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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterbadeinblasen von Prozessgasen oder deren Gemischen und/oder von feinkörnigen metallischen und/oder nicht-metallischen Feststoffen oder deren Gemischen mittels gekühlter Unterbaddüsen in ein in einem metallurgischen Gefäss befindliches Schmelzbad, insbesondere in eine Stahlschmelze, wobei zur Kühlung der Unterbaddüsen ein den Strom der eingeblasenen Prozessgase und/oder Feststoffe mantelförmig umgebender Gasstrom aus Schutzgas in das metallurgische Gefäss eingeleitet wird, wobei der Gasstrom aus Schutzgas in Abhängigkeit der Kühlbedingungen geregelt wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Für die Entkohlung der Stahlschmelzen und andere metallurgische Zwecke ist es aus Gründen der Thermodynamik und der Prozesskinetik erforderlich, mit speziellen Düsen in das Schmelzbad unter die Badoberfläche technische Prozessgase, wie Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Argon (Ar), Kohlenwasserstoff (CxHy), Kohlendioxid (CO2), überhitzten Dampf (H20), Luft, Feststoffe oder Gemische aus diesen einzublasen.
Die bekanntesten Verfahren für den Konverterbereich für die Erzeugung von Stählen/Chromstählen sind : AOD (Argon-Oxygen-Decarburization), MRP (Metal-Refining-Process), OBM (Oxygen-Bodenblasen-Maxhütte), K-OBM (Kombiniert-Oxygen-Bodenblasen-Maxhütte), K-OBM-S (Kombiniert-Oxygen-Bodenblasen-Maxhütte-Stainless) sowie CLU (Creusot-Loire-Uddeholm). Diese Einblastechniken werden in der letzten Zeit vermehrt auch an Elektro-Lichtbogenöfen zum Einblasen von Gasen, wie Sauerstoff, durch Unterbaddüsen verwendet.
Somit ist die Zufuhr von Prozessgasen durch Unterbaddüsen in Metallschmelzen seit langem bekannt, beispielhaft aus der DE 19 04 383 A, der EP 0 339 644 A1 und der EP 0 317 187 A2. Aus der DE 195 02 683 A ist es auch bekannt, dass die Beaufschlagung mit CxHy-Gasen an den Gaskanälen einer Bodenanode zu einer die Lebensdauer der Bodenanode erhöhenden Pilzbildung führen kann.
Die Unterbaddüsen werden an der mit Feuerfestmaterial ausgemauerten Seitenwand oder im Boden des metallurgischen Gefässes eingebaut. Die Unterbaddüsen weisen in der Regel zwei konzentrische Rohre auf, u. zw. ein Zentralrohr und ein dieses unter Freilassung eines zylindrischen Ringspaltes umgebendes Mantelrohr. Durch das innere Zentralrohr fliessen die eigentlichen Prozessgase mit oder ohne Feststoffe und durch den Ringspalt zwischen dem Zentralrohr und dem äusseren Metallrohr Inertgase und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlendioxid als sogenannte Schutzgase. Die Schutzgase sollen die feuerfeste Zustellung im Düsenbereich durch eine Pilzbildung (der Pilz ist von erstarrtem Metall, z. B.
Stahl oder Eisen, gebildet) gegen übermässigen Verschleiss durch Oxidation durch die Prozessgase, insbesondere durch das Prozessgas 02, sowie gegen Erosion durch starke Badbewegung und thermische Belastung schützen.
Bei allen Verfahren zeigt sich jedoch, dass trotz des Einleitens von Schutzgas (auch Mantelgas genannt) in den Ringspalt der Unterbaddüse das Feuerfestmaterial im Düsenbereich am raschesten verschleisst. Das heisst, dass dieser Bereich eine Schwachstelle in der gesamten Ausmauerung ist.
Durch die der Unterbaddüse zugeführte Schutzgasmenge kann es zu einer zu starken Kühlung der Düsen kommen, was einen übermässigen Pilz zur Folge hat. Mit einem übermässigen Pilz an der Düse tendiert das Zentralrohr zuzuwachsen. Hierdurch steigen die Drücke der Gase in den Leitungen, was eine unkontrollierte Seitenströmung zwischen dem Pilz und dem Feuerfestmaterial verursachen kann und somit ein erhöhtes Auswaschen des Feuerfestmaterials im Düsenbereich bewirkt. Weiters beeinträchtigt ein Zugehen des Zentralrohres die Verfügbarkeit der Einblasfunktion der Unterbaddüse. Durch eine übermässige Pilzbildung an der Düsenmündung ist somit auch ein Feststoffeinblasen und eine kontinuierliche Unterbaddüsen-Temperaturmessung nicht mehr möglich.
Ist die Schutzgasmenge zur Kühlung nicht ausreichend, kann es zur Verkleinerung des Pilzes bzw einem Rückbrand der Unterbaddüse und hierdurch zu einem erhöhten Verschleiss an Feuer- festmaterial im Düsenbereich kommen.
In der JP 58019424 A wird ein Verfahren zum Steuern der Bodendüsenkühlung eines Konverters beschrieben, bei dem die Durchflussrate des Kühlmediums entsprechend der aus Durchflussrate und Druck des Kühlmediums abgeleiteten Kühlbedingungen geregelt wird, um eine optimale Pilzgrösse an der Düsenmündung aufrechtzuerhalten.
Gemäss SU 1 093 706 A wird bei einem Stahlkonverter die Durchflussrate an Erdgas durch die
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Bodendüsen in Abhängigkeit von der Temperatur des Schmelzbades korrigiert, um den Abbrand der Düsen und des Feuerfestmaterials zu verringern und eine Verkrustung der Düsen zu verhindern, wobei auf eine optimale Pilzbildung nicht geachtet wird.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, durch welche ein übermässiger Verschleiss des Feuerfestmaterials und ein Zuwachsen der Düsenmündung mit Sicherheit vermieden wird. Insbesondere soll für die unterschiedlichsten Betriebszustände des metallurgischen Gefässes stets eine optimale Pilzbildung an der Düsenmündung sowie ein Zuführen von Prozessgasen und/oder Feststoffen in das Schmelzbad in der gewünschten Menge zu jedem beliebigen Zeitpunkt sowie eine wesentliche Verlängerung der Einsatzzeit eines metallurgischen Gefässes bis zum Erfordernis einer Erneuerung oder Reparatur der Auskleidung aus feuerfestem Material sichergestellt sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die einer Unterbaddüse zugeleitete Menge an Schutzgas mittels kombinierter Mengenregelung und Druck- und/oder Temperaturregelung geregelt wird, indem mindestens ein Regelkreis eine Basisschutzgasmenge mit einer Mengenregelung sicherstellt und mindestens ein zusätzlicher Regelkreis Schwankungen des Schutzgasbedarfs zur Freihaltung und optimalen Kühlung der Unterbaddüsen während eines Prozesses in Abhängigkeit des sich an der Unterbaddüse einstellenden Druckes des Schutzgases und/oder in Abhängigkeit der Temperatur des im metallurgischen Gefäss vorhandenen Schmelzbades regelt,
wobei vorteilhaft die Menge an Schutzgas bei Absinken des Drucks erhöht und bei Steigen des Drucks erniedrigt wird sowie weiters zweckmässig die Menge an Schutzgas bei Absinken der Temperatur des Schmelzbades erniedrigt und bei Steigen der Temperatur erhöht wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die grundsätzliche Ursache für eine zu starke oder zu schwache Pilzbildung darin liegt, dass gemäss dem Stand der Technik die Menge des Schutzgases für die Unterbaddüsen fix eingestellt wird, unabhängig von dem zu einem bestimmten Zeitpunkt tatsächlichen Kühlbedarf, der eine Funktion der Badtemperatur, Betriebszustand des Prozesses und Pilzgrösse bzw. Pilzform ist. Beispielsweise wird gemäss dem Stand der Technik für eine Bodendüse an einem Stahlwerks-Konverter die CH4 Durchflussmenge mit ca. 5 % der einzublasenden Sauerstoffdurchflussmenge eingestellt.
Es hat sich für die Regelung der Menge des Schutzgases als zweckmässig erwiesen, wenn die Basisschutzgasmenge in Abhängigkeit der Bauart einer Unterbaddüse und/oder dem Einsatzort einer Unterbaddüse und/oder in Abhängigkeit des Abbrandes der Unterbaddüse unabhängig von Druckänderungen des Schutzgases und unabhängig von der Temperatur des im metallurgischen Gefäss vorhandenen Schmelzbades eingestellt wird, und dass die Zusatzmenge an Schutzgas in Abhängigkeit des Druckes des Schutzgases und/oder in Abhängigkeit der Temperatur des im metallurgischen Gefäss vorhandenen Schmelzbades geregelt wird.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es möglich, das Schutzgas von Gasen oder Flüssig- keiten mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zu bilden, wobei vorteilhaft mindestens ein erstes Gas mit einer bestimmten ersten chemischen Zusammensetzung für die Basisschutzgasmenge sowie mindestens ein zweites Gas mit einer gleichen oder einer von der ersten chemischen Zusammensetzung abweichenden chemischen Zusammensetzung für die Zusatzmenge eingesetzt werden und weiters zweckmässig als Schutzgas für die Zusatzmenge ein Gas mit der che- mischen Zusammensetzung CxHy eingesetzt wird.
Da es an der Unterbaddüse während einer Ofenreise bzw. während der Einsatzzeit eines metallurgischen Gefässes zwischen zwei Neuausmauerungen aufgrund des allgemeinen Verschleisses des Feuerfestmaterials zu einer Herabsetzung des Druckverlusts an der Unterbaddüse kommt (die
Unterbaddüse verschleisst mit dem Feuerfestmaterial und wird während einer Ofenreise kürzer), ist es zweckmässig, dass der Ausmauerungszustand des metallurgischen Gefässes, d. h. der Verschleiss der Auskleidung aus feuerfestem Material bei der Regelung der Menge des Schutzgases berück- sichtigt wird.
Um Störeinflüsse durch die Prozessgase und/oder durch die Unterbaddüse eingeblasene Fest- stoffe möglichst auszuschalten, werden vorteilhaft für die Regelung der Menge des Schutzgases die durch die Unterbaddüsen eingeblasenen Prozessgase und/oder Feststoffe hinsichtlich Menge und/oder Temperatur und/oder chemischer Zusammensetzung berücksichtigt, wobei zweckmässig die Berücksichtigung der durch die Unterbaddüsen eingeblasenen Prozessgase bzw. Feststoffe für
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die Festlegung der Basisschutzgasmenge des zugeführten Schutzgases herangezogen wird.
Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit einem ein Schmelzbad aufnehmenden metallurgischen Gefäss, mindestens einer im metallurgischen Gefäss eingebauten und dessen feuerfeste Auskleidung durchsetzenden Unterbaddüse mit einem Zentralrohr zur Einleitung von Prozessgasen oder deren Gemische und/oder feinkörnigen metallischen und/oder nicht-metallischen Feststoffen oder deren Gemische in das Schmelzbad, welches Zentralrohr von einem mantelförmigen Ringspalt zur Einleitung eines über eine Zuleitung zugeführten Schutzgases umgeben ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckmesseinrichtung zur Messung des sich an der Unterbaddüse einstellenden Druckes des Schutzgases vorgesehen ist, welche Druckmesseinnchtung mit einem Druck- oder Mengenregelventil gekoppelt ist,
welches in der Zuleitung für das Schutzgas zu dieser Unterbaddüse vorgesehen ist, und dass weiters eine weitere Leitung für eine Zuführung einer Basisschutzgasmenge vorgesehen ist, die mit einem Mengenregelventil versehen, jedoch nicht mit der Druckmesseinrichtung gekoppelt ist.
Eine weitere Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit einem ein Schmelzbad aufnehmenden metallurgischen Gefäss, mindestens einer im metallurgischen Gefäss eingebauten und dessen feuerfeste Auskleidung durchsetzenden Unterbaddüse mit einem Zentralrohr zur Einleitung von Prozessgasen oder deren Gemische und/oder feinkörnigen metallischen und/oder nicht-metallischen Feststoffen oder deren Gemische in das Schmelzbad, welches Zentralrohr von einem mantelförmigen Ringspalt zur Einleitung eines über eine Zuleitung zugeführten Schutzgases umgeben ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das metallurgische Gefäss mit einer Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Temperatur des im metallurgischen Gefäss enthaltenen Schmelzbades versehen ist, die mit einem Druck- oder Mengenregelventil gekoppelt ist,
welches in der Zuleitung für das Schutzgas zu diese Unterbaddüse vorgesehen ist, und dass weiters eine weitere Leitung für eine Zuführung einer Basisschutzgasmenge vorgesehen ist, die mit einem Mengenregelventil versehen, jedoch nicht mit der Temperaturmesseinrichtung gekoppelt ist.
Nach einer besonderen Ausführungsform ist bei Vorhandensein von mindestens zwei Leitungen zur Zuführung von Schutzgas je Unterbaddüse jede der Leitungen an eine eigene Gasquelle zur Zuführung von Gasen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung angeschlossen. Es ist jedoch auch möglich, beide Leitungen an nur eine einzige Gasquelle anzuschliessen.
Die Erfindung ist anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert, wobei Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Konverter mit einer Unterbaddüse und Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau einer Unterbaddüse jeweils in schematischer Darstellung veranschaulichen. Die Fig. 3,4 und 5 zeigen jeweils eine in einem metallurgischen Gefäss eingebaute Unterbaddüse im Schnitt mit unterschiedlichen Pilzbildungen. In den Fig. 6 und 7 sind unterschiedliche Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Einrichtung in schematischer Darstellung veranschaulicht. Die Fig. 8 und 9 erläutern das erfindungsgemässe Verfahren in Diagrammform.
In Fig. 1 ist der Bodenbereich eines Konverters 1, wie er z. B. zur Stahlerzeugung zum Einsatz kommt, dargestellt, wobei im Boden 2 Unterbaddüsen 3 eingebaut sind, von denen jedoch nur eine dargestellt ist. Diese Unterbaddüse 3 durchsetzt den Stahlmantel 4 des Konverters und dessen Auskleidung 5 aus feuerfestem Material. Im Inneren des Konverters befindet sich ein von einer Schlackenschicht 6 bedecktes Stahl-Schmelzbad 7.
Die Unterbaddüse 3 ist (vgl. Fig. 2) als Doppelmantelrohr ausgebildet, wobei ein Zentralrohr 8 an eine Zuleitung 9 angeschlossen ist, mit der ein Prozessgas oder ein Gemisch von Prozessgasen zum Zentralrohr 8 und weiter in das Innere des Konverters 1 direkt in das Schmelzbad 7 eingeleitet werden kann. Durch dieses Zentralrohr 8 können auch feinkörnige metallische oder nicht-metallische Feststoffe oder deren Gemische mittels eines Trägergases in das Schmelzbad 7 eingebracht werden.
Um einen voreilenden Verschleiss des Zentralrohres 8 gegenüber der Auskleidung 5 aus feuerfestem Material zu vermeiden, ist das Zentralrohr 8 von einem Mantelrohr 10 umgeben, welches gegenüber dem Zentralrohr einen zylinderförmigen Ringspalt 11begrenzt. Durch diesen Ringspalt
11 kann ein Schutzgas eingeleitet werden, welches an der Mündung 12 des Mantelrohres 10, die in etwa in gleicher Höhe mit der Mündung 13 des Zentralrohres 8 liegt, einen das eingeleitete Prozessgas bzw. den Strom aus Prozessgasen und Feststoffen umgebenden Mantel bildet. Dieses
Mantelrohr 10 ist über eine Zuleitung 14 an eine Schutzgasquelle angeschlossen. Das Schutzgas kann von unterschiedlichen Gasen gebildet sein, vorteilhaft werden ausschliesslich oder zusatzlich
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Kohlenwasserstoffe CxHy eingesetzt, da diese Gase eine grosse Kühlwirkung bewirken.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen ein unterschiedliches Pilzwachstum eines sich vorwiegend an der Mündung 12 des Mantelrohres 10 ansetzenden Pilzes 15, der aus erstarrtem Stahl bzw. erstarrtem Eisen besteht. Gemäss Fig. 3 ist infolge einer zu starken Kühlung des Zentralrohres 8, d.h. infolge einer zu grossen zugeführten Menge an Schutzgas, ein übermässig grosser Pilz 15 entstanden. Das Zentrairohr 8 ist beinahe zugewachsen, und es kommt zu einer mehr oder weniger unkontrollierten Seitenströmung 16 zwischen dem Pilz 15 und der Auskleidung 5 aus feuerfestem Material.
Fig. 4 veranschaulicht einen zu grossen Düsenrückbrand infolge zu schwacher Düsenkühlung, also infolge einer zu geringen Menge von zugeleitetem Schutzgas. Es bildet sich nur ein sehr kleiner Pilz 15 aus und es kommt zu einem starken Verschleiss der Auskleidung 5 aus feuerfestem Material in unmittelbarer Umgebung der Unterbaddüse 3 sowie zu einem starken Abbrand der Unterbaddüse 3.
Fig. 5 veranschaulicht eine ideale Pilzform. Der Pilz 15 weist zentral einen Durchgang 17 für die Prozessgase bzw. die in das Schmelzbad 7 einzuleitenden Feststoffe auf, der etwa dem Innendurchmesser des Zentralrohres 8 entspricht. Zudem bedeckt und schützt er nicht nur die Mündungen 12 und 13 der Unterbaddüse 3, sondern auch die Auskleidung 5 aus feuerfestem Material in unmittelbarer Düsenumgebung, so dass dort kein vorzeitiger Verschleiss der Auskleidung 5 eintritt
Gemäss der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist in der Zuleitung 14 für das Schutzgas eine Druckmesseinrichtung 18 vorgesehen.
Schutzgas wird zur Zuleitung 14 über drei Leitungen 19,20, 21 zugeführt, die jeweils mit einem Druck- oder Mengenregelventil 22,23, 24 versehen sind und die vor der Druckmesseinrichtung 18 in die Zuleitung 14 münden. Über eine erste Leitung 19 wird eine Basismenge an Schutzgas sowie gegebenenfalls Feststoffe zugeführt. Die beiden anderen Leitungen 20, 21 dienen zur Zuleitung von in Abhängigkeit des gemessenen Druckes einstellbaren Zusatzmengen an Schutzgas.
Durch die drei Leitungen 19,20, 21 können jeweils Gase unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zugeführt werden, die dann als Gasgemisch das Schutzgas bilden. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, sind die Mengenregelventile 22,23, 24 für die Zusatzmengen mit der Druckmesseinrichtung 18 über einen Rechner 25 gekoppelt.
Die Funktion der Einrichtung ist folgende:
Die Regelung der Menge des Schutzgases bzw. der Schutzgase gemäss der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform umfasst drei Regelkreise. Während der erste Regelkreis - hier kann auch eine Steuerung verwirklicht sein - eine Basismenge an Schutzgas über eine Mengenregelung mittels des Mengenregelventiles 22 sicherstellt, gleicht der zweite und dritte Regelkreis 18,25, 23 sowie 18,25, 24 die Schwankungen des Kühlbedarfes während des im metallurgischen Gefäss 1 ablaufenden Prozesses zur Sicherstellung einer konstanten Grösse des Pilzes 15 an der Unterbaddüse 3, d. h. des Druckes am Ringspalt 11 (Freihaltung der Mündung 13 des Zentralrohres 8 mittels Druckregelung) aus, indem eine mengengeregelte Zusatzmenge an Schutzgas zum Ringspalt 11 geleitet wird.
Im Vergleich zur klassischen Mengeneinstellung ist ein konstanter Druck für den Ringspalt 11 des Mantelrohres 10 und somit eine optimale Pilzgrösse durch die Regelung gemäss dieser Erfindung realisiert. Der optimale Druck hängt von der Düsenkonfiguration ab und ergibt sich aus dem Druckverlust durch die Zuleitung 14, Konstruktion der Unterbaddüse 3 und dem Druckverlust durch den Pilz 15 an der Mündung 12.
Erfindungsgemäss ist die Basismenge des Schutzgases für den Ringspalt 11 so einzustellen, dass eine ausreichende Kühlung für die Unterbaddüse 3 sichergestellt und gleichzeitig die Unterbaddüse 3 freigehalten wird. Der Druck des Schutzgases im Ringspalt 11 wird so ausgewählt, dass ein Druckverlust durch den Pilzkörper von 1 bis 2 bar überwunden werden kann. Da der Druckverlust durch die Unterbaddüsen 3 während einer Kampagne des metallurgischen Gefässes (die Unterbaddüse 3 wird aufgrund eines mit der Zeit allgemeinen Verschleisses der Auskleidung 5 kürzer) niedriger wird, sind die Vorgaben der Basismenge und/oder des zu erzielenden Druckes entsprechend anzupassen, was als Funktion einer Reise bzw. Kampagne des metallurgischen Gefässes 1 (Schmelzzahl) automatisch erfolgen kann.
Nach der Installation der Unterbaddüse 3 ist ein kalter Test der Unterbaddüse 3 mit der Gasversorgung durchzuführen, um den Druck am Ringspalt 11bei einem gegebenen Schutzgasdurchfluss ohne Pilzbildung festzustellen. Die Feststoff- und/oder Gaseinblasung kann bei einem als
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Elektro-Lichtbogenofen ausgebildeten metallurgischen Gefäss 1 entsprechend der Energiezufuhr gesteuert werden. Kurz vor dem Abstich kann das Einblasen von Prozessgasen und/oder Feststoffen nach Bedarf automatisch gestoppt werden, um unerwünschte Elemente, wie Zn, Blei usw., aus dem Schmelzbad 7 zu entfernen Da die eingeblasenen Prozessgase und Feststoffe eine zusätzliche Kühlung an der Unterbaddüse 3 bewirken, sind zwei Vorgaben bezüglich Basismenge an Schutzgas und Druck je für Einblasung bzw. ohne Einblasung vorteilhaft.
Nach dem Einblasen der Prozessgase und/oder Feststoffe ist die Unterbaddüse 3, d. h. das Zentralrohr 8, mit einem Gas oder Gasgemisch zur Freihaltung zu beaufschlagen.
Ein typisches Fahrdiagramm für die Beaufschlagung einer Unterbaddüse 3 bei einem ElektroLichtbogenofen ist in Fig. 8 dargestellt:
In diesem Diagramm ist auf der Abszisse die Zeit aufgetragen. Zum Zeitpunkt A wird ein Lichtbogen eines Elektro-Lichtbogenofens gezündet und die Schmelzleistung (in MW) setzt in voller Stärke ein. Dies ist durch den Kurvenzug mit voll ausgezogener dünner Linie veranschaulicht. Zum Zeitpunkt B wird mit der Feststoffeinblasung begonnen. Der Durchsatz durch das Zentralrohr (in kg/min) ist mit der dünnen strichlierten Linie veranschaulicht. Der Durchsatz der Feststoffeinblasung wird zum Zeitpunkt C beendet ; die Schmelzleistung sinkt durch Abschalten des Lichtbogens zum Zeitpunkt D gegen Null.
Der Kurvenzug I veranschaulicht den mit der Druckmesseinrichtung 18 gemessenen Druck (in bar) im Ringspalt 11 der Unterbaddüse 3. Der Kurvenzug II gibt die durch den Ringspalt 11 der Unterbaddüse 3 strömende Basismenge (in Nm3/h) wieder, der Kurvenzug III gibt die über die Leitungen 20 und 21 dem Ringspalt 11 zugeführten Zusatzmengen an Schutzgas ebenfalls in Nm3/h wieder. Die im Kurvenzug II dargestellte Erhöhung der Basismenge ist durch eine mit dem Prozessfortgang sich einstellende Temperaturerhöhung bedingt. Durch die Erhöhung der Basismenge kann sichergestellt werden, dass die Regelung für die Zusatzmenge immer im optimalen Regelbe- reich arbeitet Die Basismenge wird somit als Funktion der Ofenreise angepasst.
Es ist zu ersehen, dass das zum Zeitpunkt E stattfindende Absinken des Ringspaltdruckes durch eine Erhöhung der uber die Leitungen 20 und 21 zugeführten Zusatzmengen kurzfristig ausgeglichen wird, so dass eine Änderung des Pilzes 15 kurzfristig ausgeglichen werden kann, wenn eine solche Änderung in einer solchen kurzen Zeit überhaupt stattgefunden hat.
Die Regelung der Menge des Schutzgases gemäss der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform erfolgt zusätzlich in Abhängigkeit der aktuellen Badtemperatur, die mit der Temperaturmessein- richtung 26 gemessen und deren Wert an den Rechner 25 weitergeleitet wird, und umfasst drei
Regelkreise Während der erste Regelkreis eine Basismenge an Schutzgas über eine Mengenre- gelung mittels des Mengenregelventiles 22 sicherstellt, gleicht der zweite/dritte Regelkreis 18,26,
25, 23 sowie 18, 26, 25, 24 die Schwankungen des Kühlbedarfes während des Prozesses gemäss der gemessenen Badtemperatur und dem gemessenen Druck im Ringspalt 11über die Mengenre- gelventile 23 und 24 aus.
Ist eine Mehrzahl von Unterbaddüsen 3 an einem metallurgischen Gefäss 1 vorgesehen, sind die Unterbaddüsen 3 individuell zu regeln, d. h. dass bei jeder Unterbaddüse eine Druckmesseinrich- tung 18 vorzusehen ist. Dies ist die optimale Ausführungsform. Es ist aber auch möglich, mehrere
Unterbaddüsen 3 gemeinsam, z. B. gruppenweise (in Abhängigkeit von der Einbaulage etc. ), hin- sichtlich der Regelung der Schutzgasmenge zusammenzufassen.
Die Badtemperaturmessung kann in unterschiedlicher Weise erfolgen, wie z. B. Tauchsonde,
Thermoelement in der Mauerung, Unterbaddüsentemperaturmessung usw. Die Einstellung der Zu- satzmenge an Schutzgas erfolgt nach dem aktuellen Kühlbedarf bei der gemessenen Badtempera- tur unter Berücksichtigung des zusätzlichen Kühleffektes des Prozessgases und der gegebenenfalls einzublasenden Feststoffe, um eine optimale Kühlung der Unterbaddüse 3 zu gewährleisten.
Dieser Regelprozess ist in Fig. 9 veranschaulicht. Der Kurvenzug IV gibt die gemessene Bad- temperatur in C wieder. Es ist anhand des Kurvenzuges III, der die Zusatzmengen des Schutzga- ses veranschaulicht, die über die Leitungen 20 und 21 der Unterbaddüse 3 zugeführt werden und die über die Mengenregelventile 23 und 24 geregelt werden, zu ersehen, dass mit Absinken der
Badtemperatur die Zusatzmengen zurückgenommen werden und mit Steigen der Badtemperatur erhöht werden. Hierdurch ergibt sich ein konstanter Druck im Ringspalt 11der Unterbaddüse 3, wie dies durch den Kurvenzug I dargestellt ist Somit ist gemäss diesem Verfahren bei stark schwan- kenden Badtemperaturen ebenfalls ein gleichmässig grosser Pilz 15 sichergestellt.
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In der Praxis hängt die Badtemperatur von vielen Faktoren ab und ändert sich während des Prozesses sehr stark (1400 C bis 1700 C), insbesondere bei Elektro-Lichtbogenöfen, wobei die Badtemperatur von der Liquidustemperatur unmittelbar nach dem Schrottchargieren bis 1680 C beim Abstich ansteigt.
Ob eine Regelung der Schutzgasmenge allein aufgrund einer Druckmessung im Ringspalt 11 der Unterbaddüse 3 und/oder in Abhängigkeit der Badtemperatur durchgeführt wird, liegt im Ermessen des Fachmannes und hängt von den metallurgischen Prozessen, die im metallurgischen Gefäss 1 stattfinden sollen, ab.
Das erfindungsgemässe Verfahren ergibt zusätzlich zu den schon weiter oben beschriebenen Vorteilen, wie z. B. einer längeren Lebensdauer der Auskleidung aus feuerfestem Material, noch folgende wesentliche Vorteile: * höheres Ausbringen der eingeblasenen Prozessgase und/oder Feststoffe, @ frühzeitiger Einblasbeginn möglich (eine Einblasung kann während des gesamten Prozesses erfolgen, wie z.
B. während der Power-on-Zeit beim Elektro-Lichtbogenofen), da keine Flach- badphase dafür notwendig ist, was aber für ein Aufblasen durch eine Lanze erforderlich ist, * bessere Schmelzbadbewegung, somit eine verbesserte Homogenisierung der Temperatur und chemischen Zusammensetzung im Schmelzbad 7, . bessere Prozessführung aufgrund gleichmässiger und kontrollierbarer Einblasung, . bessere Schaumschlackenbildung, somit bessere Energieeffizienz.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Unterbadeinblasen von Prozessgasen oder deren Gemischen und/oder von feinkörnigen metallischen und/oder nicht-metallischen Feststoffen oder deren Gemischen mittels gekühlter Unterbaddüsen (3) in ein in einem metallurgischen Gefäss (1) befindliches
Schmelzbad (7), insbesondere in eine Stahlschmelze, wobei zur Kühlung der Unterbaddü- sen (3) ein den Strom der eingeblasenen Prozessgase und/oder Feststoffe mantelförmig umgebender Gasstrom aus Schutzgas in das metallurgische Gefäss (1) eingeleitet wird, wobei der Gasstrom aus Schutzgas in Abhängigkeit der Kühlbedingungen geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Unterbaddüse (3) zugeleitete Menge an Schutzgas mittels kombinierter Mengenregelung und Druck- und/oder Temperaturregelung geregelt wird,
indem mindestens ein Regelkreis eine Basisschutzgasmenge mit einer Mengenrege- lung sicherstellt und mindestens ein zusätzlicher Regelkreis Schwankungen des Schutz- gasbedarfs zur Freihaltung und optimalen Kühlung der Unterbaddüsen (3) während eines
Prozesses in Abhängigkeit des sich an der Unterbaddüse (3) einstellenden Druckes des
Schutzgases und/oder in Abhängigkeit der Temperatur des im metallurgischen Gefäss (1) vorhandenen Schmelzbades (7) regelt.