EP1007744A1 - Verfahren zum entsilizieren von roheisen vor einem frischen zu stahl - Google Patents

Verfahren zum entsilizieren von roheisen vor einem frischen zu stahl

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EP1007744A1
EP1007744A1 EP99924566A EP99924566A EP1007744A1 EP 1007744 A1 EP1007744 A1 EP 1007744A1 EP 99924566 A EP99924566 A EP 99924566A EP 99924566 A EP99924566 A EP 99924566A EP 1007744 A1 EP1007744 A1 EP 1007744A1
Authority
EP
European Patent Office
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slag
pig iron
steel
iron
content
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99924566A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Edlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Holcim Ltd
Original Assignee
Holderbank Financiere Glarus AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Holderbank Financiere Glarus AG filed Critical Holderbank Financiere Glarus AG
Publication of EP1007744A1 publication Critical patent/EP1007744A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/04—Removing impurities other than carbon, phosphorus or sulfur
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B3/00—General features in the manufacture of pig-iron
    • C21B3/04—Recovery of by-products, e.g. slag
    • C21B3/06—Treatment of liquid slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/02—Physical or chemical treatment of slags
    • C21B2400/022—Methods of cooling or quenching molten slag
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies

Definitions

  • the invention relates to a method for the desilication of pig iron before a subsequent refining to steel.
  • Blast furnace pig iron generally contains about 0.4 to 2.8% silicon and over 4% by weight carbon.
  • silicon is oxidized to SiO 2 and carbon to carbon monoxide, whereby in the course of the freshening process, iron burn-off due to the oxygen supply cannot be prevented.
  • the slag that forms during steel refining is usually obtained as a strongly basic slag, since a correspondingly high lime scale has to be added, which is partially neutralized by the SiO 2 formed.
  • the high basicity of such steel slags and the high proportion of iron and chromium oxides and, if appropriate, heavy metal oxides do not readily allow the direct use of steel slags for reasons of possible toxicity.
  • blast furnace slag While blast furnace slag has favorable hydraulic properties and a significantly lower iron oxide content and can therefore be more easily recycled as a building material, the disposal of steelworks slags is becoming increasingly difficult, since such steelworks slags in the resulting composition, i.e. without subsequent metallurgical processing not easily for construction purposes or the like. are usable.
  • Metallurgical processing of the steelworks slag is usually associated with high energy consumption and high investment costs.
  • the invention now aims to make better use of the heat balance of converting pig iron with steel slag and, at the same time, to provide a starting product for the subsequent refining, in which the amount of slag during the refining and in particular the lime scale is reduced and at the same time the iron discharge is improved can.
  • the process according to the invention essentially consists in that liquid steel slag in an amount corresponding to the Si content of the pig iron and the Fe and / or Cr oxide content of the slag after blast furnace tapping on the tapped pig iron and if necessary, the blast furnace slag bath is abandoned, the amount is such that the Si content of the pig iron to less than 0.5% by weight with a simultaneous increase in the SiO 2 content of the slag with reduction of Fe and / or Cr oxides Slag is brought to liquid metals and that the slag iron bath temperature is kept below 1500 ° C.
  • the coordination of the amount of steel slag added to the desired final value of the silicon content thus allows a particularly economical procedure in which the subsequent steel production process is in no way impaired, but on the contrary, on the contrary, due to the lower amounts of SiO 2 in the steel refining process, is improved.
  • the simultaneous mixing with possibly existing blast furnace slag in the pig iron trough or the pig iron mixer or a ladle leads to a reduction in the reaction speed due to the resulting dilution and thus to a reduction in the fresh enthalpy, but at the same time the quality of the slag, which in particular was already improved in that iron and chromium oxides could be reduced to liquid metals, improved and their disposal or reuse is facilitated.
  • the slag iron bath temperature is kept below 1500 ° C. Above this temperature, carbon reacts preferentially with the iron oxide of the steel slag, because above this temperature carbon becomes less noble than silicon. Only the limitation of the temperatures to 1500 ° C enables an economically sensible desilication and prevents the otherwise possible explosive eruptions of the slag iron bath through spontaneous, uncontrollable carbon monoxide formation.
  • the temperature control which is the result of adding scrap, adding cold slag, dissipating heat, introducing gas or the like, is therefore of crucial importance for carrying out the method according to the invention. can be controlled accordingly, as will be explained in more detail below.
  • the process according to the invention is advantageously carried out in such a way that the Si content of the pig iron is brought to below 0.2% by weight.
  • the process according to the invention can be carried out without great expenditure on plant technology, the process preferably being carried out in such a way that the steel slag is fed into a pig iron mixer or a ladle, in particular a torpedo ladle.
