<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Metallschmelze in einer hüttentechni- schen Anlage, insbesondere zum Frischen einer Metallschmelze, vorzugsweise zum Herstellen von Stahl, wie z. B. von legiertem, rostfreiem Stahl oder Edelstahl, welches Verfahren auf einer nach einem Prozessmodell ablaufenden und die hüttentechnische Anlage steuernden Rechentech- nik fusst.
Für die industrielle Herstellung von Stahl besteht von jeher ein Bedürfnis nach einem Verfah- ren, das eine optimale und auch kostengünstige Prozessführung ermöglicht. Die Erfindung betrifft daher insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Stahl durch Frischen einer vorgegebenen, geschmolzenen Roheisenmenge, die neben den üblichen Elementen gegebenenfalls für die Her- stellung von unterschiedlichen Qualitäten notwendige Legierungselemente enthält, wie beispiels- weise Chrom und Nickel.
Bei der Entkohlung einer Metallschmelze, wie einer Roheisenschmelze mit Sauerstoff, wird für ein Gleichgewicht zwischen Metall, Kohlenstoff und Sauerstoff bei einer bestimmten Temperatur und bei einem bestimmten Druck gesorgt. Dieses Gleichgewicht bestimmt das Ausmass, bis zu welchem Gehalt Kohlenstoff aus der Schmelze entfernt werden kann, ohne dass gleichzeitig metal- lische Bestandteile, wie z. B. Chrom als auch Eisen, oxidiert werden. Bei diesem Frischvorgang kann die thermodynamische Aktivität innerhalb des Metallschmelzbades sowie das zwischen den im Schmelzbad enthaltenen Elementen und der sich entwickelnden Gasatmosphäre sich einstel- lende Gleichgewicht durch die Mischung von Sauerstoff mit Inertgas (als Verdünnungsgas) beeinflusst werden.
Aus der AT 339 938 B ist ein Programm zur Optimierung der Entkohlung einer Masse von ge- schmolzenem Metall zu entnehmen, das auf Kenntnis der Anfangstemperatur, chemischer An- fangszusammensetzung der Verschmelze und des Gewichtes beruht, wobei Soll-Werte unter wirtschaftlich günstigen Bedingungen erhalten werden können. Als Verdünnungsmittel wird dabei jedes beliebige Gas gewählt, das sich bei der Entkohlung inert verhält. Unter Verwendung der Anfangsinformationen werden mit dem Programm mehrere Koeffizienten, welche die thermodyna- mischen Aktivitäten jedes im Schmelzbad vorhandenen Elementes als Funktion der Badzusam- mensetzung definieren, berechnet. Unter Verwendung dieser Koeffizienten berechnet das Pro- gramm den Kohlenmonoxidpartialdruck im Gleichgewicht mit Kohlenstoff und den verschiedenen metallischen Elementen und Oxiden.
Nachteilig ist hierbei, dass während des Entkohlens sich einstellende Werte der Temperatur, der chemischen Zusammensetzung etc. nicht berücksichtigt werden, sodass sich laufend ändernde Ist-Werte keinen Einfluss auf das Endprodukt haben können.
In dem Patent EP 0 545 379 B1 wird ein Verfahren zum Raffinieren von Stahl durch Steuern der Entkohlung eines vorbestimmten Metallschmelzbades mit bekannter chemischer Zusammen- setzung und Temperatur beschrieben. Das Verfahren weist dabei folgende Verfahrensschritte auf: - ein erstes neuronales Netzwerk, um Eingangs- und Ausgangsdaten aus Daten zu analysie- ren, zu denen die Zusammensetzung, das Gewicht und die Temperatur des Bades am An- fang jeder Prozessperiode, das zu verwendende Gasverhältnis Sauerstoff zu Verdünnungs- gas während jeder Prozessperiode und die am Abschluss jeder Prozessperiode erreichte
Endtemperatur gehören, bis das neuronale Netz in der Lage ist, einen wesentlichen ge- nauen Ausganswert zu liefern, welcher die Sauerstoffzählwerte darstellt, die in das Bad eingeblasen werden müssen,
um zu bewirken dass die Temperatur des Bades auf einen bestimmten Soll-Temperaturwert ansteigt, - ein zweites neuronales Netzwerk, um Eingangs- und Ausgangsdaten aus Daten zu analy- sieren, zu denen die Zusammensetzung, das Gewicht und die Temperatur des Bades am
Anfang jeder Prozessperiode und die am Abschluss jeder Prozessperiode erreichte Endtem- peratur gehören, bis das neuronale Netz in der Lage ist, einen im wesentlichen genauen
Ausgangswert von Sauerstoffzählwerten zu liefern, um den Kohlenstoffpegel entsprechend einer vorgewählten Aufstellung von Verhältnissen von Sauerstoff zu Verdünnungsgas auf den vorgewählten Soll-Pegel zu senken, - Zuschlagstoffe werden in drei weiteren neuronalen Netzwerken berücksichtigt, um den
Kohlenstoffgehalt, die Temperatur und die Endzusammensetzung des Bades am Ende des
Einblasens von Sauerstoff zu berechnen.
Hierbei ist nachteilig, dass über die gesamte Behandlungszeit keine kontinuierliche Erfassung und Prüfung auf Plausibilität der errechneten Temperatur- und Analysewerte erfolgt. Die Optimie-
<Desc/Clms Page number 2>
rung von Prozessen ist auf diese Art schwer wenn überhaut machbar, speziell wenn man die Verhältnisse im Schmelzaggregat (Änderung der Feuerfesttemperatur, Änderung der Feuerfest- stärke, Änderung des Reaktionsvolumens,...) mitberücksichtigt.
Die Erfindung gemäss EP 0 857 222 B1 betrifft ein Verfahren zum Entkohlen einer Stahl- schmelze zur Herstellung von hochchromhältigen Stählen, bei welchem die Entkohlungsgeschwin- digkeit fortlaufend gemessen wird und in Abhängigkeit von den gemessenen Werten die Menge des einzublasenden Sauerstoffs eingestellt wird, wobei die Entkohlungsgeschwindigkeit aus dem CO- und CO2-Gehalt im Abgas und dem Abgasdurchfluss bestimmt wird. Die Messung oben ange- führter Abgaszusammensetzungen ist zwar möglich, jedoch relativ ungenau. Die Position der Messsonde im Abgasstrom muss in der Nähe des Tiegelmundes positioniert werden, um einerseits die Abgasinformation relativ schnell zu erhalten und andererseits die Verfälschung der Abgaszu- sammensetzung durch Frischlufteintrag im Tiegelmundbereich zu minimieren/vermeiden.
Zur Herstellung legierter Stähle ist dieses Verfahren weniger geeignet, da eine Metalloxidation keine Berücksichtigung findet und mit diesem Verfahren auch nicht feststellbar ist.
Gemäss der DE 33 11232 C2 erfolgt ein computergesteuertes Frischen von Metallschmelzen mit Sauerstoff und einem Verdünnungsgas, wobei die Gasdurchflussmengen durch Berechnen des Ausmasses der Metalloxidation unter Verwendung von errechneten Werten festgesetzt werden.
Das in der DE 33 11 232 C2 beschriebene Verfahren ist zwar zum Entkohlen von Metall- schmelzen geeignet, jedoch ist dieses Verfahren aufgrund des verwendeten Modells nicht geeig- net, exakt den Zeitpunkt des Erreichens des Übergangspunktes von der Entkohlungsreaktion zur Metalloxidation zu bestimmen. Die Folge ist ein erhöhter Chromabbrand und dadurch zusätzlich erforderliche Mengen an Reduktionsstoffen (Ferrosilizium, Kalk) sowie eine verminderte Haltbarkeit des Konverters.
Die gängige Praxis beim AOD-Stahlherstellungsverfahren ist wie folgt:
Während einer Charge werden (speziell bei der Rostfrei-Stahlerzeugung) Messungen Tempe- ratur, Probenahme für chemische Analyse) durchgeführt.
- Bei Verwendung einer Sublanze muss der Prozess für die Messung nicht unterbrochen wer- den (Temperaturangaben liegen unmittelbar nach Eintauchen der Messsonde in die Stahlschmelze vor ; bei einer Probenahme muss auf die Analyseergebnisse vom Labor gewartet werden (etwa 3 - 6 Minuten)).
- Wenn keine Sublanze verwendet wird, muss für eine Messung der AOD-Prozess unterbro- chen werden. Bei einer Handmessung liegt der Temperaturwert ebenfalls unmittelbar nach Eintau- chen der Sonde in die Stahlschmelze vor. Bei einer Probenahme muss auf die Analyseergebnisse wie oben angeführt ebenfalls ca. 3 bis 6 Minuten gewartet werden.
Der Nachteil beider Messmethoden ist, dass die Information über die Stahlschmelze (Tempera- tur, chemische Analyse) nur punktuell erfolgt. Bei der Handmessung kommt es ausserdem bei jeder Messung zu einer Prozessunterbrechung (der Konverter muss für die Messung umgelegt werden).
Das bedingt eine Erhöhung der tap to tap Zeit, damit verbunden sind ein höherer Feuerfestver- schleiss, eine Temperaturerniedrigung der Stahlschmelze (hervorgerufen durch Umlegen des Konverters), usw.
Ein korrigierendes Eingreifen bei zu hoher oder zu niedriger Temperatur kann erst nach durch- geführter Messung erfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist es, besonders für konventionell schwierig zu regelnde Produktions- prozesse, wie z. B. beim AOD-Prozess, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Produktionssteige- rung, Energieeinsparung, Verkürzung der tap to tap Zeit (ttt-Zeit), Zuschlagstoffoptimierung und eine höhere Haltbarkeit der im Produktionsprozess zum Einsatz gelangenden Feuerfestmaterialien erzielt werden kann. Insbesondere soll die Erfindung auch bei der Herstellung legierter Stähle, wie z. B. Cr-Nr-legierter Rostfreistähle anwendbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch folgende Verfahrensschritte gelöst: - mit dem Prozessmodell wird mit zu einer bestimmten Zeit (t,) erhobenen Daten einer Ist-
Prozessgrösse, wie der Temperatur der Schmelze und/oder der chemischen Zusammenset- zung der Schmelze, durch Simulation mit Rechentechnik unmittelbar zum Zeitpunkt der
Erhebung der Ist-Prozessgrösse eine Prozessgrösse für einen späteren Zeitpunkt (t, + dt), vor- zugsweise eine Prozessendgrösse, ermittelt und - bei Abweichungen der simulierten Prozessgrösse von einem gewünschten Soll-Wert werden
<Desc/Clms Page number 3>
mittels des Prozessmodells mit Rechentechnik Korrekturmassnahmen zur Änderung der Ist-
Prozessgrösse errechnet und die Ist-Prozessgrösse entsprechend geändert - worauf zu einem späteren Zeitpunkt (t, + dt)
mit weiters erhobenen Daten der Ist-Prozess- grösse das Verfahren wiederholt wird.
Zweckmässig werden mittels des Prozessmodells die zu einer bestimmten Zeit (t,) erhobenen Daten einer Ist-Prozessgrösse auf Plausibilität überprüft und ausschliesslich plausible Daten zur Simulation der Prozessgrösse zur Verfügung gestellt und nicht-plausible Daten verworfen, wobei im letzteren Fall die Simulation aufgrund der zuletzt bestimmten plausiblen Daten fortgesetzt wird.
Hierdurch gelingt es, das Verfahren trotz Fehldaten, z. B. verursacht durch Messfehler etc., ohne Verzögerung unter Erreichung des Verfahrenszieles zu beenden.
Vorteilhaft findet für jede variable Prozessgrösse ein eigenes Prozessmodell-Modul Anwendung.
Unter Prozessmodell-Modul wir ein in sich abgeschlossener Teil des Prozessmodells verstanden, der für einen bestimmten Funktionsablauf zuständig ist, wie z. B. für die Entkohlung, die Entschwe- felung, die Temperaturvorausrechnung und die Legierung mit Legierungselementen. Die Prozess- modell-Module sind jedoch, soweit die einzelnen Funktionsabläufe sich gegenseitig beeinflussen, zur Berücksichtigung dieser Einflüsse untereinander verknüpft.
Das Prozessmodell selbst bzw. mindestens ein Modul des Prozessmodells ist nach einer bevor- zugten Ausführungsform mit intelligenter Selbstoptimierung ausgestattet. Die erfindungsgemässe Aufgabe wird hierbei durch ein intelligent ausgebildetes System gelöst, das aufbauend auf einge- gebenem Vorwissen selbständig situationsgerechte Anweisungen für eine sichere und möglichst optimale Prozessführung gibt. Die selbständig gegebenen Anweisungen werden dabei kontinuierlich mit den Ist-Daten verglichen und auf Plausibilität überprüft.
Das eingegebene Vorwissen (Prozesswissen) wird dabei selbständig laufend durch am Prozess während der Produktion gewonnenes Wissen verbessert. Dieses selbstgenerierende Prozesswis- sen wird von einem Datenspeicher als neues Vorwissen übernommen, d. h. es kommt zu einer ständig verbesserten Grundlage für eine weitere Adaption oder Optimierung des Prozesses.
Zur optimalen Durchführung des Verfahrens ist zumindest über einen Teil der Prozessdauer die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinander folgenden Erhebungen einer Ist-Prozessgrösse sehr klein gehalten, vorzugsweise ist die Zeitdifferenz infinitesimal, d. h. die Ist-Prozessgrösse wird kontinuier- lich erhoben.
Ein besonders einfaches Prozessmodell, mit dem sich sehr gute Endergebnisse erzielen lassen, ist dadurch gekennzeichnet, dass als Ist-Prozessgrössen die chemische Zusammensetzung des Abgases und die chemische Zusammensetzung von chargiertem Material sowie gegebenenfalls die chemische Zusammensetzung der Schlacke erhoben werden.
