DE1508199B1

DE1508199B1 - Verfahren zum steuern des frischvorganges im sauerstoff aufblaskonverter

Info

Publication number: DE1508199B1
Application number: DE19661508199
Authority: DE
Inventors: Porter William Fergus; Fischer Melvin Myron; Meyer Harry William
Original assignee: Jones and Laughlin Steel Corp
Current assignee: Jones and Laughlin Steel Corp
Priority date: 1965-04-28
Filing date: 1966-04-25
Publication date: 1971-10-28
Also published as: SE345287B; AT286332B; LU50978A1; US3377158A; BE680066A; GB1087079A; NL6605591A; ES326053A1

Description

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Durch die deutsche Patentschrift 753 758 ist es geschwindigkeit als Funktion des Kahlenstoffgehaltes

bekanntgeworden, den Schmelzverlauf eines Thomas- wiedergibt,

Konverters unter gleichzeitiger Analyse der Abgase Fig. 3 eine Mittelwertskurve als Grundlage für

in der Weise durchzuführen, daß entprechend den die Ermittlung der individuellen Parameter eines zu ermittelten Abweichungen des Kohlensäure- und 5 steuernden Prozesses.

Kohlenoxydgehaltes der Abgase von als günstig fest- In den Zeichnungen ist ein Thomas-Sauerstoffgestellten Erfahrungswerten die Zufuhr des Blas- konverter 10 üblicher Konstruktion dargestellt, der Sauerstoffes sowie sonstige Betriebsparameter (Tem- mit einer Haube 11, einem Grobreiniger für das Gas peratur, Kühlmittelzufuhr) in solcher Weise geregelt 12, einer Entstaubungsvorrichtung 13, Kaminen 14 werden, daß ein zur Erzeugung eines Stahles be- ίο und Gebläsen 15 versehen ist. Ein Gasdurchflußstimmter Güte günstiger Ablauf des Frischvorganges messer 16 ist auf den Kaminen 14 angeordnet, um gewährleistet ist. die Gasdurchflußgeschwindigkeit zu messen. Diese Die Erfindung bezweckt die Herstellung einer Information wird durch eine Leitung 17 einem Stahllegierung vorbestimmten Kohlenstoffgehaltes Computer 18 zugeleitet. Gasanalysiergeräte 19, 20 im Sauerstoff-Aufblaskonverter ebenfalls dadurch 15 und 21 werden verwendet, um den CO₂-, den H₂O-sicherzustellen, daß die Zufuhr des Blassauerstoffes und den O₂-Gehalt der Abgase zu bestimmen. Die entsprechend gasanalytischen Meßwerten der Abgase Ergebnisse der Analysen werden auch in den Com- und Vergleich dieser Meßwerte mit für die Anlage puterl8 eingegeben. Die Schmelztemperatur wird bereits ermittelten Erfahrungswerten gesteuert wird. durch ein geeignetes Thermoelement 22 bestimmt Hierbei ist dem gegenüber dem Schmelzverlauf der ao und der Wert gleichfalls dem Computer 18 eingebodenblasenden Konverter schnelleren Arbeits- geben.

rhythmus des Sauerstoff-Aufblaskonverters, der Übliche Instrumente, wie sie als Einheit 23 gezeigt g Probennahmen mit Unterbrechungen des Frisch- sind, sind vorgesehen, um dem Computer 18 auto- ™ Prozesses nicht zuläßt, Rechnung zu tragen. matisch die Daten der Sauerstoffdurchflußgeschwin-Ein Verfahren zum Steuern des Frischvorganges 25 digkeit, des Sauerstoffdruckes im Kopf der Lanze im Sauerstoff-Aufblaskonverters zwecks Herstellung und der Temperatur zuzuführen und um von Hand einer Stahllegierung vorbestimmten Kohlenstoffe oder automatisch die vorbestimmten Betriebsbedingehaltes durch Bemessen des Blassauerstoffes ent- gungen, wie etwa gewünschte Endtemperatur und sprechend den gasanalytischen Meßwerten der Ab- Endkohlenstoffgehalt, einzustellen. Diese Einheit gase und Vergleich dieser Meßwerte mit für die An- 30 liefert auch die Daten über das Chargengewicht, die lage ermittelten Erfahrungswerten kennzeichnet sich Betriebsbedingungen, die gemessene Endtemperatur, gemäß der Erfindung dadurch, daß mittels Messungen Mengenwerte für C, FeO in der Schlacke und andere in mindestens zwei voneinander getrennten Zehv Bestandteile. Tatsächliche Bedingungen von voranspannen die Entkohlungsgeschwindigkeit des Bades gegangenen Chargen werden auch unter den Daten ermittelt wird und daß die im laufenden Prozeß 35 berücksichtigt, die von der Einheit 23 dem Computer gemessene Änderung der Entkohlungsgeschwindig- zugeführt werden. Der Computer liefert die Endkeit des Bades einer Kurve aus früheren gleichartigen daten an ein visuelles Anzeigeinstrumentenbrett 24, Prozessen empirisch erstellten Kurvenschar zugeord- ein Temperaturregistriergerät 25 und eine Alarmnet wird und daß aus der zugeordneten Kurve die anlage 26. Es ist für den Fachmann klar, daß F i g. 1 zum Einstellen des vorbestimmten Endkohlenstoff- 40 eine schematische Darstellung ist, wobei die strukgehaltes des Bades noch erforderliche Sauerstoff- . turellen Elemente oder Einheiten durch konvenmenge abgeleitet wird. tionelle Symbole und Blöcke dargestellt sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung In der bevorzugten praktischen Ausführungsform sieht vor, daß zusätzlich die Temperatur des Bades der Erfindung wird das funktioneile Verhältnis für ^ zu einem Zeitpunkt während des Frischvorganges 45 den Konverter zwischen der Entkohlungsgeschwingemessen wird und der Temperaturanstieg berechnet digkeit φ und dem Schmelzekohlenstoffgehalt C bewird, der auf Grund des Zuführens der noch er- stimmt. Die Entkohlungsgeschwindigkeit wird durch forderlich angesehenen Sauerstoffmenge zu erwarten Dividieren der Kohlenstoffmenge d C, die in einem ist und aus der sich daraus ergebenden Endtempe- gegebenen Zeitintervall d t die Schmelze verläßt, ratur die Menge einzusetzender Kühlmittel und/oder 50 durch die Sauerstoffmenge ql, die während des gleidie Höheneinstellung der Sauerstoffzufuhrlanze be- chen Zeitraumes durch die Lanze strömt, bestimmt, rechnet werden. Um die Entkohlungsgeschwindigkeit φ zu berechnen,

Der durch die Erfindung erreichte Vorteil des ist es notwendig, die folgenden Werte zu messen: neuen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Grund- a) Zusammensetzung und Menge des Reaktionslage für eine schnelle, dem Augenblicksverlauf des 55 gases, die durch die Lanze strömt, zur Bestim-Frischvorganges angepaßte Regelung desselben er- mung des Sauerstoffstromes ql; möglicht ist, und zwar dadurch, daß die zeitliche b) Abgasdurchflußgeschwindigkeit sowie Änderung der Geschwindigkeit des Entkohlungsvor- c) Abgaszusammensetzung, insbesondere Kohlenganges in Abhängigkeit von der Kohlenstoffab- stoff-Sauerstoff-Verbindungen und Feuchtignahme zur Regelung des Prozesses herangezogen 60 keit, zur Bestimmung des Kohlenstoff-Abwird. brandesdCund

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der d) Gewichte der Materialien, die in den Ofen einBeschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren gebracht werden, zur Bestimmung der Kohlenerörtert. Von den Figuren zeigt stoffmenge, wobei es nicht notwendig ist, den Fig. 1 eine schematische Darstellung einer zur 65 Anfangskohlenstoffgehalt der Charge zu kennen. Durchführung der Erfindung dienenden Anlage, Eine graphische Darstellung, die typische Kurven F i g. 2 eine auf Erfahrungswerten gegründete der Entkohlungsgeschwindigkeit φ in Abhängigkeit Kurvenschar, die die Abhängigkeit der Entkohlungs- vom Kohlenstoffgehalt der Schmelze zeigt, ist in

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F i g. 2 gezeigt. Auf der Absgiss.e. ist der Prozentsatz zugehörigen Kurve den Kohlenstoffgehalt in der an Kohlenstoff in der Schmelze aufgetragen, wäh- Schmelze an,.

rend die Ordinate die Entkohlungsgeschwindigkeit Es ist eine empirische Funktion entwickelt worden,

°/ft^C/2800m³ eingeblasener Sauerstoff angibt. Es welche, die Änderung A C des Kohlenstoffgehaltes zu ist klar, daß zwischen der unteren und der oberen 5 der Kohlenstoffkonzentration bei φ = —0,7 in BeKurve eine unendliche Schar von möglichen Ent- ziehung setzt. Sobald die Kohlenstoffmenge bestimmt kohlungskurven der gleichen allgemeinen Formel wurde, werden unter der Annahme, daß für eine liegt, sofern diese bei den Kurven die oberen und Entkohlungsgeschwindigkeit von Null alle Kurven unteren Grenzen für einen bestimmten Konverter durch den gleichen Punkt verlaufen, einzelne Werte und eine bestimmte Arbeitsweise darstellen. Diese io für oc, β, γ für die bestimmte Charge berechnet. Mit Grenzen schwanken je nach Konverter und der ver- diesen Werten ergibt die Integration der Gleichung (1) folgten Arbeitsweise." die Menge an Sauerstoff, die eingeblasen werden

Basierend auf der charakteristischen Form der muß, um die gewünschte endgültige Kohlenstoff-Funktion von Entkohlungsgeschwindigkeit gegen konzentration der Schmelze zu erreichen,
Kohlenstoffmenge, wie sie bei einem Konverter 15 Ein zweites Verfahren zum Bestimmen von oc, β durch einen gewissen Zeitraum beobachtet wurde, und γ, das bevorzugt für höhere Endkohlenstoffwurde der folgende Ausdruck zur Beschreibung der gehaite in der Schmelze, beispielsweise über 0,25 % C, Beziehung zwischen Entkohlungsgeschwindigkeit und angewendet wird, ist eine Technik, die als Linear-Kohlenstoffkonzentration aufgestellt; vefhältnismethode bezeichnet wird. Dabei werden

20 spezielle Werte für Modellparameter (oc, β, γ) für

_ dC _ ,ο (_yq ,γ. Chargen bestimmt, die durch eine Technik der Para-

dtql~ ' metersehätzung an einem Bezugsmodell gesteuert

werden.

Hierin sind oc, β und γ Parameter für den Frisch- Das Prinzip der Methode ist in F i g_r 3 dargestellt,

prozeß und C der Kohlenstoffgehalt der Schmelze. 25 Die Abszisse zeigt die Kohlenstoffkonzentration in %

Die Beziehung zwischen Sauerstoff und Kohlen- an, während die" Ordinate die Entkohlungsges.chwinstoff folgt direkt aus dieser Gleichung. Wenn die digkeitq? wie bei Fig. 2 angibt. In Fig. 3 ist eine Gleichung durch Integration zwischen dem jeweiligen Durehschnittskurve mit zwei verschiedenen Asym-Kohlenstoffgehalt und dem gewünschten Sollgehalt ptotenniveaus eingetragen, die in entsprechenden nach Ql aufgelöst wird, ergibt sich der folgende 30 punktierten und gestrichelten Linien dargestellt sind. Ausdruck: a₀ ist die Asymptote an die Kurve der durchschnittlichen spezifischen Entkohlungsgeschwindig- Ql = J dt-ql, keit gegen die Kohlenstoffmenge für eine gewisse

.-,, „ .. ,ο (yo Anzahl früherer gleichartiger Prozesse. Sie wurde

Ql — — 1 log . (2) 35 durch Speichern und Mitteln der Werte von oc dieser

oi αγ oi + β · e(y^c.f) früheren Prozesse bestimmt.

Aus denselben Prozessen wurde q>_c durch Mitteln

Darin bedeutet Ql die Sauerstoffmenge, die er- der Entkohlungsgeschwindigkeiten, die bei einem forderlich ist, um den Endkohlenstoffgehalt zu er- konstanten Kohlenstoffgehalt C_c beobachtet werden, reichen, in Nm³, und C₁ der angestrebte Endkohlen- 40 bestimmt. In Fig. 3ist(p_c = —0,7 bei einem Kohlenstoffgehalt (o/o) der Schmelze. stoffgehalt von 0,20 %.

Um das erfindungsgemäße Kontrollverfahren an- C_{0 95} wurde durch Mitteln der Kohlenstoffkonzen-

zuwenden, ist es notwendig zu bestimmen, welche tration aus einer Anzahl von Prozessen bei einer Entkohlungsgeschwindigkeit - Kohlenstoffgehaltkurve spezifischen Entkohlungsgeschwindigkeit von 0,95 oc_H während des Fortschreitens des Frischens durch- 45 bestimmt,
laufen wird. In gleicher Art und Weise wurde C₀, der Durch-

Durch Integrieren der Gleichung (1) wird das schnittskohlenstoffgehalt bei einer Entkohlungs-Sauerstoffvolumen ermittelt, das notwendig ist, um geschwindigkeit von Null, bestimmt, indem nach den Kohlenstoffgehalt der Schmelze bis auf die ge- Beendigung der Prozesse extrapoliert und gemittelt wünschte Endkonzentration zu verringern. Hierzu 50 wurde.

muß jedoch der tatsächliche Kohlenstoffgehalt im Für den besonderen Frischprozeß, der gesteuert

Zeitpunkt der Integration bekannt sein. Es wurde werden soll, wird <χ_Η durch Mitteln der Entkohlungseine Technik entwickelt, um den Kohlenstoffgehalt werte über eine Periode von 3 Minuten, nachdem ein im Bad durch Analysieren der Funktion von Ent- gewisses Volumen an Sauerstoff eingeblasen wurde, kohlungsgeschwindigkeit zu Kohlenstoffmenge zu 55 beispielsweise 28 m³/t Charge, berechnet. Bei dem in schätzen. Fig. 3 dargestellten Beispiel ist

Aus F i g. 2 und der Gleichung (1) ergibt sich, daß Aa = oi — oc

für jede Änderung des Ordinatenwertes φ (beispiels- ^H °'

weise von —0,9 bis — 0,7 zi % C je 2800 m³ Sauer- Sodann wird der individuelle Wert<p_c bei C_c für

stoff) je nach der Kurve unterschiedliche Mengen 60 den zu steuernden Prozeß bestimmt,
an Kohlenstoff aus der Schmelze entfernt werden. Beim Steuern einer Charge sind die folgenden

Wenn also die Integration über die Kohlenstoffmenge Schritte notwendig:
von einem bestimmten Ordinatenwert (—0,9) der

Entkohlung bis zu einem zweiten Ordinatenwert 1. Berechnen von a_H — spezieller Wert für eine (—0,7) durchgeführt wird, zeigt die Bestimmung der 65 besondere Charge.
Menge an entferntem Kohlenstoff (AC) im Zeitraum 2. Aa = oijj — α_ο·

zwischen einer Entkohlungsgeschwindigkeit von 3. A φ = A a [(C_c — C₀)J(C₀₉₅ — C₀)] und

—0,9 und einer solchen von —0,7 entsprechend der 4. cp_c für eine besondere Charge = <p₀ + Αφ.

_ Da 1. Ku bekannt ist-,2. q5_G,un,d C_e bekannt sind ■und 3. <p₀ und C₀ bekannt sind, ist es möglich, Wertefür β ff.und γ ff zu berechnen, .um den Verlauf einer Charge zu beschreiben.

Vier Angaben zur Vervollständigung der Informationen für spätere Prozesse werden nach jedem Prozeß gespeichert, nämlich: .

1. Der Wert von α des Prozesses.

2. Die Kohlenstoffkonzentration, wenn die Entkohlungsgeschwindigkeit des Prozesses 0,95 <x io. beträgt. .

3. Die Entkohlungsgeschwindigkeit des Prozesses, die einer konstanten Kohlenstoffkonzentration entspricht, beispielsweise 0,20% Kohlenstoff.

4. Die Kohlenstoffkonzentration, die der extrapolierten Entkohlungsgeschwindigkeit Null entspricht.

Zu dem Zeitpunkt, an dem die anfängliche Schätzung des Sauerstoffbedarfs bis zum Erreichen des gewünschten Endkohlenstoffgehaltes gemacht ao wird, wird die Temperatur der Schmelze gemessen. Die Endtemperatur, welche durch die für die Oxydation des Kohlenstoffes notwendige Sauerstoffmenge erzeugt wird, wird berechnet, und entsprechend dem Ergebnis werden Maßnahmen getroffen, um die gewünschte Endtemperatur zu erreichen.

Die Berechnung der Temperatur der Schmelze, wie sie durch die Sauerstoffzufuhr zur Erreichung des gewünschten Endkohlenstoffgehaltes resultiert, kann durch eine Wärmebilanz durchgeführt werden oder unter der Annahme, daß die Temperaturerhöhung proportional dem Volumen des geblasenen Sauerstoffes ist, ausgeführt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern des Frischvorganges in einem Sauerstoff-Aufblaskonverter zwecks Herstellung einer Stahllegierung vorbestimmten Kohlenstoffgehaltes durch Bemesssen des Blassauerstoffes entsprechend den gasanalytischen Meßwerten der Abgase und Vergleich dieser Meßwerte mit für die Anlage ermittelten Erfahrungswerten, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Messungen die Entkohlungsgeschwindigkeit des Bades ermittelt wird und daß die im laufenden Prozeß gemessene Änderung der Entkohlungsgeschwindigkeit des Bades einer Kurve einer aus früheren gleichartigen Prozessen empirisch erstellten Kurvenschar zugeordnet wird und daß aus der zugeordneten Kurve die zum Einstellen des vorbestimmten Endkohlenstoffgehaltes des Bades noch erforderliche Sauerstoffmenge abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Temperatur des Bades zu einem Zeitpunkt während des Frischvorganges gemessen wird und der Temperaturanstieg berechnet wird, der auf Grund des Zuführens der noch erforderlich angesehenen Sauerstoffmenge zu erwarten ist und aus der sich daraus ergebenden Endtemperatur die Menge einzusetzender Kühlmittel und/oder die Höheneinstellung der Sauerstofflanze berechnet werden.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bei einem Thomas-Konverter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen