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Dokumentenidentifikation DE69927837T2 27.04.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001114192
Titel VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON METALLEN UND METALLLEGIERUNGEN
Anmelder Technological Resources Pty. Ltd., Melbourne, Victoria, AU
Erfinder BATES, Peter, Cecil, Mt Pleasant, AU
Vertreter Kador & Partner, 80469 München
DE-Aktenzeichen 69927837
Vertragsstaaten AT, DE, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 30.08.1999
EP-Aktenzeichen 999441678
WO-Anmeldetag 30.08.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/AU99/00699
WO-Veröffentlichungsnummer 0000012766
WO-Veröffentlichungsdatum 09.03.2000
EP-Offenlegungsdatum 11.07.2001
EP date of grant 19.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.2006
IPC-Hauptklasse C21B 11/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse C22B 5/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   C22B 5/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F27B 19/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F27B 19/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   C21B 11/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   C21B 13/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von geschmolzenem Metall (wobei dieser Begriff Metallegierungen einschließt) aus einer metallhaltigen Beschickung unter Verwendung von elektrischer Energie.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere, obwohl nicht ausschließlich, die Erzeugung von Eisen, Stahl und Ferrolegierungen in einem Elektroofen.

Der Begriff "Elektroofen" soll hier irgendeinen Ofen abdecken, der vollständig oder teilweise auf elektrischem Strom beruht, um eine Metall enthaltende, metallhaltige Charge zu erwärmen.

Als Beispiel deckt der Begriff "Elektroofen" herkömmliche Lichtbogenöfen mit Wechselstrom und Gleichstrom, die gewöhnlich bei der Stahlerzeugung verwendet werden, Tauchelektroden-Lichtbogenschmelzöfen, die gewöhnlich bei der Erzeugung von Ferrolegierungen und Roheisen verwendet werden, und Induktionsöfen ab, die gewöhnlich zum Schmelzen von Schrott verwendet werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung einer Metallschmelze aus einer metallhaltigen Beschickung in einem Elektroofen bereitzustellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Metallen aus einem metallhaltigen Beschickungsmaterial in einem Elektroofen bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte einschließt:

  • (a) in dem Ofen wird ein Schmelzbad mit einer Metallschicht und einer Schlackeschicht auf der Metallschicht erzeugt;
  • (b) dem Ofen wird elektrische Energie zugeführt, und die elektrische Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt, und dadurch wird zur der erforderlichen Wärmezufuhr des Verfahrens beigetragen;
  • (c) in das Schmelzbad werden ein Trägergas und ein festes kohlehaltiges bzw. kohlenstoffhaltiges Material durch eine oder mehr als eine Lanze/Düse eingeblasen;
  • (d) es wird bewirkt, daß geschmolzenes Material als Spritzer, Tropfen und Ströme aus dem Schmelzbad in den Raum über der nominell ruhigen Oberfläche des Schmelzbades geschleudert wird und in einer durchgängigen Gasphase eine Übergangszone erzeugt wird;
  • (e) in den Ofen wird durch eine oder mehr als eine Lanze/Düse ein sauerstoffhaltiges Gas eingeblasen, und die aus dem Schmelzbad freigesetzten Reaktionsgase werden nachverbrannt, und dadurch wird weiter zu der erforderlichen Wärme des Verfahrens beigetragen, wobei die aufsteigenden und danach absinkenden Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials in der Übergangszone die Wärmeübertragung auf das Schmelzbad erleichtern, und wobei die Übergangszone den Wärmeverlust aus dem Ofen über die Seitenwände minimiert, die mit der Übergangszone in Kontakt stehen; und
  • (f) die eine oder mehr als eine Lanze/Düse zum Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas wird so angeordnet und das sauerstoffhaltige Gas wird so eingeblasen, daß:

    (a) das sauerstoffhaltige Gas in Richtung der Übergangszone eingeblasen wird und in diese eindringt;

    (b) der Strom des sauerstoffhaltigen Gases, die Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials ablenkt, so daß sich im wesentlichen:

    (i) die Übergangszone nach oben um den unteren Abschnitt der einen oder mehr als einen Lanze/Düse erstreckt; und

    (ii) ein durchgängiger Gasraum, der als "freier Raum" beschrieben wird, um das Ende der einen oder mehr als einen Lanze/Düse bildet.

