DE1433443A1 - Verfahren zur UEberwachung und Regel der Sauerstoffaufblasverfahren - Google Patents

Description

U33443

Beteiligung^ und Patentverwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung in Essen

•Verfahren zur Überwachung und

der Sauerstoffaufblasverfahren

Dr. Expl.

=_β1 w^ * ^{fft ein Vsrfatae}» ™* überwachung und selbsttätigen Regelung _{äer bei den Sa}uer₃tofi_aufblasve_rfahren zwi.ohen aem Metallbad, der Schlacke und der Gasphase ablaufenden Reaktionen.

Bei den Sauerstoffaufblasverfahren zur Stahlherstellung wird je naoh der Zusammensetzung des Bohoisens in 15 bia 25 Minuten da_B Roheisen mit 45 bis 65 Hm? pro Tonne Roheisen gefrischt, wobei ein teil des Sauerstoffs auoh in" lon» _{TQa Erz} zugegeben werden kann. Ausaer dem Kohlenstoff ^eeen Je naoh der a»««..^ _dea Roheisens weitere Γ!™¹¹¹¹⁸⁰"^{6 Be}eleitel_emente wie . .B. _Sili_zium,

; *»~-e«.. entfernt

Im wesentlichen werden diese Btoffe sl_{s Oxy}ie in die Schlafe überführt und dort abgebunden. Hierzu ist su-

■ nicht »τ von den thermodynamiachen öleichgewiohten, (J ^n «eentlich von der Reaktionsgeschwind^eit ab

. abhtogt. Bei der .Verarbeitung von _ZB hhh

Bei der .Verarbeitung von _Z.B. hochpho

ge» Hoheiaen muss di, Bildua_B einer geebneten So₁ laoT IT ^frÜh2eitig <«W-*~« -rden. Der Stoff austausch

T^nZmOhe """"■^ ^ka- *»- «le Zrdes au₈ dem Metallbad aufzeigenden Kh

_mlt dem Metallbad und der Sohlaoke 809813/0257 (

chemisch, und mechanisch in Wechselwirkung tritt und andererseits davon, ob der Sauerstoff unmittelbar oder über die Schlacke mit dem Metallbad reagiert und wie er sich auf die einzelnen Komponenten im Metallbad wie Kohlenstoff, Silizium, Phosphor, Eisen usw. aufteilt.

V/esentlich wirken z.B. neben der chemischen Zusammensetzung und der Temperatur des Metallbades sowie der chemischen Zusammensetzung der Schlacke und der Schlackenmenge die eigenschaften des Sauerstoffblasstrahles wie Impulsstromdicirite und Sauerstoffstromdichte im Auftreffbereich des Sauer&tcffstrahles auf das Metallbad ein. iiin kennzeichnendes Mass für die Schlackenbildung und die Reaktionen zwischen der Schlacke und dem Metallbad ist die Verteilung des auf das Metallbad aufgeblasenen Sauerstoffs auf die Reaktionen mit dem Kohlenstoff des Metallbades

O + 1/2 O
und G + O₂

und auf die übrigen Reaktionen, die im wesentlichen zu einer Abbindung des Sauerstoffs in der Schlacke führen, wenn man von Reaktionen wie z.U. der entschwefelung über die Gasphase absieht.

Als Kennzahl für die Verteilung des auf das Metallbad aufgeblasenen Sauerstoffs auf die verschiedenen Reaktionen kann man das Verhältnis der an den Kohlenstoff des Metallbades · pro Zeiteinheit abgebundenen SauerstoffLieiige dO /dt, die Oxydationsgesciiwindigkeit des Kohlenstoffs, zur pro Zeiteinheit aufgeblasenen Sauerstoffmenge dO-g/dt, den Drucksauerstoffstrom *

6_C = dü_c/dt : dO_B/dt - .dO_o/d0_B

einführen. Wird diese Kennzahl gleich eins, so bedeutet das, dass der gusanite aufgeblasene Sauerstoff mit dem Kohlenstoff des Metallbades reagiert; wird O_n kleiner als eins, so heisst das, dass hur ein Teil des aufgeblasenen Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff des Metallbades regaiert und der Rest in die Schlacke übergeht; wii;d schliesslich Ö_G L.rÖ&oer als eins,

80 9813/0257 -2- original inspected

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so reagiert der gesamte aufgeblasene Sauerstoff sowie zusätzlicher Sauerstoff aus der Schlacke, der dort z.B. zu einem früheren Zeitpunkt als Oxyd abgebunden und/oder in Form von Erz zugegeben worden ist, mit dem Kohlenstoff des Metallbades. Ist die Kennzahl 0_c zu jedem Zeitpunkt des Reaktionsablauf es bekannt, so kann sie zur überwachung und selbsttätigen Regelung der Sauerstoffaufblasverfahren bo- . nutzt werden.

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren zur Überwachung und selbsttätigen Regelung der bei den Sauerstoff auf blasverf aliren zwischen dem Metallbad, der Schlacke und der Ga&phase ablaufenden Reaktionen,*bei dem mit Hilfe der fortlaufend gemessenen und einem elektronischen Rechengerät übermittelten Werte des Drucksauerstoffstromes und des Abgasstromes sowie der chemischen liUsaomiensetzung des Abgases an Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Sauerstoff und Wasserstoff, eine Kennzahl 0 für die Verteilung des Sauerstoffs auf die im Reaktionsgefäss ablaufenden Reaktionen etwa naca folgender Gleichung 1 £

Too"

|o,766«00+1,266 (C0₂+Ü^K),234 H₂£-26,5ffl[

dü_B/dt

berechnet und zur überwachung und selbsttätigen Regelung des Reaktionsablaufes benutzt wird. In der Gleichung für die Kennzahl 0_Q bedeutet dabei dOg/dt die pro Zeiteinheit auf _; das Metallbad aufgeblasene Sauerstoff menge, den Drucksauer- ; stoffstrom, V den trockenen, auf Hormalbedingungen z.B. 0° C und 1 atm umgerechneten Abgasstrom und 00, GO₂, O₂ und H₂ die Volumenprozente von Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Sauerstoff und Wasserstoff des trockenen Abgases im Gasableitungssystem des Reaktionsgefasses# Der Wasserstui'fgehalt bracht j

er >

nur dann berücksichtigt zu werden, wenn/in, grbsserer Menge durch eine Reaktion von Kohlenmonoxyd mit v/asaerdampf im Gasableitungssystem vor der Gasprobenahme gebildet wird.

Die Sauerstoffverteilung kann durci And--rung des Abstandes zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfliehe und/oder des Druck sauer st off stromes, die btid^ auf dit Lupulsstrora-

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BAD ORIGINAL

dichte und die Sauerstoffstromdichte des Sauerstoffblasstrahles im Auftreffbereich einwirken, in weiten Grenzen während des Sauerstoffaufblasens verändert und auf einen für den metallurgischen Ablauf des Verfahrens günstigen Wert eingeregelt werden. Als weitere Regelungsgrö'sse verfügt man über die Zugabe von Zuschlagstoffen. Zur Regelung des Verfahrens wird in einsn Sollwertgeber ein Sollwert für die Kennzahl der

Sauerstoffverteilung 0_ eingegeben und auf die Impulsstromdichte mit Hilfe dieses Sollwertes für die Kennzahl der Sauer stoff verteilung 0_ der Drucksauerstoffstrom·und/oder der Abstand zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche und/oder die Zugabe der Zuschlagstoffe während des Verfahrensablaufes geregelt. Vorteilliafterweise wird der Sollwert für die Kennzahl der Sauerstoffverteilung 0_ von Hand oder durch Eingabe einer mit der Sauerstoffaufblaszeit veränderlichen Funktion in das elektronische Rechengerät eingestellt.

Ausser der Kennzahl der Sauerstoff-verteilung Q können noch weitere Messwerte Auskunft über den jeweiligen metallurglauben Zustand von Metallbad und Schlacke im Reaktionsgefäss geben. ü)s ist daher von Vorteil, die mit der Sauerstoff aufblaszeit veränderliche Funktion für den Sollwert der Kennzahl der Säuerstoffverteilung 0_ durch weitere Messwerte, z.B. die Temperatur des Metallbades, die Intensitäten bestimmter Frequenzen des Konvertergeräusches, die leitfähigkeit zwischen der elektrisch isoliert aufgehängten Sauerstoffblaslanze und dem Metallbad, die Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes ' bzw. die aus dem Metallbad abgebrannte Kohlenstoff menge, zu korrigieren. Da die Kennzahl der Sauerstoffverteilung 0. mit einer gewissen Anzeigeverzögerung, die überwiegend von der Geschwindigkeit des angewandten Gasanalyseverfalueie abhängt, erhalten" wird, ist es ferner vorteilhaft,- den Druisksauerstoffstrom, den Abstand der Blasdüse von der Metallbadoberfläche sowie die Zugabe der Zuschlagstoffe stufenweise zu regeln und nach jeder Regelungsstufe die Regelung in Abhängigkeit von der Zeit der jeweiligen Anzeigeverzögerung auszusetzen.

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W-'■ · ■ *

Die zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung verwendete Vorrichtung ist in der Zeichnung in Form eines Ausführungebeispieles sohematisch dargestellt.

über die Sauerstoffblaslanze 1 wird der Drucksauerstoff, der ■ · durch eien Pfeil 2 angedeutet ist, auf das im Konvertor 3 . ij ^: befindliche Metall-Sohlackenbad 4 aufgeblasen und reagiert

* dort vornehmlich mit den im Roheisen enthaltenen Begleit-

' :! elementen wie Kohlenstoff, Phosphor, Silizium usw. Die bei ' ·. der Reaktion dee Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff entstehen- - .den Konverterabgase, die durch Pfeile 5 angedeutet sind, ;. , werden in einer Gasfanghaube 6 aufgefangen und gelangen durcbj

•gekühlte Gaeableitungsrohre 7 z.B. in einen Abhitzekessel ' ', In weiteren Gaskühlanlagen 9 werden die verbrannten Abgase •J gekühlt und im Entstauber 10 entstaubt. Über ein Abgasgebläse 11 werden die gekühlten und gereinigten Abgase abgeführt.

• ; Die SauerstoffblaslaBjEe 1 ist mit einer Vorrichtung 12 zum

• Heben und Senken sowie einer Anzeigeeinrichtung 13 für die

_;| Iianzenstellung versehen. Der Zugabe der Zuschlagstoffe dient die Zugabβvorrichtung 14.

,-.· ..Die Sauerstoffkennzahl 0 ist durch, das Verhältnis von der

* ,-4>ro Zeiteinheit mit dem Kohlenstoff des Metallbadüs reagie-.'.-*► renden^Bauerstoffmenge dO_Q/dt, der Oxydationsgeschwindigkeit dea Kohlenstoffs, zu der pro Zeiteinheit auf das Metallbad aufgeblasenen Sauerstoffmenge dOg/dt, dem Drucksauerstoffstrom, definiertt

O₀ « d0_o/dt ί dO-g/dt « d0_o/d0_B

[ I Die Bestimmung des Drucksauerstoffstromes erfolgt in der mit einem beweglichen Verbindungsstück 15 mit üjt iü.uer,3d ff blaslanze 1 verbundenen Drucksauer et off leitun^ 1·' rlurcia oino Di'uokuiüssung bei 17, eine 'i'ompeivaturuiCosiU-u ;. i !.< uwl t.ino JJx.iJ'orünzdruclcniosBimf; bei 19. i)i· ' :ii';t;·-i. · ... . .-· (,-..: v/ui-

Ί.-u, wie durch l/foi.lo ",¹C .· u ·^r ·. <"*:".-; ι: ■ -^:: , "? ■ ..',,-■

BAD

Darin bedeutet? K eine Konstante_? V den trockenen, auf Kormalbedingungen (0° Ö und 1 atm) umgerechneten Abgasstromj 00 und GOg die Volumenprozente an Kohleninonoxyd und Kohlen- , dioxyd im trockenen Abgas | ^GO _rea ^{ui£a G0}2 red ^die Volumenprozente an Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd des Abgases im Konverter bevor Luft bei 26 zutritt.- ■

Die.Ermittlung des trockenen Abgasstromes V erfolgt in den ■Grasleitungsrohren 7 durch eine hinter dem Entstauber 10 angeordnete Druckmeßsteile 22, eine Temperaturmeßstelle 23 und eine Differenpi§listelle 24· Die dort gemessenen Werte des Abgasstromes werden, wie durch Pfeile 25 angedeutet, dem elektronischen [Rechengerät 21 elektrisch übermittelt _ö.

Die für die Berechnung der Oxydationges-chwindigkeit.des Kohlenstoffs des fiietallbades im Konverter 3 ohne den späteren Luftzutritt durch die Öffnung 26 zwischen der Gasfanghaube und dem Konverter 3 benötigte Abgasanalyse erfolgt, da die Probenahme im Konverter 3 selbst einen beträchtlicheii Aufwand erfordert_s durch eine Probenahme des^: Abgases aue den Grasleitungsrohr 7 vor dem Abhitzekessel 8 durch ein Probenahmerohr 2Te ¥äch der Entstaubung und Trocknung,.der Abgas-

·■■■■- ■■;■-.. - /XonleÄdiQxyaf.·

probe/ erfolgt deren Analyse auf Kohlenmonoxyd,/Säuerstoff und Wasserstoff in den Analysegeräten 28, von wo die ermittelten Werte mit einer Verzögerung/von"", etwa 1Q see, wie durch Pfeile 29 angedeutet _p ebenfalls dem■elektronischen Rechengerät 21 elektrisch übermittelt werden _o Bei den Ent stau -> bungsveifehren-s' bei denen die Verbrennung des im Abgas noch vorhandenen Kohlenmonoxyds vor der jjntstaubung weitgehend unterdrückt wird, ninmit der OO-G-ehalt zeitweise hohe Werte an,- während der O^-Gfehalt aus bei. 26 eingefallender Luft sehr gefirig wird·, "d-^fcu gtigcn M"ull g^ht.' Bei den Verfahrens die Mit VüllstcLudi^üi*"-Y-arbr-omaung des im Abgas enthaltenen yaä^ynd ■liUi'tuus.irLyhiUiö "".iiii- abraastrom arl^/^/ten,' Vi iuo CiO- ■>:.·'-,.': J^t £Sui ■.<:-. ^c riiig,· ■ a.b.. ?.;:;·? gob i: V -.",::! ^c! :^!.u >,.--■ -H /·■..·'■. ei· aii !Füll -rdrd. ■.,'■:. .\li-

BADOBIG[NAL

Abgas vorhandene Sauerstoffgehalt berücksichtigt und zur Korrektur der aus den Analysen gewonnenen 00- und C0₂-Werte herangezogen werden.

Da nach der Zündung des Druoksauerstoffstromes im Konverter 3 praktisch kein freier Sauerstoff mehr im Konverterraum ausserhalb des Sauerstoffblasstrahles vorhanden ist und ausserdem im allgemeinen die itfindringtiefe der durch die Öffnung 26 in den Konverter 3 einfallenden Luft nicht ausreicht, um wesentlich mit dem Metall-Schlackenbad 4 zu reagieren, erübrigt sich bei der Berechnung der Oxydationsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs eine Berücksichtigung derartiger Reaktionen. Ferner brauchen auch die Verunreinigungen des Drucksauerstoffströmes nicht berücksichtigt zu werden, da sie im allgemeinen gering sind.

Zusammen mit den Werten für Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Sauerstoff und Y/asserstoff aus den Analysegeräten 28 und einem als Rest bestimmten Stickstoffgehalt nach der Gleichung

00 + CO₂ + O₂ + H₂ + K₂ = 100 f₀

und dem aus der Luft stammenden Sauerstoff

» JT„'- Ό

O₉ (Luft, CO«) % —1707 - «ο - «ο

der mit Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd nachreagiert hat und unter Berücksichtigung einer Reaktion zwischen Wasserdampf und Kohlenmonoxyd im Abgassystem, erhält man die korrigierten Analyeenwerte

00+20ο (Luft..<

00

red

00

00

UoU

GO +
-20g (Luft,UO₂ν j

red

CO + 00,

100 und

100

Zusammen mit diesen beiden Gleichungen für ÖÖ , und GO_{n a} '

rea 2 red

sowie mit der Gleichung für die Oxydationsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs erhält mant ■ _s

dO_c/dt'. K.t (0,5.00 + CO₂ + O₂ - 0,5 H₂- 21/79-80 9813/02 57

• . β"; ν ■■■ . ■

oder zusammen "mit GO + GQ₀ + OW.+ H₉ + N₉ = 100 ^ wird 'dt = /K-V [θ,766«00+1,266 (00₂+0₂+0,234 H₂ )-26,_;582J

K)., 766 ·00+1,266 (G0₂+0|f0,234 E

und damit
1 ■

Durch Integration des Wertes

~" ^t2 '■

Γ (O₀ · ao_B/dt)'· dt -O

kann man die mit dem Kohlenstoff im Abgas in der^Zeit von t. bis to abgeführte Sauerstoffmenge O_n berechnen.'

Der für die-Stellung der Sauerstofflanze 1 in der Anzeigeeinrichtung13 angezeigte WeCt wird ebenso wie die anderen Messwerte dem elektronischen Rechengerät 21 elektrisch, übermittelt.-

Alle in das elektronische Rechengerät 21 eingegebenen Iiesswerte sowie die daraus berechneten Zwischen- und ilndwerte wie Drucksauerstoffstrom, Abgasmenge- und zusammensetzung usw. werden auf Anzeige-und Registriergeräten 30 fortlau- fend angezeigt bzw. aufgezeichnet.

Zur Regelung des Verfahrens wird in den Sollwertgeber 3.1 ein Sollwert für die Kennzahl der Sauerstoffverteilung 0 während des Sauerstoffaufblasens entweder von Hand oder mit

einer empirisch gewonnenen, von der Sauerstoffaufblaszeit abhängigen Funktion, wie durch einen Pfeil 32 angedeutet, eigegöben. Als zusätzliche Korrekturwerte für den Sollwert werden Messwerte 33 die über den jeweiligen metallurgischen· Zustand des Metall-Schlackenbades 4 im Konverter 3 Auskunft geben, wie z>.B*: .die !Temperatur des Metallbades, die Intensität bestimmter Frequenzen der Kenverterge raus ehe, die Iieitfähigkeit zwischen der elektris©33,-isoliert aufgehängten Sauerstoff blaslanze 1 und dem Metallbad, die Geschwindigkeit '■ des Kohlehstoffabbrahdes bzw. die aus dem Metallbad abgebrannte Kohlenstoffmenge, in den Sollwertgeber 31 eingegeben.

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Der Druoksauerstoffstrom wird mit dem Sauerstoffventil 34 Über den Regler 35, die Stellung der Sauerstoffblaslanze 1 mit 'der Heb- und Senkvorrichtung 12 über den Eegier 36 und die Zugabe der Zuschlagstoffe mit der Zugabevorrichtung. 14 über den Regler 37 gesteuert. In allen drei Fällen werden obere und untere Begrenzungswerte vorgegeben, wie es durch zusätzliche Pfeile 38 angedeutet ist.

Weil die Kennzahl für die Sauerstoffverteilung mit einer gewissen Verzögerung z.B. von 10 see angezeigt wirdj ist es günstig, die Sauerstoffblaslanze 1 stufenweise anzuheben bzw. abzusenken und/oder die Sauerstoffzufuhr stufenweise zu erhöhen bzw. zu drosseln. Bei der Zugabe der Zuschlag- I stoffe wird ebenso verfahren. Nach peeler Re ge lungs stufe setzt dann die Regelung für eine kurze Zeit z.B. 20 see aus, Wobei die Iiänge dieser Zeit eine Funktion der Anzeigever- . · zögerung ist.

Patentansprüche t

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Claims (2)

P a t e η t ans ρ· r ü. c h e

1. Verfahren zur Überwachung und selbsttätigen Regelung der bei den Sauerstoffaufblasvorfahren zwischen dem Metallbad* der Schlacke und der Gasphase ablaufenden Reaktionen, dadurch gekonnzeichnetj dass mit Hilfe der fortlaufend gemessenen und einem elektronischen Rechengerät' übermittelten Werte des Drucksauerstoffstromes und'des Abgasstromes eowie der chemischen Zusammensetzung des Abgases cm. Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Sauerstoff und Wasserstoff eineKennzahl 0_Q für die Verteilung des Sauerstoffs auf die im Reaktionsgefäss ablaufenden Reaktionen etwa nach folgender Gleichung ⁰C ⁼ TOCT■' dO /at¹—Ι?-'⁷⁶⁶'⁰⁰·*·¹"»-²⁶⁶ iWgÖ^Qt&A H₂/-26,"582j.

berechnet und zur Überwachung und selbsttätigen Regelung des Reaktionsablaufes benutzt wird»

2. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet_$ dass mit Hilfe eines Sollwertes für die Kennzahl der Sauerstoffver- . teilung Ö ' der Drucksauerstoffström und/oder der Abstand zwischen der Blasdüse /und der Met-ailbadoberfl_iäch@_: und/oder die Zugabe der Zuschlagstoffe-während des Verfahrensablaufes geregelt wirdo ·" . ■ , '

y. Verfahren nach Anspruch .2,· dadurch gekennzeichnet _$ dass, der Sollwert für die Kennzahl der Sauerstoffverteilung 0- von • Hand oder durch Eingabe einer mit der Säuerstoffaufblaszeit veränderlichen Funktion in das elektronische Rechengerät •eingestellt wird« '

4· Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die mit"der Sauerstoffaufblaszeit veränderliche Funktion für den Sollwert der'Kennzahl der SauerstoffVerteilung O₀ öxiroh weitere Me"ssweyt©_i."-z«B,""dis lemperatür des. Metairbades, die Intensität bosttoater l'reciueaKen des IConvertergeräuöches, die Leitfähigkeit zwtseh&n tlai;

.,'-1 8 0 9 8 13/ 0 2 57 bad

liert aufgehängten Sauerstoffblaslanze und dem Metallbad, · die Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes bzw. die aus dem Metallbad abgebrannte Kohlenstoffmenge, korrigiert wird.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich- ' net, dass der Drucksauerstoffstrom^ der Abstand zwischen der Blasdüse und der Metallbadoberfläche sowie die Zugabe dor Zuschlagstoffe stufenwel»e geregelt und nach jeder Regelungs-j stufe die liege lung in Abhängigkeit von der Zeit der jeweiligen An'zeige verzögerung ausgesetzt wird.

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