Projekt 15533/01

Einblasen von Feststoffen in den Kupolofen mit dem Ziel wirtschaftlicher Betriebsführung und Reststoffverwertung

Projektträger

Technische Universität ClausthalInstitut für Metallurgie
Robert-Koch-Str. 42
38678 Clausthal-Zellerfeld
Telefon: 05323/72-2530

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Einblasen oder Einsaugen von Stäuben in die Kupolöfen ist nicht neu, wird aber selten angewandt. Offenbar sind andere Entsorgungswege für Stäube zur Zeit kostengünstiger. Mittel- und langfristig wird dagegen die betriebsinterne Verwendung von Reststoffen, hier besonders von Stäuben, im Sinn des Kreislaufwirtschaftsgesetzes vorrangig sein. Die in den Kupolofen zurückgeführten staubförmigen Reststoffe werden in der sauren Kupolofenschlacke in eine verglaste Form eingebunden, die für die Umwelt unschädlich ist. Die Schlacke wird z. B. im Straßenbau verwendet. Eine Sondermülldeponie ist nicht mehr erforderlich.
Stäube sollen aus Gründen des Arbeitsplatz- und Umweltschutzes prinzipiell vermieden oder vermindert werden.
Ziele dieses Forschungsprojekts waren:
· Reduzierung der Gesamtstaub-Emissionen der Gießerei und
· Förderung der gießerei-internen Nutzung von Reststoffen durch systematische Anwendung metallurgischer Zusammenhänge.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenGrundlage zur Abschätzung der Verwendbarkeit verschiedener Gießereireststoffe ist ihre mechanische und chemische Charakterisierung. Die Wirkung des Einblasens auf den gesamten Schmelzprozess im Kupolofen wurde durch mathematische Modellierung erläutert.
Die Einblasversuche wurden an Betriebskupolöfen einer Eisengießerei und an einem Versuchskupolofen durchgeführt.
Die chemische Zusammensetzung der Schlacke wurde nasschemisch ermittelt. Zur Abschätzung des Keimzustandes der Schmelze wurde die thermische Analyse eingesetzt. Die spektrometrisch ermittelten C- und Si-Gehalte der Schmelze sind durch thermische Analyse bestätigt worden.


Ergebnisse und Diskussion

Die in die Betriebskupolöfen eingeblasenen kleinen Staubmengen zeigen keinen eindeutigen Einfluss auf die Eisenzusammensetzung. Die Tendenz zu einer Reduktion von Silicium aus SiO2 konnte bei niedrigen Schlackenbasizitäten festgestellt werden. Aufgrund der mit Betriebskupolöfen durchgeführten Versuche wurde ein Modell für die Schlackenbildung entwickelt, um die Fließfähigkeit der Schlacke und die damit verbundenen Probleme vorherzusagen. Beim Einblasen von größeren Staubmengen (über ca. 70 kg/t Eisen) besteht die Gefahr, dass die Schlacke nicht aus dem Kupolofen selbsttätig ausfließen kann. Dies kann durch Anpassung des Kalkstein-Satzes verbessert werden. Abhängig von der Staubsorte, kann aber auch der Zusatz von weiteren Schlackenbildnern notwendig sein.
Beim Versuchskupolofen konnten die Einflüsse des Einblasvorgangs und des Erdgas-Sauerstoff-Brenner-Betriebes auf die Qualität und Zusammensetzung des Eisens festgestellt werden. Eine Erhöhung des Si-Gehaltes der Schmelze ist bei einigen Versuchen eindeutig erkennbar. Die Erhöhung bewegt sich aber im Zehntelprozent-Bereich. Durch bewusstes Einstellen der Schlackenbasizität (bei Kupolöfen mit Siphon) auf niedrigere Werte von 0,3 bis 0,6 kann die Si-Reduktion unterstützt werden.
Mit der thermischen Analyse wurde der Keimzustand der Schmelze untersucht. Bei einigen Versuchen trat eine leichte Verschlechterung des Keimzustandes ein. Bei Gefügeuntersuchungen konnten jedoch keine eindeutigen Unterschiede festgestellt werden.
Der Einsatz des Erdgas-Sauerstoff-Brenners ermöglicht kontinuierliches Einblasen von größeren Staubmengen und Unterdrückung von Kaltblaseffekten. Die Qualität des Eisens wurde nicht signifikant verän-dert.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse wurden auf Messen und Gießerei-Tagungen durch Poster und Vorträge vorgestellt. Veröffentlichung in der Zeitschrift Gießerei folgt.
1. S. Ratkovic, R. Döpp: Einblasen von Feststoffen in den Kupolofen mit dem Ziel wirtschaftlicher Betriebsführung und Reststoffverwertung, Vortrag auf der Messe ENTSORGA, Köln, 26.09.2003.
2. S. Ratkovic, R. Döpp: Reststoffverwertung durch Einblasen von Stäuben in den Kupolofen, Poster auf dem 18. Clausthaler Gießerei-Colloquium, Clausthal-Zellerfeld, 9.-10.10.2003, Tagungsheft S. 6?8.
3. S. Ratkovic, J. Hübler, H. U. Feustel, J. Mallon, R. Döpp: Einblasen von Stäuben in den Kupolofen und Reaktivierung des Versuchskupolofens im Gießerei-Institut der TU BA Freiberg, Vortrag auf dem 13. Ledebur-Kolloquium, Freiberg, 24.10.2003, Tagungsheft S. 44.
4. S. Ratkovic, R. Döpp: Einblasen von Stäuben in den Kupolofen Gießerei 91 (2004), demnächst.


Fazit

Als weitere Aufgaben zur Untersuchung und Optimierung des Einblasens von staubförmigen Gießereireststoffe werden vorgeschlagen:
- Untersuchung der Gleichgewichte der Tiegelstahl-Reaktion, u. a. systematische Versuche bei niedrigen metallurgischen Gleichgewichts-Temperaturen (hohe C-Gehalte, niedrige Si-Gehalte).
- kontinuierliches Einblasen von größeren Staubmengen und über längere Zeiträumen unter Betriebsbedingungen mit statistischer Auswertung der Ergebnisse,
- Untersuchung der Wirkung von eingeblasenen Stäuben auf Erstarrungsverhalten, Gefüge und Eigenschaften sowie Erläuterung der möglichen Mechanismen.