäß nach der DDD-Behandlung durchgeführt wird, ist es vor Allem möglich, Ni bzw. Ni-Legierungen in die Twin AOD-L Konverter zu chargieren. Die Bilanzenergie kann auf diese Weise beliebig gestaltet werden.

Durch den konträren Ablauf der in beiden Twin AOD-L Konvertern zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführten Prozessschritte erfolgt im ersten Twin AOD-L Konverter nach Abschluss der DDD-Behandlung und des Chargierens und Heizens das Entkohlen und Legieren der Schmelze, während im zweiten Twin AOD-L Konverter nach Abschluss der Entkohlung und aller dazu gehörenden Behandlungsschritte (wie z. B. Entschwefelung und Legieren samt Abstechen) das Roheisen aufgeheizt wird.

Durch die erfindungsgemäße Auftrennung der vorbehandelten schlackefreien flüssigen Roheisenmenge auf zwei in der Prozesslinie nach dem Hochofen parallel angeordnete Twin AOD-L Konverter sowie der dort konträr durchgeführten Prozessschritte wird mit Vorteil die Erzeugung aller RST-Stahlqualitäten ermöglicht. Gleichzeitig findet eine Abkoppelung des Bedarfs an elektrischer Energie für alle Qualitäten statt, da als Energieträger ausschließlich die bereits im Roh- eisen vorhandene bzw. über die mit dem chargierten FeSi eingebrachte autogene chemische Energie verwendet wird. Weiterhin werden durch diese Auftrennung der Roheisenmenge und der Prozessführung eine zuverlässigere Temperaturführung, verminderte Prozesskosten sowie verminderte Investitionskosten erreicht, da jeweils nur kleinere Roheisenmengen behandelt werden müssen.

Nachfolgend wird das Verfahren der Erfindung in schematischen Zeichnungsfiguren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine beispielhafte Verfahrenslinie,

Fig. 2 den konträren Verfahrensablauf in zwei Twin AOD-L Konvertern.

In der Figur 1 ist in einer Zeichnungsfigur eine beispielhafte Verfahrenslinie für die Herstellung von Rostfreistahl dargestellt. Die flüssige Roheisenmenge wird nach ihrem Austritt aus dem Hochofen 1 aufgetrennt und in zwei parallel dem Hochofen 1 nachgeordnete Twin AOD-L Konverter 2, 3 eingebracht. Hier erfolgt in konträrem Ablauf der Prozessschritte die DDD-Behandlung und die Verede- lung und Legierung des flüssigen Roheisens. Nach der Behandlung in den Twin AOD-L Konvertern 2, 3 wird die Stahlschmelze aus beiden Twin AOD-L Konvertern in einer Pfanne 4 zusammengeführt und gelangt von dort zur abschließenden Anpassung/Einstellung in den Pfannenofen 5 und von dort zur Gießmaschine 6.

In der Figur 2 ist der konträre Ablauf der in den Twin AOD-L Konvertern 2 und 3 durchgeführten Prozessschritte dargestellt. Während im Twin AOD-L Konverter 2 (in der Zeichnung links) mit einer DDD-Behandlung V7 begonnen wird, gefolgt von einer durchgeführten Chargierung und Aufheizung V8 mittels FeSi und dar- an anschließender AOD-Behandlung V9 mit Entkohlen und Legieren zur Herstellung von beispielsweise AISI 3xx, 4xx, 2xx Rostfreistahlgüten, wird im Twin AOD-L Konverter 3 (in der Zeichnung rechts) die DDD-Behandlung V7 mit nachfolgender Chargierung und Aufheizung V8 erst nach Abschluss der AOD- Behandlung V9 durchgeführt.

Durch die gewählte Darstellungsform der Figur 2 soll insbesondere deutlich hervorgehoben werden, dass zu keinem Zeitpunkt in den Konvertern 2, 3 gleiche Verfahrensschritte durchgeführt werden, worauf u. a. der verfahrentechnische Vorteil der Auftrennung des Verfahrens in zwei Konvertern beruht.

Daraus folgt, dass die DDD-Behandlung und das Chargieren und Heizen im Konverter 2 mit der AOD-L-Behandlung im Konverter 3 und umgekehrt die DDD-Behandlung und das Chargieren und Heizen im Konverter 3 mit der AOD- L-Behandlung im Konverter 2 synchronisiert ist.

Bezugszeichenliste

1 Hochofen / Blast Furnace / BF

2, 3 Twin AOD-L Konverter 4 Pfanne / Charging Ladle / CL

5 Pfannenofen / Ladle Furnace / LF

6 Gießmaschine / Continuous Casting Machine / CCM

Verfahrensschritte V7 DDD-Behandlung

V8 Chargieren und Heizen des vorbehandelten Roheisens

V9 Entkohlen und Legieren (AOD-Behandlung)