Anwendungen von Oxy-Fuel in der Schmelzmetallurgie

Die Kombination aus Brennstoff-Sauerstoffbrenner und Nachverbrennung wird auch im Herdofen genutzt. Das BoostAL COntrol-Verfahren sorgt für die Nachverbrennung der Pyrolysegase aus dem Schrott im Ofen – das generiert “Gratis-Energie” für den Schmelzprozess. Zusätzlich zu der Energieersparnis spielt die Reduzierung der Emissionen an CO2 und NOx eine bedeutende Rolle.
 
Durch nahezu stöchiometrisches Steuern der Brennerflamme werden Aluminiumabbrände minimiert, die ALBATCH FC-Sauerstoffbrenner mit flacher Flamme gewährleisten eine optimale Wärmeübertragung auf das Schmelzbad. Die Abwesenheit von Stickstoff beim Verbrennungsprozess verringert die Abgasvolumina und somit die Abgaswärmeverluste.

Der Hochofen ist ein kontinuierlich arbeitender Schachtofen, der aus Eisenerzen, Zuschlagstoffen und Koks flüssiges Roheisen erzeugt. Ein Hochofen arbeitet im Gegenstromprinzip: Aufsteigendes Reduktionsgas (CO) aus der Koksverbrennung sorgt für das Schmelzen und Reduzieren der Eisenoxide in der absinkenden Möllersäule. Über eine Ringleitung und Blasdüsen wird Heißluft zur Koksverbrennung eingeblasen. Zur Effizienzsteigerung wird ein Teil des Kokses durch Einblasen von Brennstoffen mit Sauerstoff durch die Winddüsen substituiert. 

Roheisen hat oft zu hohe Schwefelgehalte. Ein Spülprozess mit Stickstoff, beispielsweise unter Zugabe von Kalk oder Calciumcarbid, sorgt für eine schnelle Entschwefelung vor der Weiterverarbeitung zu Stahl im Konverter. 

Beim Abgießen und Umfüllen von Roheisen entstehen insbesondere zu Beginn große Mengen des so genannten braunen Rauchs. Die Rauchgasunterdrückung (bis zu 95%) kann durch Besprühen des Roheisen-Gießstrahls mit einem Trockeneisschnee-Gas-Gemisch realisiert werden. Hierfür stehen spezielle Schneerohre zur Verfügung, welche den Gießstrahl mit einer Schutzatmosphäre umschließen. Das ermöglicht Filterwartungen am Hochofen ohne Produktionsverlust oder das Abkippen von Roheisen ins Gießbeet unter freiem Himmel.

Wachsende Anforderungen an Eisenqualität, Leistung und Preis verlangen nach einer stetigen Verbesserung der Effizienz des Schmelzbetriebes. Neben der Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff wird in den meisten Schmelzbetrieben am Kupolofen derzeit das Verfahren der Sauerstoff-Direktinjektion eingesetzt.

Es wird reiner Sauerstoff mit Überschallgeschwindigkeit durch mehrere Lanzen in den Ofen injiziert. Dies erhöht die Schmelzleistung und die Metalltemperatur im Kupolofen und senkt gleichzeitig den Verbrauch von Koks, Sauerstoff und Legierungselementen. 

Dank unserer speziell entwickelten Sauerstoffdüsen werden mit BoostAL-Digital Aljet von Air Liquide die Vorteile des Sauerstoffeinsatzes maximiert. Der hohe Impulsstrom des Überschallstrahles beim BoostAL Digital Aljet-Verfahren ermöglicht es dem Sauerstoff, bis in die Mitte des Kupolofens vorzudringen. Dadurch wird der komplette Ofenquerschnitt genutzt, die Verluste über die Ofenwand gesenkt und die Ausbildung eines "toten Mannes" verhindert.

Im Teillastbetrieb sinkt bei der konventionellen Überschallinjektion die hohe Effektivität deutlich, da aufgrund der geringeren Sauerstoffmenge die Überschallgeschwindigkeit verloren geht. Die taktweise Zugabe von Sauerstoff durch das BoostAL Digital ALJET-Verfahren erhält die Überschallgeschwindigkeit auch im Teillastbetrieb. Damit stehen die Vorteile in jedem Betriebszustand des Ofens voll zur Verfügung.

Nach dem Schmelzen wird die Zusammensetzung von Metallen – und damit die metallurgischen Eigenschaften – in einem anschließenden Behandlungsprozess eingestellt.

Beim Schmelzen von Stahl finden Spülprozesse im Induktionsofen und in Pfannen statt. Durch das Einblasen von Stickstoff und Argon mittels Bodendüsen wird die Schmelze in Bewegung gehalten. Dadurch löst sich der beigefügte Schrott schneller auf und die Schmelze wird bezüglich Temperaturverteilung und Zusammensetzung homogenisiert. Im Konverter wird zum Schutz vor Oxidation von Begleitelementen durch die Luftatmosphäre bei hoch legiertem Stahl die Badoberfläche mit flüssigem Argon beaufschlagt. Das Vorinertisieren von Pfannen mit CO2 bewirkt nicht nur eine Rauchgasunterdrückung, auch der thermische Auftrieb wird unterdrückt – der Eisendampf bleibt im flüssigen Roheisen.

Bei der Herstellung von Sphäroguß wird das flüssige Eisen in einem Konverter mit Magnesium behandelt. Das Konvertergefäß und speziell die Magnesiumkammer müssen auf hohe Temperaturen vorgewärmt werden. Hier stößt die Verbrennung mit Luft schnell an ihre Leistungsgrenze, daher wird die Verbrennung mit Sauerstoff eingesetzt. Die Inertisierung der Badoberfläche wird mit flüssigem Stickstoff durchgeführt.
 
Nicht-Eisen-Werkstoffe wie Aluminium oder Kupfer enthalten nach dem Schmelzen unerwünschte Begleitstoffe, vor allem Wasserstoff. Ein Spülvorgang mit den Inertgasen Stickstoff und Argon reduziert die Konzentration dieser Stoffe deutlich. Die Gase werden mittels einer Lanze oder eines porösen Spülsteines in die Schmelze eingebracht. Gasgemische, zum Beispiel mit einigen Prozentanteilen Chlor, erhöhen die Entgasungswirkung und reduzieren unerwünschte Begleitelemente.