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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen des Blaseendes während des Frischen einer Stahlschmelze in einem Konverter, wobei die Kohlenstoffabbrandrate aus dem durch eine im Abgasstrom ermittelt und das für einen vorgegebenen Kohlenstoffendgehalt der Stahlschmelze vorgesehene Blaseende beim Absinken der Kohlenstoffabbrandrate unter einen vorgegebenen Grenzwert aus der Kohlenstoffabbrandrate entsprechend einer für kleine Kohlenstoffrestgehalte vorgebbaren Abhängigkeit der Kohlenstoffabbrandrate vom Kohlenstoffrestgehalt rechnerisch bestimmt wird.
Beim Frischen einer Stahlschmelze in einem Konverter soll im wesentlichen der eingesetzte Kohlenstoff, nicht aber Eisen oxidiert werden Da im Bereich des Blaseendes zufolge des dann vergleichsweise kleinen Kohlenstoffgehaltes der Stahlschmelze mit einer steigenden Reaktion von Eisen und Sauerstoff gerechnet werden muss, wenn der Kohlenstoffgehalt weiter abgesenkt wird, kommt dem zeitgerechten Abschalten der Sauerstoffzufuhr eine besondere Bedeutung zu Bestimmend für das Blaseende ist somit der vorgegebene Kohlenstoffendgehalt der Stahlschmelze, der jedoch einer unmittelbaren Messung nicht zugänglich ist.
Aus dem Kohlenmonoxid- und dem Kohlendioxidgehalt des Abgasstromes aus dem Konverter lässt sich die Kohlenstoffabbrandrate, also die jeweilige Entkohlungsgeschwindigkeit, und damit die nach einer bestimmten Zeit abgebrannte Kohlenstoffmenge aus der insgesamt eingesetzten Kohlenstoffmenge berechnen Der aus der insgesamt eingesetzten Kohlenstoffmenge und dem aus dem gemessenen Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidanfall errechnete Kohlenstoffrestgehalt der Stahischmeize ist jedoch zur sicheren Bestimmung des Blaseendes zu ungenau. Einschlägige Untersuchungen haben gezeigt, dass im Bereich vergleichsweise kleiner Kohlenstoffgehalte eine angenähert rechnerisch erfassbare Abhängigkeit der Kohlenstoffabbrandrate vom Kohlenstoffgehalt vorliegt.
Dieser bei sinkender Entkohlungsgeschwindigkeit feststellbare Zusammenhang zwischen der Kohlenstoffabbrandrate und dem Kohlenstoffrestgehalt in der Stahischmeize kann zur genaueren Berechnung des Blaseendes herangezogen werden. Zu diesem Zweck ist es bekannt (AT 370 773 B), die Kohlenstoffabbrandrate nach verschiedenen, unterschiedlich zu bewertenden Näherungsbeziehungen zu berechnen, um den Zeitpunkt, in dem ein vorgegebener Kohlenstoffendgehalt in der Stahlschmelze vorliegt, genauer angeben zu können.
Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Bestimmung des Endes des Frischvorganges (DE 42 17 933 A1) wird der Umstand ausgenützt, dass gegen das Ende des Frischvorganges hin aufgrund des abnehmenden Abgasstromes aus dem Konverter der Falschluftanteil ansteigt, was mit einem auffälligen Abfall des Kohlenmonoxidanteiles und einem Ansteigen des Stickstoffanteiles verbunden ist, so dass zur Steuerung des Frischvorganges gegen das Ende hin die Gradienten der zeitlichen Änderung dieser Abgasanteile zur Ermittlung des Blaseendes herangezogen werden können.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass alle diese bekannten Bestimmungsverfahren, die auf einer angenommenen Abhängigkeit des Kohlenstoffrestgehalte s von verschiedenen messbaren Parametern beruhen, nicht geeignet sind, dass Blaseende mit der notwendigen Genauigkeit vorzugeben, weil in der Praxis stets mit Unregelmässigkeiten gerechnet werden muss, die in den vorgegebenen Näherungsbeziehungen nicht berücksichtigt werden.
Schliesslich ist es bekannt (DE 28 36 694 C2) die Entkohlungsrate des Frischvorganges aus einer Abgasanalyse nach einer Differentialgleichung zu ermitteln, in der die Zeitdifferenz zwischen dem Auftreten der Entkohlungsreaktion im Konverter und der Erfassung der Prozessdaten aus dieser Reaktion durch die Abgasanalyse berücksichtigt wird.
Der Endpunkt des Frischvorganges ist dann erreicht, wenn der aus dem Sollwert für den Kohlenstoffgehalt errechnete Wert der Entkohlungsrate mit den aus den Abgasanalysen erhaltenen Entkohlungsratenwert übereinstimmt. Da auch bei diesem bekannten Verfahren zum Bestimmen des Blaseendes in der Praxis unvermeidbare Unregelmässigkeiten nicht berücksichtigt werden, ist beim Auftreten von solchen Unregelmässigkeiten das Blaseende nicht mit der erforderlichen Genauigkeit zu bestimmen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zum Bestimmen des Blaseendes so auszugestalten, dass der Frischvorgang mit einer ausreichenden Genauigkeit bezüglich des Kohlenstoffendgehaltes weitgehend unabhängig von auftretenden Unregelmässigkeiten beendet werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Kohlenstoffrestgehalt der Stahischmeize nach einem Absinken des auf den Abgasstrom bezogenen Kohlenmonoxid- bzw Kohlendioxidanfalles unter einen von der Analysezeit der Abgasanalyse abhängigen, empirisch bestimmten, oberen Grenzwert aus der Kohlenstoffabbrandrate entsprechend der vorgegebenen Abhängigkeit zwischen Kohlenstoffabbrandrate und Kohlenstoffrestgehalt laufend berechnet und
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mit dem vorgegebenen Sollwert für den Kohlenstoffendgehalt zur Bestimmung des Endes des
Frischvorganges verglichen wird.
Da der aus dem Anfall an Kohlenmonoxid und Kohlendioxid im Abgasstrom ermittelte
Kohlenstoffabbrand von der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases abhängt und die
Abgasströmungsgeschwindigkeit zufolge der Abgasregelung nicht zwingend der
Entstehungsgeschwindigkeit des Abgasstromes entsprechend muss-es kommt in diesem
Zusammenhang immer wieder zu Abgasschwingungen -, können die aus dem gemessenen
Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidanfall errechneten Kohlenstoffabbrandraten mit erheblichen
Fehlern belastet sein, die sich bei der Bestimmung des Blaseendes entsprechend auswirken, so dass eine Steuerung des Frischvorganges auf der Grundlage der auf diese Weise ermittelten, ungeprüften Kohlenstoffabbrandraten höheren Anforderungen nicht genügen kann.
Durch die erfindungsgemässe Massnahme, den auf den Abgasstrom bezogenen Kohlenmonoxid- bzw. Kohlendioxidanfalt zu überwachen und erst dann mit der Bestimmung des Blaseendes aus der
Kohlenstoffabbrandrate zu beginnen, wenn der Kohlenmonoxid- bzw. Kohlendioxidanfall unter einen oberen Grenzwert gefallen ist, können diese Einflüsse beispielsweise des Schwingverhaltens des Abgasstromes auf die Bestimmung des Blaseendes weitgehend unterdrückt werden.
Insbesondere der Kohlenmonoxidanteil des Abgasstromes zeigt gegen das Blasende hin einen auffälligen Abfall, der nicht wie beim Stand der Technik zur Bestimmung des Blaseendes, sondern lediglich zur Bestimmung einer Zeitspanne ausgenützt wird, in der der Kohlenstoffrestgehalt sinnvoll aus der vorgegebenen Abhängigkeit der Kohlenstoffabbrandrate vom Kohlenstoffrestgehalt rechnerisch ermittelt werden kann, ohne eine wesentliche Beeinflussung des Rechenergebnisses von auftretenden Unregelmässigkeiten im Bereich des Abgasstromes befürchten zu müssen. Da die Abgasanalyse zur Bestimmung des Jeweiligen Kohlenmonoxid- bzw.
Kohlendioxidanfalles eine entsprechende Analysezeit benötigt, ist beim Festlegen des oberen Grenzwertes für den auf den Abgasstrom bezogenen Kohlenmonoxid- bzw Kohlendioxidanfall zu berücksichtigen, dass sich in der Analysezeit der Anteil des Kohlenmonoxid bzw Kohlendioxids im Abgasstrom weiter verändert.
Die Genauigkeit der Bestimmung des Blaseendes wird ausserdem dadurch erhöht, dass nicht von einem gegebenen Verlauf der Kohlenstoffabbrandrate ausgegangen wird, sondern der Kohlenstoffrestgehalt laufend aus den durch die Abgasanalyse bestimmten Kohlenstoffabbrandraten berechnet und mit dem vorgegebenen Sollwert für den Kohlenstoffendgehalt verglichen wird, so dass durch die Summe dieser Massnahmen der Frischvorgang dann beendet werden kann, wenn der Kohlenstoffendgehalt erreicht ist, und zwar in einem engen Toleranzbereich
Da die Kohlenstoffabbrandrate auch von zusätzlichen Parametern abhängt, die auf den Sauerstoffhaushalt Einfluss nehmen, kann der Kohlenstoffrestgehalt der Stahlschmelze aus der Kohlenstoffabbrandrate unter Berücksichtigung dieser zusätzlichen, die Kohlenstoffabbrandrate beeinflussenden Parameter, wie z.
B. des Mangangehalt, des Einsatzes eines Spülgases, des Siliciumgehalts, der Schlackenmenge u. dgl., laufend rechnerisch ermittelt werden.
Wird beim Erreichen eines unteren in Abhängigkeit von der Analysezeit der Abgasanalyse empirisch bestimmten Grenzwertes für den auf den Abgasstrom bezogenen Kohlenmonoxid- bzw.
Kohlendioxidanfall der Frischvorgang unabhängig vom berechneten Kohlenstoffrestgehalt beendet, so kann eine zusätzliche Sicherheit dafür gewonnen werden, dass der Frischvorgang rechtzeitig beendet wird, selbst wenn die rechnerische Ermittlung des Kohlenstoffrestgehaltes noch nicht das Erreichen des Kohlenstoffendgehalts angezeigt hat.
Durch eine falsche Abgasanalyse oder aber auch aufgrund von Temperaturänderungen kann der ermittelte Wert für den Kohlenmonoxid- bzw. Kohlendioxidanteil in einem Masse verfälscht werden, das keine genauere Berechnung des Kohlenstoffrestgehaltes auf der Basis der ermittelten Kohlenstoffabbrandrate zulässt. Um solche Fehler ausschliessen zu können, kann der Restgehalt des Kohlenstoffes in der Stahlschmelze zunächst in an sich bekannter Weise aus der eingesetzten Kohlenstoffmenge und dem aus dem laufend gemessenen Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidgehalt des Abgasstromes ermittelten Kohlenstoffabbrand bestimmt und der Kohlenstoffrestgehalt erst bei einem aus dem Kohlenstoffabbrand ermittelten Kohlenstoffrestgehalt von höchstens 20 %. vorzugsweise 10 %, der eingesetzten Kohlenstoffmenge aus der Kohlenstoffabbrandrate errechnet werden.
Durch diese Massnahme wird sichergestellt, dass erst nach einem Kohlenstoffabbrand von 80 bzw. 90 % der insgesamt eingesetzten Kohlenstoffmenge die Bestimmung des Blaseendes zugelassen wird. Der für eine Bestimmung des Blaseendes unzulässig hohe Toleranzbereich bei einer solchen Bestimmung des Kohlenstoffabbrandes spielt in
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diesem Zusammenhang keine Rolle, weil mit dieser Bestimmung des Kohlenstoffabbrandes lediglich die für die Bestimmung des Blaseendes massgebende Zeitspanne festgelegt wird
Anhand der Zeichnung, die eine Vorrichtung zum Bestimmen des Blaseendes während des Frischen einer Stahlschmelze in einem Konverter in einem schematischen Blockschaltbild zeigt, wird das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert
Wie dem dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen ist,
wird in einem Konverter 1 über eine Lanze 2 Sauerstoff in die Stahlschmelze geblasen und dieser Frischvorgang über eine Steuereinrichtung 3 gesteuert. Zu diesem Zweck ist in der Abgasleitung 4 des Konverters 1 eine Einrichtung 5 zur Gasanalyse, vorzugsweise ein Massenspektrometer, vorgesehen, mit dessen Hilfe zumindest der Kohlenmonoxid- und der Kohlendioxidgehalt des Abgasstromes bestimmt werden kann.
Da ausserdem über eine Messeinrichtung 6 die durch die Abgasleitung 4 strömende Abgasmenge gemessen wird, kann in einem mit diesen Messwerten gespeisten Rechner 7 entsprechend einem vorgegebenen Programm der jeweilige auf das Abgasvolumen bezogene Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidanfall, die Kohlenstoffabbrandrate und aus den über eine Eingabe 8 eingegebenen Werten für die insgesamt eingesetzte Kohlenstoffmenge und allfälliger zusätzlicher, sich auf die Kohlenstoffabbrandrate auswirkender Parameter der jeweilige Kohlenstoffrestgehalt in der Stahlschmelze ermittelt werden.
In einer Vergleicherstufe 9 wird zunächst überwacht, ob der laufend aus den in der Abgasanalyseeinrichtung 5 gemessenen und den über die Eingabe 8 eingegebenen Werten errechnete Kohlenstoffrestgehalt der Stahlschmelze einen vorgebbaren Höchstwert von 20 %, vorzugsweise 10 %, der insgesamt eingesetzten Kohlenstoffmenge erreicht hat. Erst wenn 80 % bzw. 90 % des eingesetzten Kohlenstoffes abgebrannt sind, wird in einer nachfolgenden Vergleicherstufe 10 überprüft, ob der auf den Abgasstrom bezogene Kohlenmonoxid- bzw. Kohlendioxidanfall unter einen von der Analysezeit der Abgasanalyse abhängigen, empirisch bestimmten, oberen Grenzwert abgesunken ist, weil mit dem Absinken des bezogenen Kohlen-monoxid-bzw.
Kohlendioxidanfalles unter einen solchen Grenzwert der Beginn der Endphase des Frischvorganges angezeigt werden kann, in der der Kohlenstoffabbrand bereits weitgehend fortgeschritten ist. Da in der Endphase des Frischvorganges darauf geachtet werden muss, dass der Kohlenstoffrestgehalt der Stahlschmelze keinesfalls unter den vorgegebenen Kohlenstoffendgehalt absinkt, ist der Frischvorgang bei einem entsprechend niedrigen Kohlenmonoxid- bzw. Kohlendioxidanfall sofort zu beenden. Aus diesem Grunde wird der Kohlenmonoxid- bzw. Kohlendioxidanfall in einer weiteren Vergleicherstufe 11 hinsichtlich des Unterschreitens eines solchen unteren Grenzwertes überwacht, um die Stelleinrichtung 12 zum Beenden des Frischvorganges über die Vergleicherstufe 11 im Bedarfsfall unmittelbar ansteuern zu können.
Das Blaseende wird allerdings im allgemeinen aus einer in der Endphase des Frischvorganges gegebenen Abhängigkeit zwischen der Kohlenstoffabbrandrate und dem Kohlenstoffrestgehalt errechnet. Mit Hilfe dieser näherungsweise in einem Rechnerprogramm erfassbaren Abhängigkeit lassen sich die Kohlenstoffrestgehalte erheblich genauer errechnen, als dies über eine Auswertung des gemessenen Kohlenmonoxid- bzw Kohlendioxidanfalles durch eine Kohlenstoffbilanz möglich ist Deshalb werden die auf eine solche Art laufend errechneten Kohlenstoffrestgehalte in einer weiteren Vergleicherstufe 13 mit einem für den Kohlenstoffendgehalt vorgegebenen Sollwert verglichen, um die Stelleinrichtung 12 zum Beenden des Frischvorganges so ansteuern zu können, dass der vorgegebene Kohlenstoffendwert in einem geringen Toleranzbereich erreicht wird.
Voraussetzung für eine solche Berechnung des Kohlenstoffrestgehaltes ist allerdings, dass der Kohlenstoffrestgehalt bereits unter 0, 1 Gew % abgesunken ist.
Bei dem geschilderten Verfahren zum Bestimmen des Blaseendes des Frischvorganges ist zu bedenken, dass die Abgasanalyse eine bestimmte Analysezeit für die Ermittlung der geforderten Abgaswerte benötigt, so dass dem Rechner 7 die Analysewerte um die Analysezeit verzögert zur Verfügung gestellt werden. Das bedeutet insbesondere bei der Überwachung der vorgegebenen Grenz- und Endwerte, dass dem Rechner eine Abgaszusammensetzung übermittelt wird, die sich während der Analysezeit wieder verändert hat. Da aber der zeitliche Verlauf der Änderungen zumindest im Bereich der Endphase des Frischvorganges bis zu einem gewissen Grad zufolge der gegebenen Zusammenhänge vorhersehbar ist, kann trotz dieser verzögerten Erfassung der Messwerte eine ausreichend genaue Steuerung des Balseendes erzielt werden.
Es muss allerdings für eine beschränkte Analysezeit gesorgt werden. Kann die Analysezeit unter 20 s gehalten werden, was mit Hilfe bekannter Massenspektrometer durchaus möglich ist, so können in der Praxis die für die Bestimmung des Blaseendes erforderlichen Messwerte mit einer für die Steuerung des Frischvorganges ausreichenden Geschwindigkeit zur Verfügung gestellt werden. Die laufende
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Verrechnung der Messwerte kann in einem solchen Fall zyklisch in einem Takt von 1 bis 2 s erfolgen Patentansprüche :
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Verfahren zum Bestimmen des Blaseendes während des Frischens einer Stahlschmelze in einem Konverter, wobei die Kohlenstoffabbrandrate aus dem durch eine Abgasanalyse des Konverters gemessenen Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidanfall im Abgasstrom ermittelt und das für einen vorgegebenen Kohlenstoffendgehalt der Stahlschmelze vorgesehene Blaseende beim Absinken der Kohlenstoffabbrandrate unter einen vorgegebenen Grenzwert aus der Kohlenstoffabbrandrate entsprechend einer für kleine
Kohlenstoffrestgehalte vorgebbaren Abhängigkeit der Kohlenstoffabbrandrate vom
Kohlenstoffrestgehalt rechnerisch bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der
Kohlenstoffrestgehalt der Stahlschmelze nach einem Absinken des auf den Abgasstrom bezogenen Kohlenmonoxid- bzw.
Kohlendioxidanfalles unter einen von der Analysezeit der
Abgasanalyse abhängigen, empirisch bestimmten, oberen Grenzwert aus der
Kohlenstoffabbrandrate entsprechend der vorgegebenen Abhängigkeit zwischen
Kohlensstoffabbrandrate und Kohlenstoffrestgehalt laufend berechnet und mit dem vorgegebenen Sollwert für den Kohlenstoffendgehalt zur Bestimmung des Endes des
Frischvorganges verglichen wird.