DE2104067B2 - Verfahren zur statischen steuerung des kohlenstoffgehaltes eines geschmolzenen stahls am ende des frischens in einem sauerstoffgeblasenen konverter - Google Patents

Description

" -7- -- n + /)'e^vr ausgedrückt wird, wobei mit Hilfe

der Methode der kleinsten Fehlerquadrate die Konstanten α, /(. γ, welche die ersten charakteristischen

Werte sind, berechnet werden, daß das Sauerstoffverlustverhkltnis E#? als dritter charakteristischer Wert von Beginn des Sauerstofiblasens bei Punkt A

bis Punkt p, bei weichem ~_q - k · α ist und k größer 0

und kleinejj; l'und der Kohlenstoffgehalt C„ als zweiter charakteristischer Wert bei Punkt D berechnet werden, und aa3 die Gesaratmenge des einzublasenden Sauerstoffstaach der Beziehung Oi^E (Gas) = O^ -(200 GE + ¹150 WS + 50 WK) ermittelt wird, wobei Of (Gas) die in den Konverter geblasene Sauerstoffmenge (m³), O^^hdie errechnete Gesamtmenge (m³) an Sauerstoff, GE das Gewicht (t) an Eisenerz, WS das Gewicht (t) des Eisenzunders und WK dasGewicht (t) des Kalksteins bedeutet und weiterhin O?^E sich ergibt aus der Beziehung:

!S Si_HM + 9,5 (C_HM - C„) + 2,1 (Mn_1n, - Mn₀) f 4,7 Γι,,_Λί(· W„_M (I - E«# + J8· Si_t,_w
r 9,5 (C_(M - C„) + 2,1 (Mn_Sf - Mn,,)
, 4,7Ti_rMJ-W_O(-(1 - E^) + {8 · Si_S(

i- 4.7Ti._s,.}· W,_r(l - E<£)

I- -- !in (rte^{v c}"— /i)

(1 ' V

In {,ie^{y r}·-- ,()!■ -(I - k₂) · Gin.

Im Gegensatz zu den zum Stunde der Technik zählenden Verfahren isl das erfindungsgemäße Verfahren so angelegt, daß es im wesentlichen an im < impuier gespeicherten Referenzvverten vorangegangener Chargen orientiert ist. Zuerst werden nämlich nach bekannten Verfahren CO und CO₂ im Abgas, das aus dem Konverter der momentan geblasenen Charge abgeblasen wird, analysiert (s. zum Beispiel japanisches Patent 15 516/64, französische Palente 1309 212 und 1325024 und das Zusatzpatent 81 514). Dann werden die Chargencharakleristiken, die zur Rückinformation dienen, unter Verwendung der Analysenwerte berechnet. Diese Charakteristiken werden im Computer gespeichert. Sind die grundsätzlichen Frischbedingungen die gleichen, die für jede charakteristischen Werte gegeben und auch die Abweichungen vom momentanen Versuch, dann werden theoretische Werte oder Durchschnittswerte als beste Werte für den momentanen Versuch berechnet. Das System der vorliegenden Erfindung ist also von denjenigen der früheren Erfindungen vollständig verschieden (s. zum Beispiel japanisches Patent 25 816/68). Dies ist darauf zurückzuführen, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren an verschiedenen Abschnitten der Entkohlungskurve der gesamte Frischprozeß in drei verschiedene Perioden aufgeteilt wird und charakteristische Werte berechnet werden. Die für die Charge charakteristischen Werte werden leichter erhalten und die Steuergenauigkeil ist höher als beim System der zum Stande der Technik zählenden Verfahren.

Im USA.-Patent 3 377 158 wurde vorgeschlagen, die Entkohlungsbedingung bei der dynamischen Steuerung von sauerstoffgeblasenen Konvertern in Ausdrücken der charakteristischen Werte α, β und γ anzugeben. Die Korrelation zwischen dem Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Stahls und der Kohlen- stofioxydationsgeschwindigkeit -^ läßt sich folgendermaßen ausdrücken:

de do

dc

= α + fit?

Es bedeutet: "Ϋ ist die Kohlenstoffoxydationsgeschwindigkeit bei % C pro 0,028 m³ Sauerstoff,

α, β und γ sind Parameter und C ist der Kohlenstoffgehalt in Prozent, abgekürzt C%, des Stahlbades.

Das obenerwähnte Verfahren des Standes der Technik betrifft ein dynamisches Steuerverfahren, bei dem die charakteristischen Werte «, ,1 und ■/ kontinuierlich während des Frischprozesses gemessen und so eingestellt werden, daß sie zur gewünschten Fntkohhingskurve konvergieren. Bei ii m erfindungsgemalJen statischen Verfahren jedoch erden die drei charakteristischen Werte in einem Ansatz durch den Co; ;uter am Ende der Chargen berechnet und die VWtU- zusammen mi· den Einzelheiten der sauerstoffgeblasenen Bedingungen im Computer als Vergleichschargen für weitere Chargen gespeichert.

F i g. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwisehen der Entkohlungsgeschwindigkeit pro Einheit der eingeblasenen Sauerstoffmenge und des Kohlenstoffgehaltes wiedergibt.

In Fig. 1 beginnt der sauerstoffgeblasene Frischprozeß bei Punkt A und endet beim Punkt E. Der Punkt D ist der Punkt, bei dem ¹J¹ zu ku abfällt

do

(k ist eine vorherberechnete Konstante im Bereich von 0 bis 1). C„ ist der Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Metalls am Punkt D. E₀₂ ist das durchschnittliche Sauerstoffverluslverhältnis von Punkt A bis Punkt D.

Nach Beendigung des sauerstoffgeblasenen Frischprozesses konvergiert die Entkohlungskurve von

Punkt D bis Punkt E in F i g. 1 zur Kurve ~ = η

+ /;e^Vf. wobei die Methode der kleinsten Quadrate angewandt wird. Die charakteristischen Werte α, fi und γ der Charge werden berechnet, und diese Werte werden zu den ersten charakteristischen Werten

so gemacht. Die Entkohlungskurve wird aus den analysierten Werten des Abgases berechnet. Nach dem Frischen mit Sauerstoff wird die Kurve mit dem Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Stahles in Zusammenhang gebracH Der Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Stahles kann dazu vom Hndpunkt des Frischens her berechnet werden, indem die analvsicrlcn Werte des geschmolzenen Stahls am 1-iiLk und die Kohlenstoffmenge bestimmt werden, die das zu steuernde System verlassen haben.

fo Der zweite charakteristische Wert ist der Kohlenstoffgehalt C des geschmolzenen Stahls am Punkt D

in Fig. 1, wo -τ-' = k « ist. Der Wert C „ wird aus

dem Kohlenstoffgehalt entsprechend der Analyse ⁶^ des geschmolzenen Stahls am Endpunkt und aus der Kohlenstoffmengc berechnet, die das zu steuernde System verlassen hat. wobei letztere Menge aus der .Analyse des Abcases bekannt ist.

Die theoretisch erforderliche Sauerstoffmenge zu Beginn des sauerstoffgeblasenen Frischprozesses bis zu Punkt D (Opcal), wird folgendermaßen berechnet:

Opber. = {8 · Si_HM + 9,5(C„_M - C„) + 2,1 (Mn_HM - Mn_D) + 4,7 Ti_HM} · W_HM + {8-Si_CM + 9,5(C_CM - C_D) + 2,1 (Mn_CM - Mn_D) + 4,7Ti_CM}-W_CM
+ 8 · {Di_sr + 9,5 (C_sc - C„) + 2,1 (Mn_sc - Mn₀)

Cr}

W_sr.

Si_WM = Si% des Roheisens.

C_HM = C% des Roheisens. Mn_HM = Mn% des Roheisens.

Ti_HM = Ti% des Roheisens.

Whm = Gewicht (Tonnen) des Roheisens.

Si_CM = Si% des Eisenerzes.

C_CM = C% des Eisenerzes. Mn_CAf = Mn% des Eisenerzes.

Ti_CM = Ti % des Eisenerzes.

W_CM = Gewicht (Tonnen) des Eisenerzes. Si_sc = Si% des Schrotts.
C_sc = C% des Schrotts.

Mn_sc = Mn% des Schrotts.

W_sc = Gewicht (Tonnen) des Schrotts.

C₀ = C% am Punkt D (durch Rechnung

erhalten).
Mn_D = Mn% am Punkt D (konstant, z. B.

0,30%).

Cr = Die Bezeichnung für Cr des Schrotts

kann hier eingesetzt werden.

Die wirklich in den Konverter von Beginn bei Punkt A bis zu Punkt D, (O£" ob), eingeblasene ίο Sauerstoffmenge kann nach folgender Beziehung berechnet werden:

Ofⁿob = Of ob - Olpob + 200 GE + 150WS + 50 WK. (2)

ob ist die gesamte eingebiasene Sauerstoff-

jpenge in m³.
O?^r ob ist die von D bis E (Endpunkt) eingeblasene

Sauerstoffmenge.

GE ist das Gewicht des Eisenerzes in Tonnen. WS ist das Gewicht des Zunders in Tonnen. WK ist das Gewicht des Kalksteins in Tonnen.

Das Eisenerz, der Zunder und der Kalkstein sollten vor dem Punkt D in den Konverter gegeben werden.

Das Sauerstoffverlustverhältnis E₀₂ von Beginn des Sauerstoffblasens bei Punkt A bis zu Punkt D wird nach folgender Fojmel unter Verwendung der Werte (O?^Dber.) und (OJ⁰Ob) berechnet:

Sauerstoffverlustverhältnis E₀₂ =

(Tatsächlich verbrauchte Sauerstoffmenge)
— (Theoretisch erforderliche Sauerstoffmenge)

(Tatsächlich verbrauchte Sauerstoffmenge)

Das Sauerstoffverluslverhältnis Eo? von Beginn des Sauerstoffblasens bei Punkt A bis zu Punkt D kann leicht nach folgender Formel (3) errechnet werden:

„. Oi^Dob - O?^pber. Of^Dob

Das Sauerstoffverlustverhältnis E£,^E ₂ von Punkt A bis zu Punkt D, das nach der Formel (3) berechnet wurde, ist der dritte charakteristische Wert und wird im Computer zusammen mit den ersten und zweiten charakteristischen Werten der Vergleichschargen gespeichert. Bei Beginn einer neuen Charge wird eine Charge oder werden mehrere Chargen, die in ihren Bedingungen der momentanen Charge ähnlich sind, als Vergleichschargen aus den früheren Chargen, die im Computer gespeichert sind, ausgewählt und die Werte der Frischbedingungen der momentanen Charge werden aus den drei charakteristischen Werten berechnet, die aus den Vergleichschargen erhalten werden und als vorausberechnete Werte angesehen werden.

Ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Tabelle I wiedergegeben. Der Konverter hatte eine Kapazität von 170 Tonnen. In den Konverter wurden 130 Tonnen Roheisen und 40 Tonnen Schrott bzw. Zunder gegeben.

Die Zusammensetzung des Roheisens war folgende C_HM4,5%, Si_HM 0,60%, Mn_HM 0,70%. Der gewünschte Endkohlenstoffgehalt ist 0,10%.

Tabelle I

	α	Erste charakteristische Werte	:■	Zweite	Dritte
	0.001211		-4.224	charakteristische	charakteristische
Chargennummer	0,001288		-4.455	Werte	Werte
	0,001267		-2,978	CD(%)
1	0,001413		-2,446	0.53	21.8
2	0,001201		-4.714	0.54	21.0
3	0,001195		-4,478	0.67	19.0
4	0,001182		-4.924	0.82	17.9
5	0,001229		-3,418	0,53	19.6
6	0,001298		-3.590	0.52	ISS
7			0.49	20,0
8		0,54	19.3
9		0.64	15.9
	-0.001174
	-0,001441
	-0,000941
-0,001070
-0,001485
-0.001235
-0,001340
-0,000785
-0,001327

Charj.ennummer	(I
	0,001447 0,001236 0,001223
10 11 12

Fortsetzung

Erste charakteristische Werte

-0.001022 -0,001200 -0,000788

Das Rechenverfahren auf der Basis der drei charakteristischen Werte arbeitet folgendermaßen: Die Werte α, '. ;.·, C₁, und E₀ ¹? sind von den Vergleichschargen her gegeben. Dann wird die von Punkt A bis Punkt D erforderliche Sauersioffmenge nach folgender Formel berechnet.

CO"=l8-Si,_m 4-9.5(C_HM-C_n) f 2.1 (Mn_HM - Mn_n)

+ 4,7Ti_HM}-W_1IM-(1 - E?,¹?)+ |8-Si_CH 4- 9,5 (C_CM - C₀) 4- 2.1 |Mn_r - Mn_n) 4- 4.7 Ti_CM } · W_CM · (1 - Ef/?) 4-18· Si_sc + 9,5 (C_sc - D₀) 4- 2,1 (Mn₅T - Mn_n) 4-4,7Ti_sc|-W_sc (1 - E?»). (4)

Dann wird die von Punkt D bis Punkt E erforderliche Sauerstoffmenge. wo das Stahlbad den gewünschten Endkohlenstoffgehalt C_E% hat. nach folgender Formel berechnet:

OP== -¹—Hn(^e¹"⁰"- ß)

Zweite

charakteristische
Werte

C_n (%)

0,95
0,57
0,63

Dritte

charakteristische Werte

23,8 18,2 19.8

- ln(nC-^c'·-

- /c₂)-Gin.

(5)

Es bedeutet: C_E ist der gewünschte Endkohlenstoffgehalt in Prozent des Stahlbades, k₂ ist eine Konstante, die das Verlustverhältnis der Grundmaterialien bis Punkt D und Gin ist das Gesamtgewicht aller Grundmatcrialien. in Tonnen, die in den Konverter gegeben wurden.

Die erforderliche Gesamtmenge an Sauerstoff wird aus den Formeln (4) und (5) nach der folgenden Formel berechnet:

of = o?"+ o?¹

(6)

Aus der Formel (6) wird die in den Konverter geblasene Sauerstoffmenge nach folgender Formel

- 2,054

- 3,962
-2,931

berechnet:
Of = Of - (200 Ge 4 150 WS 4- 50 WK). (7)

is Die Dimension für das Gas ist Kubikmeter und für das Gewicht Tonnen.

Der Sauerstoff-Frischprozeß wird mit den vorausberechneten Sauerstoffmengen, die nach der Formel (7) berechnet wurden, durchgeführt. Der Punkt, bei dem

2ü die vorherbestimmte Sauerstoffmenge durchgeblasen ist. ist der Punkt E, wo der Stahl den gewünschten Endkohlenstoffgehalt C_E% erreicht hat. Während dieses Frischprozesses werden keinerlei Analysen der Zuschläge zum geschmolzenen Stahl oder Messungen der Temperatur des geschmolzenen Stahles durchgeführt. Dementsprechend werden auch keine Steuerungsoperationen durchgeführt.

Ein Beispiel der Auswahl einer Vergleichscharge ist nachfolgend wiedergegeben. Zuerst wird eine Auswahltabelle für Vergleichschargen festgelegt, wie sie in Tabelle II wiedergegeben ist, und in dem Computer gespeichert. Es werden wenigstens 50 frühere Chargen, die im Computer gespeichert sind, gegen die 11 Auswahlgegenstände, wie sie in Tabelle II in der Folge von der ersten bis zur vierten Wahl wiedergegeben sind, verglichen. Es werden dann wenigstens 5 Chargen, deren Frischbedingungen der momentan zu steuernden Charge am meisten ähnlich sind, ausgewählt. Der Vorrang unter diesen ausgewählten

Chargen wird durch die Ähnlichkeit ihres tatsachlichen Kohlenstoffgehalts C_E% am Endpunkt im Vergleich zum Endkohlenstoffgehalt C% der m inen tan zu steuernden Charge festgelegt. Es wird >ne Charge der ersten Wahl bestimmt, die einen vi vüchlichen Kohlenstoffgehalt C_E% hat, der am masten dem gewünschten Kohlenstoffgehalt C% ι·η>■-·,"rieht. Aus dieser Charge werden die Werte «, .. _jt und E_O9 entnommen und für die Berechnin .·>·· Gesamtmenge Sauerstoff verwendet, die nach ; ormeln (4) bis (7) in den Konverter zn blasen <-■

Tabeüe II

C regenstand

Gesamtmenge der zugeführten
Grundmaterialien (Tonnen)

Heißes Metall (%)

Kaltes Metall (%)

Sinter (%)

Kalziumoxyde + ¹Z₂ Fluorit (Tonnen) Volumen des eingeblascnen Sauerstoffs (m³)

unbegrenzt unbegrenzt unbegrenzt unbegrenzt unbegrenzt

±4000 Auswahl

pnbegrenzt
± 3

3
3

±3000

20
2
2
2
2

±2000

± 5 ± 1 ± 1

± 1

■t 1 ±1000

Gegenstand

Fortsetzung

10

Lanzenhöhe (mm)

Fluorit (kg)

Kieselsäure (kg)

Endpunkt der Temperatur (⁰C) fcahl der Chargen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentanspruch: Verfahren zur statischen Steuerung des Kohlenstoffgenaltes eines geschmolzenen Stahls am Ende des Frischens in einem sauerstoffgeblasenen Konverter, bei dem die Entkohlungsbedingungen der früheren Chargen, die durch Analyse des CO- und CO2-Gehaltes im Abgas des Konverters erhalten werden, im Computer gespeichert werden und diejenigen früheren Chargen ausgesucht werden, die in ihren Frischbedingungen der vorliegenden Charge ähnlich sind, und bei dem die gesamte einzublasende Sauerstoffmenge berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkohlungsgeschwindigkeitskurve der früheren Chargen im absteigenden Ast durch die bei dynamischen Steuerverfahren an sich bekannte Formel -^- = « + ßdrc ausgedrückt wird, wobei mit Hilfe der Methode der kleinsten Fehlerquadrate die Konstanten «, β, γ, welche die ersten charakteristischen Werte sind, berechnet werden, daß das Sauerstoffverlustverhältnis E^ als dritter charakteristischer Wert von Beginn des Sauerstoffblasms bei Punkt A bis Punkt D, bei welchem d " ^ " 'st ur"^ k Srößer 0 und kleiner 1 und der Kohlenstoffgehalt C„ als zweiter charakteristischer Wert bei Punkt D berechnet werden, und daß die Gesamtmenge des einzublasenden Sauerstoffs nach der Beziehung O^ (Gas) = O^ - (200 GE + 150 WS + 50 WK) ermittelt wird, wobei Of (Gas) die in den Konverter geblasene Sauerstoffmenge (m3), Of die errechnete Gesamtmenge (m3) an Sauerstoff, GE das Gewicht (t) an Eisenerz, WS das Gewicht (t) des Eisenzunders und WK das Gewicht (t) des Kalksteins bedeuten und weiterhin OiLsich ergibt aus der Beziehung: {8 ■ SiHM + 9,5 (C„A, - C0) + 2,1 (Mn„„ - Mn,,) + 4,7 Ti„M! · W„M -(I - E$) + {8 · SitM + 9,5 (CCM - C0) + 2,1 (MnM. - Mnn) + 4,7 TiCA,} · WCM ■ (1 - Ef") + {8 · Si«· + 4,7Tisc}Wsc.-(l -EJtf) H {ln(ue'"c»- ß) «■ γ - ln(ue'"c'-- /<)}·(! - /c2)-Gin. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur statischen juerung des Kohlenstoffgehaltes eines geschmolnen Stahls am Ende des Frischens in einem sauer-)ffgeblasenen Konverter, bei dem die Entkohlungsdingungen der früheren Chargen, die durch Analyse s CO- und CO2-Gebaltes im Abgas des Konverters tialten werden, im Computer gespeichert werden id diejenigen früheren Chargen ausgesucht werden, ; in ihren Frischbedingungen der vorliegenden Charge ähnlich sind, und bei dem die gesamte einzublasende Sauerstoffmenge berechnet wird Ein derartiges Verfahren ist bekannt (»Journal of Metals«, 1964, S. 340 bis 345). In der französischen Patentschrift 1 490 575 wurde ein Verfahren zur dynamischer Steuerung des Kohlenstoffgehalts von geschmolzenem Stahl zu jedem Zeitpunkt oder am Ende des Frischprozesses vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der ίο gesamte Frischprozeß des geschmolzenen Stahls in drei Blasperioden aufgeteilt wird,

1. in eine Blasperiode, während der die Entkohlungs- geschwindigkeit in der Hauptsache durch die Temperatur des heißen Metalls und des Silizium-

gehalts des in den Konverter gegebenen Materials bestimmt wird,

2. in eine Biasperiode, während der die Entkohlungsgeschwindigkeit in der Hauptsache durch die zugeführte Sauerstoffmenge unabhängig vom

KuhleLsluiTgehalt beeinflußt wird und

3. in eine Periode, während der die EntkohLngsgeschwindigkeit in der Hauptsache durch den kohlenstoffgehalt bestimmt wird,

und Formeln bezüglich der Entkohlungsgeschwindigkeit und des Kohlenstoffgehalts in jeder Blasperiode vorherbestimmt werden, diese Formeln durch nachfolge.idu Faktoren, falls erforderlich, korrigiert werden und gemessene Werte des Kohlenstoffgchalts der Schmelze und des geschmolzenen Stahls hinzugefügt werden. Da jedoch diese vorherbestimmten Formeln bezüglich jeder Blasperiode fixiert sind, hat dieses Verfahren den Nachteil, daß selbst bei einem Versuch, die Vergleichschargen, die ähnliche Bedingungen als die momentan betriebene Charge aufweisen, zu verwenden, es schwierig ist, die Ergebnisse oder Erfahrungen der früheren Chargen mit Gewinn anzuwenden.

Beim Verfahren in der Zeitschrift »Journal of Metals« vom April 1964, S. 340 bis 345. ist die Steuergenauigkeit nicht allzuhoch, da die durchschnittliche Entkohlungswirksamkeit des gesamten Frischprozesses der Steuerung als Standardwert zugrunde gelegt wird. Mit Fortschreiten des Slahlfrischprozesses und der Verringerung des Kohlenstoffge'ialtes des Stahls durch Entkohlung nimmt der Enlkohlungsgrad entsprechend ab, und es können daher die berechneten Sauerstoffmengen nicht als Bezugswerte verwendet werden. Es sei denn, daß der Kohlenstoffgehalt des Stahls am Endpunkt der früheren Chargen genau dem Kohlenstoffgehalt der momentanen Charge entspricht. Die Aufgabe der Erfindung ist somit darin zu sehen, daß zur Steuerung des Kohlenstoffgehaltes des geschmolzenen Stahls am Ende des Frischens nicht nur Mittelwerte des gesamten Frischprozesses als Standardwerte zugrunde gelegt werden, sondern zur Erhöhung der Steuergenauigkeit charakteristische Werte verschiedener Perioden des Frischprozesses ermittelt und verwertet werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die F.ntkohlungsgeschwindigkeitskurve der früheren Chargen im absteigenden Ast durch die bei dynamischen Steuerverfahren an sich bekannte Formel