DE19748310C1

DE19748310C1 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Schaumschlackenbildung in einem Lichtbogenofen

Info

Publication number: DE19748310C1
Application number: DE1997148310
Authority: DE
Inventors: Hans Herbert Dipl Ing Welker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2017-11-01
Also published as: EP1027462A1; WO1999023264A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Steuerung der Schaumschlackebildung in einem Lichtbo genofen, dem Kohlenstoff derart zugeführt wird, daß sowohl eine mindestens teilweise Einhüllung des Lichtbogens im Lichtbogenofen erfolgt als auch eine überdosierte Zufuhr von Kohlenstoff vermieden wird.

Schaumschlacke entsteht durch Aufschäumen der Schlacke in ei nem Lichtbogenofen mit Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmon oxid und dient zum Abschirmen der Strahlung des Lichtbogens auf die Ofenwand. Ein derartiges Vorgehen ist z. B. aus der DE 44 25 089 C1 oder der EP 0 637 834 A1 bekannt. Gemäß der DE 44 25 089 C1 wird die Schaumschlacke in Abhängigkeit von einer gemessenen Schallemission im Bereich der zweifachen Netz-/Versorgungsfrequenz, des Lichtbogenofens geregelt. Da bei wird bei einem Überschreiten eines durch eine Steuerein heit vorgebbaren Schaltpegels die Kohlenstoffzufuhr erhöht und bei einem Unterschreiten die Kohlenstoffzufuhr vermin dert. Gemäß der EP 0 637 834 A1 wird die Schaumschlacke in Abhängigkeit von einer gemessenen Schallemission sowie in Ab hängigkeit elektrischer Größen geregelt.

Bei dem Verfahren gemäß der DE 44 25 089 C1 bzw. gemäß der EP 0 637 834 A1 ist nachteilig, daß die gewünschte Schaum schlacke nur sehr langsam geregelt werden kann, und daß es für unverhältnismäßig lange Zeitabschnitte zu Zuständen kom men kann, in denen die Schaumschlacke zu gering ist. In die sen Fällen ist die Leistung des Lichtbogens zurückzufahren, was die Dauer des Schmelzprozesses erhöht. Bei einem indu striellen Großschmelzprozeß, wie er in einem Lichtbogenofen ab läuft, ist selbst eine kurzzeitige Verlängerung des Schmelz prozesses mit hohen Kosten verbunden. Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, den Schmelzprozeß in einem Lichtbo genofen zu verkürzen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst. Da bei wird dem Lichtbogenofen der Kohlenstoff derart zugeführt, daß sowohl eine mindestens teilweise Einhüllung des Lichtbo gens durch Schaumschlacke im Lichtbogenofen erfolgt als auch eine überdosierte Zufuhr von Kohlenstoff vermieden wird. Er findungsgemäß wird die Menge des Kohlenstoffs, der dem Licht bogenofen zugeführt wird, mittels eines Schaumschlackenmo dells in Abhängigkeit der Menge zumindest eines der Beschic kungsmaterialien Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zu satzstoffe ermittelt. Legierungsmittel können z. B. Kohlen stoff oder Metalle wie Mangan, Nickel usw. sein. Ein Zusatz stoff ist z. B. Kalk. Das Ermitteln der Menge des Kohlen stoffs, der dem Lichtbogen zugeführt wird, mittels eines Schaumschlackenmodells in Abhängigkeit der Menge zumindest eines der Beschickungsmaterialien Schrott, Stahl, Legierungs mittel oder Zusatzstoffe erlaubt ein besonders schnelles Auf bauen eines gewünschten Schaumschlackepegels. Auf diese Weise kann unter besonders hoher Energiezufuhr geschmolzen werden, wodurch sich die notwendige Zeit für das Schmelzen des Me talls im Lichtbogenofen verringert.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Menge des Kohlenstoffs in Abhängigkeit aller wesentlichen Beschichtungsmaterialien, d. h. Schrott, Stahl, der wesentli chen Legierungsmittel und der wesentlichen Zusatzstoffe er mittelt. Außerdem ist es besonders vorteilhaft, die Menge des Kohlenstoffs, der in den Ofen eingeblasen werden soll, zu sätzlich in Abhängigkeit der Energiezufuhr in den Lichtbo genofen zu ermitteln. Die Kombination aus Beschichtungsmate rialien und Energiezufuhr erlaubt eine besonders präzise Vor hersage der Schaumschlacke und der notwendigen Kohlenstoffzu fuhr, wodurch besonders schnell und präzise der gewünschte Schaumschlackenpegel eingestellt werden kann.

In einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Schaumschlackenmodell ein neuronales Netz auf. Ein neuronales Netz ist besonders geeignet, die Bildung von Schaumschlacke zu modellieren, so daß sich mittels des neuro nalen Netzes ein besonders präzises Schaumschlackenmodell er gibt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Drehstromlichtbogenofen mit einer Einrichtung zur Steuerung der Schaumschlackenbildung,

Fig. 2 das funktionale Zusammenwirken von Schaumschlacken modell und Lichtbogenofen,

Fig. 3 ein neuronales Netz.

Fig. 1 zeigt einen Lichtbogenofen 5, der in der beispielhaften Ausgestaltung als Drehstromlichtbogenofen ausgebildet ist, mit einer Einrichtung zur Steuerung der Bildung von Schaum schlacke 4 im Lichtbogenofen 5. Im Lichtbogenofen 5 wird mit drei Elektroden 1, 2, 3, die über einen stellbaren Transfor mator an ein dreiphasiges Energieversorgungsnetz 8 ange schlossen sind, Schrott geschmolzen, so daß sich flüssiges Metall 6 im unteren Teil des Lichtbogenofens 5 ansammelt. Zwischen den Elektroden 1, 2, 3 und dem Schrott bzw. dem flüssigen Metall 6 bilden sich Lichtbögen 9 aus. Die Lichtbö gen werden von Schaumschlacke 4 eingehüllt, um die Wände des Lichtbogenofens 5 vor der Energieabstrahlung der Lichtbögen 9 zu schützen. Zum Aufbau eines gewünschten Pegels von Schaum schlacke 4 ist eine Einrichtung zur Steuerung der Schaum schlacke vorgesehen. Diese weist in beispielhafter Ausgestal tung eine Einblaslanze 10 sowie eine Recheneinrichtung 11 auf. Mittels der Einblaslanze 10 wird Kohlenstoff, insbeson dere mit Luft gemischter Kohlenstoff, in den Lichtbogenofen 5, insbesondere in die Schlacke oberhalb des flüssige Metalls 6, geblasen. In der Schlacke wandelt sich der Kohlenstoff in Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmonoxid um, so daß Schaum schlacke 4 entsteht. Des Menge des einzublasenden Kohlen stoffs wird durch die Recheneinrichtung 11 in Abhängigkeit der dem Lichtbogenofen 5 zugeführten elektrischen Energie so wie in Abhängigkeit der Menge der Beschickungsmaterialien in den Lichtenbogenofen 5 ermittelt. Beschickungsmaterialien sind im wesentlichen Schrott, Legierungsmittel und Zusatz stoffe. Ferner kann es vorgesehen werden, den Lichtbogenofen 5 auch mit Stahl zu beschicken. Ein wichtiger Zusatzstoff ist z. B. Kalk, der einen wichtigen Bestandteil der Schaumschlacke 4 bildet.

Die Zufuhr elektrischer Energie aus dem Energieversorgungs netz 8 wird in beispielhafter Ausgestaltung mittels des ein stellbaren Transformators 7 und/oder durch Verstellung der Höhe der Elektroden 1, 2, 3 geregelt. Einzelheiten einer vor teilhaften Regelung der Energiezufuhr im Zusammenhang mit der Erfindung können der DE 197 11 453, der EP 0 036 122 und der DE 44 15 727 entnommen werden. Die Energiezufuhr, insbesonde re die Höhe der Elektroden 1, 2 und 3, wird in Abhängigkeit der Höhe des Pegels der Schaumschlacke 4 im Lichtbogenofen 5 eingestellt. Dazu ermittelt die Recheneinrichtung 11 in be sonders vorteilhafter Weise mittels des auf ihr implementier ten Schaumschlackenmodells neben dem Sollwert für die Zufuhr von Kohlenstoff die aktuelle Höhe des Pegels der Schaum schlacke 4 im Lichtbogenofen 5. Die Regelung des Transforma tors 7 sowie die Regelung der Höhe der Elektroden 1, 2, 3 können in beispielhafter Ausgestaltung auch auf der Rechen einrichtung 11 implementiert werden.

Fig. 1 zeigt in beispielhafter Ausgestaltung einen als Dreh stromlichtbogenofen ausgebildeten Lichtbogenofen 5. Die Er findung ist jedoch auch besonders vorteilhaft für einen Gleichstromlichtbogenofen einzusetzen. In bezug auf einen Gleichstromlichtbogenofen ist das erfindungsgemäße Verfahren den Verfahren gemäß DE 44 25 089 C1 und der EP 0 637 834 A1 besonders überlegen, da die signifikanten Frequenzen in der Schallemission bzw. in den elektrischen Größen nicht oder nur schwach vorhanden sind.

Fig. 2 zeigt das Zusammenwirken eines Schaumschlackenmodells 25 mit einem Lichtbogenofen 5. Die wesentlichen Prozesse, die im Lichtbogenofen 5 ablaufen, sind das Beschicken 22 des Lichtbogenofens 5, der Schmelzprozeß 23 im Lichtbogenofen 5 sowie der Abstich 24 des Lichtbogenofens 5, bei dem das flüs sige Metall im Lichtbogenofen 5 abgestochen wird. Beim Be schicken 22 des Lichtbogenofens 5 wird der Lichtbogenofen 5 mit einer bestimmten Menge von Beschickungsmaterialien 27 wie Schrott, Stahl, Legierungsmittel und/oder Zusatzstoffe be schickt. Während des Schmelzprozesses 23 wird dem Lichtbo genofen 5 Energie 28 zugeführt. Außerdem wird Kohlenstoff 29 in den Lichtbogenofen 5 eingeblasen. Aus der Menge der Be schickungsmaterialien 27 sowie der Zufuhr von Energie 28 er mittelt ein Schaumschlackenmodell 25 Sollwerte für die Zufuhr von Kohlenstoff 29 in den Lichtbogenofen 5.

In vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen werden, das Schaumschlackenmodell 25 zu optimieren, so daß es besonders präzise Sollwerte für die Zufuhr von Kohlenstoff 29 in den Lichtbogenofen 5 liefert. Dazu werden die Eigenschaften 30 von Schaumschlacke, die beim Abstich 24 im Lichtbogenofen 5 vorhanden ist, einem Bewerter 26 zugeführt. Der Bewerter 26 weist einen Lernalgorithmus auf, der neue Parameter 20 für das Schaumschlackenmodell 25 ermittelt. Die Ermittlung neuer Parameter 20 erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit der Eigen schaften 30 der Schaumschlacke sowie der vom Schaumschlacken modell 25 ermittelten Eigenschaften 19 der Schaumschlacke. Die Eigenschaften 30 der Schaumschlacke werden z. B. von einem Bediener bestimmt und über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle in den Bewerter 26 eingegeben.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein neuronales Netz, das als einfaches Ausführungsbeispiel für ein Schaumschlac kenmodell einsetzbar ist. Das neuronale Netz weist drei Ein gangsknoten 31, 32, 33 auf, wobei dem neuronalen Netz über den Eingangsknoten 31 Information über die Menge des Schrotts im Lichtbogenofen, über den Eingangsknoten 32 Information über die Menge an zugeführter Energie und über den Eingangs knoten 33 Information über die zugeführte Menge von Kalk zu geführt werden. Das neuronale Netz weist eine Ebene mit ver deckten Neuronen 34, 35 und 36 sowie einen Ausgangsknoten 37 auf, über den ein Sollwert für die Kohlenstoffzufuhr ausgege ben wird.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Schaumschlackenbildung in ei nem Lichtbogenofen (5), dem Kohlenstoff derart zugeführt wird, daß sowohl eine mindestens teilweise Einhüllung des Lichtbogens im Lichtbogenofen (5) erfolgt als auch eine über dosierte Zufuhr von Kohlenstoff vermieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Kohlenstoffs (29), der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, mittels eines Schaumschlackenmodells (25) in Abhängigkeit der Menge zumindest eines der Beschickungsmate rialien (27) Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatz stoffe ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Kohlenstoffs (29), der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, mittels des Schaumschlackenmodells (25) in Abhängigkeit der Menge der Beschickungsmaterialien (27) Schrott, Stahl, Legierungsmittel und Zusatzstoffe ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Kohlenstoffs (29), der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, mittels des Schaumschlackenmodells (25) zu sätzlich in Abhängigkeit der Energiezufuhr (28) in den Licht bogenofen (5) ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Kohlenstoffs (29), der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, mittels eines als neuronales Netz ausgebilde ten Schaumschlackenmodells (25), ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das neuronale Netz mit einer Analyse der Eigenschaften der Schaumschlacke beim Abstich des Lichtbogenofens (5) trai niert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Schaumschlackenmodells (25) die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften (19) der Schaumschlacke (4) im Lichtbogenofen (5) ermittelt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Schaumschlackenmodells (25) die Höhe der Schaumschlacke (4) im Lichtbogenofen (5) ermittelt wird.

8. Einrichtung zur Steuerung der Schaumschlackenbildung in einem Lichtbogenofen (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zur Steuerung der Schaumschlackenbildung in dem Lichtbogenofen (5) eine Kohlenstoffzuführeinrichtung (10) aufweist, mittels der dem Lichtbogenofen (5) Kohlenstoff derart zugeführt wird, daß sowohl eine mindestens teilweise Einhüllung des Lichtbo gens im Lichtbogenofen (5) erreicht als auch eine überdosier te Zufuhr von Kohlenstoff vermieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung der Schaumschlackenbildung eine Recheneinrichtung (11) zur Steuerung der Kohlenstoffzuführ einrichtung (10) aufweist, wobei die Recheneinrichtung (11) ein Schaumschlackenmodell (25) zur Ermittlung der Menge des Kohlenstoffs (29), der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit der Menge zumindest eines der Beschickungsmate rialien (27), Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatz stoffe, aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumschlackenmodell (25) ein neuronales Netz auf weist.