  • a pig iron mixer or a ladle in particular a torpedo ladle.
  • steel slag is added in an amount which is less than 1/2, preferably less than 1 / 4 of the amount of blast furnace slag. Limiting the amount of steel slag also makes it possible to take the refractory problem into account, since the desired basic slag basicity can be set in this way. Instead of the blast furnace slag quantity, the remaining reduced slag quantity can naturally also be included in this calculation of the quantities.
  • the positive heat balance allows additives, such as Al2O3, to be melted, so that an optimal composition can be guaranteed for subsequent use in the manufacture of hydraulic binders. It is advantageous to proceed in such a way that additives such as e.g. AI2O3 in quantities of 50 to 180 kg / t slag are added, the heat balance being sufficient to melt such quantities of AI2O3.
  • additives such as e.g. AI2O3 in quantities of 50 to 180 kg / t slag are added, the heat balance being sufficient to melt such quantities of AI2O3.
  • the procedure is advantageously such that the steel slag is fed in via an adjustable or controllable feed device which is dependent on the steel slag and the blast furnace slag composition and the pig iron bath composition is regulated or controlled.
  • the reaction rate and the complete conversion can be further improved by blowing inert gases, in particular nitrogen, into the pig iron / slag mixture tapped from the blast furnace.
  • the temperature control to ⁇ 1500 ° C can also be carried out by adding cold additives, cold slag and / or scrap.
  • Pig iron mixers are used in integrated steelworks as a raw iron buffer between the blast furnace and the steel converter, the capacity of such pig iron mixers usually corresponding to at least one daily steel mill production.
  • the storage of such a daily steel mill production in the pig iron mixer also serves to even out the pig iron quality.
  • mobile torpedo pans are also used, in which the mixing is promoted by the independent swiveling of the contents during transport from the blast furnace to the steelworks.
  • the liquid slag to be reduced is advantageously introduced and the blast furnace pig iron is poured on, which ensures high turbulence and intensive conversion.
  • the phosphorus that is possibly introduced into the pig iron bath by steel slag is slagged by the subsequent oxidizing refining process.
  • Another possibility to interrupt the phosphorus cycle is to dephosphorize the pig iron bath under reducing conditions. This is done by introducing calcium carbide or fine lime.
  • the high-phosphorus intermediate slag can be converted into high-quality chromium-free fertilizer by oxidative aftertreatment.
  • additives such as steel dusts and other silicate and aluminate-containing metallurgical residues
  • the acidic additives such as A1203 and possibly further SiO 2
  • Additives containing SiO 2 have to be compared to conventional slag processes much smaller amounts are added, since SiO 2 is formed immediately when the steel slag is converted with the pig iron bath. It is also advantageous that the pig iron is at least partially desulfurized by the slag CaO content.
  • the method according to the invention can preferably be carried out with a specially adapted device.
  • a device for carrying out the method is essentially characterized by a trough for pig iron, on the bottom of which gutters or openings for the introduction of inert gases are arranged and into which a slag feeder and a blast furnace pig iron feeder opens and a pan connected downstream of the trough for the separation of slag and iron bath.
  • the turbulence can be increased by the inert gases and in particular by pressure nitrogen, so that better mixing is ensured at the same time as better heat dissipation.
  • Channel fumigation thus ensures that local overheating cannot occur and that the temperature can be reliably kept below 1500 ° C.
  • the device is advantageously developed in such a way that the trough opens into an immersion tube which projects into the iron bath of the pan.
  • an immersion tube which projects into the iron bath of the separating pan, the reduction distance of the ascending droplets of slag is increased and a complete implementation is ensured.
  • intensive mixing can also be achieved in that the channel is designed as a cascade, the slag overflow of a subsequent cascade stage being arranged below the level of the inflow of the iron bath from the previous cascade stage.
  • FIG. 1 shows a plan view of a device according to the invention for carrying out the method
  • FIG. 2 shows a schematic side view, partly in section through parts of a device according to FIG. 1.
  • Fig. 1 schematically indicates a steel slag pan
  • 2 denotes a pig iron pan.
  • the amounts of slag drawn off from the steel slag ladle, as well as the amount of pig iron, are fed to a channel 4 via appropriately controlled throttling elements 3 and subsequently reach a separating pan 5 in which the iron bath is separated from the slag.
  • FIG. 2 again designates the steel slag pan, to which a slag tundish 6 is connected, the slag feeder of which is designated 7.
  • the steel slag reaches the trough 4, it being apparent from the illustration according to FIG. 2 that inert gas is introduced under pressure and in particular nitrogen through openings 8 in the bottom of the trough.
  • the trough 4, as schematically indicated in FIG. 1, is separately fed in pig iron, optionally mixed with blast furnace slag.
  • the material largely desilated in the trough subsequently passes into a funnel 9 of an immersion tube 10, which opens below the iron bath 11 of the separating pan 5.
  • the ascending droplets of slag are further reduced and a chromate-free slag 12 floats on the iron bath 11 in the separating pan 5, which can be applied separately.
  • the trough 4 can be adjusted in its inclination by means of a corresponding hydraulic device 13, the flow velocity and the turbulence being adjusted accordingly here together with the pressure nitrogen of the trough gassing can, in order to achieve optimal heat dissipation, so that the desired limitation of the temperature of the reaction is reliably maintained.
  • the temperature can also be kept below 1500 ° C. by a cooling wind box, not shown, above the channel.
  • a converter slag with the following composition was used:
  • the pig iron present in the pig iron mixer has 1% Si and 4.6% C. 150 kg of ready-made converter slag are placed on 1 t of pig iron. Assembled means that the CaO / SiO 2 basicity has been reduced from 3.14 in the pan and the AI2O3 content has been increased to 10%.
  • the pig iron present contained 10 kg Si / t pig iron (1% in pig iron), so that after the reaction there was 2 kg Si / t pig iron or 0.2% Si in the pig iron.
  • the slag reduction using silicon is exothermic, so that no additional energy had to be added for this process.
  • the slag reduction produced SiO 2 in the following quantities:
  • AI2O3 content served primarily to improve the early strength of hydraulic binders made from such slags.
  • the method according to the invention results in a small additional investment volume and practically no additional energy requirement. Furthermore, the addition of SiO 2 becomes significantly less, since the basicity is sufficiently reduced in the course of the process by the SiO 2 formed by the fresh silicon.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Entsilizieren von Roheisen vor einem nachfolgenden Frischen zu Stahl wird flüssige Stahlschlacke in einer dem Si-Gehalt des Roheisens und dem Fe- und/oder Cr-Oxid-Gehalt der Schlacke entsprechenden Menge nach dem Hochofenabstich auf das abgestochene Roheisen- und ggf. das Hochofenschlackenbad aufgegeben. Die Menge der Stahlschlacke ist dabei so bemessen, daß der Si-Gehalt des Roheisens auf unter 0,5 Gew.-% bei gleichzeitigem Anstieg des SiO2-Gehaltes der Schlacke unter Reduktion von Fe- und/oder Cr-Oxiden der Schlacke zu flüssigen Metallen gebracht wird. Die Schlacken-Eisenbadtemperatur wird unter 1500 °C gehalten.

Description

Verfahren zum Entsilizieren von Roheisen vor einem Frischen zu Stahl
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entsilizieren von Roheisen vor einem nachfolgenden Frischen zu Stahl.
Hochofen-Roheisen enthält in der Regel etwa 0,4 bis 2,8 % Silizium und über 4 Gew.% Kohlenstoff. Bei einem Frischvorgang wird Silizium zu Siθ2 und Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid oxidiert, wo- bei im Zuge des Frischprozesses naturgemäß auch ein Eisenabbrand durch die Sauerstoffzufuhr nicht verhindert werden kann. Die beim Stahlfrischen entstehende Schlacke fällt in der Regel als stark basische Schlacke an, da ein entsprechend hoher Kalksatz aufgegeben werden muß, welcher teilweise durch das gebildete Siθ2 neutralisiert wird. Die hohe Basizität derartiger Stahlschlacken sowie der hohe Anteil an Eisen- und Chromoxiden sowie gegebenenfalls an Schwermetalloxiden lassen den unmittelbaren Einsatz von Stahlschlacke aus Gründen einer möglichen Toxizität nicht ohne weiteres zu. Während Hochofenschlacke günstige hydraulische Eigenschaften und einen wesentlich geringeren Eisenoxidgehalt aufweist und damit einer Verwertung als Baugrundstoff leichter zugeführt werden kann, bereitet die Entsorgung von Stahlwerksschlacken zunehmend Schwierigkeiten, da derartige Stahlwerksschlacken in der anfallenden Zusammensetzung, d.h. ohne nachträgliche metallurgische Bearbeitung nicht ohne weiteres für Bauzwecke od.dgl. verwendbar sind. Eine metallurgische Aufarbeitung der Stahlwerksschlacke ist in aller Regel mit einem hohen Energieverbrauch und einem hohen Investitionsaufwand verbunden.
Aus der EP 666 930 Bl ist bereits ein Verfahren bekanntgeworden, bei welchem Stahlschlacke zum Frischen von Roheisen eingesetzt wurde. Bei diesem bekannten Verfahren wird der hohe Eisenoxidgehalt der flüssigen Stahlschlacke ausgenützt, um flüssiges Roh- eisen mit relativ hohem Kohlenstoff- und Siliziumgehalt zu frischen. Eisenoxid setzt sich hiebei mit Kohlenstoff bzw. Eisenkarbid zu Eisen und Kohlenmonoxid um, wohingegen das Eisen- oxid der Schlacke gemeinsam mit dem Silizium des Roheisenbades zu Eisen und Siθ2 reagiert. Diese Reaktionen sind relativ stark exotherm und bei entsprechend dem bekannten Vorschlag langer Reaktionszeit kann unmittelbar ein Rohstahl gewonnen werden, wo- bei die Schlackenparameter, insbesondere in gesonderten Konvertern, durch Zusatz von Additiven, wie CaC03 , AI2O3 und/oder Siθ2, für eine nachfolgende Verwendung im Rahmen von hydraulisch aktiven Bindemitteln optimiert werden können.
Beim Frischen von Roheisen entsteht insbesondere bei hochsili- ziumhältigen Roheisen eine nicht unerhebliche Menge an Siθ2 , welche zu einer Erhöhung des erforderlichen Kalksatzes im Frischverfahren führt .
Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Wärmebilanz einer Umsetzung von Roheisen mit Stahlschlacke besser zu nutzen und gleichzeitig ein Ausgangsprodukt für das nachfolgende Frischen zur Verfügung zu stellen, bei welchem die Schlackenmenge beim Frischen und insbesondere der Kalksatz verringert und gleich- zeitig das Eisenausbringen verbessert werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß flüssige Stahlschlacke in einer dem Si-Gehalt des Roheisens und dem Fe- und/oder Cr-Oxid-Gehalt der Schlacke entsprechenden Menge nach dem Hochofenabstich auf das abge- stochene Roheisen- und ggf. das Hochofenschlackenbad aufgegeben wird, welche Menge so bemessen ist, daß der Si-Gehalt des Roheisens auf unter 0,5 Gew.-% bei gleichzeitigem Anstieg des Siθ2- Gehaltes der Schlacke unter Reduktion von Fe- und/oder Cr-Oxiden der Schlacke zu flüssigen Metallen gebracht wird und daß die Schlacken-Eisenbadtemperatur unter 1500° C gehalten wird. Dadurch, daß nun der Einsatz von Stahlschlacke unter Berücksichtigung der speziellen Analysenwerte reduziert bzw. angepaßt wird und lediglich in einem Ausmaß erfolgt, welcher zu einem weitest- gehenden Absenken des Siliziumgehaltes des Roheisens führt, wird die Möglichkeit geschaffen, die beim nachfolgenden Stahlfrischen entstehende Siliziumdioxidmenge zu reduzieren und damit die erforderliche Basizität der Stahlschlacken durch Zusatz geringeren Kalksatzes sicher einzuhalten. Dadurch, daß die Stahlschlacke unmittelbar auf das aus dem Hochofen abgezogene flüssige Roheisen und gegebenenfalls das aufschwimmende Hochofenschlackenbad aufgegeben wird, kann die gegebenenfalls mitgeführte Hochofen- schlacke zur Verdünnung und damit zur Abstumpfung der oxidativen Umsetzungsreaktion herangezogen werden. Die Beschränkung auf ein Frischen des Siliziums ohne nennenswerte Absenkung des Kohlen- stoffgehaltes erlaubt in der Folge die konventionelle Stahlherstellung ohne wesentliche Modifikationen mit Ausnahme einer Ver- ringerung des Kalksatzes. Gleichzeitig mit der Absenkung des Siliziumgehaltes können Eisen- und Chromoxidgehalte der aufgelegten Stahlschlacke in exothermer Reaktion reduziert werden, wobei sich die Gesamtwärmebilanz überaus vorteilhaft darstellt. Bei einer derartigen Umsetzung, beispielsweise in einer Pfanne, welche somit mit geringem Investitionsaufwand durchgeführt werden kann, lassen sich beim Siliziumfrischen ca. 610 MJ/t Schlacke an Wärme gewinnen. Die Wärmeverluste einer Pfanne, welche durch Konvektion oder Abstrahlung auftreten, betragen etwa 160 MJ/t Schlacke, sodaß ein Gesamtwärmeüberschuß von etwa 450 MJ/t Schlacke besteht. Aufgrund dieser Wärmebilanz ist es beispielsweise möglich dem Roheisen vor dem Einbringen in den Frischkonverter auch noch Additive, wie beispielsweise AI2O3 in fester Form aufzugeben, welche in der Folge die Zusammensetzung der Schlacke für eine Verwendung als Zuschlagsstoff für hydrau- lische Bindemittel wesentlich verbessern. Zum Erwärmen von 100 kg AI2O3-Additiv je Tonne Schlacke werden etwa 200 MJ Wärme benötigt, die aus der obigen Wärmebilanz zur Gänze gedeckt werden können. Die immer noch verbleibende Überschußenthalpie kann beispielsweise auch noch dazu verwendet werden, um bereits im Mischer oder in der Pfanne, insbesondere einer Torpedopfanne, Schrott zusetzen oder aber auf eine Zusatzfeuerung bei einem Roheisenmischer zu verzichten. Die Abstimmung der aufgegebenen Menge an Stahlschlacke auf den gewünschten Endwert des Siliziumgehaltes erlaubt somit eine besonders wirtschaftliche Verfah- rensweise, bei welcher der nachfolgende Stahlherstellungsprozeß in keiner Weise beeinträchtigt wird, sondern im Gegenteil aufgrund der geringeren Siθ2-Mengen beim Stahlfrischen sogar ver- bessert wird. Die gleichzeitige Vermischung mit gegebenenfalls vorhandener Hochofenschlacke in der Roheisenrinne bzw. dem Roheisenmischer oder einer Pfanne führt aufgrund der dadurch erzielten Verdünnung zu einer Verringerung der Reaktionsgeschwin- digkeit und damit zu einer Verringerung der Frisch-Enthalpie, wobei allerdings gleichzeitig die Qualität der Schlacke, welche insbesondere dadurch bereits verbessert wurde, daß Eisen- und Chromoxide zu flüssigen Metallen reduziert werden konnten, verbessert und ihre Entsorgung oder Weiterverwendung erleichtert wird.
Eine wesentliche Voraussetzung für die wirtschaftliche Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist aber nun der Umstand, daß die Schlacken-Eisenbadtemperatur unter 1500° C ge- halten wird. Oberhalb dieser Temperatur reagiert Kohlenstoff bevorzugt mit dem Eisenoxid der Stahlschlacke, da oberhalb dieser Temperatur Kohlenstoff unedler als Silizium wird. Erst die Begrenzung der Temperaturen auf 1500° C ermöglicht ein wirtschaftlich sinnvolles Entsilizieren und verhindert die andernfalls möglichen explosionsartigen Eruptionen des Schlacke-Eisenbades durch spontane unkontrollierbare Kohlenmonoxidbildung . Von entscheidender Bedeutung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit die Temperaturkontrolle, die durch Zugabe von Schrott, Zugabe von kalter Schlacke, Wärmeabfuhr, Gasein- bringen od.dgl. entsprechend gesteuert werden kann, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß der Si-Gehalt des Roheisens auf unter 0,2 Gew.-% gebracht wird.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne großen anlagentechnischen Aufwand durchgeführt werden, wobei bevorzugt das Verfahren so durchgeführt wird, daß die Stahlschlacke in einem Roheisenmischer oder einer Pfanne, insbesondere einer Torpedopfanne aufgegeben wird. Um sicherzustellen, daß eine positive Energiebilanz verbleibt und eine entsprechend hohe Menge an flüssiger Stahlschlacke entsorgt bzw. verarbeitet werden kann, wird mit Vorteil so vorgegangen, daß Stahlschlacke in einer Menge aufgegeben wird, welche kleiner ist als 1/2, vorzugsweise kleiner als 1/4 der Hochofenschlackenmenge. Die Begrenzung der Stahlschlackenmenge ermöglicht es gleichzeitig auch auf die Feuerfestproblematik Rücksicht zu nehmen, da auf diese Weise die gewünschte Schlacken- anfangsbasizität eingestellt werden kann. Anstelle der Hochofen- schlackenmenge kann naturgemäß auch die verbliebene reduzierte Schlackenmenge in diese Berechnung der Mengen einbezogen werden.
Wie bereits eingangs erwähnt, erlaubt die positive Wärmebilanz das Aufschmelzen von Additiven, wie beispielsweise von AI2O3 , sodaß für eine nachfolgende Weiterverwendung im Rahmen der Herstellung hydraulischer Bindemittel eine optimale Zusammensetzung gewährleistet werden kann. Mit Vorteil wird hiezu so vorgegangen, daß mit der Stahlschlacke Additive wie z.B. AI2O3 in Mengen von 50 bis 180 kg/t Schlacke aufgegeben werden, wobei die Wärmebilanz zum Aufschmelzen derartiger Mengen an AI2O3 ausreicht .
Um die gewünschten Parameter und insbesondere die gewünschte Absenkung des Siliziumgehaltes auf vordefinierte Werte sicher ein- halten zu können, wird mit Vorteil so vorgegangen, daß die Aufgabe der Stahlschlacke über eine regel- oder steuerbare Aufgabeeinrichtung vorgenommen wird, welche in Abhängigkeit von der Stahlschlacken- und der Hochofenschlackenzusammensetzung sowie der Roheisenbadzusammensetzung geregelt bzw. gesteuert wird. Die Reaktionsgeschwindigkeit und die vollständige Umsetzung läßt sich noch dadurch verbessern, daß in das vom Hochofen abgestochene Roheisen-Schlackengemisch Inertgase, insbesondere Stickstoff, eingeblasen wird.
Dadurch, daß die Inertgase mit Vorteil in eine Roheisenbadrinne, auf welche die Stahlschlacke bzw. das Schlackengemiεch aufgegeben wird, eingeblasen werden, wird gleichzeitig die erforder- liehe Regelung der Temperatur auf < 1500° C erreicht. Die Temperaturregelung auf < 1500° C kann aber auch durch Zugabe von kalten Additiven, kalter Schlacke und/oder Schrott vorgenommen werden .
Roheisenmischer dienen in integrierten Hüttenwerken als Roh- eisenzwischenspeicher zwischen Hochofen und Stahlkonverter, wobei die Kapazität derartiger Roheisenmischer zumeist mindestens einer Tagesstahlwerksproduktion entspricht. Die Speicherung einer derartigen Tagesstahlwerksproduktion im Roheisenmischer dient gleichzeitig auch der Vergleichmäßigung der Roheisenqualität. Anstelle eines derartigen Roheisenmischers werden auch mobile Torpedopfannen eingesetzt, in welchen die Durchmischung durch selbständiges Schwenken des Inhaltes während des Trans- portes vom Hochofen zum Stahlwerk begünstigt wird. In derartigen Torpedopfannen wird vorteilhafterweise die flüssige zu reduzierende Schlacke vorgelegt und das Hochofenroheisen aufgegossen, wodurch eine hohe Turbulenz und eine intensive Umsetzung gewährleistet ist.
Der durch Stahlschlacken in das Roheisenbad allenfalls eingebrachte Phosphor wird durch den anschließenden oxidierenden Frischvorgang verschlackt. Eine weitere Möglichkeit zur Unterbrechung des Phosphorkreislaufes besteht darin, das Roheisenbad unter reduzierenden Bedingungen zu entphosphorn. Dies geschieht durch Einbringen von Kalziumkarbid oder Feinstbranntkalk. Die hochphosphorhaltige Zwischenschlacke kann durch oxidative Nachbehandlung zu hochwertigem chromfreien Düngemittel umgewandelt werden.
Insgesamt lassen sich eine Reihe von Zusätzen, wie Stahlstäube und weitere silikat- und aluminathältige Hüttenreststoffe nun aufgrund der überaus positiven Wärmebilanz unmittelbar gemeinsam mit den sauren Additiven, wie A1203 sowie gegebenenfalls weiterem Siθ2, aufschmelzen, wodurch die Basizität der Stahlschlacke wesentlich abgesenkt werden kann. Siθ2-hältige Additive müssen allerdings im Vergleich zu üblichen Schlackenverfahren in wesentlich geringeren Mengen zugesetzt werden, da ja Siθ2 unmittelbar bei der Umsetzung der Stahlschlacke mit dem Roheisenbad gebildet wird. Vorteilhaft ist hiebei auch, daß das Roheisen durch den Schlacken-CaO-Gehalt zumindest teilweise entschwefelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bevorzugt mit einer speziell adaptierten Vorrichtung durchführen. Eine derartige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist hiebei im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Laufrinne für Roheisen, an deren Rinnengrund Spülsteine oder Durchbrechungen für das Eintragen von Inertgasen angeordnet sind und in welche ein Schlackenfeeder sowie ein Hochofen-Roheisen-Feeder mündet und eine der Laufrinne nachgeschaltete Pfanne zur Trennung von Schlacken- und Eisenbad. Mittels einer derartigen Lau rinne, auf welche die gewünschten Additive zur Kühlung aufgegeben werden können, läßt sich durch die Inertgase und im besonderen durch Druckstickstoff die Turbulenz erhöhen, sodaß eine bessere Durchmischung gleichzeitig mit einer besseren Wärmeabfuhr gewährlei- stet wird. Die Rinnenbegasung stellt somit sicher, daß es nicht zu lokalen Überhitzungen kommen kann und daß die Temperatur zuverlässig unter 1500° C gehalten werden kann.
Die Vorrichtung ist mit Vorteil dahingehend weitergebildet, daß die Laufrinne in ein Tauchrohr mündet, welches in das Eisenbad der Pfanne ragt. Mittels eines derartigen Tauchrohres, welches in das Eisenbad der Trennpfanne hineinragt, wird die Reduktionsstrecke der aufsteigenden Schlackentröpfchen erhöht und eine vollständige Umsetzung sichergestellt. Alternativ kann eine intensive Durchmischung auch dadurch erreicht werden, daß die Rinne als Kaskade ausgebildet ist, wobei der Schlackenüberlauf einer nachfolgenden Kaskadenstufe unterhalb der Ebene des Zulaufes des Eisenbades aus der vorangegangenen Kaskadenstufe angeordnet ist.
Die Erf indung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Fig. 2 eine schematische Seitenansicht teilweise im Schnitt durch Teile einer Einrichtung nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist mit 1 schematisch eine Stahlschlackenpfanne angedeutet, mit 2 ist eine Roheisenpfanne bezeichnet. Die aus der Stahlschlackenpfanne abgezogenen Schlackenmengen ebenso wie die Roheisenmenge werden über entsprechend gesteuerte Drosselorgane 3 auf eine Laufrinne 4 aufgegeben und gelangen in der Folge zu einer Trennpfanne 5, in welcher das Eisenbad von der Schlacke getrennt wird.
Aus der Darstellung nach Fig. 2 sind Details einer derartigen Einrichtung näher ersichtlich. Mit 1 ist wiederum die Stahlschlackenpfanne bezeichnet, an welche ein Schlacken-Tundish 6 angeschlossen ist, dessen Schlackenfeeder mit 7 bezeichnet ist. Die Stahlschlacke gelangt auf die Laufrinne 4, wobei aus der Darstellung nach Fig. 2 ersichtlich ist, daß über Öffnungen 8 im Grund der Rinne Inertgas unter Druck und insbesondere Stickstoff eingebracht wird. Der Laufrinne 4 wird, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, gesondert Roheisen gegebenenfalls vermischt mit Hochofenschlacke aufgegeben.
Das in der Laufrinne weitgehend entsilizierte Material gelangt in der Folge in einen Trichter 9 eines Tauchrohres 10, welcher unterhalb des Eisenbades 11 der Trennpfanne 5 mündet. Die auf- steigenden Schlackentröpfchen werden weiterreduziert und es schwimmt eine chromatfreie Schlacke 12 auf dem Eisenbad 11 in der Trennpfanne 5 auf, welche gesondert ausgebracht werden kann.
Die Laufrinne 4 kann über eine entsprechende hydraulische Ein- richtung 13 in ihrer Neigung verstellt werden, wobei gemeinsam mit dem Druck Stickstoff der Rinnenbegasung hier die Fließgeschwindigkeit und die Turbulenz entsprechend eingestellt werden kann, um eine optimale Wärmeabfuhr zu erzielen, sodaß die gewünschte Begrenzung der Temperatur der Umsetzung sicher eingehalten wird. Die Temperatur kann auch durch einen nicht dargestellten Kühlwindkasten oberhalb der Laufrinne unter 1500° C ge- halten werden.
Ausführungsbeispiel
Eine Konverterschlacke mit folgender Zusammensetzung wurde ein- gesetzt:
Das im Roheisenmischer vorliegende Roheisen weist 1 % Si sowie 4,6 % C auf. Auf 1 t Roheisen werden 150 kg konfektionierte Konverterschlacke aufgelegt. Konfektioniert bedeutet, daß die CaO/Siθ2-Basizität von 3,14 in der Pfanne abgesenkt sowie der AI2O3-Gehalt auf 10 % angehoben wurde.
Silizium-Bilanz
1 % Si im Roheisen (10 kg Si pro t Roheisen) standen unter Berücksichtigung der obigen Analyse folgenden zu reduzierenden Schlackenkomponenten gegenüber :
P205 16,5 kg/t LDS MnO 35, 3 kg/t LDS FeO 228 kg/t LDS Cr203 2 kg/t LDS
Es wurden 150 kg konfektionierte Konverterschlacke auf das Roheisenbad aufgelegt, sodaß pro t Roheisen die folgenden Schlackenkomponenten zu reduzieren sind.
P2θ5 1, 98 kg/t Roheisen MnO 4,23 kg/t Roheisen FeO 27,36 kg/t Roheisen Cr2θ3 0,24 kg/t Roheisen
Das Roheisen-Si reduzierte nun die oben beschriebenen Schlacken- komponenten wie folgt:
2 P2O5 + 5 Si -> 5 Siθ2 + 4 P 2 MnO + Si -> Siθ2 + 2 Mn 2 FeO + Si -> Siθ2 + 2 Fe 2 Cr2θ3 + 3 Si -> 3 Siθ2 + 4 Cr
Somit ergab sich der folgende Silizium-Bedarf: P2O5 0,97 kg Si MnO 0,85 kg Si FeO 5,20 kg Si Cr2θ3 0,07 kg Si
Summe: 7,98 kg Si
Das vorliegende Roheisen enthielt 10 kg Si/t Roheisen ( 1 % im Roheisen) , sodaß im Roheisen nach der Umsetzung 2 kg Si/t Roheisen oder 0,2 % Si vorlagen. Die Schlackenreduktion mittels Silizium ist exotherm, sodaß für diesen Vorgang keine zusätzliche Energie zugeführt werden mußte. Durch die Schlackenreduktion wurde Siθ2 in folgenden Mengen gebildet:
-> aus P2θ5~Reduktion: 2, 1 kg Siθ2
-> aus MnO-Reduktion: 1,8 kg Siθ2
-> aus FeO-Reduktion: 11,5 kg Siθ2
-> aus Cr?Q^-Reduktion; 0, 14 kσ SiOo
Summe: 15, 5 kg Siθ2
Somit ergab sich die folgende Schlacken-Zwischenanalyse:
Eine derartige Schlackenzwischenanalyse weist bereits eine geringere Schlackenbasizität auf, eine weitere externe Siθ2~Kor- rektur kann in der Folge durch Zugabe von 250 kg Siθ2 pro t Schlacke erfolgen, sodaß ein Siθ2-Gehalt von 44 Gew.% und ein Wert für die CaO/Siθ2 -Basizität von 1,6 erreicht wird. Der Schlacken AI2O3 -Gehalt wurde noch auf 10 Gew.% erhöht, was jedoch gleichfalls im Roheisenmischer bzw. der Torpedopfanne erfolgte.
Die Erhöhung des AI2O3-Gehaltes diente hiebei in erster Linie der Verbesserung der Frühfestigkeit von aus derartigen Schlacken hergestellten hydraulischen Bindemitteln.
Insgesamt ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Verfahrensfüh- rung ein geringes zusätzliches Investitionsvolumen und praktisch kein zusätzlicher Energiebedarf. Weiters wird der Zusatz von Siθ2 wesentlich geringer, da die Basizität im Zuge des Verfahrens durch das durch das Frischen von Silizium gebildete Siθ2 hinreichend abgesenkt wird.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Entsilizieren von Roheisen vor einem nachfolgenden Frischen zu Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige Stahlschlacke in einer dem Si-Gehalt des Roheisens und dem Fe- und/oder Cr-Oxid-Gehalt der Schlacke entsprechenden Menge nach dem Hochofenabstich auf das abgestochene Roheisen- und ggf. das Hochofenschlackenbad aufgegeben wird, welche Menge so bemessen ist, daß der Si-Gehalt des Roheisens auf unter 0,5 Gew.-% bei gleichzeitigem Anstieg des Siθ2~Gehaltes der Schlacke unter Reduktion von Fe- und/oder Cr-Oxiden der Schlacke zu flüssigen Metallen gebracht wird und daß die Schlacken-Eisenbadtemperatur unter 1500° C gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Si-Gehalt des Roheisens auf unter 0,2 Gew.-% gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschlacke in einem Roheisenmischer oder einer Pfanne, insbesondere einer Torpedopfanne aufgegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlschlacke in einer Menge aufgegeben wird, welche kleiner ist als 1/2, vorzugsweise kleiner als 1/4 der Hochofenschlacken- menge .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Stahlschlacke Additive wie z.B. AI2O3 in Mengen von 50 bis 180 kg/t Schlacke aufgegeben werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabe der Stahlschlacke über eine regel- oder steuerbare Aufgabeeinrichtung vorgenommen wird, welche in Abhängigkeit von der Stahlschlacken- und der Hochofenschlacken- Zusammensetzung geregelt bzw. gesteuert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in das vom Hochofen abgestochene Roheisen- Schlackengemisch Inertgase, insbesondere Stickstoff, eingeblasen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Temperatur auf < 1500°C durch Einblasen von Inertgasen in eine Roheisenbadrinne erfolgt, auf welche die Stahlschlacke bzw. das Schlackengemisch aufgegeben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Temperatur auf < 1500°C durch Zugabe von kalten Additiven, kalter Schlacke und/oder Schrott vor- genommen wird.
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