DD151965A5 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der vakuumentgasung einer stahlschmelze - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Vakuumentgasung einer Stahlschmelze, bei dem der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze aus Messdaten kontinuierlich berechnet und waehrend der Vakuumentgasung gleichzeitig der Druck im Entgasungsgefaess und die Fliessgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefaess eingeblasenen Sauerstoffs in bestimmter Weise gesteuert werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens.
Description
Titel der Erfindung '
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Vakuument-. gasung einer Stahlschmelze
Anwendungsgebiet der Erfindung
' r
Die Anwendung der Erfindung erfolgt auf dem Gebiet der Stahlherstellung
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Die Vakuumentgasung wird allgemein zum Frischen von nichtrostendem Stahl und anderen hochlegierten Stählen eingesetzt. Der Grund dafür, daß hochlegierte Stähle zum Frischen vakuumentgast werden, liegt in der Tatsache, daß unter vermindertem Druck die Entkohlung des Stahls auf jeden gewünschten niedrigen Kohlenstoffgehalt möglich ist, ohne daß infolge der Oxidation im Stahl ein Verlust an Chrom auftritt. Auch im gewöhnlichen Stahl wird die Vakuumeritgasung immer häufiger angewendet. Das Ziel ist dabei eine .Kostensenkung und eine Qualitätsverbesserung der erhaltenen Endprodukte.
Die herkömmliche Vakuumentgasung erfordert in der Hauptsache "die folgenden drei manuell durchgeführten Verfahrensschritte: ' . (a) In bestimmten Abständen Entnahme einer Probe der Stahl- schmelze und Analyse des Gehalts der einzelnen Komponenten in der Stahlschmelze, insbesondere des Kohlenstoff gehalts; L -I
V2- -
(b) Einstellung des Drucks im Entgasungsgefäß auf einen
vorher festgelegten Wert in Abhängigkeit von dem Analysenwert des Kohlenstoffgehalts; (c) Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des zur Entkohlung in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs in Abhängigkeit vom Wert des Kohlenstoffgehalts.
Bei der Vakuumentgasung von hochlegiertem Stahl, wie nichtrostendem Stahl, wird der Kohlenstoffgehalt üblicherweise vor der Vakuumentgasung auf 0,40 bis 1,20 % begrenzt, um den Verlust von Chrom im Stahl infolge von Oxidation zu unterdrücken. Im Verlauf der Vakuumentgasung wird dieser Kohlenstoffgehalt auf -den im Endprodukt gewünschten Wert erniedrigt, beispielsweise auf 0,10 % oder darunter.
is -.. .· .; ' ... ..·.·· vr .
Auch im Fall von gewöhnlichem kohlenstoffhaltigem Stahl ist die Durchführung der Entkohlung im Vakuum durch Vakuumentgasung möglich. Dabei wird zur Entkohlung in der Stahlschmelze vorhandener freier Sauerstoff verwendet. Die Va- ^0 kuumentgasung wird in steigendem Maße dazu verwendet, die Menge an Ferromangän zu vermindern, die im Konverter infolge der Erhöhung des Kohlenstoffgehalts sowie des Anstiegs des Mangangehalts in der ausgeblasenen Stahlschmelze erforderlich ist. Ferner soll die erforderliche Menge an Descxi-
dierungsmittel, wie Aluminium, durch die Abnahme des Sauerstoff gehalts in der Stahlschmelze vermindert werden. Ein weiterer Zweck ist die Qualitätsverbesserung der erhaltenen Endprodukte. Unter diesen Umständen beginnt die Vakuumentgasung allgemein mit einer Stahlschmelze, in der der Kohlen-
stoffgehalt höher ist als derjenige des Endprodukts, in der Größenordnung von 0,03 bis 0,10 %. Der gewünschte Kohlenstoffgehalt wird durch die Vakuumentgasung entweder mit. oder· ohne Zuführung von Sauerstoff zur Entkohlung in das Entgasungsgefäß erreicht.
Bei der Vakuumentgasung von hochlegiertem Stahl oder gewöhnlichem Kohlenstoffstahl ist die quantitative Bestimmung des
Γ" · JRk ϋ>% Λ Λ «3 if
Kohlenstoffgehalts in der behandelten Stahlschmelze von wesentlicher Bedeutung. Sie dient der Feststellung des Endpunkts der Entkohlung und der Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß sowie der Einstellung der Strömungsgesclfwindig-
keit des zur Entkohlung in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs. Im herkömmlichen Verfahren wird die Bestimmung des Kohlenstoffgehaltsin der Stahlschmelze durch periodische Entnahme einer Probe der Stahlschmelze und Analyse dieser Probe durchgeführt.
.
