DE102014222788A1

DE102014222788A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln des Druckes im Abgaskanal eines Konverters

Info

Publication number: DE102014222788A1
Application number: DE102014222788.7A
Authority: DE
Inventors: Jörg Thomasberger
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-05-12
Also published as: EP3215642A1; WO2016071145A1; EP3215642B1; US20170335417A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Drucks im Abgaskanal eines Konverters in einem Stahlwerk mit einem Druckregelkreis. Um die Drucksollwertvorgabe für den Druckregelkreis derart zu optimieren, dass nicht unnötig viel Fremdluft über den Konvertermund angesaugt wird, sieht die Erfindung vor, den Drucksollwert zu ermitteln durch Adaption eines Rohwertes in Abhängigkeit des Ausmaßes der Qualm- oder Flammenbildung am Mund 120 des Konverters 100.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Druckes im Abgaskanal eines Konverters in einem Stahlwerk auf einen vorgegeben Drucksollwert durch geeignete Variation von Stellgrößen.
Im Stand der Technik für Konverterstahlwerke, insbesondere für jene Konverterstahlwerke, die über eine Abgasrückgewinnungsanlage verfügen, ist es bekannt, den Druck, genauer gesagt den Unterdruck im Abgaskanal zu regeln. Im Rahmen der Regelung wird der Ist-Druck an der Konverterhaube oder im Kesselbereich, d. h. im Kühlkamin, gemessen und mit einem vorgegebenen Drucksollwert verglichen. Je nach Prozessphase ändert sich die Verbrennung und somit auch der Ist-Druck im Konverter. Die bekannte Druckregelung arbeitet derart, dass wenn der Ist-Druck an einem der genannten Messpunkte steigt, die Saugleistung eines Sauggebläses im Abgaskanal erhöht wird und umgekehrt.
Da bei dem Betrieb des Konverterstahlwerkes die Personensicherheit an oberster Stelle steht und der Stahlwerksbetreiber insbesondere sicherstellen muss, dass das Bedienpersonal keine Kohlenmonoxid-Vergiftung erleidet, wird der vorgegebene Drucksollwert, genauer gesagt der vorgegebene Unterdrucksollwert traditionell aus Sicherheitsgründen bewusst zu niedrig vorgegeben, wodurch die Absaugleistung des Gebläses bewusst stärker eingestellt wird, als dies eigentlich erforderlich wäre. Das Erhöhen der Absaugleistung hat jedoch den Nachteil, dass nicht nur Prozessgase, sondern auch mehr Umgebungsluft in den Abgaskanal angesaugt wird, wodurch vermehrt Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid nachverbrennt und der Heizwert des Prozessgases deshalb erheblich sinkt. Um solche unerwünschten Nachverbrennungen zu minimieren ist in den meisten Konverterstahlwerken, insbesondere bei den Konverterstahlwerken mit Abgasrückgewinnung am Konvertermund ein variabel positionierbarer Stellring installiert, um die Menge der angesaugten Umgebungsluft beeinflussen zu können.
Die japanischen Druckschriften JP 1165712 und JP 58177412 offenbaren jeweils ein Verfahren, wonach der Öffnungsgrad des Konvertermundes am Übergang zu dem Abgaskanal gesteuert bzw. geregelt wird in Abhängigkeit des Ausmaßes der Flammenbildung am Konvertermund. Das Ausmaß der Flammenbildung wird mit Hilfe einer geeigneten Kamera in Form von Bildmaterial erfasst, welches zum Zweck der Steuerung oder Regelung im Hinblick auf das Ausmaß der Flammenbildung ausgewertet wird. Weiterhin offenbart die WO 2007/109875 A1 die Verwendung von Infrarotsensoren bzw. Filtern bei der Aufnahme des Flammenbildes am Konvertermund.
Bei der traditionellen Druck- bzw. Unterdruckregelung im Abgaskanal wird der Drucksollwert in Abhängigkeit der jeweils aktuellen Stellung bzw. des aktuellen Öffnungsgrades des Stellrings am Konvertermund vorgegeben. Dazu wird konkret die Öffnungsposition des Stellrings mit Hilfe einer Positionsmesseinrichtung erfasst und mit Hilfe einer Umrechnungseinrichtung in einen geeigneten Drucksollwert umgerechnet. Die Umrechnungseinrichtung ordnet dabei traditionell einfach die gemessenen Öffnungspositionen des Stellrings mit Hilfe seiner Umrechnungstabelle bestimmten Drucksollwerten zu. Eine solche einfache tabellarische Zuordnung von Öffnungspositionen des Stellrings zu Drucksollwerten liefert für den Zeitpunkt der Inbetriebnahme und der Erstellung dieser Tabelle in der Regel optimale Ergebnisse. Bei steigendem Konverteralter ändert sich jedoch die Drucksituation am Konverterbund. Diese ist unter anderem geprägt von Konverterverschleiß im Bereich des Konvertermundes. Dies hat zur Folge, dass die ursprünglich vorgenommene tabellarische Zuordnung nach einiger Zeit nicht mehr optimal ist und wieder eine erhöhe Falschluftverbrennung oder ein erhöhtes Ausqualmen von Prozessgasen erfolgt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren und eine bekannte Vorrichtung zum Regeln des Druckes im Abgaskanal eines Konverters dahingehend weiterzubilden, dass der Drucksollwert für die Druckregelung im Abgaskanal des Konverters auch unabhängig vom Alter bzw. den Betriebsstunden des Konverters stets optimal vorgegeben wird.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Konkret sieht dieses Verfahren zur Ermittlung des Drucksollwertes folgende Schritte vor:
Vorgeben eines Rohwertes für den Drucksollwert und Ermitteln des Drucksollwertes durch Adaption des Rohwertes in Abhängigkeit des Ausmaßes der Qualm- oder Flammenbildung am Mund des Konverters.
Der Begriff Rohwert meint im Rahmen der vorliegenden Beschreibung jenen für den Drucksollwert vorgegebenen Wert, der alleine, typischerweise mit Hilfe einer Umrechnungstabelle aus der erfassten Öffnungsposition des Stellrings am Konvertermund abgeleitet wird.
Die Erfindung sieht vorteilhafterweise vor, dass nicht einfach der Rohwert gemäß Umrechnungstabelle, sondern der Rohwert erst nach Adaption an das aktuelle Prozessgeschehen als Drucksollwert für die Druckregelung im Abgaskanal herangezogen wird. Konkret wird im Anspruch 1 beansprucht, dass die Adaption des Rohwertes in Abhängigkeit des Ausmaßes der Qualm- oder Flammenbildung am Mund des Konverters erfolgt. Diese beanspruchte Adaption bietet den Vorteil, dass der Drucksollwert auch aus Sicherheitsgründen nicht niedriger angesetzt werden muss, als dies in Abhängigkeit der aktuellen Prozesssituation im Konverter erforderlich wäre. Auf diese Weise wird der Fremdeintrag von Umgebungsluft durch den Konvertermund und damit die unerwünschte Nachverbrennung von Prozessgas minimiert.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird das Ausmaß der Qualm- oder Flammenbildung durch Auswerten von Bildmaterial ermittelt, welches die jeweils aktuelle Qualm- oder Flammenbildung am Mund des Konverters während des Konverterbetriebs darstellt. Bei der Auswertung des Bildmaterials wird die Qualmbildung der Flammenbildung gleichgesetzt. Es wird also nicht zwischen Qualmbildung und Flammenbildung unterschieden. Vielmehr wird alleine das Ausmaß der Qualm- oder Flammenbildung gegenüber einer Situation, bei der weder Qualm- noch Flammenbildung am Konvertermund stattfindet, bewertet.
Vorteilhafterweise werden bei der Auswertung des Bildmaterials im Wesentlichen nur Anteile im infraroten Spektralbereich ausgewertet und Störsignale im sichtbaren Spektralbereich unterdrückt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung, d. h. die Adaption des Rohwertes für den Drucksollwert ist die Auswertung des Bildmaterials im infraroten Spektralbereich völlig ausreichend; d. h. der sichtbare Spektralbereich kann ignoriert werden. Auf diese Weise kann Rechnerleistung für die Auswertung des Bildmaterials eingespart werden.
Konkret wird bei der Adaption der Rohwert vergrößert, wenn das Ausmaß der Qualm- oder Flammenbildung reduziert wird und umgekehrt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass der Rohwert nicht nur in Abhängigkeit des Ausmaßes der Qualm- oder Flammenbildung, sondern weiterhin auch durch eine zusätzliche Berücksichtigung der Menge des in den Konverter zugeführten aktiven Sauerstoffs adaptiert wird. Die Zufuhr von aktivem Sauerstoff in den Konverter erfolgt typischerweise auf zweierlei Weise: Zum einen durch Zufuhr über eine Blaslanze, insbesondere beim Frischen, und zum anderen durch Zufuhr von Eisenerz, in dem große Mengen von aktivem Sauerstoff gebunden sind, die aber während des Verbrennungsprozesses frei werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird die zugeführte Menge an aktivem Sauerstoff aus beiden Anteilen berechnet. Konkret wird im Rahmen der Adaption der Rohwert für den Drucksollwert verringert, wenn die Menge des zugeführten Sauerstoffs erhöht wird und umgekehrt.
Wie bereits oben erwähnt, wird der Rohwert für den Drucksollwert in Abhängigkeit des gemessenen Öffnungsgrades eines Stellrings oder einer Haube am Konvertermund vorgegeben.
Die Stellgrößen, die im Rahmen der Druckregelung variiert werden, um den Druck im Abgaskanal auf den vorgegebenen Drucksollwert konstant zu halten, dienen entweder zum alleinigen Ansteuern einer Klappe oder zum gleichzeitigen Ansteuern der Klappe und eines Sauggebläses in dem Abgaskanal.
Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin vorrichtungstechnisch durch eine Vorrichtung in einem Stahlwerk gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Die Vorteile dieser Vorrichtung entsprechen den oben mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Erfindung ist eine Figur beigefügt, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt.
Die Figur zeigt einen Konverter 100 zum Schmelzen von metallischem Gut 300, typischerweise Schrott oder Eisenerz. Der Konverter 100 besitzt an seinem oberen Ende einen Konvertermund 120 als Übergang zu einem Abgaskanal 110. In dem Abgaskanal 110 sind Klappen 112 und/oder ein Sauggebläse 114 angeordnet als Stellglieder zum Regeln des Druckes in dem Abgaskanal 110. Der Konvertermund 120 ist gegenüber der Umgebungsluft abgeschottet durch einen variabel positionierbaren Stellring 122. Der Öffnungsgrad des Stellrings ist z. B. mit Hilfe von Hydraulikzylindern 124 variabel einstellbar. Weiterhin ist eine Blaslanze 126 zu erkennen zum Zuführen von aktivem Sauerstoff in das Innere des Konverters. Soweit sind die beschriebenen technischen Elemente Stand der Technik und Gegenstand eines Stahlwerks.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Druckregelkreis 200 auf zum Regeln des Drucks in dem Abgaskanal 110 des Konverters 100. Die Regelung erfolgt auf einen vorgegebenen Drucksollwert P_Soll. Im Rahmen der Regelung wird der vorgegebene Drucksollwert verglichen mit dem jeweils aktuell von einer Druckmesseinrichtung 128 gemessenen Ist-Druck P_Ist am Konvertermund 120. Aus der Regeldifferenz zwischen dem Drucksollwert und dem Druckistwert (P_Soll minus P_Ist) ermittelt ein Regler geeignete Stellgrößen, d. h. Stellsignale für die Klappe 112 oder für die Klappe und das Sauggebläse 114 in dem Abgaskanal 110. Durch Veränderung der Stellung der Klappen 112 und/oder der Leistung des Sauggebläses 114 wird dann der Ist-Druck im Konvertermund an den vorgegebenen Drucksollwert P_Soll angepasst.
Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass der Drucksollwert P_Soll, wie er als Eingangsgröße für den Druckregelkreis 200 verwendet wird, durch Adaption eines vorgegebenen Rohwertes R für den Drucksollwert gebildet wird. Zur Ermittlung des Rohwertes ist zunächst eine Positionsmesseinrichtung 150 vorgesehen zum Erfassen der Öffnungsposition des Stellrings 122 am Konvertermund 120. Die so erfasste Öffnungsposition des Stellrings 122 wird in einer Umrechnungseinrichtung 160 mit Hilfe einer Tabelle in den Rohwert R für den Drucksollwert umgerechnet.
Weil jedoch die Umrechnungstabelle mit zunehmender Betriebsstundenzahl des Konverters keine optimale Ermittlung der Rohwerte mehr ermöglicht, wird erfindungsgemäße eine Adaption des besagten Rohwertes an die aktuelle Prozesssituation vorgesehen. Zu diesem Zweck ist zunächst eine Bilderfassungseinrichtung 130, typischerweise eine CMOS-Kamera, vorzugsweise mit einem Infrarotfilter, vorgesehen zum Erstellen von Bildmaterial, welches den Konvertermund und gegebenenfalls seine Umgebung während des Betriebs des Konverters zeigt. Insbesondere dient die Bilderfassungseinrichtung 130 zum Erfassen von Qualm- und Flammenbildung am Konvertermund 120. Das so gewonnene Bildmaterial wird von einer Bildauswerteeinrichtung 132 im Hinblick auf das Ausmaß der Qualm- oder Flammenbildung ausgewertet. Das so ermittelte aktuelle Ausmaß der Qualm- oder Flammenbildung wird einer Drucksollwert-Berechnungseinheit 210, auch Rohwert-Adaptionseinheit genannt, zugeführt, zum Berechnen des dem Druckregelkreis 200 zuzuführenden Drucksollwertes durch Adaption des Rohwertes. Anders ausgedrückt, führt die Drucksollwert-Berechnungseinheit 210 eine Adaption des ihr ebenfalls zugeführten Rohwertes in Abhängigkeit des Ausmaßes der Qualm- oder Flammenbildung am Konvertermund durch und ermittelt auf diese Weise den Drucksollwert P_Soll, welcher dem Druckregelkreis 200 als Eingangsgröße zugeführt wird.
Die Adaption des Rohwertes R lässt sich weiter optimieren, indem zur Adaption nicht zur das Ausmaß der Qualm- oder Flammenbildung, sondern zusätzlich auch die Menge des dem Konverter 100 zugeführten aktiven Sauerstoffs mit berücksichtigt wird. Zu diesem Zweck ist eine Sauer-Erfassungseinrichtung 140 vorgesehen zum Erfassen der Menge des in den Konverter zugeführten aktiven Sauerstoffs. Die Gesamtmenge des zugeführten Sauerstoffs setzt sich zusammen zum einen aus der über die Blaslanze 126 zugeführten Menge an Sauerstoff und zum anderen aus der über das Eisenerz zugeführten Menge an Sauerstoff, welcher in dem Eisenerz gebunden ist und im Rahmen der Verbrennung frei wird.
Bezugszeichenliste

100: Konverter
110: Abgaskanal
112: Klappe
114: Sauggebläse
120: Konvertermund
122: Stellring
124: Hydraulikzylinder
126: Blaslanze
128: Druckmesseinrichtung
130: Bilderfassungseinrichtung
132: Bildauswerteeinrichtung
140: Sauerstoff-Erfassungseinrichtung
150: Positionsmesseinrichtung
160: Umrechnungseinrichtung
200: Druckregelkreis
210: Drucksollwert-Berechnungseinheit
300: metallisches Gut
R: Rohwert für den Drucksollwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 1165712 [0004]
JP 58177412 [0004]
WO 2007/109875 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Regeln des Druckes im Abgaskanal (110) eines Konverters (100) in einem Stahlwerk auf einen vorgegebenen Drucksollwert durch geeignete Variation von Stellgrößen, gekennzeichnet durch folgende Schritte zur Ermittlung des Drucksollwertes: Vorgeben eines Rohwertes für den Drucksollwert; und Ermitteln des Drucksollwertes durch Adaption des Rohwertes in Abhängigkeit des Ausmaßes der Qualm- oder Flammenbildung am Mund (120) des Konverters.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmaß der Qualm- und Flammenbildung durch Auswerten von Bildmaterial ermittelt wird, welches die jeweils aktuelle Qualm- und Flammenbildung am Mund (120) des Konverters während eines Konverterbetriebs darstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung des Bildmaterials im Wesentlichen nur Anteile im infraroten Spektralbereich ausgewertet und Störsignale im sichtbaren Spektralbereich unterdrückt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksollwert ermittelt wird durch Vergrößerung seines Rohwertes, wenn das Ausmaß der Qualm- oder Flammenbildung reduziert wird, und umgekehrt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohwert weiterhin adaptiert wird durch eine zusätzliche Berücksichtigung der Menge des in den Konverter zugeführten aktiven Sauerstoffs.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohwert verringert wird, wenn die Menge des zugeführten Sauerstoffs erhöht wird, und umgekehrt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohwert für den Drucksollwert in Abhängigkeit des gemessenen Öffnungsgrades eines Stellrings (122) am Konvertermund (120) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgrößen entweder zum alleinigen Ansteuern einer Klappe (112) oder zum gleichzeitigen Ansteuern der Klappe (112) und eines Sauggebläses (114) in dem Abgaskanal des Konverters dienen.
Vorrichtung in einem Stahlwerk mit einem Konverter (100) zum Schmelzen von metallischem Gut (300), aufweisend: einen Druckregelkreis (200) zum Regeln des Drucks in dem Abgaskanal (110) des Konverters (100) auf einen vorgegebenen Drucksollwert durch geeignete Variation von Stellgrößen für Stellglieder (112, 114) in dem Abgaskanal, wobei dem Druckregelkreis (200) eine Drucksollwert-Berechnungseinheit (210) zugeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass eine Bilderfassungseinrichtung (130) vorgesehen ist zum Erstellen von Bildmaterial, welches den Konvertermund (120) und seine Umgebung während des Betriebs des Konverters zeigt; eine Bildauswerteeinrichtung (132) vorgesehen ist zum Ermitteln des Ausmaßes der Qualm- und Flammenbildung am Konvertermund (120) durch Auswerten des Bildmaterials; und die Drucksollwert-Berechnungseinheit (210) ausgebildet ist, den Drucksollwert zu berechnen durch Adaption eines vorgegebenen Rohwertes (R) für den Drucksollwert in Abhängigkeit des Ausmaßes der Qualm- und Flammenbildung am Mund (120) des Konverters (100).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Bilderfassungseinrichtung (130) um eine CMOS-Kamerasystem handelt, vorzugsweise mit IR-Filter.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoff-Erfassungseinrichtung (140) vorgesehen ist zum Erfassen der Menge des in den Konverter (100) zugeführten aktiven Sauerstoffs; und die Drucksollwert-Berechnungseinheit (210) weiterhin ausgebildet ist, den Drucksollwert zu berechnen durch Adaption des Rohwertes unter zusätzlicher Berücksichtigung der Menge des dem Konverter (100) zugeführten Sauerstoffs.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Konverter an seinem Mund (120) im Übergang zu dem Abgaskanal (110) einen variabel positionierbaren Stellring (122) aufweist zum Öffnen und Schließen des Konvertermundes (120); eine Positionsmesseinrichtung (150) vorgesehen ist zum Erfassen der Öffnungsposition des Stellrings am Konvertermund; und eine Umrechnungseinrichtung (160) vorgesehen ist zum Umrechnen verschiedener erfasster Öffnungspositionen in den Rohwert für den Drucksollwert.