Der Begriff "Metallschicht" soll hier für den Bereich des Bades stehen, der vorwiegend Metall ist.

Der Begriff "Schlackeschicht" soll hier für den Bereich des Bades stehen, der vorwiegend Schlacke ist.

Der Begriff "Übergangszone" soll hier für eine Zone oberhalb der nominell ruhigen Oberfläche des Schmelzbades stehen, in der es aufsteigende und danach absinkende Tropfen oder Spritzer von geschmolzenem Material gibt.

Der Begriff "ruhige Oberfläche" soll hier im Zusammenhang mit dem Schmelzbad für die Oberfläche des Schmelzbades bei Verfahrensbedingungen stehen, bei denen kein Gas/Feststoffe eingeblasen wird und es folglich keine Bewegung des Bades gibt.

Der Schritt (a) des Erzeugen eines Schmelzbades kann einschließen, daß dem Ofen eine erste feste Charge des metallhaltigen Beschickungsmaterials zugeführt und zumindest ein Teil der Charge durch Wärmeenergie geschmolzen wird, die durch elektrische Energie erzeugt wird, die dem Ofen zugeführt wird.

In einer anderen Ausführungsform kann der Schritt (a) einschließen, daß das metallhaltigen Beschickungsmaterial den Ofen in geschmolzener Form zugeführt wird und dadurch das Schmelzbad erzeugt wird.

In jedem in den vorangegangenen beiden Absätzen beschriebenen Fall kann das Verfahren einschließen, daß dem Ofen in einer späteren Stufe des Verfahrens weiteres metallhaltiges Beschickungsmaterial zugeführt wird.

Die Übergangszone ist ein wirksamer Bereich für die Nachverbrennung der Reaktionsgase. Außerdem stellt die Bewegung der Tropfen, Spritzer und Ströme des geschmolzenen Materials zwischen dem Bad und der Übergangszone eine wirksame Maßnahme dar, um die durch die Nachverbrennung der Reaktionsgase erzeugte Wärme auf das Schmelzbad zu übertragen. Außerdem stellt das geschmolzene Material und insbesondere die Schlacke in der Übergangszone eine wirksame Maßnahme dar, um den Wärmeverlust durch Strahlung über die Seitenwand des Ofens zu minimieren, die mit der Übergangszone in Kontakt steht.

Die Übergangszone ist von der Schlackeschicht völlig verschieden. Als Erklärung umfaßt die Schlackeschicht bei Gleichgewichtsbedingungen der Durchführung des Verfahrens Gasblasen in einem durchgängigen Flüssigkeitsvolumen, wohingegen die Übergangszone Spritzer, Tropfen und Ströme von geschmolzenem Material in einer durchgängigen Gasphase umfaßt. Insbesondere ist die Übergangszone eine nicht schäumende Schlackeumgebung, und folglich ist sie von der Zone völlig verschieden, die in herkömmlichen Lichtbogenöfen aufgrund der Praxis des Aufkochens der Kohle und des Schäumens der Schlacke in diesen Öfen erzeugt wird.

In einem Fall, bei dem der Elektroofen Elektroden einschließt, die sich in den Ofen erstrecken, um dem Ofen elektrische Energie zuzuführen, ist es bevorzugt, daß das Verfahren das Erzeugen einer Schutzschicht aus geschmolzenem Material auf den Elektroden einschließt.

Es ist besonders bevorzugt, daß die Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials, die im Schritt (d) aus dem Schmelzbad geschleudert werden, diesen Schutzüberzug bilden.