In Fig. 1 ist das Gleichgewicht zwischen dem Kohlenstoff- und dem Chromgehalt'in einer Stahlschmelze für verschiedene Drucke dargestellt. Man erkennt daraus, daß im Bereich eines hohen Kohlenstoffgehalts in der Stahlschmelze kein Chromverlust infolge von Oxidation auftritt, auch wenn der Druck bis zu einem gewissen Grad ansteigt. Im Bereich geringen Kohlenstoffgehalts muß dagegen der Druck zur Verhinderung eines Chromverlustes infolge von Oxidation sehr niedrig gehalten werden.
. .
Andererseits ist es zur Verminderung der Menge an Stahl, die infolge des Spritzens der Schmelze an der Innenseite des Entgasungsgefäßes haftet, erforderlich, den Druck im Entgasungsgefäß zu erhöhen. Dieses Erfordernis steht im Widerspruch zu der für die Unterdrückung des Chromverlustes infolge von Oxidation geforderten Bedingung, Deshalb ist eine kontinuierliche Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß in Abstimmung mit dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze erforderlich, um einen Kompromiß zwischen den beiden einander
30entgegengesetzten Bedingungen zu erreichen. Diese Steuerung sollte beispielsweise anhand von Fig. 2 erfolgen, in der die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt verschiedener Stahlschmelzen und dem Druck im Entgasungsgefäß dargestellt ist.
Bei der Drucksteuerung in einem üblichen Entgasungsgefäß wird der gewünschte Druck durch manuelle Betätigung einer
Druckeinstellungseinrichtung an der Evakuierungsvorrichtung L
222
eingestellt, und zwar in Abhängigkeit von dem Analysenergebnis des Kohlenstoffgehalts in der Stahlschmelze, wie vorstehend unter (a) und (b) beschrieben.
In Bezug auf die Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs ist bekannt, daß bei kontinuierlicher Zuführung von gasförmigem Sauerstoff in die Stahlschmelze mit gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit die Entkohlung bei anhaltender Sauerstoffzufuhr so lange fortschreitet, bis der Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze auf einen bestimmten Wert abgesunken ist. Dies ist der Abschnitt, in dem die Geschwindigkeit der Entkohlung durch die Sauerstoffzufuhr bestimmt wird. In dem Bereich unterhalb des genannten Wertes nimmt die Entkohlungsgeschwindigkeit
^ in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze ab. In diesem Abschnitt wird die Geschwindigkeit der Entkohlung durch den Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze bestimmt. .
Dies bedeutet, daß ein Verlust an Chrom infolge von Oxidation auftreten kann, wenn bei der Vakuumentgasung eines hochlegierten Stahls, wie nichtrostender Stahl, die Zufuhr von gasförmigem Sauerstoff auch dann noch mit konstanter Geschwindigkeit fortgesetzt wird, wenn bereits der Abschnitt
' "
erreicht ist, in dem die Geschwindigkeit der Entkohlung vom Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze bestimmt wird. Unter diesen Umständen kann eine kontinuierliche Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs in Übereinstimmung mit dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze gemäß
Fig. 4 erforderlich sein, in der die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt einer Stahlschmelze und der Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauer stoffs dargestellt ist. Der Druck im Entgasungsgefäß entsprechend Fig. 4 kann unter Bezugnahme auf Fig. 2 festge-
Ow
legt werden-
r n 999 4
Sowohl bei hochlegiertem Stahl, wie nichtrostendem Stahl, als auch bei gewöhnlichem Kohlenstoff-Stahl, wird heute ein sogenanntes Selbstentkohlungsverfahren angewendet. Dabei wird, nachdem der Kohlenstoffgehalt einen Wert erreicht hat, der dem für das Endprodukt gewünschten Kohlenstoffgehalt plus 0,02 bis 0,06 % entspricht, überschüssiger freier Sauerstoff in der Stahlschmelze zur weiteren Entkohlung benutzt, um den gewünschten Kohlenstoffgehalt zu erreichen. Mit einem derartigen Verfahren kann die Menge an freiem Sauerstoff in der Stahlschmelze vermindert und als Folge davon auch die benötigte Menge an Desoxidationsmittel vermindert werden.
Bei der üblichen Sauerstoffzufuhr zur Vakuumentgasung ist jedoch eine manuelle Steuerung der Einstellung einer bestimmten öffnung eines Regelventils für die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs, der in das Entgasungsgefäß eingeblasen wird, auf der Grundlage des Kohlenstöffgehalts in der Stahlschmelze, wie er durch Analyse bestimmt worden ist, erforderlich. Eine manuelle Steuerung ist fer-
ner für das Schließen eines Sauerstoff-Absperrventils erforderlich, wenn der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze den gewünschten Wert erreicht hat.
Schließlich wird die Entnahme einer Probe der Stahlschmelze
üblicherweise in bestimmten Abständen durchgeführt. Sie erfordert etwa 7 Minuten vom Beginn der Probenentnahme b;Ls zur Festlegung des Analysenergebnisses. Es.besteht also eine beträchtliche Verzögerung im Zeitpunkt der Analyse. Dementsprechend muß die Festlegung der aktuellen Werte für die Komponenten der Stahlschmelze sowie von Zwischenwerten für diese Komponenten zwischen den in Abständen durchgeführten Probeentnahmen auf der Erfahrung des Bedienungspersonals beruhen. Eine genaue Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß und der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs ist dementsprechend schwierig durchzuführen und erfordert viel Mühe von Seiten des Bedienungspersonals. ·
L J
Γ ν .6- 22241ο
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Steuerung der Vakuumentgasung einer Stahlschmelze bereitzustellen. ,
Darlegung des Wesens der Erfindung : —.:·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Vakuumentgasung einer Stahlschmelze sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen, mit dem die vorstehend erwähnten Nachteile der herkömmlichen Arbeitsweise vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Steuerung der Vakuumentgasung»einer Stahlschmelze, wobei die Vakuumentgasung unter Einleiten von Sauerstoff in einem Entgasungsgefäß durchgeführt wird, gekennzeichnet dadurch, daß . man den Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze aus Meßdaten kontinuierlich berechnet und während der Vakuumentgasung gleichzeitig den Druck im Entgasungsgefäß und die Fließgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs derart steuert, daß eine vorgegebene Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Druck im Entgasungsgefäß und eine vorgegebene Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und der Fließgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenetf Sauerstoffs eingehalten werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren der genannten Art, gekennzeichnet dadurch, daß man den Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze durch Subtraktion des Kohlenstoffgehaltes in dem im. Verlauf der Vakuumentgasung evakuierten Gas von dem Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze vor der Vakuumentgasung berechnet. -
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren der genannten Art,
gekennzeichnet dadurch, daß man die Beziehungen zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Druck im Entgasungsgefäß und zwischen dem Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze und der Fließgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs entsprechend der Art des Stahls in getrennten Modellen vorher festlegt und bei der Durchführung der Vakuumentgasung je nach der Art des Stahls, der der Vakuumentgasung unterzogen werden soll, eines der Modelle auswählt
10
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren der genannten Art, gekennzeichnet dadurch, daß man die Beziehung zwischen • dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Druck in dem Entgasungsgefäß unter Berücksichtigung des Anhaftens von Stahl an der Innenseite des Entgasungsgefäßes infolge des Spritzens der Stahlschmelze vorher festlegt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren der genannten Art, gekennzeichnet dadurch, daß man den berechneten Kohlen-r stoffgehalt der Stahlschmelze mit dem Kohlenstoffgehalt vergleicht, den man durch gelegentliche Entnahme von Proben der Stahlschmelze im Verlauf der Vakuumentgasung und Analysieren der Proben erhält, und im Fall eines wesentlichen Unterschiedes zwischen dem berechneten und dem durch Analyse bestimmten Kohlenstoffgehalt den berechneten Kohlenstoffgehalt berichtigt.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung der Vakuumentgasung einer Stahlschmelze in einem Entgasungsgefäß (3) mit einer Einrichtung (1) .zum Evakuieren von Gasen aus dem Entgasungsgefäß (3) und einer Einrichtung (2) zum Einleiten von Sauerstoff in das Entgasungsgefäß (3), gekennzeichnet durch
a) einen Abgas-Strömungsiuesser (5) und einen Abgas-Analysa-' tor (6) in einer Leitung (4) zum Evakuieren der Gase aus dem Entgasungsgefäß (3),
b) einen Rechner (7) zur Berechnung des Kohlenstoffgehalts
der Stahlschmelze auf der Grundlage der von dem Strömungs-L . J
Γ ; ; -a-;
messer (5) und dem Analysator (6) ermittelten Werte,
c) einen Speicher (10) zur Speicherung der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Druck im Entgasungsgefäß (3) und der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Menge des eingeblasenen Sauerstoffs,
d) eine Einrichtung (8) zum Einstellen des mit der Evakuiereinrichtung (1) erzeugten Unterdrucks, .
e) eine Einrichtung (9) zum Einstellen der in das Gefäß (3) eingeblasenen Sauerstoffmenge und durch
f) eine Steuerungseinrichtung (11) zur Übermittlung von Signalen und eine .Einrichtung (9) zum Einstellen der Sauerstoffzufuhr in Abhängigkeit von den im Speicher (10) gespeicherten Beziehungen.
Fig. 1 zeigt in graphischer Darstellung das Gleichgewicht zwischen dem Kohlenstoff- und dem Chromgehalt in der Stahlschmelze bei verschiedenen Drucken.
^0 Fig. 2 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt verschiedener Stahlschmelzen und dem Druck im Entgasungsgefäß.
Fig. 3 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwi-
sehen dem Kohlenstoffgehalt einer Stahlschmelze und der Entkohlungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze bei Zufuhr von Sauerstoff. . .
Fig. 4 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwi-
sehen dem Kohlenstoffgehalt einer Stahlschmelze und der Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs. ,.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungs-35
form der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
L- ' - ; .· . . ·.. - ; - .. ' :.' : . . / . .-Ζ- . · '. ... - J
r . _ 9_ 222" 41© Ί
Fig. 6, sind schematische Darstellungen von Beispielen für 7 und 8 den Rechner, den Speicher und die Steuerungseinrichtung/ die in der Ausführungsform gemäß Fig. 5 verwendet werden
5
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in Fig. 5 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.
Die Steuerungsvorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Entgasungsgefäßes 3. zur Vakuumentgasung einer Stahlschmelze, die eine Einrichtung 1 zum Evakuieren von Gasen aus dem Entgasungsgefäß 3 und eine Einrichtung 2 zur Sauerstoffzufuhr einschließt, enthält einen Abgas-Strömungsmesser 5 und einen Abgas-Analysator 6, die in einer Leitung 4 zum. Evakuieren der Gase aus dem Entgasungsgefäß 3 angeordnet sind, ferner einen Rechner 7 zur Berechnung des Kohlenstoff gehalts der Stahlschmelze auf der Grundlage der durch den Strömungsmesser 5 und den Analysator 6 bestimmten Werte, einen Speicher 10 zur Speicherung der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Druck im Entgasungsgefäß 3 und der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs, außerdem eine Einrichtung 8 zum Einstellen des mit der Evakuiereinrichtung 1 erzeugten Unterdrucks, eine Einrichtung 9 zum Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs in der Einrichtung 2 zum Einblasen des Sauerstoffs, sowie eine Steuerungseinrichtung 11 zur Übermittlung von Signalen an die Einrichtung 8 zum Einstellen des
Unterdrucks und an die Einrichtung 9 zum Einstellen der Sauerstoffzufuhr in Abhängigkeit von Beziehungen zwischen dem Kohlenstoffgehalt und dem Druck und zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs.
. .
Ein Entgasungsgefäß 3 mit einer Einrichtung 1 zur Evakuierung und einer Einrichtung 2 zur Sauerstoffzufuhr ist be-
L . J
γ _ 10 .
kannt._ Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts in einer Stahlschmelze durch Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und der Komponenten des Abgases, die durch den Abgas-Strömüngsmesser 5 und den Abgas-Analysator 6, die in der Abgasleitung 4 des Entgasungsgefäßes 3 angeordnet sind, gemessen werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß 3 und der Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß 3 eingeblasenen Sauerstoffs auf die jeweils günstigsten Werte bereitgestellt. Die Einstellung erfolgt auf der Grundlage des Kohlenstoffgehalts der Stahlschmelze, wie er durch die vorstehend erwähnte Berechnung erhalten wird.
Zunächst soll das Verfahren zur Berechnung des Kohlenstoffgehalts der Stahlschmelze auf der Grundlage der StrÖmungs-^ geschwindigkeit und der Zusammensetzung des Abgases erläutert werden. ..·....
Die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases kann kontinuierlich gemessen werden. Der Strömungsmesser kann ein Blendenströmungsmesser (Standscheibenmesser) sein. Falls beträchtliche Änderungen in der Durchflußmenge auftreten, ist es wünschenswert, einen mehrstufigen Strömungsmesser vorzusehen. Bei der Analyse der Zusammensetzung des Abgases sind CO und CO- zur Erfassung des Kohlenstoffgehalts der Stahlschmelze die wichtigsten zu analysierenden Komponenten. Von Bedeutung ist ferner H-, das als ein Faktor zur Erstellung
Δ
ow einer Dichtekorrektur analysiert werden muß. Jedenfalls ist aber eine kontinuierliche und rasche Analyse des Abgases erforderlich.
Als Analysator zur Analyse von CO, CO- und H0 kommen alle · · δ δ
gebräuchlichen Geräte in Frage, beispielsweise Geräte von Hempel oder Orsat, Gaschromatographen, Analysegeräte auf dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeit und Infrarot-Spektrometer.
Γ - π - ' '
Bevorzugt ist die Verwendung eines Infrarot-Spektrometers mit hoher Ansprechgeschwindigkeit. Die Signale, die die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und die Analysenwerte für die Bestandteile des Gases enthalten, werden in den Rechner eingegeben, in dem der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze berechnet wird.
Das Verfahren zur Bestimmung des Gewichts des aus der Stahlschmelze entfernten. Kohlenstoffs und der Menge des noch in ihr enthaltenen Kohlenstoffs ausgehend von der Strömungsge-" schwindigkeit des Abgases und der Zusammensetzung dieses Gases ist beispielsweise in der JP-OS 15516/64 beschrieben. Der Kohlenstoffgehalt kann nach den folgenden Formeln berechnet werden
. · . ; . ' ' ';·.. ...
Das Maß der Entkohlung pro Zeiteinheit im Verlauf der Entgasung wird ausgedrückt durch:
C0% + CQ2 % 12
= : xQx ... (D
100 ' 22,4 .
Die integrale Entkohlung nach t min. wird ausgedrückt durch:
- . 12 . t C0% + CO2 %
Cw(kg) = J χ Q χ dt (2)
22,4 ο 100
und der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze nach t min. wird ausgedrückt durch: ^.
: '. 12 t C0% + CO2 %
Wi χ Ci x 10 / χ Q χ dt
22,4 ο 100
Ct{%) = = ' J
...' · . wi χ 103
In den vorstehenden Gleichungen bedeuten: L
2.2 2". 41
Q r Die Abgasdurchflußmenge nach der Temperatur- und
Dichtekorrektur in Nm3/min; Ci : Den Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze am Beginn
der Entgasung in %; Ct : Den Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze zur Zeit
t (min) nach dem Beginn der Entgasung in %; Cw : Die integrierte Entkohlung im Zeitpunkt t (min)
nach dem Beginn der Entgasung in kg; Wi : Die Masse der Stahlschmelze am Beginn der Entgasung·
in kg.
Die Abgas-Durchflußmenge nach Temperatur- und Dichtekorrektur wird unter Verwendung der nachstehenden Formeln (4) und (5) berechnet. Die Abgas-Durchflußmenge nach den erwähnten Korrekturen wird ausgedrückt durch
Tu Po . · po Q(Nm3/Std.) = Qi x J - χ — χ -^-— .... (4)
To Pu pn . :' '/' :' -:' ' :'· ' " -· . ' ·' " . .· ' '. . ' In vorstehender Gleichung (4) bedeuten:
Qi' : Die Abgas-Durchflußmenge. bestimmt mit dem Blenden strömungsmesser (Qi = Ky1AP/ m3/Std.); A^* : Den Druckunterschied an der Blende in kg/cm2;
To : Die Temperatur des Abgases bei der Geräteeichung in eC; . - jJ
Tu : Die Temperatur des Abgases im Betrieb in 0C; Po : Den Druck des Abgases bei der Geräteeichung in kg/cm2;
Pu : Den Druck des Abgases im Betrieb in kg/cm2; ρο : Die Dichte des Abgases bei der Geräteeichung in
ρu : Die Dichte des Abgases im Betrieb in kg/Nm3.
.' : . . ·.·.
1' Die Dichte des Abgases kann nach Formel (5) berechnet werdenr
pu = Vco χ pco + Vco2 χ pco2 + V„
ι- (1 - Vco - Vco2 - Vh2) χ pLuft (5)
In vorstehender Formel bedeuten:
Vco Vco,
pCO pCO2
PH2
Den CO-Gehalt im Abgas in Volumenprozent; Den CO~-Gehalt im Abgas in Volumenprozent; Den H0-Gehalt im Abgas in Volumenprozent;
Die Dichte von gasförmigem CO = 1,250 kg/Nm3;
Die Dichte von gasförmigem CO2= 1,977 kg/Nm3; Die Dichte von gasförmigem H2 =0,0899 kg/Nm3;
_ -. . Die Dichte von Luft = 1,293 kg/Nm3.
IVU 3Ct
Der Zeitaufwand für die Analyse des Abgases beträgt etwa 3 Sekunden für CO und CO2 und etwa 20 Sekunden für H2. Die gesamte für die Analyse erforderliche Zeit von der Entnahme der Probe des Abgases bis zum Anschluß der Berechnung des Kohlenstoffgehalts in der Stahlschmelze beträgt höchstens 30 Sekunden. Es ist somit möglich, die Bestandteile des Abgases kontinuierlich innerhalb beträchtlich kürzerer Zeit zu erfassen, als zur Durchführung der Probenentnahme und Analyse der Stahlschmelze im herkömmlichen Analyseverfahren erforderlich ist. S'-*·
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ferner der durch die vorstehend erläuterte Berechnung ermittelte Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze mit den Werten verglichen, die dadurch gewonnen werden, daß in Abständen Proben der Stahlschmelze im Verlauf der Vakuumentgasung entnommen und analysiert werden. Falls ein beträchtlicher Unterschied zwischen diesen Werten auftritt, wird der durch Berechnung bestimmte Kohlenstoffgehalt in Abstimmung mit diesem Unterschied korrigiert.
L J
Als nächstes;wird das Verfahren zur Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß 3 ausgehend vom Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze, wie er durch die Berechnung erhalten wird, sowie das Verfahren zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß 3 geblasenen Sauerstoffs erläutert.
' '- - '.- . · : .. · · .·· - '. ..... ' !' ' ' :·· "'
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß dadurch bewirkt, daß vorher die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Druck im Entgasungsgefäß (Fig. 2) in dem Speiclilr 10'fS^* speichert wird. Danach wird dem Speicher 10 ein Signal übermittelt, das den Wert des Kohlenstoffgehalts der Stahlschmelze wiedergibt, wie er durch die vorstehend erläuterte Berechnung zum Zeitpunkt t min. nach dem Beginn der Vakuumentgasung bestimmt wurde. Dieser bestimmte Kohlenstoffgehalt wird mit dem vorher im Speicher 10 gespeicherten · Wert verglichen. Sodann wird über die Steuereinrichtung 11 eine Anweisung zur Einstellung der Ventilöffnung an die Einrichtung 8 zur Druckeinstellung übermittelt. Dadurch wird
der Druck im Entgasungsgefäß 3 eingestellt. Das Verfahren zur Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß 3 durch Einstellung der Ventilöffnung der Einrichtung 8 zur Druckeinstellung ist in der JP-OS 1311/78 beschrieben. Danach wird
der gewünschte Druck durch Feineinstellung der Ventilöffnung 25
der Einrichtung 8 zur Druckeinstellung erhalten. Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren von dem in der vorgenannten JP-OS beschriebenen Verfahren Gebrauch gemacht.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs, der im Ver-
lauf der Vakuumentgasung der Stahlschmelze in das Entgasungsgefäß 3 eingeblasen werden soll, hängt von der Art der Stahlschmelze und von ihrem Kohlenstoffgehalt ab; vgl. die in Fig. 4 dargestellte Beziehung. Erfindungsgemäß wird die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze
und der Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Sauerstoffs gemäß Fig. 4 vor Beginn der Vakuumentgasung in dem Speicher
2.22 4ί6 .
- 15 - .. ..· . ' ;.
10 gespeichert. Der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze wird kontinuierlich von dem Rechner 7 erhalten. Somit wird die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs ausgehend vom derart erhaltenen Kohlenstoffgehalt und der vorher gespeicherten Beziehung zwischen Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Sauerstoffs bestimmt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Die Ventilöffnung der Einrichtung 9 zur Einstellung der Sauerstoffzufuhr wird demnach mittels einer Steuereinrichtung 11 eingestellt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Sauerstoffs gesteuert wird.
Wie vorstehend ausgeführt, wird die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Druck, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, und die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und der Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Sauerstoffs, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, in den jeweiligen, auf die Art des zu entgasenden Stahls bezogenen Modellen in dem Speicher 10 gespeichert. Der Druck in dem Entgasungsgefäß 3 und die Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß 3 eingeblasenen Sauerstoffs werden gleichzeitig automatisch^aus-. gehend von dem im Rechner 7 erhaltenen Kohlenstoff gehalt,, eingestellt. Der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze wird in kontinuierlicher Weise ermittelt. Eine Analysenverzögerung und damit eine Durchführung der Einstellung nach der subjektiven Meinung des Bedienungspersonals wird demnach vermieden, und die Einstellung kann in genauer Weise durchgeführt . werden.
. ·· . ..· . : ·. '· . .
- Ausführungsbeispiel
Zur Durchführung der Vakuumentgasung von 17-Cr-nichtrostendem Stahl werden 115 t Stahlschmelze, die im LD-Konverter gefrischt wurden, im Entgasungsgefäß gemäß der Erfindung be-
' . ··" .' ' ' - 16 - '
handelt. Die Zusammensetzung der Stahlschmelze vor Beginn der Entgasung ist in Tabelle I aufgeführt.
| Bestandteil | ^: c | 68 | Si | Mn | P | S | Cr |
| Gehalt, % | O, | 0,15 | 0,45 | 0,020 | 0,006 | 16,44 | |
Im Verlauf der Vakuumentgasung werden ein Abgas-Strömungsmesser und ein Abgas-Analysätor, die im Äbstrom des Strömungsmessers angeordnet sind,zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases.und zur kontinuierlichen Analyse des im Abgas enthaltenen CO, CO2 und H2 verwendet. Als Ana-
JC lysator wird ein Infrarot-Spektroraeter verwendet.
Es werden kontinuierlich erhalten: Die Werte der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die Messung mit dem Strömungsmesser; die Werte für die Zusammensetzung des Abgases durch die Bestimmung mit dem Analysator; der Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze durch Berechnung mit dem Rechner. Diese Werte werden in Abständen von 5 Minuten erhalten. Sie sind in Tabelle II zusammengefaßt.
20
- 17 -
| Zeit, min | Bestandteile Abgases, % | co2 | des | Dichte des Abgases, | Strömungsge schwindig | berechneter Kohlenstoff |
| CO | 30 | H2 4 | kg/Nm3 | keit des Ab gases, Nm3/Std. | gehalt der Stahlschmel ze, % | |
| 5 | 60 | 27 | 4 5 | 1,471 | 1 840 | 0,62 |
| IO | 62 | 23 | 5 | 1,450, | 1 930 | 0,53 |
| 15 | 70 | 20 | 5 | 1,419 | 1 97O | 0,43 |
| 20 | 73 | 20 | 5 | 1,397 | 1 72O | 0,33 |
| 25 | 72 | 21 | 5 | 1,397 | 1 070 | O, 25 |
| 30 | 70 | 22 | 5 | 1,405 | 930 | 0,22 |
| 35 | 66 | 27 | 5 | 1,414 | 850 | 0,16 |
| 40 | 61 | 30 | 4 | 1,450 | 760 | 0,07 |
| 45 | 55 | 40 | 3 | 1,454 | 690 | O,06 |
| 60 | 25 | 3 | 1,556 | 193 | O,O5 | |
| (Ein- gasung beendei | ||||||
| t) | ||||||
Dauer der Sauer stoffzufuhr: 3 bis 43 nun nach Beginn der Entgasung.
Ein Mikrocomputer mit einem Hauptspeicher von 4 kWorte wird als Rechner, Speicher und Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Kohlenstoffgehalts in der Stahlschmelze verwendet. Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung den Rechner für die Berechnung des Kohlenstoffgehaltes, der_in folgendem Mikrocomputer enthalten ist:
Hersteller: Typ: Kapazität:
Tokyo Shibaura Denki (Toshiba), Japan
TOSMIC 12A
28,5 kWorte (Hauptspeicher: 4 kWorte)
Die Analogeingaben enthalten diejenigen, die den Bestandteilen, der Strömungsgeschwindigkeit und der Temperatur des Abgases entsprechen, während zu den Digitaleingabeh die-
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jenigen gehören, die die Masse der Stahlschmelze, den prozentualen Kohlenstoffgehalt vor der Entgasung und den korrigierten prozentualen Kohlenstoffgehalt wiedergeben.
Die Fig. 7 und 8 zeigen in schematischer Darstellung die Einrichtung zur Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß und die Einrichtung 'zur Steuerung der Strömungsgeschwindig- keit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs. Diese Steuerungseinrichtungen sind ebenfalls in dem vorstehend genannten Mikrocomputer enthalten.
Die Beziehungen, die in den Fig. 2 und 4 dargestellt sind, sind in dem Speicher enthalten. Druck und Strömungsgeschwindigkeit der Sauerstoffzufuhr werden ausgehend von dem Modell für 17-Cr-nichtrostenden Stahl gesteuert. Zum Vergleich werden außerdem Probenentnahme und Analyse der Stahlschmelze gemäß dem üblichen Verfahren durchgeführt. Die Analysenergebnisse sind in Tabelle III zusammengefaßt. .
. Tabelle III : V
35
| N.Bestand teile, Zeit, \^ο min X^ | C | : si | Mn | P | S | Cr |
| 5 | 0,62 | O,15 | 0,43 | 0,021 | 0,006 | 16,45 |
| 10 | O,52 | O,15 | O,44 | 0,021 | 0,006 | 16,44 |
| 0,42 | ' 0,15 | O,43 | 0,020 | Ο,ΟΟδ | : 16*45 | |
| O,34 | O,15 | • 0,43 | 0,021 | 0,006 | 16,43 | |
| 0,26 | O,15 | ' 0,42 | 0,021 | . Ο,006 | 16,43 | |
| 15 | 0,20 | 0,15 | ; 0,42 | 0,020 | 0,006 | 16,44 |
| 20 | 0,14 | 0,15 | 0,41 | O,O2O | 0,006 | 16,44 . |
| 25 | 0,08 | 0,15 | 0,40 | 0,021 | Ο,ΟΟδ | 16,45 |
| 30 | 0,06 | O,30 | O,4O | O,O2O | O,OO6 | 16,45 |
| 35 | 0,05 | 0,31 | O,4O | O,O2O | 0,006 | 16,45 |
| 40 | ||||||
| 45 . | ||||||
| 6Ό ' | ||||||
| (Entgasung beendet) ... |
- I9 -
Tabelle III zeigt, daß die Werte für den Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berechnet werden (Tabelle II), innerhalb einer Abweichung von _+ O,O2 % mit den Werten für den Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze übereinstimmen, die durch Probenentnahme und Analyse der Proben der Stahlschmelze nach dem übliehen Verfahren erhalten werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten Werte des Kohlenstoffgehaltes in der Stahlschmelze sind demnach in hohem Maße verläßlich.
Außerdem können die Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß und die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs ausgehend von der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze und dem Druck und von der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze und der Strömungsgeschwindigkeit der Sauerstoffzufuhr automatisch und mit hoher Genauigkeit in Übereinstimmung mit einem vorher festgelegten Muster durchgeführt werden.
Claims (5)
1 f) eine Steuerungseinrichtung (11) zur Übermittlung von Signalen an die Einrichtung (8) zum Einstellen des Unterdrucks und an die Einrichtung (9) zum Einstellen der Sauerstoffzufuhr in Abhängigkeit von den im Speicher (10)
1. Verfahren zur Steuerung der Vakuumentgasung einer Stahlschmelze, wobei die Vakuumentgasung unter Einleiten von Sauerstoff in einem Entgasungsgefäß durchgeführt wird, g e -
; kennzeichnet, da..durch., daß man den Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze aus Meßdaten kontinuierlich be- ^ rechnet und während der Vakuumentgasung gleichzeitig den Druck im Entgasungsgefäß und die Flxeßgeschwxndigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs derart steuert, daß eine vorgegebene Beziehung zwischem dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Druck im Entgasungsgefäß und eine vorgegebene Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und der Flxeßgeschwxndigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs eingehalten werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, .daß
man den Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze durch Subtraktion des Kohlenstoffgehaltes in dem im Verlauf der Vakuumentgasung evakuierten Gas von dem Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze vor der Vakuumentgasung berechnet.
3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch,
:. daß man die Beziehungen zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Druck im Entgasungsgefäß und zwischen dem Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze und der Fließgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs entsprechend der Art des Stahls in getrennten Modellen vorher festlegt und bei der Durchführung der Vakuumentgasung je nach der Art des Stahls, der der Vakuumentgasung unterzogen werden soll, eines der Modelle auswählt.
Γ 222
4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß man die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt * der Stahlschmelze und dem Druck infdem Entgasungsgefäß un- ' ter Berücksichtigung des Anhaftens von Stahl an der Innenseite des Entgasungsgefäßes infolge des. Spritzens der Stahlschmelze vorher festlegt.
5. . Verfahren nach Punkt 1 oder-2, gekennzeichnet dadurch, : > ""7-·-. daß man den berechneten Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze mit dem Kohlenstoffgehalt vergleicht, den man durch gelegentliche Entnahme von Proben der Stahlschmelze im Verlauf der Vakuumentgasung und Analysieren der Proben erhält, und im Fall eines wesentlichen Unterschiedes zwischen dem berechneten und dem durch Analyse bestimmten Kohlenstoffge-
^ halt den berechneten Kohlenstoffgehalt berichtigt.
6. Vorrichtung zur Steuerung der Vakuumentgasung einer Stahlschmelze in einem Entgasungsgefäß (3) mit einer Einrichtung (1) zum Evakuieren von Gasen aus dem Entgasungs-
gefäß (3) und einer Einrichtung (2) zum Einleiten von Sauerstoff in das Entgasungsgefäß (3), gekennzeichnet durch
a) einen Abgas-Strömungsmesser (5) und einen Abgas-Analysator (6) in einer Leitung (4) zum Evakuieren der Gase aus
dem Entgasungsgefäß (3),
25
25
b) einen Rechner (7) zur Berechnung des Kohlenstoffgehalts
der Stahlschmelze auf der Grundlage der von dem Strömungsmesser (5) und d,em Analysator (6) ermittelten Werte,
c) einen Speicher (10) zur Speicherung der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Druck im Entgasungsgefäß (3) und der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Menge des eingeblasenen Sauerstoffs,
d) eine Einrichtung (8) zum Einstellen des mit der Evakuiereinrichtung (1) erzeugten Unterdrucks,
e) eine Einrichtung (9) zum Einstellen der in das Gefäß (3) eingeblasenen Sauerstoffmenge und durch
- 22--
5 gespeicherten Beziehungen.
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|---|---|---|---|
| JP8534279A JPS569319A (en) | 1979-07-05 | 1979-07-05 | Vacuum treatment controller for molten steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD151965A5 true DD151965A5 (de) | 1981-11-11 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DD22241680A DD151965A5 (de) | 1979-07-05 | 1980-07-04 | Verfahren und vorrichtung zur steuerung der vakuumentgasung einer stahlschmelze |
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|---|---|
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| DD (1) | DD151965A5 (de) |
| DE (1) | DE3025425C2 (de) |
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- 1980-07-04 NL NL8003885A patent/NL8003885A/nl active Search and Examination
- 1980-07-04 DE DE19803025425 patent/DE3025425C2/de not_active Expired
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| DE3025425C2 (de) | 1986-10-09 |
| NL8003885A (nl) | 1981-01-07 |
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| DE3025425A1 (de) | 1981-01-15 |
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