Vorteilhaft werden als Prozessgrössen zusätzlich die chemische Zusammensetzung des Abga- ses und die chemische Zusammensetzung von chargiertem Material sowie gegebenenfalls die chemische Zusammensetzung der Schlacke erhoben.
Um die Prozessendgrössen, die Qualitätskennwerte für die fertige Metallschmelze darstellen, möglichst mit den vorgegebenen anzustrebenden Idealwerten übereinstimmen zu lassen, werden vorteilhaft, einstellbare Prozessvariable, wie Fluss, Druck, Temperatur und Zusammensetzung von Gasen und/oder Mengen, Zusammensetzungen und Chargiergeschwindigkeiten von Zuschlagstof- fen am Prozessmodell optimiert.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf einer Kenntnis der Ist-Situation zu bestimmten Zeitpunkten während des Verfahrens, wobei, wie oben ausgeführt, die permanente Kenntnis der Ist-Situation für zumindest die wichtigsten Prozessschritte ein optimales erfindungsgemässes Ver- fahren ergibt. Aufgrund der Kenntnis des Ist-Zustandes, also der Ist-Prozessgrössen, können die Prozessparameter, wie Sauerstoffdurchfluss, Inertgasdurchfluss, Zugabezeitpunkt, chemische Zu- sammensetzung und Menge der Zuschlagstoffe, optimiert werden. Die Kenntnis der Ist-Situation erlaubt, die Zielpunkte exakt anzufahren, z. B. können schon allein bei Kenntnis der chemischen Zusammensetzung und der Temperatur der Metallschmelze die fehlenden und noch zuzugeben- den Materialien und Gasmengen zeitlich exakt mengen- und analysengenau eingebracht werden.
Der Schmelzablauf zur Herstellung einer Stahlschmelze speziell für den AOD-Prozess würde folgendermassen ablaufen:
Mit dem Modell wird nach Vorgabe des jeweiligen Qualitätsproduktes das statische Prozess- verhalten für eine Prozessgrösse y = f (Stellgrössen, nicht beeinflussbare Prozessgrössen) nachgebil-
<Desc/Clms Page number 4>
det. Die daraus berechnete Prozessendgrösse y* ist ein typischer Qualitätsparameter des herzustel- lenden Produktes und weicht von der sich tatsächlich einstellenden Endgrösse y mehr oder weniger ab.
Mit einer Modelladaption wird das Prozessmodell verbessert, damit das Modellverhalten mög- lichst gut mit dem tatsächlichen Prozessverhalten übereinstimmt.
Mittels eines mit einem Prozessoptimierer durchgeführten Optimierungsverfahrens werden Steil- grössen gefunden, die zu einem guten Prozessverhalten führen. Zum Beispiel kann bei zu hoher Stahlschmelzetemperatur entweder die Sauerstoffzufuhr reduziert oder der Zugabezeitpunkt für Kühlschrott oder Legierungselemente geändert werden.
Da das Prozessmodell zu einem bestimmten Prozentsatz auf unsicherem Wissen beruht, wird das Prozessmodell anhand gewonnener Prozessdaten adaptiert und verändert. Diese Adaption erfolgt mit der Prozessmodelladaption, die auf Daten vergangener Prozesszustände aufsetzt. Die Kontrolle der Prozessergebnisse erfolgt durch Abfragen aus Plausibilität.
Der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemässen Verfahrens ist vereinfacht in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, und zwar jeweils in Blockdiagrammform. Erfindungsgemässe Prozesse betreffend Entkohlung (DeC-Prozess), Reduktion, Legierungsstoffzugabe und Kühlung sind in Blockdiagramm- form in der Fig. 3,4, 5 und 6 veranschaulicht. Die Fig. 7 und 8 zeigen Temperaturverlauf und chemische Analysewerte über den Prozessablauf des nachstehenden Beispiels.
Als Prozessmodellfunktionen sind folgende Funktionen vorgesehen:
Metallurgische Gleichungen
Algorithmen, Parameter
Festlegung interner Modellschnittstellen
Struktur, interner Ablauf
Vor dem Start des Prozessmodells ist die Kenntnis des Zustandes der Verschmelze und Schla- cke notwendig.
Die Anfangsanalyse, Analyse der Zuschlagstoffe und die eingebrachten Gasmengen sind ohne Schwierigkeiten genau bestimmbar und stehen jederzeit zur Verfügung. Die Kenntnis der Tempe- ratur der Stahlschmelze, die Abgaszusammensetzung und die Analyse der Stahlschmelze beruht auf Momentaufnahmen, verwirklicht durch ein koninuierlich arbeitendes Temperaturmess- und Analysesystem für die Metallschmelze, wie dies z. B. gemäss der AT-B 409 553 erfolgt.
Diese Kenntnis erlaubt erst das Optimieren und Ergänzen bestehender Modelle. Das beispiel- haft erfindungsgemäss konzipierte AOD-Modell trägt dem Rechnung und wurde so aufgebaut, dass nach Kenntnis des Ist-Zustandes die Prozessmodellparameter so angepasst/geändert werden, dass die angestrebten Soll-Werte tatsächlich erreicht werden. Mit dieser Vorgehensweise wird erreicht, dass der FF-Verbrauch reduziert, die Durchflussmengen optimiert und damit reduziert und die ttt-Zeit verkürzt werden. Ausserdem wird durch eine gezielte Einsatzstrategie die Menge an Zuschlagstof- fen optimiert.
Detaillierte Modellbeschreibung:
Gemäss einem in Fig. 1 dargestellten AOD-Konverter 1 werden Sauerstoff und ein Verdün- nungsgas (Inertgas) sowohl über eine Toplanze 2 als auch über Düsen 3, die unterhalb des Stahl- schmelzbadniveaus 4 am Konverter 1 vorgesehen sind, in dessen Inneres 5 eingebracht. Der Konverter 1 ist, wie bei Stahlwerkskonvertern üblich, kippbar gelagert, was nicht näher dargestellt ist. Der Konverter 1 ist weiters mit einer Einrichtung 6 zur Temperaturmessung der Stahlschmelze 7 sowie einer Einrichtung 8 zur Bestimmung der chemischen Analyse der Stahlschmelze 7 ausge- stattet. Zusätzlich lassen sich mit Messeinrichtungen 9 und 10 die Durchflussmengen der über die Toplanze 2 und die Düsen 3 eingebrachten Gase feststellen.
Das aus dem Konverter 1 austreten- de Abgas wird ebenfalls mittels einer Einrichtung 11hinsichtlich seiner chemischen Zusammenset- zung hin analysiert, welche Analyseneinrichtung 11 im Abgaskamin, der nicht näher dargestellt ist, vorgesehen ist.
Vor dem Start des Verfahrens werden von der in den Konverter 1 chargierten Stahlschmelze 7 Gewicht, chemische Analyse und Temperatur festgestellt. Auch von der auf der Vorschmelze
<Desc/Clms Page number 5>
ruhenden Schlacke 12 werden Gewicht, chemische Zusammensetzung und Temperatur bestimmt.
Von den geplant einzubringenden Zuschlagstoffen sind ebenfalls Gewicht, chemische Zusammen- setzung und Temperatur bekannt.
Angaben über Stahlqualitäten und Abstichzustand beinhalten alle Grenz- und Zielwerte der Stahlelemente zum Abstichzeitpunkt sowie auch die Abstichtemperatur.
Für die Modellrechnung werden vorteilhaft folgende untenstehende Daten als Ist-Prozess- grössen erhoben:
1. Düsen 3: Durchflussmengen für Ar, N2, O2, Luft, CH4 oder CnHm (Nm3/h) = f(t)
2. Toplanze 2 : Durchflussmengen für Ar, N2, 02 = f(t)
3. Position der Toplanze 2 = f(t)
4. Materialzugabestoffe: Art, chemische Zusammensetzung, Geschwindigkeit, Gewicht, Tem- peratur = f(t)
5. Chemische Anlyse Stahlschmelze 7 = Funktion (t)
6. Temperatur Stahlschmelze 7 = Funktion (t)
7. Konverterposition (Grad der Neigung) = f(t) 8.
Abgas : Zusammensetzung, Temperatur, Menge = f(t)
Die Bestimmung der Temperatur und der Konzentration eines Elementes in der Stahlschmelze 7 erfolgt anhand nachstehender Definitionen:
Konzentration (soll, Element x in der Stahlschmelze) [%; t] = Konzentration (ist, Element x in der Stahlschmelze) [%, t-Dt] + f (Gasmenge (NI/min), Gasart, Einsatzgewicht Stahlschmelze (to), Gewicht der Zuschlagstoffe, Ausbringen, Temp ; Konzentration (ist, Element x im Zuschlag- stoff) [%]
Hierin bedeuten: f(..,t), g(...,t) ..........zeitabhängige Funktionen t............................Zeit soll Soll-Wert ist .........................Ist-Wert
Zuschlagstoffe .....Legierungselemente, Kühlschrott, Schlackebildner,................
