DE1533867B1 - Verfahren zur selbsttaetigen Regelung eines Hochofens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbst- rung der Güte der einzusetzenden Rohstoffe auftätigen Regelung eines Hochofens, bei dem aus der rechtzuerhalten. Dabei ist aber nicht angegeben, Zusammensetzung des Gichtgases und des erzeugten welche speziellen Maßnahmen bei einer Änderung Roheisens, aus der Gichtgasmenge, dem Heißwind- der zugeführten Möllerstoffe ergriffen werden sollen, durchfluß und dessen Temperatur sowie aus den 5 Eine Änderung in der Zusammensetzung des dem Möllerkennwerten Stellgrößen abgeleitet werden, Hochofen zugeführten Möllers macht sich erst nach durch welche das Wärmeangebot im Unterofen im mehreren Stunden in der Zusammensetzung des abSinne eines gleichbleibenden Siliziumgehaltes des er- gestochenen Roheisens bemerkbar. Andererseits wird zeugten Roheisens beeinflußt wird. Als geeignete der Prozeß auch durch im Innern des Hochofens aufStellgrößen werden die Möllerzusammensetzung und io tretende zufällige Ereignisse beeinflußt. Während ein die Beschaffenheit des Heißwindes (Temperatur, Teil der zur Regelung des Prozesses erforderlichen Feuchtegehalt und Ölzusatz) verwendet. Meßwerte, ζ. B. die Zusammensetzung und die

Es ist bereits bekannt, durch fortlaufende Analyse Menge des Gichtgases, der Durchfluß und die Bedes vom Hochofen abgegebenen Gichtgases und schaffenheit des Heißwindes fortlaufend gemessen durch Messung der Heißwindeigenschaften (Tempe- 15 werden können und nur kurze Unterbrechungen zur ratur und Feuchte) unter Berücksichtigung der zu- Eichung der Meßgeräte für die Gichtgasanalyse vorgeführten Mengen von Koks, Zuschlägen und Erz kommen, kann der im wesentlichen konstant zu hal-(Möller) die im Hochofen ablaufenden Wärme- tende und für das Ergebnis des Prozesses bedeuttauschvorgänge im Sinne der Erzielung eines Roh- samste Meßwert, nämlich der Siliziumgehalt des eisens gleichmäßiger Beschaffenheit von Hand zu 20 Roheisens, nur bei jedem Abstich bestimmt werden, steuern. Hierzu wurden aus den verfügbaren Meß- Es ist, wie bereits erwähnt, bekannt, auf Grund der werten auf Grund der Aufstellung einer Wärmebilanz fortlaufend durchgeführten Analysen des Gichtgases ä und von Stoffbilanzen für die Elemente Kohlenstoff, in den Hochofenprozeß einzugreifen und die Menge, " Sauerstoff und Stickstoff Kenngrößen abgeleitet, die Temperatur und Feuchte des dem Hochofen zugeeinen Rückschluß auf den voraussichtlichen Verlauf 25 führten Heißwindes zu ändern. Dabei wurden dem der Änderung des Siliziumgehaltes im erzeugten Roh- Hochofen mit dem Heißwind auch Kohlenwassereisen ermöglichen und Aufschluß darüber geben, ob stoffe in Form von Öl oder Erdgas zugeführt und bei die angestrebte größtmögliche Wirtschaftlichkeit von Hand gefahrenen Öfen der Heißwind zusätzlich des ablaufenden Prozesses erreicht wird. noch mit Sauerstoff angereichert.

Es ist auch bekannt, mit Hilfe einer einen Rech- 3° In Abhängigkeit von der Änderung der dritten ner enthaltenden Datenverarbeitungsanlage aus den Kenngröße K_w, die der verfügbaren Wärme im obengenannten Meßwerten drei Kenngrößen, 1. für Unterofen entspricht, sind dabei für den Heißwind den spezifischen Kohlenstoffverbrauch zur direkten ein Temperatursollwert und Sollwerte für die einzu-Reduktion der Eisenoxyde, 2. für den spezifischen führenden Mengen von Öl, Wasserdampf und, soweit Heißwindverbrauch oder die Sauerstoffbilanz und 35 vorgesehen, auch für Sauerstoff vorgegeben worden. 3. für den spezifischen Energieverbrauch oder die Der Einfluß dieser Regelungen ist aber bei größe-

Wärmebilanz abzuleiten, die aus den Stoffbilanzen ren Änderungen in der Möllerzusammensetzung nicht und der thermischen Bilanz des Unterofens gewon- ausreichend, so daß man bestrebt war, dem Hochnen worden. Hierzu wird in kurzen Abständen eine ofen einen weitgehend gleichbleibenden Ausgangs-Gichtgasanalyse durchgeführt und der Durchfluß, die 4c stoff (Agglomerat) zuzuführen, um die von außen Temperatur und der Feuchtegehalt des Heißwindes kommenden und den gleichmäßigen Ablauf des Probestimmt, um eine selbsttätige Regelung der Roh- zesses störenden Einflüsse möglichst klein zu halten, eisenqualität (Siliziumgehalt) durchzuführen. Um je- Um von diesen Einschränkungen soweit als mög- ,

doch störende Einflüsse auf den Ablauf des Reduk- lieh frei zu werden, wird gemäß der Erfindung vorgetionsprozesses möglichst gering zu halten, wurde da- 45 schlagen, daß zusätzlich die Zusammensetzung des bei als Ausgangsmaterial ein vorgesintertes Gemisch, Möllers auf der Grundlage einer aus den Meßwerten sogenanntes Agglomerat verwendet, dessen Eigen- abgeleiteten vierten Kenngröße F geregelt wird, die schäften praktisch weitgehend konstant bleiben, wo- das momentane Speicherverhalten des Hochofens durch ein zusätzlicher Aufwand für die Vorbereitung hinsichtlich des eingebrachten Kohlenstoffes charakdes Möllers erforderlich wird. 50 terisiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neben Bei der Einführung der vierten Kenngröße, die für

den bisher bei der selbsttätigen Regelung der Roh- den gespeicherten oder entspeicherten Kohlenstoff eisenqualität angestrebten Zielen eines geringen repräsentativ ist, wird davon ausgegangen, daß der Energieverbauches und einer größtmöglichen Kon- Hochofen ein erhebliches Speichervermögen für stanz, insbesondere des Siliziumgehaltes im Roh- 55 Kohlenstoff besitzt, der während des Prozesses unter eisen zu erreichen, daß auch größere Änderungen in Umständen mit erheblicher Verzögerung zur Wirder Zusammensetzung und den Eigenschaften der kung kommt und bei der Regelung berücksichtigt zugeführten Möllerstoffe durch die selbsttätige Rege- werden muß.

lung ausgeglichen werden können. Der Hochofen Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist

muß dann auch bei weitgehend automatisiertem Be- 60 ein zusätzlicher Regelkreis für die Korrektur des Erztrieb nicht mehr ausschließlich mit vorgesintertem Koks-Verhältnis vorgesehen, der den im Hochofen Erz, sogenanntem Agglomerat, beschickt werden. jeweils gespeicherten oder entspeicherten Kohlenstoff

Es ist zwar bekannt, die auftretenden Abweichun- berücksichtigt. Die vierte Kenngröße läßt sich aus gen der Gasstromverteilung und des Wärmezustandes einer Gesamtkohlenstoffbilanz ableiten, in der der des Ofens durch entsprechende Veränderung der Be- 65 Kohlenstoffeinsatz (Netto) an der Gicht, die Kohlenschickung, der Parameter des Heißwindes und durch stoffzufuhr über das Öl, der Kohlenstoff aus dem Änderung des Erzeinsatzes aufzufangen, um den Kohlendioxyd im Möller, der Kohlenstoff im Rohnormalen Ofengang bei einer zeitweiligen Verände- eisen, der Kohlenstoff im Gichtgas und der gespei-

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cherte oder entspeicherte Kohlenstoff (F) berücksich- Siliziumgehalt der vorhergehenden Abstiche (Si₁, Si₂,

tigt ist. Die das momentane Speicherverhalten des Si₃) abgeleitet wird. Der Siliziumgehalt der letzten

Hochofens charakterisierende Größe wird zweck- drei Abstiche wird gespeichert und daraus zusammen

mäßig dazu verwendet, um eine Korrektur der Grö- mit dem Wert für den gewünschten Siliziumgehalt

ßen durchzuführen, die über Kohlenstoffbilanzen er- 5 ein neuer Sollwert K_wR gebildet. Es werden zunächst

mittelt werden. Solche Größen sind, wie eingangs er- aus dem Siliziumgehalt der drei letzten Abstiche (Si₁,

wähnt, der aus der Sauerstoffbilanz abgeleitete Pro- Si₂ und Si₃) die Änderungen der Kenngröße K_w abge-

duktionsindex bzw. der spezifische Kohlenstoffver- leitet:

brauch für die Reduktion der Eisenoxyde. Auch bei ^Kw = (Si₅^-Si) · 90 000

der aus der Wärmebilanz abgeleiteten Größe K_w für io AKw₂ = (si_s°_oU~SiI)-90 000

die verfügbare Wärme oberhalb von 1000° C geht AKw = (Si_SoH—Si")-90 000

die Kohlenstoffbilanz mit ein, so daß auch die Größe ⁸ .. ' ° ³

K_w über diese Bilanz eine Korrektur erfährt. Der Wert 90 000 ist als Beispiel angegeben und für

Mit der an sich bekannten Einführung von Öl in einen bestimmten Hochofen und für eine bestimmte den Heißwind oder anderen Kohlenwasserstoffen 15 Schlackenzahl (Aktivität der Schlacke) gültig. Er entwird der Regelbereich für sich schnell auswirkende spricht der Energie, die nötig ist, um 1 % Silizium Regeleingriffe stark erweitert, wenn gleichzeitig die aus der Schlacke in die Schmelze zu überführen. Aus Möglichkeit der Zugabe von zusätzlichem Sauerstoff den bei den letzten Abstichen ermittelten Schlackenbesteht, zahlen kann auch dieser Wert für die Reduktion kor-

Die Schmelzleistung oder die Produktion eines 20 rigiert werden.

Hochofens besitzt nämlich in Abhängigkeit vom Öl- Aus den oben angegebenen drei Gleichungen erzusatz ein Maximum, dessen Flanke mit steigendem gibt sich der Sollwert K_wR zur Führung des Wärme-Ölzusatz relativ steil abfällt. Der Scheitelwert des zustandes nach folgender Beziehung:
Maximums verschiebt sich jedoch in Richtung größerer Ölzusätze, wenn die Sauerstoffzufuhr vergrö- 25 Kw₁₁ = U₁(Kw₁ -f A Kw₁) + a₂ ·
ßert wird. Es ist deshalb zweckmäßig, mit der Ver- (Kw₂ + AKw₂) + a₃ (Kw₃ + AKw₃).
stellung des Ölzusatzes eine Kopplung der Einstellung der Sauerstoffzufuhr vorzunehmen, damit in je- Dabei sind CL₁ bis a„ Faktoren zur unterschieddem Fall die optimale Schmelzleistung erhalten wird. liehen Gewichtung der "zuletzt erzielten Betriebser-

Es ist auch notwendig, die aus der Abweichung 30 gebnisse. Sie werden unter anderem gewonnen aus

der Größe K_w vom vorgegebenen Sollwert abgeleite- Betrachtungen über das Zeitverhalten des überge-

ten Sollwerte für die Windfeuchte und den Ölzusatz ordneten Regelkreises.

nur gekoppelt miteinander zu verändern, derart, daß Eine Verbesserung der Regelung läßt sich durch

die Summe des Wasserstoffangebotes aus der Wind- Einführung eines weiteren Regelkreises erreichen,

feuchte und dem Ölzusatz konstant bleibt. 35 mit dessen Hilfe die zugeführte Energiemenge auf

Außerdem ist es notwendig, daß für eine Er- Grund der jeweils beim Abstich festgestellten

höhung des Wärmeangebotes an den Windformen »Schlackenzahl« korrigiert wird. Auf diese Weise

z.B. um 3O⁰C die Windfeuchte in gleichem Maß, wird die Energiemenge berücksichtigt, die bei der

z. B. um 10 g/m³ Wind, erniedrigt wird, wie die Öl- Umwandlung der Schlacke verbraucht wird, was be-

menge erhöht wird (z. B. 10 g/m³ Wind). 40 sonders dann von Bedeutung ist, wenn der Hoch-

Die Sollwerte für die Regelung von Windtempera- ofen nicht wie bei dem eingangs erwähnten bekannte, Windfeuchte und Ölzusatz werden aus der Diffe- ten Verfahren mit einem weitgehend gleichbleibenrenz der Kenngröße K_w für die verfügbare Wärme den Ausgangsmaterial (Agglomerat) betrieben wird, (oberhalb 1000° C im Unterofen) und dem zugehöri- sondern mit einem Ausgangsmaterial, das nicht ungen Sollwert K_wR bestimmt. Der Sollwert K_wR für die 45 erhebliche Schwankungen in seinen Eigenschaften Kenngröße wird beim Verfahren nach der Erfindung aufweisen kann.

zweckmäßig nicht als konstante Größe vorgegeben, Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen die einem gewünschten mittleren Siliziumgehalt des Verfahrens werden jeweils in Abständen von etwa Roheisens entspricht, sondern wegen der langsam 30 Minuten entsprechend dem Zyklus der Cowverlaufenden Änderung der Hochofeneigenschaften 50 perumsteuerung für die Windtemperatur, Windfortlaufend nach jedem Abstich neu festgelegt. Da feuchte und den Ölzusatz neue Sollwerte vorgegeben, insbesondere die indirekte Reduktion der Eisenoxyde Zweckmäßig wird aus einer fortlaufenden Messung durch CO + H₀, die direkte Reduktion der Roh- der Menge und der Eigenschaften des Gichtgases eisenbegleiter und die Wärmeverluste in ihrem jede Minute ein Mittelwert gebildet, dem noch gemomentan vorliegenden Ausmaß berücksichtigt wer- 55 wisse Korrekturwerte hinzugefügt werden können, den müssen, können die Stellgrößen nur aus dem die z. B. in einem mit dem Rechner verbundenen letzten aktuellen Zustand des Hochofens und den Speicher od. dgl. enthalten sind. Die Messung kann daraus zuletzt erreichten Betriebsergebnissen abge- dabei derart erfolgen, daß jede Sekunde über einen leitet werden. Außerdem gehen die individuellen Analog-Digital-Umsetzer ein Meßwert abgeleitet Eigenarten eines Hochofens und deren langfristige 60 wird und jeweils zehn derartige Meßwerte zu einem Veränderungen in die Kenngrößenermittlung ein. Mittelwert unter Berücksichtigung eines Korrektur-Diese Einflußgrößen lassen sich bei der Bestimmung wertes zusammengefaßt werden,
der Stellgrößen global berücksichtigen, wenn der Ferner können in gleichen oder etwas längeren Sollwert für die Größe K_w, die der verfügbaren Abständen die Werte für den Heißwind und den Öl-Wärme oberhalb 1000° C bzw. der vom Gas für die 65 zusatz ermittelt werden. Eine besondere Speicherung obenerwähnten Posten abzugebenden Wärme ent- und Korrektur dieser Werte ist erforderlich, da die spricht, aus der Differenz zwischen dem beim der- Messung zwangläufig in gewissen Abständen gestört zeitigen Abstich erreichten und dem gewünschten oder unterbrochen werden muß. Dies ist der Fall,

wenn, wie üblich, die Meßgeräte in periodischen Abständen geeicht werden müssen und wenn ein sogenanntes Stauchen des Hochofens erfolgt.

Ein Meß- und Regelschema wird zur Erläuterung der Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Dem Hochofen HO wird in üblicher Weise über die Leitung 1 Heißwind von der Cowperbatterie zugeführt. Über die Leitung 2 mit der Regelklappe 3 tritt der Zusatzwind ein, und mit Hilfe des aus dem Temperaturf übler 4 der Meßschaltung 5, dem Regler 6 und dem Stellmotor 7 gebildeten Regelkreises wird die Mischwindtemperatur auf dem vom Sollwertgeber 8 vorgegebenen Wert gehalten. Über die Leitung 9 kann Dampf in den Heißwind eingeführt werden, um dessen Feuchtegehalt zu erhöhen. Der Regelkreis für die Feuchteregelung besteht aus der Feuchtemeßeinrichtung 10, dem Regler 11 mit Sollwertsteller 12, dem Stellmotor 13 und der Regelklappe 14.

Über eine weitere Leitung 15 mit der Regelklappe zo 16, die vom Stellmotor 17 eingestellt werden kann, wird Sauerstoff in den Mischwind eingeführt. Der Sauerstoffdurchfluß wird an einer Blende 18 gemessen. Ein weiterer Regelkreis ist für die Dosierung der in die Ringleitung 19 einzuführenden Ölmenge vorgesehen. Die Ölmenge wird in einer Dosierpumpe 20, z. B. nach Art der Einspritzpumpen für Dieselmaschinen, dosiert und gleichzeitig z. B. aus der Drehzahl der Pumpe der Meßwert für die Durchflußmenge abgeleitet. Es kann auch, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, eine zusätzliche Meßblende 21 vorgesehen sein. Der Sollwert für die einzführende Ölmenge wird vom Sollwertsteller 22 über den Einstellmotor 23 vorgegeben. Aus dem Gichtgas werden in bekannter Weise mit Hilfe gasanalytischer Meßgeräte 24, 25 die prozentualen Anteile von CO, CO₂ und H₂ im Gichtgas bestimmt und über die Analogeingabe 26 in das Datenverarbeitungssystem 27 eingegeben. Auch der Meßwert der Gichtgastemperatur wird, wie mit der Impulslinie 28 angedeutet ist, ermittelt. Außerdem werden über die Leitungen 29 bis 34 die Größen Öldurchfluß, Mischwindtemperatur, Winddurchfiuß, Windfeuchte, Kaltwinddurchfluß und Sauerstoffdurchfluß der Analogeingabe 26 zugeführt.

Aus dem abgestochenen Roheisen wird eine Probe in bekannter Weise analysiert und der Kohlenstoffgehalt, der Siliziumgehalt, der Mangangehalt, der Phosphorgehalt und der Schwefelgehalt bestimmt und diese Werte über die Impulslinie 35 »Roheisenanalyse« über eine Fernschreibmaschine 36 in die Datenverarbeitungsmaschine 27 eingegeben. In gleicher Weise werden, wie nicht näher dargestellt, die Möllerdaten, insbesondere der CO₂-Gehalt des Möllers und der Kohlenstoffeinsatz mit dem Möller bestimmt und über die Fernschreibmaschine 36 eingegeben. Ebenso werden die Koksdaten, insbesondere das Gewichtsverhältnis von H₂ und C im Koks, die Heizöldaten, insbesondere der prozentuale Anteil des Kohlenstoffes und des Wasserstoffes im Heizöl, und die Zersetzungswärme des Heizöls eingeführt. Als Korrekturdaten können weitere Werte und andere, wie erwähnt, Korrekturwerte für die Justierung des H₂-Analysengerätes (CO₂-Einfluß) und für den Kaltwinddurchfluß (Korrektur über Langzeitbilanzen ermittelt) eingegeben werden. Es wird hier auch der Sollwert für den Siliziumgehalt im Roheisen eingeführt.

Über eine weitere Fernschreibmaschine 37 werden Protokollwerte ausgegeben, z. B. ein Führungsprotokoll, ein Abstichprotokoll, ein Mölleränderungsprotokoll und eine Tagesprotokoll.

Außerdem werden über die Einheit 38 Sollwerte für die einzelnen Regelkreise ausgegeben. Über die Impulslinie 39 der Sollwert für die Feuchte im Mischwind, über die Impulslinie 40 der Sollwert für den Ölzusatz, über die Linie 41 der Sollwert für die Mischwindtemperatur und über die Linie 42 der Sollwert für das Erz-Koks-Verhältnis. Der Regelkreis für das Erz-Koks-Verhältnis ist nicht näher dargestellt. Es wird entweder eine Anweisung für den Möllerwagenfahrer ausgegeben oder bei einer automatisierten Begichtung das Beschickungsprogramm entsprechend abgeändert. Auch für den Sauerstoff, der bei der praktischen Ausführung abweichend von der Darstellung in dem Schema der Zeichnung dem Kaltwind zugeführt wird, kann ein besonderer Sollwert über die Einheit 38 ausgegeben werden. Er wirkt dann auf einen nicht dargestellten Regler oder ein Steuerorgan, das den Stellmotor 17 mit der Regel- Λ klappe 16 beeinflußt. ™

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur selbsttätigen Regelung eines Hochofens, bei dem aus der Messung der Zusammensetzung und der Menge des Gichtgases, des Möllers, des Heißwindes und des erzeugten Roheisen eine oder mehrere Kenngrößen und daraus Stellgrößen abgeleitet werden, durch welche der Ablauf der Reduktionsvorgänge im Sinne eines gleichbleibenden Siliziumgehaltes des erzeugten Roheisens durch Änderung der Möllerzusammensetzung und der Heißwindeigenschaften geregelt wird, wobei in Abhängigkeit von der Änderung der Kenngröße, die der verfügbaren Wärme im Unterofen entspricht, für den Heißwind ein Temperatursollwert und Sollwerte für die einzuführenden Mengen von Öl, Wasserdampf und, soweit vorgesehen, auch für Sauerstoff vorgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Zusammensetzung des Möllers auf der Grundlage einer aus den Meßwerten abgeleiteten Kenngröße (F) geregelt wird, die das momentane Speicherverhalten des Hochofens hinsichtlich des eingebrachten Kohlenstoffs charakterisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Regelkreis für die Korrektur des Erz-Koks-Verhältnisses vorgesehen ist, dessen Sollwert entsprechend der Kenngröße (F) verstellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von Veränderungen der Größe (F) Korrekturwerte bestimmt werden zur Korrektur der Kenngröße (K_w).

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Abweichung der Größe (K,_v,) vom vorgegebenen Sollwert abgeleiteten Sollwerte für die Windfeuchte und den Ölzusatz nur gekoppelt verändert werden, derart, daß die Summe des H₂-Angebotes aus Windfeuchte (h) und Ölzusatz'konstant bleibt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Erhöhung des Wärmeangebotes an den Windformen die Windfeuchte im gleichen Maß erniedrigt wird, wie die Ölmenge erhöht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen