DE1458827C2

DE1458827C2 - Verfahren zur automatischen Steuerung und Regelung des Prozeßablaufs beim Sauerstoffaufblasverfahren

Info

Publication number: DE1458827C2
Application number: DE19651458827
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Phys. Dr.-Ing. 8370 Regen; Winkler Dieter Dipl.-Ing. 7518 Bretten Maatsch
Original assignee: Fried. Krupp GmbH, 4300 Essen; Siemens AG, Berlin und München, 8000 München
Priority date: 1965-10-04
Filing date: 1965-10-04
Publication date: 1976-03-18

Description

B = K

(χ +α)²

40

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Angleichen des Istwertes der Größe für den metallurgischen Prozeßablauf an den zugehörigen Sollwert der Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche und zum Angleichen des Istwertes der Größe für den physikalischen Zustand des Abgases an den zugehörigen Sollwert der Druck-Sauerstoffstrom geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Änderung des Drucksauerstoffstromes der Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche so geändert wird, daß der Istwert der Größe für den metallurgischen Prozeßablauf erhalten bleibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Größe für den metallurgischen Prozeßablauf mit dem Ablauf des Frischprozesses geändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung in Abhängigkeit von der Zeit und/oder wenigstens einer veränderlichen Größe, z. B. die aufgeblasene Sauerstoffmenge, die Badtemperatur, die abgebrannte Kohlenstoffmenge, die Leitfähigkeit zwischen der elektrisch isoliert aufgehängten Blaslanze und dem Bad, das Konvertergeräusch, erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Größe für den physikalischen Zustand des Abgases während des Sauerstoffaufblasens konstant gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Größe für den physikalischen Zustand des Abgases in Abhängigkeit von der Zeit oder einer sich während des Sauerstoffaufblasens verändernden Größe geändert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Sauerstoffaufblasens bei geringem Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche auf diese ein geringer Drucksauerstoffstrom aufgeblasen wird und daß erst eine kurze Zeit nach der Zündung des Blasstrahls die Automatik zur Änderung des Abstandes der Blasdüse von der Badoberfläche und des Drucksauerstoffstromes eingeschaltet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verlöschen des Blasstrahls während des Sauerstoffaufblasens die Automatik zur Änderung des Abstandes' der Blasdüse von der Badoberfläche und des Drucksauerstoffstromes selbsttätig abgeschaltet wird.

Bei den Sauerstoffaufblasverfahren sind der Abstand der Blasdüse vom Bad und der Drucksauerstoffstrom, das ist die pro Zeiteinheit auf das Metallbad aufgeblasene Sauerstoffmenge, die wichtigsten Steuergrößen für den metallurgischen Prozeßablauf. Der Blasabstand und der Drucksauerstoffstrom bestimmen wesentlich die Temperatur und die Zusammensetzung des Gases beim Auftreffen auf der Badoberfläche und die Eindringtiefe des Blasstrahles in das Bad und damit die metallurgische Wirkung des Blasstrahles. Dringt, z. B. bei hohem Blasdruck und kurzem Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche, der Blasstrahl durch die Schlacke hindurch in das flüssige Metall ein, so wird die Entkohlung des flüssigen Metalls und gegebenenfalls sogar eine Reduktion der Schlacke gefördert. Kann der Blasstrahl die Schlacke nicht oder nur wenig durchdringen, so wird der Sauerstoff des Strahles überwiegend an die Schlacke abgegeben und dort abgebunden.

Bei den bekannten Verfahren zur Steuerung des Prozeßablaufs beim Sauerstoffaufblasverfahren werden allgemein der Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche und der Drucksauerstoffstrom auf Grund von Erfahrungswerten eingestellt und während der Blaszeit nach subjektiven Eindrücken, z. B. des Blasmeisters, bzw. nach meßtechnisch erfaßten Werten, wie die Intensität bestimmter Frequenzen des Konvertergeräusches u. dgl., von Hand korrigiert. Diese Art der Schmelzenführung erfordert ein hohes Maß an Erfahrung und Aufmerksamkeit von.Seiten des Bedienungspersonals und bedeutet eine wesentliche Unsicherheit, weil erst verhältnismäßig spät erkannt wird, ob z. B. die Änderung des Abstandes der Blasdüse von der Badoberfläche zu klein, richtig oder zu groß ist. Erschwerend tritt hinzu, daß die Wirkung einer Änderung des Abstandes der Blasdüse von der Badoberfläche und des Drucksauerstoffstromes auch von dem jeweiligen Zustand des Metall-Schlackenbades, wie Temperatur, vorhandene Schlackenmengen, Zusammensetzung des Metall-Schlackenbades, abhängt. Bei einer gleichzeitigen Änderung des Drucksauerstoff-

stromes und des Abstandes der Blasdüse von der Badoberfläche werden die Verhältnisse so unübersichtlich, daß sie vom Bedienungspersonal nicht mehr zu beherrschen sind. Hinzu kommt noch die Schwierigkeit, den Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche einigermaßen genau zu bestimmen, weil die eingefüllte Metallmenge von Schmelzen zu Schmelzen schwankt, und außerdem die Veränderungen des Zustands der Ausmauerung des Frischgefäßes verschieden hohe Badspiegel für gleiche Metallmengen bedingen.

Es ist bereits ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung der Sauerstoffaufblasverfahren vorgeschlagen worden (deutsche Patentanmeldung P 14 33 443.1), bei dem mit Hilfe der fortlaufend gemessenen und einem elektronischen Rechengerät übermittelten Werte des Drucksauerstoffstromes und des Abgasstromes, der pro Zeiteinheit abgeführten Abgasmenge, sowie der chemischen Zusammensetzung des Abgases an Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Sauerstoff und Wasserstoff eine Kennzahl für die Verteilung des Sauerstoffes auf die im Reaktionsgefäß ablaufenden Reaktionen berechnet und zur Überwachung und selbsttätigen Regelung des Reaktionsablaufes benutzt wird. Bei diesem Verfahren wird eine empirisch ermittelte Funktion für die Sauerstoffverteilung, die durch weitere Meßwerte beeinflußt werden kann, zur Überwachung und Steuerung des Reaktionsablaufes benutzt. Nach diesem Verfahren ist es jedoch nicht möglich, unabhängig voneinander die Sauerstoffverteilung und die im Frischgefäß sich bildenden Abgasmengen oder deren Wirkung zu regeln.

Ein Verfahren zur Beeinflussung des Schmelzverlaufs in einem bodenblasenden Konverter an Hand der laufend festgestellten Abgasanalyse ist bereits durch die deutsche Patentschrift 7 53 758 bekanntgeworden. Zweck dieses Verfahrens ist die Erzielung einer starken Badreduktion während der Entkohlungsperiode. Die Maßnahmen dieses Verfahrens bestehen in dem Vergleich der ermittelten Werte mit empirisch als günstig festgestellten Werten, wobei die Prozeßsteuerung in an sich bekannter Weise durch Änderung der Windzufuhr oder des Sauerstoffgehaltes des Windes erfolgt. Weil bei bodenblasenden Konvertern andere Voraussetzungen vorliegen, ist eine Übertragung der dabei vorgeschlagenen Maßnahmen auf die Sauerstoffaufblasverfahren nicht möglich.

Aus der belgischen Patentschrift 6 56 478 ist es bekannt, die Menge des zugeführten Sauerstoffs, die von den Bestandteilen des Metallbades gebunden ist, durch Aufstellen einer Sauerstoffbilanz aus der Abgasanalyse in jedem Zeitpunkt zu ermitteln. Durch ständige Integration soll die von den einzelnen Elementen des Metallbades abgebundene Gesamtsauerstoffmenge zu jedem Zeitpunkt des Prozesses festgestellt werden, wodurch der metallurgische Frischprozeß — insbesondere in bezug auf das Prozeßende — überwacht werden soll. Ein selbsttätiges Regelungsverfahren bzw. eine Lehre, wie eine selbsttätige Regelung erfolgen könnte, sind in dieser Patentschrift nicht offenbart.

Vorbekannt ist ferner ein Verfahren zur Bestimmung des Prozeßendes beim Sauerstoffaufblasverfahren, bei dem durch Differenzierung der Entkohlungsgeschwindigkeit die Entkohlungsbeschleunigung kontinuierlich ermittelt wird (belgische Patentschrift 6 53 544). Mit Hilfe einer für den zu erzeugenden Stahl charakteristisehen Entkohlungs-Kurve soll der Endkohlenstoffgehalt ermittelt werden. Eine selbsttätige Regelung ist nicht vorgesehen.