1. Konzentration eines Elementes x in der Stahlschmelze:
Summe Konzentration (soll, Element x) = 100%
Konzentration (Element x) (%; t) = f (Gasmenge (Nl/min), Gasart, Einsatzgewicht Stahlschmelze (to), Gewicht Zuschlagstoffe, Ausbringen, Temp ; Konzentration (ist, Ele- ment x Zuschlagstoff) [%]
2. Bestimmung der Stahlschmelzetemperatur:
Tempsoll (t) = Tempist (t-Dt) + g (Oxidation, Gasmenge (NI/min), Wärmeverluste, Abgasverlus- te ; t-Dt) t-Dt........die Messung liegt zum Zeitpunkt t-Dt vor, wobei Dt der Zeitschritt zwischen zwei Re- chenschritten ist. Je kleiner Dt gewählt wird, umso genauer kann die Soll-Kurve erreicht werden.
Für kurze Zeitintervalle ist es erforderlich, dass die Messdaten den aktuellen Zustand in der Stahlschmelze beschreiben.
Während der Modellrechnung werden die Werte der Elemente (%) und der Temperatur ( C) für Stahl, Schlacke, Abgas (Komponenten, Betrag) und die Wärmebilanz zum Zeitpunkt i nach dem Modellstart zyklisch berechnet.
Bilanziert werden die Gasphase, der Stahl und die Schlacke.
Dabei wird für die Bilanzierung eine Summe (kg oder Mol) für jedes Element/jeden Stoff in je- dem Zeitabschnitt aufgestellt.
<Desc/Clms Page number 6>
Die Bilanzgleichung für das Element x lautet:
EMI6.1
EMI6.2
EMI6.3
<tb> Ausbringenk...............Ausbringen <SEP> des <SEP> Zuschlagstoffes <SEP> k
<tb>
<tb> Gewicht <SEP> Xoxidatior.......Gewicht <SEP> des <SEP> Stoffes <SEP> x, <SEP> der <SEP> im <SEP> Zeitabschnitt <SEP> Dt <SEP> oxidiert
<tb>
<tb>
<tb> Gewicht <SEP> Xvap........Verdampfungsverultst <SEP> im <SEP> Zeitabschnitt <SEP> Dt
<tb>
Die Oxidations- und Reduktionsprodukte sind in der Schlackenphase und Gasphase zu be- rücksichtigen.
Wichtige Reaktionen (diese sind in einer Datenbank hinterlegt) sind :
EMI6.4
Der Ablauf des Iterations- und Rechenprozesses ist in den Fig. 3 und 4 anhand eines logischen Plans dargestellt, wobei Fig. 3 für den Entkohlungsprozess und Fig. 4 für den Reduktionsprozess massgebend sind. Diesen Prozessen sind nachfolgende Berechnungsformen zugrundegelegt.
EMI6.5
Legierungs- und Kühlberechnung
1. Legierungsstoffe
Die Legierungsstoffberechnung verfolgt im wesentlichen zwei Ziele: a) Einstellung der Analyse b) Erreichung des Abstichgewichtes
Ausgehend vom Zustand der Verschmelze (chemische Analyse Stahlschmelze, Gewicht, Tem- peratur) werden alle notwendigen Zugaben auf die gezielte Abstichanalyse berechnet.
Für die Auswahl der Legierungsstoffe zur Vorrechnung wird nach folgenden Kriterien entschie- den : - Kostenoptimierung, d. h. Kostenminimierung für jedes Legierungselement - Zugabe von C > 2% sind nur in den steps 1, 2a, 2b gestattet - Cr-Zugabe : step 1 und 2a (50%), 2b (50%), Reduktion (Feineinstellung) - Ni-Zugabe : step 2c (90%), restliche Zugabe in step 3 (30%), step 4 (20%), Reduktion (20%) - MN-Zugabe : step 2b( 100% HCMn) oder in step 2b (50%) und Rest mit SiMn in Reduktionsphasen (wenn verfügbar) - Zum Masseaufbau wird eine zusätzliche neutrale Zugabe mit Abstichanalyse berechnet.
Eine Verschiebung des Zeitpunktes der Legierungsstoffzugabe zwischen den verschiedenen steps wird vorgenommen, um die gewünschte Temperatur einzuhalten.
Der logische Plan zur Legierungsberechnung ist aus Fig. 5 zu ersehen.
<Desc/Clms Page number 7>
2. Kühlung
Für die Kühlung werden vordringlich FeNi oder Ni, Kalk und/oder Schrott verwendet.
Kalk/Dolo-Verbrauch
Der Gesamtverbrauch an Kalk und Dolo richtet sich nach dem Si-Eintrag und Si02 input während des gesamten Prozesses:
Sio2 (kg/t) = # SiO21 (%) + Jzugabe + 2,14 *(# Si% * Jzugabe * + sIRed)
Der logische Plan für die Berechnung des Kalk/Doloverbrauchs ist in Fig. 6 wiedergegeben.
Vorzugsweise werden für das Prozessmodell folgende Modellfunktionen eingesetzt : + Badspiegelberechnung + Chargiermodell + Thermische Modellberechnung + Analyseberechnung + Stickstoff Modell + DeC-Modell + DeC-Modell (Feinabstimmung Abstich) + Reduktionsmodell + DeS-Modell + Neutrales Zuschlagstoff-Modell + Legierungsmodell + Abstich-Modell + Temperatur-Modell + T-Kontroll-Modellfunktion + Reblow-Modell
Die Ergebnisse der Modellberechnung werden kontinuierlich mit den Ist-Werten der Stahlschmelzetemperatur, Schlacketemperatur, Analyse der Stahlschmelze und der Abgasmessung verglichen.
Beispiel:
Anhand des nachstehenden Prozessablaufes ist die Herstellung der Qualität AISI 304 ausgehend vom eingesetzten Rohstahl bis zum Fertigprodukt veranschaulicht. Die Fig. 7 und 8 zeigen den Verlauf der Temperaturänderung sowie den Verlauf der Änderung der chemischen Analyse (für C, Mn, Cr, Ni) bei diesem Prozessablauf.
AOD - Prozessmodell im Kombination mit einer kontinuierlichen Temperatur- und Analysemessung
<Desc/Clms Page number 8>
Prozessablauf für AISI 304 :
1. Chargieren (keine Zugabe von Schlackenbildnern)
2. Temperaturmessung (manuell bzw. mit kontinuierlichem T-Messsystem)
3. 1. Blasestufe mit Toplanze 4. während gesamter 1. Blasestufe kontinuierliche Messung der Temperatur und der Stahl- badanalyse
5.2. Blasestufe bis 4. Blasestufe ohne Toplanze
6. während gesamter 2. Blasestufe bis 4. Blasestufe kontinuierliche Messung der Temperatur und der Stahlbadanalyse
7.5. Blasestufe
8. während gesamter 5. Blasestufe kontinuierliche Messung der Temperatur und der Stahl- badanalyse
9.
Reduktions- und Entschwefelungsphase
10. während gesamter Reduktions- und Entschwefelungsphase kontinuierliche Messung der
Temperatur und der Stahlbadanalyse
11. bei Erreichen der Zielanalyse und Zieltemp. Abstich mit eventueller Si-Feinkorrektur durch
Legierungsmittelzugabe in die Pfanne während des Abstichs Tabelle 1:
Blaseschema AISI 304
EMI8.1
<tb> 02-Lanze <SEP> 02-Düsen <SEP> N2-Lanze <SEP> Ar-Lanze <SEP> Zielgehalt <SEP> C <SEP> Zieltemperatur
<tb>
<tb>
<tb> [Nm3/min] <SEP> [Nm3/min] <SEP> [Nm3/min] <SEP> [Nm3/min] <SEP> [%] <SEP> [ C]
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Step <SEP> 100 <SEP> 30 <SEP> 15 <SEP> # <SEP> 0,6 <SEP> 1710
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Step <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> 20- <SEP> 0,4 <SEP> 1740
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Step <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 45 <SEP> 45- <SEP> 0,2 <SEP> 1760
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Step <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 60- <SEP> 0,08 <SEP> 1750
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Step <SEP> 5- <SEP> 12 <SEP> 48 <SEP> - <SEP> 0,
04 <SEP> 1750
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Reduktion <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 45 <SEP> - <SEP> 1665 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> und <SEP> Ent- <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> schwefelung
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbon <SEP> removal <SEP> efficiency <SEP> (CRE) <SEP> :
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CRE <SEP> step <SEP> 1: <SEP> durchschnittlich <SEP> 78%
<tb>
<tb>
<tb> CRE <SEP> gesamt: <SEP> durchschnittlich <SEP> 68% <SEP> ¯¯¯ <SEP> ¯¯¯ <SEP> ,
<tb>
1.
Chargieren (step 1):
Einsatzgewicht : Stahl 86,5 t
Schlacke: 0,6 t
Analyse
EMI8.2
<tb> C <SEP> 1,8
<tb>
<tb> Si <SEP> 0,14
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,59
<tb>
<tb> P <SEP> 0,023
<tb>
<tb> S <SEP> 0,024
<tb>
<tb> Cr <SEP> 19,03
<tb>
<tb> Ni <SEP> 7,14
<tb>
<Desc/Clms Page number 9>
Temperatur zur Zeit t=0: 1538 C Medienverbräuche: siehe Tabelle 1 Zugabe : Dolomit 1500 kg
Kalk 2000 kg FeNi1500kg Temperatur nach Step 1: 1709 C Behandlungszeit step 1: 11,25 Minuten 2.
Entkohlungsstufe 2 (step 2)
Analyse nach step 1
EMI9.1
<tb> C <SEP> 0,507
<tb>
<tb> Si <SEP> 0,0
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,49
<tb>
<tb> P <SEP> 0,023
<tb>
<tb> S <SEP> 0,022
<tb>
<tb> Cr <SEP> 18,39
<tb>
<tb> Ni <SEP> 7,91
<tb>
Medienverbräuche: siehe Tabelle 1 Zugaben : Kalk 1000 kg
FeNi 1000 kg Temperatur nach step 2: 1743 C Behandlungszeit step 2 : Minuten 3. Entkohlungsstufe 3 (step 3)
Analyse nach step 2
EMI9.2
<tb> C <SEP> 0,347
<tb>
<tb> Si <SEP> 0
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,475
<tb>
<tb> P <SEP> 0,023
<tb>
<tb> S <SEP> 0,022
<tb>
<tb> Cr <SEP> 17,77
<tb>
<tb> Ni <SEP> 8,34
<tb>
Medienverbräuche: siehe Tabelle 1 Zugabe : Kalk 1500 kg Temperatur nach step 3: 1760 C Behandlungszeit step 3: 5,66 Minuten 4.
Entkohlungstufe 4 (step 4)
<Desc/Clms Page number 10>
Analyse nach step 3
EMI10.1
<tb> C <SEP> 0,199
<tb>
<tb> Si <SEP> 0
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,457
<tb>
<tb> P <SEP> 0,023
<tb>
<tb> S <SEP> 0,021
<tb>
<tb> Cr <SEP> 17,426
<tb>
<tb> Ni <SEP> 8,395
<tb>
Medienverbräuche : siehe Tabelle 1 Zugabe : Kalk 480 kg Shredder 1000 kg Temperatur nach step 4 : 1749 C Behandlungszeit step 4 : 7,92 Minuten 5. Entkohlungsstufe 5 (step 5)
Analyse nach step 4
EMI10.2
<tb> @
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Si <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,462
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> P <SEP> 0,0238
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> S <SEP> 0,0209
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cr <SEP> 17,197
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ni <SEP> 8,431
<tb>
Medienverbräuche : siehe Tabelle 1 Zugabe : Temperatur nach step 5: 1752 C Behandlungszeit step 5: 16,08 Minuten 6.
Reduktions- und Entschwefelungsphase
Analyse nach step 5
EMI10.3
<tb> C <SEP> 0,0397
<tb>
<tb> Si <SEP> 0
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,453
<tb>
<tb> P <SEP> 0,024
<tb>
<tb> S <SEP> 0,0208
<tb>
<tb> Cr <SEP> 16,853
<tb>
<tb> Ni <SEP> 8,479
<tb>
Medienverbräuche : siehe Tabelle 1
<Desc/Clms Page number 11>
Zugabe : CaF2 710 kg
SiMn 900 kg
FeSi 1602 kg
Nimet 90 kg
Kühlmittel ss 500 kg Temperatur nach Reduktions- und Entschwefelungsphase: 1660 C 7.
Abstich Analyse
EMI11.1
<tb> C <SEP> 0,0558
<tb>
<tb> Si <SEP> 0,5933 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> 1,2516 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> P <SEP> 0,0251 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> S <SEP> 0,0003 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Cr <SEP> 18,485 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Ni <SEP> 8,0788
<tb>
Abstichtemperatur : 1660 C Abstichgewicht : 90,5 t
Schlacke: 9,478 t
Die Kurvenverläufe der in den in Fig. 7 und 9 dargestellten Diagrammen lassen erkennen, dass eine nahezu vollständige Übereinstimmung mit den Soll-Kurven herrscht. Dies bedeutet, dass der tatsächliche Prozessablauf dem vorgegebenen idealen Prozessablauf folgt und die Zielwerte mit nur geringen Abweichungen, die - so überhaupt vorhanden - nur durch Messungenauigkeiten verur- sacht werden können.
Ermöglicht ist dies durch den erfindungsgemäss vorgesehenen sofortigen Eingriff in das Prozessgeschehen, sollten aufgrund der Messergebnisse und der darauf aufbauenden Simulation, d. h. Vorrausrechnung der zu erwartenden Ergebnisse, Abweichungen von den Zielwer- ten zu erwarten sein.
Ergänzend dazu kommt noch der Lerneffekt für dieses dynamische Modell aufgrund bereits durchgeführter Prozessabläufe.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.