Die aus dem Schmelzbad freigesetzten Reaktionsgase können irgendwelche geeigneten brennbaren Gase, wie CO und H2, einschließen.

Die Nachverbrennung der Reaktionsgase und die Übertragung der Energie auf das Bad gemäß der vorliegenden Erfindung tragen zu dem Wärmeenergiebedarf des Verfahrens bei und verringert dadurch den Bedarf des Ofens an elektrischer Energie.

Der Wert der Nachverbrennung beträgt vorzugsweise mindestens 40 %, stärker bevorzugt mindestens 60 %, wobei die Nachverbrennung wie folgt definiert wird:

wobei:

[CO2] = Vol.-% CO2 im Abgas

[H2O] = Vol.-% H2O im Abgas

[CO] = Vol.-% CO im Abgas

[H2] = Vol.-% H2 im Abgas

Das Einblasen des Trägergases und des festen kohlehaltigen Materials in das Schmelzbad und das Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas in den Ofen gemäß der vorliegenden Erfindung führt zum Vermischen der Bestandteile im Schmelzbad und in der Übergangszone und anderen Abschnitten des Gasraums über dem Schmelzbad, was die chemischen Reaktionen fördert, die durch dieses Verfahren erforderlich sind.

In Abhängigkeit vom durch dieses Verfahren herzustellenden Endprodukt können mit dem festen kohlehaltigen Material andere feste Materialien in das Schmelzbad eingeblasen werden.

Wenn das Verfahren z.B. die Herstellung von Eisen betrifft, können metallhaltiges Beschickungsmaterial in Form von Eisenerz und/oder teilweise reduziertem Eisenerz, schlackebildende Mittel und Flußmittel mit dem Trägergas und dem festen kohlehaltigen Material in das Schmelzbad eingeblasen werden.

Wenn das Verfahren als weiteres Beispiel die Stahlerzeugung betrifft, können metallhaltiges Beschickungsmaterial in Form von Stahlschrott, Roheisen, Abfälle einer Stahlanlage und andere eisenhaltige Quellen, schlackebildende Mittel und Flußmittel mit dem Trägergas und dem festen kohlehaltigen Material in das Schmelzbad eingeblasen werden.

Wenn das Verfahren als besonderes Beispiel die Stahlerzeugung aus Eisenerz und/oder teilweise reduziertem Eisenerz betrifft, können die letzten Stufen des Verfahrens das Unterbrechen des Einblasens von festem kohlehaltigem Material in das Schmelzbad einschließen, um die Regelung der Kohlenstoffkonzentration des Schmelzbades bei dem Wert für die geforderte Stahlzusammensetzung zu erleichtern.

Es ist bevorzugt, daß das Trägergas und das feste kohlehaltige Material und gegebenenfalls andere feste Materialien in die Metallschicht des Schmelzbades eingeblasen werden.

Es ist besonders bevorzugt, die Übergangszone zu bilden, indem das Trägergas und das feste kohlehaltige Material und gegebenenfalls andere feste Materialien durch eine oder mehr als eine Lanze/Düse in das Schmelzbad eingeblasen werden, die sich über der Metallschicht des Schmelzbades befinden und sich nach unten zu dieser hin erstrecken.

Es ist bevorzugt, daß die eine oder mehr als eine Lanze/Düse in einem Winkel von 10 bis 70° zur Senkrechten ist.

Es ist besonders bevorzugt, daß dieser Winkel 20 bis 60° beträgt.

Es ist bevorzugt, daß die Lanzen/Düsen zurückgezogen werden können.

Es ist bevorzugt, daß das Einblasen des Trägergases und des festen kohlehaltigen Materials und gegebenenfalls anderer fester Materialien in das Schmelzbad ausreicht, damit geschmolzenes Material fontänenartig in den Raum über dem Bad geschleudert wird.

Das metallhaltige Beschickungsmaterial kann in irgendeiner geeigneten Form, wie Stücke, Pellets und Feinstoffe, vorliegen.

Das metallhaltige Beschickungsmaterial kann vorgewärmt sein.

Das Trägergas kann irgendein geeignetes Trägergas sein.

Es ist bevorzugt, daß das Trägergas ein Gas mit Sauerstoffmangel ist.

Es ist bevorzugt, daß das Trägergas Stickstoff umfaßt.

Das sauerstoffhaltige Gas kann irgendein geeignetes Gas sein.

Wenn das Verfahren z.B. die Herstellung von Eisen aus Eisenerz und/oder teilweise reduziertem Eisenerz betrifft, kann das sauerstoffhaltige Gas Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft sein.

In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, daß die Luft vorgewärmt ist.

Die Anordnung und die Betriebsparameter der einen oder mehr als einen Lanze/Düse, die das sauerstoffhaltige Gas einblasen, und die Betriebsparameter, die die Übergangszone steuern, werden so ausgewählt, daß:

  • (a) das sauerstoffhaltige Gas in Richtung der Übergangszone eingeblasen wird und in diese eindringt;
  • (b) der Strom des sauerstoffhaltigen Gases die Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials ablenkt, so daß sich im wesentlichen:

    (i) die Übergangszone nach oben um den unteren Abschnitt der einen oder mehr als einen Lanze/Düse erstreckt; und

    (ii) ein durchgängiger Gasraum, der als "freier Raum" beschrieben wird, um das Ende der einen oder mehr als einen Lanze/Düse bildet.

Die Bildung diesen freien Raums stellt ein wichtiges Merkmal dar, da sie es ermöglicht, daß die Reaktionsgase im oberen Raum des Ofens in den Bereich des Endes der einen oder mehr als einen Lanze/Düse gezogen werden und in diesem Bereich nachverbrannt werden. In diesem Zusammenhang soll der Begriff "freier Raum" für einen Raum stehen, der praktisch kein Metall und keine Schlacke enthält.

Es wird auch ein Elektroofen für die Erzeugung von Metallen und Metallegierungen aus einer metallhaltigen Beschickung beschrieben, welcher einschließt:

  • (a) eine Einrichtung, die ein Trägergas und ein festes kohlehaltiges Material in ein Schmelzbad aus Metall und Schlacke im Ofen von oberhalb des Schmelzbades und/oder durch einen Abschnitt einer Seite des Gefäßes, die mit dem Schmelzbad in Kontakt steht einbläst und dazu führt, daß das feste Material in das Schmelzbad eindringt und dadurch direkt oder indirekt bewirkt, daß geschmolzenes Material (das Metall und/oder Schlacke einschließt) in einen Raum über der ruhigen Oberfläche des Schmelzbades geschleudert wird, wodurch eine Übergangszone gebildet wird; und
  • (b) eine Einrichtung, die ein sauerstoffhaltiges Gas in den Raum über der Oberfläche des Schmelzbades einbläst und aus dem Schmelzbad freigesetzte Reaktionsgase nachverbrennt.

Die vorliegende Erfindung wird ferner als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die eine senkrechte Schnittansicht durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektroofens für die Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.

Die folgende Beschreibung steht im Zusammenhang mit dem Schmelzen von Eisenerz, um eine Eisenschmelze zu erzeugen. Es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anwendung begrenzt ist und im allgemeinen bei der Herstellung von Metallen und Metallegierungen, wie Stahl und Ferrolegierungen, aus metallhaltigen Beschickungen angewendet werden kann.

Der in der Figur gezeigte Ofen ist ein direkter Lichtbogenofen mit Wechselstrom mit drei Elektroden 12, die sich nach unten in den Ofen erstrecken. Die Elektroden 12 sind mit einer Wechselstromquelle (nicht gezeigt) verbunden.

Zu Beginn des Verfahrens wird dem Ofen eine erste Charge aus Eisenerz und/oder teilweise reduziertem Eisenerz, einem festen kohlehaltigen Material, wie Kohle, schlackebildenden Mitteln und Flußmitteln zugeführt. Die Menge der Charge und die Position der Elektroden 12 werden so gewählt, daß die Spitzen der Elektroden 12 in die Charge eingetaucht sind. Der Ofen wird so betrieben, daß zwischen den Elektroden 12 und der Charge Lichtbögen entstehen. Der obere Teil der Charge kann ein geeignetes Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit einschließen, um das Zünden und Errichten von stabilen Lichtbögen zu erleichtern.

Die Lichtbögen erzeugen eine wesentliche Wärmeenergie, die die Charge schmilzt und ein Schmelzbad 9 erzeugt und danach aufrechterhält, das in der Figur gezeigt ist. Das Schmelzbad schließt eine Metallschicht (nicht gezeigt) und eine Schlackeschicht (nicht gezeigt) über der Metallschicht ein.

Das Eisenerz in der Charge und Eisenerz, das dem Ofen später zugesetzt wird, schmelzen allmählich und erzeugen geschmolzenes Eisen, das einen Teil des Schmelzbades bildet. Das geschmolzene Eisen wird periodisch vom Ofen abgestochen.

Das kohlehaltige Material in der Metallcharge und kohlehaltiges Material, das dem Ofen 3 später zugesetzt wird, wirken als Reduktionsmittel und eine Energiequelle.

Der Ofen umfaßt einen Metallmantel und eine Auskleidung aus feuerfestem Material und eine Verkleidung aus wassergekühlten Platten, die geeignet ist, die Metallcharge – einschließlich des Schmelzbades – aufzunehmen. Der Ofen umfaßt eine Basis bzw. Unterseite 4, eine zylindrische Seitenwand 6, ein Gewölbe 20 und einen Abgasauslaß 8. Die Verkleidung aus wassergekühlten Platten kann irgendeine geeignete Konfiguration haben. Die Auskleidung aus wassergekühlten Platten kann z.B. von dem Typ sein, wie er in der Internationalen Anmeldung PCT/AU99/00537 dieses Anmelders beschrieben ist.

Der Ofen umfaßt ferner eine einzige Lanze/Düse 5, die sich durch die Seitenwand 6 an einer Stelle in den Ofen erstreckt, an der sich bei Verwendung das offene Ende der Lanze/Düse 5 in einem kurzen Abstand über der nominell ruhigen Oberfläche der Metallschicht im Schmelzbad 9 befindet. Die Lanze/Düse 5 ist in einem Winkel von 10 bis 70° zur Senkrechten nach unten in Richtung der Oberfläche des Schmelzbades 9 angeordnet.

Der Ofen weist ferner eine zurückziehbare Lanze/Düse 10 auf, die sich im allgemeinen senkrecht durch das Gewölbe 20 in den Ofen erstreckt.

Bei Verwendung werden, nachdem die Anfahrstufe des Verfahrens das Schmelzbad 9 eingerichtet hat, kohlehaltiges Material und Eisenerz und/oder teilweise reduziertes Eisenerz, die erforderlich sind, um das Verfahren fortzusetzen, in Stickstoff (oder irgendeinem anderen geeigneten Trägergas) mitgerissen und durch die Lanze/Düse 5 über die Lanze/Düse 5 in die Metallschicht des Schmelzbades 9 eingeblasen. Der Impuls des festen Materials/Trägergases bewirkt, daß das feste Material und Gas in die Metallschicht eindringen. Die Kohle wird von flüchtigen Bestandteilen befreit und dadurch wird in der Metallschicht ein Gas erzeugt. Kohlenstoff löst sich teilweise im Metall und bleibt teilweise als feste Kohle zurück. Das Eisenerz wird zu Metall geschmolzen, und die Schmelzreaktion erzeugt gasförmiges Kohlenmonoxid.

Die Gase, die in die Metallschicht transportiert und durch das Entfernen der flüchtigen Bestandteile und das Schmelzen erzeugt wurden, rufen eine deutliche Auftriebsbewegung von geschmolzenem Metall, fester Kohle und Schlacke (die als Folge des Einblasens von Feststoff/Gas in die Metallschicht gezogen wurde) aus der Metallschicht hervor, was zu einer Aufwärtsbewegung von Spritzern, Tropfen und Strömen von geschmolzenem Metall und Schlacke führt. Diese Spritzer, Tropfen und Ströme reißen Schlacke mit, wenn sie sich durch die Schlackeschicht des Schmelzbades bewegen.

Die Auftriebsbewegung von geschmolzenem Metall, fester Kohle und Schlacke führt zu einer wesentlichen Bewegung in der Metallschicht und der Schlackeschicht, als Ergebnis wird das Volumen der Schlackeschicht größer. Das Ausmaß der Bewegung ist derart, daß in diesen Bereichen eine vernünftige gleichmäßige Temperatur herrscht – typischerweise 1450 bis 1550°C bei einer Temperaturschwankung in der Größenordnung von 30° in jedem Bereich.

Außerdem erstreckt sich die Aufwärtsbewegung von Spritzern, Tropfen und Strömen von geschmolzenem Metall und Schlacke, die durch die Auftriebsbewegung von geschmolzenem Metall, fester Kohle und Schlacke hervorgerufen worden ist, in den oberen Raum 14 über dem Schmelzbad 9 und bildet eine Übergangszone 26.

Allgemein ausgedrückt ist die Schlackeschicht ein durchgängiges Flüssigkeitsvolumen mit Gasblasen im Inneren, und die Übergangszone ist ein durchgängiges Gasvolumen mit Spritzern, Tropfen und Strömen von geschmolzenem Metall und Schlacke.

Ein geeignetes sauerstoffhaltiges Gas, wie Heißluft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, wird durch die obere Lanze/Düse 10 in den Ofen eingeblasen. Die Position der Lanze/Düse 10 und der Gasdurchsatz durch die Lanze/Düse 10 werden so ausgewählt, daß das sauerstoffhaltige Gas in den mittleren Bereich der Übergangszone 26 eindringt und einen im wesentlichen von Metall/Schlacke freien Raum 25 um das Ende der Lanze 10 aufrechterhält.

Das Einblasen der sauerstoffhaltigen Gases durch die Lanze/Düse 10 verbrennt die Reaktionsgase CO und H2 in der Übergangszone 26 und im freien Raum 25 um das Ende der Lanze 10 herum nach und erzeugt im Gasraum hohe Temperaturen in der Größenordnung von 2000°C. Die Wärme wird im Bereich, in dem Gas eingeblasen wird, auf die aufsteigenden und absinkenden Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials übertragen, und diese Wärme wird dann teilweise auf die Metallschicht übertragen, wenn das Metall/die Schlacke zur Metallschicht zurückkehrt.

Der freie Raum 25 ist wichtig, um hohe Nachverbrennungswerte (d.h. mehr als 40 %) zu erreichen, da er es ermöglicht, Gase im Raum über der Übergangszone 26 in den Endbereich der Lanze/Düse 10 mitzureißen und dadurch mehr Reaktionsgase für die Nachverbrennung zur Verfügung stehen.

Der kombinierte Effekt aus Position der Lanze/Düse 10, Gasdurchsatz durch die Lanze/Düse 10 und Aufwärtsbewegung von Spritzern, Tropfen und Strömen von geschmolzenem Metall und Schlacke besteht darin, die Übergangszone 26 um den unteren Bereich der Lanze/Düse 10 zu formen. Dieser geformte Bereich bietet eine teilweise Sperre für die Wärmeübertragung durch Strahlung auf die Seitenwand 6.

Außerdem stellen die aufsteigenden und absinkenden Tropfen, Spritzer und Ströme von Metall und Schlacke eine wirksame Maßnahme zur Wärmeübertragung von der Übergangszone 26 auf das Schmelzbad dar, als Ergebnis liegt die Temperatur der Übergangszone 26 im Bereich der Seitenwand 6 in der Größenordnung der Temperatur des Bades.

Der Zweck, des Einblasens von sauerstoffhaltigem Gas durch die Lanze/Düse 10 besteht darin, Reaktionsgase, wie CO und H2, die aus dem Schmelzbad 9 in dem Raum 14 abgegeben werden und sonst durch den Gasauslaß 8 aus dem Ofen abgegeben würden, bis zu einer primären Nachverbrennung von mehr als 40 % nachzuverbrennen.

Die durch die Nachverbrennungsreaktionen erzeugte Wärmeenergie wird auf das geschmolzene Material in der Übergangszone 26 und danach auf das Schmelzbad 9 übertragen, wenn die Spritzer, Ströme und Tropfen des Schmelzbadmaterials zum Schmelzbad 9 zurückkehren.

Die als Folge der Nachverbrennung der Reaktionsgase auf das Schmelzbad 9 übertragene Wärmeenergie verringert den Bedarf des Verfahrens an elektrischer Energie.

Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die vorstehend beschrieben worden sind, können viele Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Während die bevorzugte Ausführungsform eine Lanze/Düse 10 einschließt, die sich senkrecht durch das Gewölbe 20 erstreckt, ist die vorliegende Erfindung z.B. nicht darauf begrenzt und schließt eine oder mehr als eine Lanze/Düse zum Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas ein, die sich durch die Seitenwand 6 des Ofens erstreckt bzw. erstrecken.

Obwohl die bevorzugte Ausführungsform im Zusammenhang mit dem Schmelzen von Eisenerz beschrieben worden ist, wodurch geschmolzenes Eisen erzeugt wird, ist die vorliegende Erfindung als weiteres Beispiel nicht auf diese Anwendung begrenzt und kann im allgemeinen bei der Erzeugung von Metallen und Metallegierungen, wie Stahl und Ferrolegierungen, angewendet werden.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren die Erzeugung von Stahl aus einem Beschickungsmaterial mit hohem Eisengehalt, wie HBI, betrifft, ist es als besonderes Beispiel bevorzugt, wenn das Anfahrverfahren einschließt, daß dem Ofen eine feste Charge von metallhaltigem Beschickungsmaterial zugeführt wird und die Charge mit Wärmeenergie teilweise geschmolzen wird, die durch Lichtbögen zwischen den Elektroden 12 und der festen Charge erzeugt werden und dadurch ein Schmelzbad erzeugt wird. Nach dem das Schmelzbad bis zu einem ausreichendem Ausmaß eingerichtet worden ist, schließt das Verfahren anschließend das Einblasen eines Trägergases und eines festen kohlehaltigen Materials durch die Lanze/Düse 5 in das Schmelzbad und das Erzeugen der Übergangszone und das Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas durch die Lanze/Düse 10 in den Ofen und die Nachverbrennung von Reaktionsgasen, die aus dem Schmelzbad freigeworden sind, ein. Durch den kombinierten Effekt aus durch Elektroenergie erzeugter Wärme und Nachverbrennung wird die restliche feste Charge geschmolzen. Nachdem die restliche feste Charge geschmolzen ist, schließt das Verfahren das Unterbrechen des Einblasens von festem kohlehaltigem Material und danach das Einblasen von sauerstoffhaltigem Material (wie Eisenerz, teilweise reduziertes Eisenerz oder sauerstoffhaltiges Gas) in das Schmelzbad ein, wodurch die Kohlenstoffmenge auf den Wert der gewünschten Stahlzusammensetzung verringert wird.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung von Metallen aus einem metallhaltigen Beschickungsmaterial in einem Elektroofen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte einschließt:

    (a) in dem Ofen wird ein Schmelzbad mit einer Metallschicht und einer Schlackeschicht auf der Metallschicht erzeugt;

    (b) dem Ofen wird elektrische Energie zugeführt, und die elektrische Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt, und dadurch wird zur der erforderlichen Wärmezufuhr des Verfahrens beigetragen;

    (c) in die Metallschicht des Schmelzbades werden ein Trägergas und ein festes kohlehaltiges Material durch eine oder mehr als eine Lanze/Düse zum Einblasen von Feststoffen eingeblasen;

    (d) es wird bewirkt, daß geschmolzenes Material als Spritzer, Tropfen und Ströme aus dem Schmelzbad in den Raum über der nominell ruhigen Oberfläche des Schmelzbades geschleudert wird und in einer durchgängigen Gasphase eine Übergangszone erzeugt wird;

    (e) in den Ofen wird durch eine oder mehr als eine Lanze/Düse zum Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas sauerstoffhaltiges Gas eingeblasen, und die aus dem Schmelzbad freigesetzten Reaktionsgase werden nachverbrannt, und dadurch wird weiter zu der erforderlichen Wärme des Verfahrens beigetragen, wobei die aufsteigenden und danach absinkenden Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials in der Übergangszone die Wärmeübertragung auf das Schmelzbad erleichtern, und wobei die Übergangszone den Wärmeverlust aus dem Ofen über die Seitenwände minimiert, die mit der Übergangszone in Kontakt stehen; und

    (f) die eine oder mehr als eine Lanze/Düse zum Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas wird so angeordnet und das sauerstoffhaltige Gas wird so eingeblasen, daß:

    (a) das sauerstoffhaltige Gas in Richtung der Übergangszone eingeblasen wird und in diese eindringt;

    (b) der Strom des sauerstoffhaltigen Gases, die Spritzer, Tropfen und Ströme des geschmolzenen Materials ablenkt, so daß sich im wesentlichen:

    (i) die Übergangszone nach oben um den unteren Abschnitt der einen oder mehr als einen Lanze/Düse erstreckt; und

    (ii) ein durchgängiger Gasraum, der als "freier Raum" beschrieben wird, um das Ende der einen oder mehr als einen Lanze/Düse bildet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) zur Erzeugung des Schmelzbades einschließt, daß dem Ofen eine erste Feststoffcharge aus dem metallhaltigen Beschickungsmaterial zugeführt wird und zumindest ein Teil der Charge durch die Wärmeenergie geschmolzen wird, die durch die elektrische Energie erzeugt wird, die dem Ofen zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) einschließt, daß dem Ofen metallhaltiges Beschickungsmaterial in einer geschmolzenen Form zugeführt wird und dadurch das Schmelzbad erzeugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, welches einschließt, daß dem Ofen in einer späteren Stufe des Verfahren metallhaltiges Beschickungsmaterial zugesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt (c) von Anspruch 1 einschließt, daß das Trägergas und das feste kohlehaltige Material durch eine oder mehr als eine Lanze/Düse zum Einblasen von Feststoffen in das Schmelzbad eingeblasen werden und dadurch eine Aufwärtsbewegung von Spritzern, Tropfen und Strömen des geschmolzenen Materials hervorgerufen wird, die die Übergangszone bildet, wie sie im Schritt (d) von Anspruch 1 angegeben ist.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das das Einblasen von weiteren festen Materialien in das Schmelzbad durch die eine oder mehr als eine Lanze/Düse zum Einblasen von Feststoffen einschließt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die weiteren festen Materialien das metallhaltige Beschickungsmaterial einschließen.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das, wenn es durchgeführt wird, um aus Eisenerz oder teilweise reduziertem Eisenerz Stahl zu erzeugen, das Unterbrechen oder zumindest teilweise Einschränken des Einblasens des kohlehaltigen Materials in einer späteren Stufe des Verfahrens einschließt, um die Regelung der Kohlenstoffkonzentration des Schmelzbades bei der für eine gewünschte Zusammensetzung des Stahls zu erleichtern.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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