Gegenstand eines älteren deutschen Patents 12 90 557 ist auch der Vorschlag, zur Steuerung des Reaktionsablaufes beim Roheisenfrischen mit Sauerstoff die elektrische Leitfähigkeit der Gasatmosphäre zwischen der elektrisch isolierten Blaslanze bzw. einer Sonde und der Schmelze heranzuziehen. Eine gleichzeitige Regelung der Abgasmenge oder deren Wirkungen ist hierbei ebenfalls nicht möglich.

In einem bekannten Vorabdruck eines Beitrags des Vortragsprogramms der Internationalen Eisenhüttentagung in Amsterdam 1965, Verlag Stahleisen mbH, Düsseldorf, mit dem Titel »Neue Verfahren zur Überwachung und Steuerung des metallurgischen Ablaufes bei den Sauerstoffaufblasverfahren« von Maatsch, Borowski und Krainer, ist bereits darauf hingewiesen worden, daß ein für einen Prozeßrechner ausreichendes Modell mindestens zwei voneinander unabhängige, rückgemeldete Größen einbeziehen muß. Als Beispiel für eine derartige Größe ist die kontinuierlich gemessene Badtemperatur angegeben. Ferner wird gesagt, daß die Kohlenstoffabbrandgeschwindigkeit metallurgisch sehr unterschiedliche Prozeßabläufe kennzeichnen kann und daher für eine automatische Regelung des — metallurgischen — Verfahrens allein nicht ausreicht. Als besser geeignete Kenngröße wird die auch in der deutschen Patentanmeldung P 14 33 443.1 beschriebene Sauerstoffverteilung zwischen Abgas und Schlacke angegeben, während als einen ungenaueren metallurgischen Prozeßablauf anzeigende Größen die Temperatur bzw. die Strahlungsintensität der Konverterflamme und die Kohlendioxyd-, Sauerstoff- und Kohlenmonoxydgehalte im Abgas genannt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Eignung dieser Größen nur gegeben ist, wenn jeweils bestimmte Voraussetzungen, z. B. von Seiten des Entstaubungsverfahrens, erfüllt sind, während die Messung der Sauerstoffverteilung und der Kohlenstoffabbrandgeschwindigkeit sowie der Leitfähigkeit im Konverterraum und des Konverterschalles hiervon unabhängig sind. Alle in diesem Beitrag aufgezeigten Maßnahmen beziehen sich jedoch nur auf die Überwachung und Steuerung des metallurgischen Ablaufs bei den Sauerstoffaufblasverfahren, von einer gleichzeitigen Regelung der Abgasmenge oder deren Wirkungen ist in ihm ebenfalls nicht die Rede.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Sauerstoffaufblasverfahren in der Weise automatisch zu steuern und zu regeln, daß in bezug auf den metallurgischen Verlauf der Blasprozeß unter optimalen Bedingungen abläuft und daß gleichzeitig den besonderen Erfordernissen der verwendeten Abgasanlage entsprochen wird, ohne den metallurgischen Verlauf dabei wesentlich zu behindern. Unter diesen optimalen Bedingungen versteht man z. B. eine kurze Blaszeit, eine dem metallurgischen Ablauf zu jedem Zeitpunkt des Prozesses entsprechende Schlacke sowohl der Menge, Temperatur und Zusammensetzung nach, Vermeiden von Auswurf und Überschäumen, Erreichen der angestrebten Zusammensetzung und Temperatur des Metalls und der Schlacke bei einem Zwischenabschlacken und vor allem bei Prozeßende. Von seiten der Abgasanlage ist darüber hinaus eine möglichst konstante Abgasmenge über den gesamten Blasverlauf hinweg erwünscht.

Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem im Oberbegriff des Anspruches 1 wiedergegebenen Verfahren in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Dadurch wird erreicht, daß die metallurgischen Forderungen in möglichst kurzer Zeit erfüllt werden können und doch die Anlage zum Kühlen und Entstauben des Abgases auch bei verhältnismäßig geringer Größe nicht überlastet wird. Der physikalische Zustand des Abgases umfaßt auch die sich bildende Abgasmenge, die hauptsächlich vom Wert des Drucksauerstoffstromes abhängt.

Die Verwendung der Sauerstoffverteilung ermöglicht es, den Prozeßablauf sehr genau den metallurgischen Erfordernissen anzupassen, während der Abgaswärmestrom vor allem beim Ausnutzen der Abgaswärme, z. B. zur Dampferzeugung interessiert.

Die die metallurgische Blaswirkung ausdrückende Blaszahl B ist in etwa proportional der Sauerstoffverteilung Oc, wobei Störgrößen, wie Badtemperatur, Schlackenmenge u. dgl., diesen Zusammenhang beeinflussen. Die Konstanten K und a hängen von der verwendeten Blasdüse, z. B. Einlochdüse, Mehrlochdüse, Zylinderdüse u. dgl., und der gewählten Dimension der Blaszahl B ab. Mit der Blaszahl ßist ein Zusammenhang zwischen der aus den Meßwerten berechneten Sauerstoffverteilung Oc, die für den metallurgischen Prozeßablauf charakteristisch ist, und den Stellgrößen, d. h. der Stellung der Blaslanze und dem Drucksauerstoffstrom, geschaffen. Da a oft sehr klein gegenüber at ist, genügt es in vielen Fällen, die Blaszahl B in der vereinfachten Form

darzustellen. Wie aus der Gleichung für die Blaszahl B hervorgeht, wirkt sich eine Änderung, beispielsweise eine Verdoppelung, des Abstandes der Blasdüse von der Badoberfläche auf den metallurgischen Prozeßablauf anders aus als eine entsprechende Änderung des Drucksauerstoffstromes.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird gemäß dem nichtlinearen Verhalten des Sauer-Stoffaufblasprozesses zum Angleichen des Istwertes der Größe für den metallurgischen Prozeßablauf an den zugehörigen Sollwert der Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche und zum Angleichen des Istwertes der Größe für den physikalischen Zustand des Abgases an den zugehörigen Sollwert der Drucksauerstoffstrom geändert. Dadurch wird eine günstige, gleichzeitig auf die unterschiedlichen Wirkungen der Änderungen des Abstandes der Blaslanze von der Badoberfläche und des Drucksauerstoffstromes gezielte Einregelung der Sauerstoffverteilung und des Abgasstromes erreicht.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß bei einer Änderung des Drucksauerstoffstromes der Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche so geändert wird, daß der Istwert der Größe für den metallurgischen Prozeßablauf erhalten bleibt. Die mit der Änderung des Drucksauerstoffstromes verbundene Änderung der Blaswirkung muß demgemäß nicht erst über den Blasprozeß und das Regelsystem durch einen zusätzlichen Regelvorgang ausgeregelt werden.

Vorteilhaft ist ferner, wenn der Sollwert der Größe für den metallurgischen Prozeßablauf mit dem Ablauf des Frischprozesses geändert wird. Dies ermöglicht eine optimale Anpassung an die metallurgischen Erfordernisse.

Die Änderung kann weiterhin in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von der Zeit und/oder wenigstens einer veränderlichen Größe, z. B. die aufgeblasene Sauerstoffmenge, die Badtemperatur, die abgebrannte Kohlenstoffmenge, die Leitfähigkeit zwischen der elektrisch isoliert aufgehängten Blaslanze und dem Bad, das Konvertergeräusch, erfolgen. Die Änderung kann auf Grund von Erfahrungswerten eingestellt werden. Insbesondere beim Frischen von Roheisen mit einem hohen Phosphorgehalt ist die Bildung einer Schaumschlacke erwünscht. Ein zu hoher Schlackenstand und ein Überschäumen sind jedoch unerwünscht. Besonders vorteilhaft erfolgt die Änderung daher in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit zwischen der elektrisch isoliert aufgehängten Blaslanze und/oder dem Konvertergeräusch, die beide ein Maß für den Stand der Schaumschlacke darstellen.

Als weitere vorteilhafte Möglichkeit, die Blasdauer kurz zu halten, ohne die Abgasanlage zu überfordern, die im allgemeinen die Begrenzung für die Größe für den Drucksauerstoffstrom bzw. des hiervon abhängigen Abgasstromes darstellt, wird der Sollwert der Größe für den physikalischen Zustand des Abgases während des Sauerstoffaufblasens konstant gehalten. Auf diese Weise wird der größtmögliche Abgasstrom nicht überschritten, er wird aber während der gesamten Blasdauer angestebt.

Es ist jedoch auch möglich, daß der Sollwert der Größe für den physikalischen Zustand des Abgases in Abhängigkeit von der Zeit oder einer sich während des Sauerstoffaufblasens verändernden Größe geändert wird. Dies kann z. B. aus metallurgischen Gründen erwünscht sein. Es ist möglich, Werte zu verwenden, die sich mit der Zeit und/oder der aufgeblasenen Sauerstoffmenge und/oder der Badtemperatur und/oder dem Fortschreiten des Kohlenstoffabbrandes verändern. So kann für die Geschwindigkeit des Kohlenstoffabbrandes — und bei konstantem Abgasstrom mit voller Verbrennung des Abgases auch für den CCh-Gehalt — ein bestimmter einzuhaltender Wert vorgegeben werden.

Wegen der großen Geschwindigkeit, mit der alle Vorgänge beim Sauerstoffaufblasverfahren ablaufen, wird die Angleichung der Istwerte an die Sollwerte mit Hilfe einer Automatik vorgenommen. Dabei wird vorteilhafterweise zu Beginn des Sauerstoffaufblasens bei geringem Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche auf diese ein geringer Drucksauerstoffstrom aufgeblasen und erst eine kurze Zeit nach der Zündung des Blasstrahles die Automatik zur Änderung des Abstandes der Blasdüse von der Badoberfläche und des Drucksauerstoffstromes eingeschaltet. Dadurch werden die bei einer wiederholten Zündung oft explosionsartig ablaufenden Zündvorgänge vermieden.

Dabei ist es günstig, wenn bei Verlöschen des Blasstrahls während des Sauerstoffaufblasens die Automatik zur Änderung des Abstandes der Blasdüse von der Badoberfläche und des Drucksauerstoffstromes selbsttätig abgeschaltet wird.

Eine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendete Einrichtung ist in der Zeichnung in Form eines Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt und nachstehend an Hand dieser Darstellung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Anlage zur Stahlherstellung nach dem Sauerstoffaufblasverfahren mit den zur Steuerung und Regelung des Abstandes der Blasdüse von der Badoberfläche und des Drucksauerstoffstromes verwendeten Einrichtungen und

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung zur Regelung der Sauerstoffverteilung und des Abgaswär-

mestromes durch die Stellung der Blaslanze und den Drucksauerstoffstrom.

Über die Blaslanze 1 wird Drucksauerstoff, der durch einen Pfeil 2 angedeutet ist, auf das in einem Konverter 3 befindliche Roheisen-Schlackenbad 4 aufgeblasen. Der Sauerstoff reagiert dort vornehmlich mit den im Roheisen enthaltenen Begleitelementen wie Kohlenstoff, Phosphor, Silizium usw. Die bei der Reaktion des Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff entstehenden Abgase, die durch Pfeile 5 angedeutet sind, werden in einer Gasfanghaube 6 aufgefangen und gelangen durch gekühlte Gasableitungsrohre 7 z. B. in einen Abhitzekessel 8. In weiteren Gaskühlanlagen 9 werden die verbrannten Abgase gekühlt, in einem Entstauber 10 werden sie entstaubt. Über ein Abgasgebläse 11 werden die gekühlten und gereinigten Abgase abgeführt.

In den Gasableitungsrohren 7 sind hinter dem Entstauber 10 eine Druckmeßstelle 12, eine Temperaturmeßstelle 13 und eine Differenzdruckmeßstelle 14 vorgesehen. Die dort gemessenen Werte des Abgasstromes werden, wie durch Pfeile 15 angedeutet, einem elektronischen Rechengerät 16 elektrisch übermittelt. Sie dienen der Ermittlung des trockenen Abgasstromes V.

Die für die Berechnung der Sauerstoffverteilung auf Abgas und Bad im Konverter 3 benötigte Abgasanalyse erfolgt, da die Probenahme im Konverter 3 selbst einen beträchtlichen Aufwand erfordert, durch eine Probenahme des Abgases aus dem Gasleitungsrohr 7 vor dem Abhitzekessel 8 durch ein Probenahmerohr 17. Nach der Entstaubung und Trocknung der Abgasprobe erfolgt deren Analyse auf Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserstoff in den Analysegeräten 18, von wo die ermittelten Werte, wie durch Pfeile 19 angedeutet, ebenfalls dem elektronischen Rechengerät 16 elektrisch übermittelt werden.

In der Drucksauerstoffleitung 21, die über ein bewegliches Verbindungsstück 20 mit der Blaslanze 1 verbunden ist, erfolgt eine Druckmessung bei 22, eine Temperaturmessung bei 23 und eine Differenzdruckmessung bei 24. Die ermittelten Meßwerte werden, wie durch den Pfeil 25 angedeutet, dem elektronischen Rechengerät 16 elektrisch übermittelt. Sie dienen der Bestimmung des Drucksauerstoffstromes dOe/dt.

Die ferner zur Steuerung und Überwachung des Prozeßablaufs verwendeten Werte der Leitfähigkeit zwischen der elektrisch isoliert aufgehängten Sauerstoffblaslanze 1 und dem Metall-Schlackenbad 4, der Intensität der Konvertergeräusche und der Intensität der Flammenstrahlung an der Mündung des Konverters 3 werden mittels einer Leitfähigkeitsmeßeinrichtung 26, einer Mikrofonsonde 27 und einem Pyrometer 28 gemessen und, wie durch Pfeile 29 angedeutet, in das Rechengerät 16 eingegeben.

Der Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche bzw. die Stellung der Blaslanze 1 wird bei 30 gleichfalls gemessen und, wie durch Pfeil 31 angedeutet, in das Rechengerät 16 eingegeben.

In dem Rechengerät 16 werden, wie aus dem in F i g. 2 dargestellten Beispiel hervorgeht, aus den gemessenen Werten des Abgases und des Drucksauerstoffs die Ist-Werte für die Sauerstoffverteilung Oc und den Abgaswärmestrom O berechnet und mit den zugehörigen vorgegebenen Sollwerten verglichen.

Für die Sauerstoffverteilung gilt dabei die Gleichung

o, =

100 dO_B/di

+ ■ [0,766 · CO + 1,266 (CO₂ + O₂) - 0,234 · H₂ - 26,582].

In dieser Gleichung bedeutet Oc die Sauerstoffverteilung, V den trockenen, auf Normalbedingungen, d. h. 0⁰C und eine Atmosphäre, umgerechneten Abgasstrom, dOe/dt den Drucksauerstoffstrom und CO, CO2,02 und H2 den Gehalt des Abgases an Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd, Sauerstoff und Wasserstoff in Volumprozenten. Die Sauerstoffverteilung Oc bezeichnet demgemäß das Verhältnis der im Abgas pro Zeiteinheit abgeführten Sauerstoffmenge zu dem Drucksauerstoffstrom, also zu der pro Zeiteinheit auf das Metallbad aufgeblasenen Sauerstoff menge. Ist Oc = 1, reagiert der gesamte aufgeblasene Sauerstoff mit Kohlenstoff und wird im Abgas abgeführt. Ist Oc < I₁ wird ein Teil des aufgeblasenen Sauerstoffs in der Schlacke abgebunden. Ist Oc > I₁ reagiert mehr Sauerstoff als aufgeblasen wird; der Mehranteil an Sauerstoff stammt entweder aus der Schlacke, in der dieser gespeichert war, oder von dem Metallbad zugesetztem Erz od. dgl.

Der Abgaswärmestrom wird nach der Gleichung

Q = ö_c ■ -~ · [(α + b) ■ CO_red + c ■ CO_2red]

berechnet. In dieser Gleichung bedeutet Q den Abgaswärmestrom, Oc die Sauerstoffverteilung, dOe/dt den Drucksauerstoffstrom und COred und CCtered die Kohlenmonoxyd- und Kohlendioxyd-Anteile in Volumprozenten des im Frischgefäß gebildeten Abgases, die aus den in der Abgasleitung ermittelten Meßwerten errechnet werden können. Die Werte a und c stellen Werte für die mittlere fühlbare Wärme der Abgasanteile dar, und der Wert b berücksichtigt die Wärme aus der Reaktion CO + V2O2 -* CO2.

In einem Proportional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler) 34 wird aus dem errechneten Istwert und dem vorgegebenen Sollwert für die Sauerstoffverteilung Oc die Abweichung ermittelt und daraus das Ausgangssignal für die Blaszahl B gebildet. In entsprechender Weise ermittelt ein Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) 35 aus dem errechneten Istwert und dem vorgegebenen Sollwert für den Abgaswärmestrom Q die Abweichung und bildet daraus das Ausgangssignal für den Drucksauerstoffstrom dOeldt.

Der derart ermittelte gewünschte Wert für den Drucksauerstoff strom dOe/dt wird auch in einen Dividierer 36 eingegeben, in den ferner aus dem PID-Regler 34 die Blaszahl B eingegeben wird und in dem das Quadrat für den Abstand χ der Blasdüse von der Badoberfläche berechnet wird. In einem dem Dividierer 36 nachgeschalteten Radizierer 37 wird darauf der Sollwert für den Abstand χ der Blasdüse von der Badoberfläche berechnet.

Die für den Abstand χ der Blasdüse von der Badoberfläche und den Drucksauerstoff strom dOeldt errechneten Werte lösen Signale aus, mit denen die Stellung der Blaslanze 1, also der Abstand χ der Blasdüse von der Badoberfläche, über einen Motor 32 und die öffnung eines Ventils 33 für den Drucksauerstoffstrom geregelt werden, das in der Drucksauerstoffleitung 21 angeordnet ist.

Um unabhängig vom jeweiligen Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche und dem jeweiligen

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Drucksauerstoffstrom Störungen, wie z. B. Änderungen des Metallbades und der Schlacke in der Temperatur, Zusammensetzung, physikalischen Beschaffenheit und Menge, gleich gut ausregeln zu können, wird in vorteilhafter Weise das nichtlineare Verhalten des Sauerstoffaufblasverfahrens, wie es durch die Gleichung für die Blaszahl B ausgedrückt wird, durch ein diesem Verhalten angepaßtes Regelsystem für den gesamten Bereich der Stellung der Blasdüse und des Drucksauerstoffstromes vollständig oder zumindest näherungsweise kompensiert.

Durch die Verknüpfung der Blaszahl ßdes Drucksauerstoffstromes άθβ/dt im Dividierer 36 wird eine Entkopplung zwischen der Sauerstoffverteilung Oc und dem Abgaswärmestrom perreicht, wodurch es möglich ist, den Drucksauerstoffstrom zu ändern, ohne daß sich dadurch eine Änderung der Blaswirkung ergibt, die andernfalls über den Prozeß und das Regelsystem durch einen zusätzlichen Regelvorgang ausgeregelt werden müßte.

Zu Beginn des Sauerstoffaufblasens wird mit einem geringen Drucksauerstoffstrom, z. B. < 2 NmVMin. f, und bei geringem Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche der Prozeß eingeleitet und erst eine kurze Zeit, z. B. 20 Sekunden, nach der Zündung des Blasstrahls die Automatik zur Änderung des Abstandes der Blasdüse von der Badoberfläche und des Drucksauerstoffstromes eingeschaltet. Die Zündung kann an Hand der elektrischen Leitfähigkeit zwischen der elektrisch isoliert aufgehängten Blaslanze und dem Bad, die bei der Zündung ansteigt, und/oder der Helligkeit vor der Mündung des Frischgefäßes und/oder der Abgasanalyse bzw. der aus dieser berechneten Werte festgestellt werden. Mit Hilfe dieser Werte kann auch ein Verlöschen des Blasstrahles während des Blasprozesses festgestellt werden. Bei Verlöschen des Blasstrahles während des Blasprozesses schaltet die Automatik selbsttätig aus, und die Zündung wird neu eingeleitet.

Ferner wird zu Beginn des Sauerstoffaufblasens zunächst für die Bildung einer Schlacke ein Sollwert Oc < 1 eingestellt. Für das Halten der Schlackenmenge wird Oc = 1 und für die Reduktion einer Schlacke, z. B. vor dem Abschlacken, Oc > 1 eingestellt. Für den Aufbau einer Schaumschlacke, die z. B. bei der Verarbeitung von Roheisen mit hohem Phosphorgehalt erwünscht ist, wird demgemäß zunächst z. B. Oc = 0,6 eingestellt. Da die Schaumschlacke nur dann gut entphosphort, wenn sie so hoch steht, daß die Blasdüse eintaucht, ein zu hoher Schlackenstand und ein Überschäumen aber nicht erwünscht sind, wird der Sollwert für Oc > 1 gesetzt, wenn die Schaumschlacke die Blaslanze 1 erreicht hat.

Das neue Verfahren zur Steuerung und Regelung der Einstellung des Abstandes der Blasdüse von der Badoberfläche und des Drucksauerstoffstromes beim Sauerstoffaufblasprozeß gestattet es, den Blasprozeß zu jedem Zeitpunkt in bezug auf die metallurgischen Erfordernisse und gleichzeitig in bezug auf die im Frischgefäß gebildete Abgasmenge oder deren Wirkungen optimal zu führen, wobei der tatsächliche Abstand der Blasdüse von der Badoberfläche nicht bekannt zu sein braucht. Mit Hilfe des neuen Verfahrens ist es fernerhin möglich, den Prozeß so zu führen, daß bei gegebenen Entstaubungseinrichtungen die Sauerstoffaufblaszeit möglichst kurz ist oder bei zur Dampferzeugung nachgeschaiteten Kesseln eine möglichst große Dampferzeugung ohne Beeinträchtigung eines günstigen metallurgischen Prozeßablaufes erzielt wird. Zu jedem Zeitpunkt des Prozesses wird dabei eine geeignete Schlackenzusammensetzung auch bei verhältnismäßig kleiner Schlackenmenge und dadurch z. B. eine hohe Entphosphorung und Entschwefelung erreicht. Auswurf und Überschäumen von Metall und Schlacke aus dem Frischgefäß können weitgehend vermieden werden. Außerdem kann vor dem Abschlakken die Schlacke weitgehend reduziert werden, wodurch bei einem geringen Sauerstoffverbrauch bei hohem Ausbringen an flüssigem Metall eine optimale Ausnutzung der Prozeßwärme ermöglicht wird. Darüber hinaus paßt sich die Regelung allen Störungen, d. h. zufälligen und systematischen Änderungen in der Temperatur, Zusammensetzung des Metalls und der Zuschläge und den Änderungen des Frischgefäßes und in gewissem Umfang auch der Blasdüsen, an.

Bei der Inbetriebnahme einer neuen Anlage ist es empfehlenswert und bedeutet bereits einen erheblichen Fortschritt gegenüber den bisher angewandten Verfahren, den Blasprozeß durch Vorgabe von Sollwerten für die Sauerstoffverteilung und den Drucksauerstrom halbautomatisch von Hand zu steuern.

Das neue Verfahren kann sowohl im feststehenden wie auch im rotierenden Frischgefäß durchgeführt werden. Es kann außer bei der Verarbeitung von phosphorarmem und phosphorreichem Roheisen auch bei der Verarbeitung von anderen Metallen nach dem Sauerstoffaufblasverfahren, wie z. B. der Raffination von Ferrochrom-Carburö-Legierungen, mit Vorteil eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur automatischen Steuerung und Regelung des Prozeßablaufs beim Sauerstoffaufblasverfahren zum Frischen von flüssigem kohlenstoffhaltigem Metall im Konverter mit Abgasanlage, bei dem die chemische Analyse und der physikalische Zustand des Abgases, der Drucksauerstoffstrom sowie der Abstand der Blasdüse von der Badoberflä- ι ο ehe fortlaufend ermittelt und beeinflußt werden, und aus den fortlaufenden Ermittlungen zwei voneinander unabhängige Größen des Prozeßablaufs abgeleitet und als Istwerte jeweils mit vorgegebenen Sollwerten verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Größe den metallurgischen Verlauf und die andere den physikalischen Zustand des Abgases kennzeichnet und das Ergebnis des jeweiligen Istwert-Sollwert-Vergleiches zur Steuerung und Regelung sowohl des metallurgischen Verlaufs als auch — unabhängig hiervon — der Belastung der Abgasanlage durch die Beeinflussung sowohl des Drucksauerstoffstromes als auch des Abstandes der Blasdüse von der Badoberfläche in gegenseitiger Abhängigkeit herangezogen wird und daß als Größe für den metallurgischen Prozeßablauf die Sauerstoffverteilung auf das Metall-Schlackenbad sowie das Abgas und als Größe für den physikalischen Zustand des Abgases der Abgaswärmestrom verwendet wird, und daß die gleichzeitige Beeinflussung des Drucksauerstoffstromes (dOfl/di) und des Abstandes (x) der Blasdüse von der Badoberfläche in gegenseitiger Beziehung nach einem Verhältnisprinzip erfolgt, wobei das Verhältnis (B) nach folgender Gleichung, in der Kund a Konstanten bedeuten, festgelegt ist: