DE2104067C3

DE2104067C3 - Verfahren zur statischen Steuerung des Kohlenstoffgehaltes eines geschmolzenen Stahls am Ende des Frischens in einem sauerstoffgeblasenen Konverter

Info

Publication number: DE2104067C3
Application number: DE2104067A
Authority: DE
Inventors: Katsukiyo Wakayama Marukawa (Japan)
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1970-01-28
Filing date: 1971-01-28
Publication date: 1973-11-15
Also published as: GB1344163A; AT340974B; ATA72071A; US3723099A; JPS4929806B1; DE2104067A1; DE2104067B2; BE761736A; FR2077370A1; FR2077370B1; CA936699A

Description

Werr.c sind, berechnet werden, daß das SaueiVioffverlustverhältnis E?/,' als dritter charakteristischer Wen: von Beginn des Sauerstoffblusens bei Punkt A bis Punkt D. bei welchem ^cj-¹ = k ■ η ist und k arößer 0

do

und kleiner 1 und der Kohlenstoffgehalt C_n als zweiter charakteristischer Wert bei Punkt D berechnet werden, und daß die Gesamtmenge des einzublasenden Sauerstoffs nach der Beziehung O}¹ (Gas) = O*^h (2(X) GE f 150 WS + 50 WK) ermittelt wird, wobei Oi'" (Gas) die in den Konverter geblasene Sauerstoffmenge (nr¹). O,^vfcdie errechnete Gesamtmenge Im³) an Sauerstoff, GE das Gewicht (ti .ip Eisenerz. WS das Gewicht (t) des Eisenzunders und WK das Gewicht (t) des Kalksteins bedeutet und weiterhin Oi¹ sich ergibt aus der Beziehung:

{8 · Si_HAf + 9,5 (C„._M - C₀) 4 2,1 (Μη_Η._Μ - Mn_D) + 4,7 Ti„_M} W„_M(1 - E#5) + {8 · Si_fAf
+ 9,5 (C_c„ - C₀) + 2,1 (Mn_sr - Mn_D)
+ 4,7 Ti_CM} · W₀, · (1 - E£D + {8 · Si_sc
+ 4,7Ti_sc}-W_sc-(l -Eg?)

η ■ γ

- ln(ae>· ^c<-

Im Gegensat? zu den zum Stande der Technik zählendei. Verfahren ist das erfindungsgemäße Verfahren so angelegt, daß es im wesentlichen an im Computer gespeicherten Referenzwerten vorangegangener Chargen orientiert ist. Zuerst werden nämlich nach bekannten Verfahren CO und CO₁ im Abgas, das aus dem Konverter der momentan geblasenen Charge abgeblasen wird, analysiert (s. zum Beispiel japanisches Patent 15 516/64, französische Patente 1309 212 und 1325024 und das Zusatzpatent 81514). Dann werden die Chargencharakteristiken, 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 Tür 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 Entkohlungsbed'ngung bei der dynamischen Steuerung von sauerstofTgeblasenen Konvertern in Ausdrücken der charakteristischen Werte n. ,-: und ;■ anzugeben. Die Korrelation zwischen dem Kohlen- >iolTiiehalt des geschmolzenen Stahls und der Kohlen-

stofloxydationsgesch windigkeit -_J() läßt sich folgendermaßen ausdrücken:

de

Es bedeutet:

dcdo

ist die Kohlenstoffoxsdations-

geschwindigkeit bei % C pro 0.028 m³ Sauerstoff.

it. ,1 und ;■ sind Parameter und C ist der Kohlenstoffgehalt in Prozent, abgekürzt C%. des Stahlbades.

Das obenerwähnte Verfahren des Standes der Technik betrifft ein dynarr .>ches Steuerverfahren, bei dem die charakteristischen Werte «, ri und γ kontinuierlich während des Frischprozesses gemessen und so eingestellt werden, daß sie zur gewünschten Entkohlungskurve konvergieren. Bei dem erfindungsger.iäßen statischen Verfahren jedoch werden die drei charakteristischen Werte in einem Ansatz durch den Computer am Ende der Chargen berechnet und die Werte zusammen mit den Einzelheiten der sauerstoffgeblasenen Bedingungen im Computer als Vergleichschargen für weitere Chargen gespeichert.

F i g. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwisehen (W Entkohlungsgeschwindigkeit pro Einheit der eingebh'senen 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 -^- zu k« abfällt (k ist eine vorherberechnete Konstante im Bereich von 0 bis 1). C₀ ist der Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Metalls am Punkt D. E₀₂ ist das durchschnittliche Sauerstoffverlustverhältiiis 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 -p = « + /ie⁵"', wobei die Methode der kleinsten Quadrate angewandt wird. Die charakteristischen Werte «, />' 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 gebracht. Der Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Stahles kann dazu vom Endpunkt des Frischens her berechnet werden, indem die analysierten Werte des geschmolzenen Stahls am Ende und die Kohlenstoffmenge bestimmt werden, die das zu steuernde System verlassen haben.

Der zweite charakteristische Wert ist der Kohlenstoffgehalt C₀ des geschmolzenen Stahls am Punkt D

de
in Fig, I₁ wo -j- = k« ist..Der Wert C₀ wird aus

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

Die theoretisch erforderliche Sauerstoffmenge zu eginn des sauerstoffgeblasenen Frischprozesses bis υ Punkt D (Oi"cal), wird folgendermaßen berechnet:

Opber. = {8 · Si,_/M + 9,5(C_HAf - C_n) + 2,l(Mn_HM - Mn_n) + 4,7Ti_/iAf}'W„_M . + {8 - Si_CAf + 9,5 (C_CM - C_D) + 2,1 (Mn_CM - Mn_n) + 4,7Ti_CM}-W_CAf

{Di_sc + 9,5 (C_sc - C„) M

4- 8 {_{sc sc}

+ 2,1 (Mn_sc - Mn_n) '+Cr)-W₅₀

Si_//M = Si% des Roheisens. Cum = C % des Roheisens. Mn,,_M = Mn% des Roheisens. Ti/fM = Ti% des Roheisens. W_//Af = Gewicht (Tonnen) des Roheisens. Si_CAf = Si% des Eisenerzes. C_CM = C% des Eisenerzes. = Mn% des Eisenerzes. = 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.

Mn

_CAf

Cp == C% am Punkt D (durch Rechnung

erhalten).
Mn,, = 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, (OJ^D ob), eingeblascne ίο Sauerstoffmenge kann nach folgender Beziehung berechnet werden:

ob = Of ob - O!pob +
+ 50 WK.

200GE + 150WS (2)

OÄT'ob ist die gesamte eingeblascne Saucrstoff-

jpenge in m³.
Op^uob ist die von D bis E (Endpunkt) cingeblasene

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 Formel unter Verwendung der Werte (O'^ber.) und (O§^Dob) berechnet:

(Tatsächlich verbrauchte Sauerstoffmenge) . . _r. - (Theoretisch erforderliche Sauerstoffmenge)

Sauerstoffverlustverhaltnis E₀₂ = ———.ττ"Ρ"Ύ Γ —,~.—?. ΓΤϊ Γ~·

(Tatsachlich verbrauchte Sauerstoffmenge)

Das Sauerstoffverlustverhältnis E'^ von Beginn des Sauerstoffblasens bei Punkt A bis zu Punkt D kann leicht nach folgender Formel (3) errechnet werden:

Oi"ob - Oi°ber. Oi" ob

Das Sauerstoffverlustverhältnis EoI 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 isl in Tabelle I wiedergegeben. Der Konverter hatte eine Kapazität von 170 Tonnen. In den Konvertei wurden 130 Tonnen Roheisen und 40 Tonnen Schrot! bzw. Zunder gegeben.

Die Zusammensetzung des Roheisens war folgende C_HAf4,5%, Si_HM 0,60%, Mn_HM 0,70%. Der gewünscht Endkohlensloffgehalt ist 0,10%.

Tabelle I

	α	Erste charakteristische Werte	-0,001174	-4,224	Zweite	Dritte
	0,001211		-0,001441	-4,455	charakteristische	charakteristische
Chargennummer	0,001288		-0,000941	-2,978	Werte	Werte
	0,001267		-0,001070	-2,446	C₀ (%)	E#?(%)
1	0,001413	•	-0,001485	-4,714	0.53	21,8
2	0,001201		-0,001235	-4,478	0,54	21,0
3	0,001195		-0,001340	-4,924	0,67	19,0
4	0,001182		-0,000785	-3,418	0,82	17^
5	0,001229		-0,001327	-3.590	0,53	19,6
6	0,001298			0,52 '	18,8
7				0,49	20,0
8			0,54	19,3
9			0.64	155

Chargennummer

IO
Il

17

Fortsetzung hrslc charakteristische Werte

0,(X) 1447
0.(X)1236
0,001223

-O.(X)I(I22 -0.(X)1200 -O.(XK)788

Das Rechcnvcrfahrcn auf der Basis der drei charakteristischen Werte arbeitet folgendermaßen: Die Werten, /f. j·, C₁, und lift¹?sind von den Vergleichsehargcn her i:egcbcn. Dann wird die von Punkt Λ bis Punkt D erforderliche Sauerstoffringe nach folgender Formel bcrcchn-t:

(>}'·--= 18-Si,_IAf +9.5(C_IIAI - C_n) I 2,1 (Mn_//Af - Mn,,)

I 4.7 Ti₁₁₄₁ J-W₁₁₁₁₁-(I WM t !«-Si«, ι 9,5(CYm - C_n) + 2,1 (Mn₁- - Mn,,) t 4.7Ti₁-M)-W₀₁-(I I?,',·)+ !8-Si_st. + 9,5 [C_sc - D_n) I 2.1 (Mn_sr - Mn,,) + 4,7 Ti_x,- }W_vr (I - F₁Y,'). (4)

Dann wird die von Punkt D bis Punkt E erforderliche Saucrstoffmengc. vo das Stahlbad den gewünschten Endkohlcnstoffgehalt C_t;% hat. nach folgender Formel berechnet:

OP^k= '-- {In («e¹'"^c»— (I)

α · γ

ln(ciC-^c'-

Gin.

Es bedeutet: C_K ist der gewünschte Endkohlenstoffgchall in Prozent des Stahlbadcs. k₂ ist eine Konstante, die das Vcrlustverhältnis der Grundmaterialicn 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= Of¹+ O?¹··. (6)

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

Zweite charakteristische Werte	Dritte charakteristische Werte
C₀ (V.)	K?>°(%)
0,95	23,8
0,57	18,2
0,63	19,8

- 2.054

- 3.962
-2.931

berechnet:
Of - OV (200Ge + 150WS + 50WK). (7)

is Die Dimension für das G;is ist Kubikmeter und Pur das Gewicht Tonnen.

Der Saucrstoff-Frisehprozcß wird mit den vorausberechneten Sauerstoffmengen, die nach der Formel (7) berechnet wurden, durchgeführt. Der Punkt, bei dem die vorherbestimmte Sauerstoffringe durchgeblasicn ist. ist der Punkt E, wo der Stahl den gewünschten EndkohlcnstolTgehalt 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 Stcuerungsopcrationcn durchgeführt.

Ein Beispiel der Auswahl einer Verglcichschargc ist nachfolgend wiedergegeben. Zuerst wird eine Auswahltabcllc ITt Vcrgleichschargen 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 tatsächlichen Kohlcnstoffgehalts C_K% am Endpunkt im Vergleich zum Endkohlenstoffgehalt C% der momentan zu steuernden Charge festgelegt. Es wird die Charge der ersten Wahl bestimmt, die einen tatsächlichen Kohlenstoffgehalt C_F% hat, der am meisten dem gewünschten Kohlenstoffgehalt C% entspricht. Aus

dieser Charge werden die Werte α, //, y, C_n und Eq

entnommen und für die Berechnung der Gesamtmenge Sauerstoff verwendet, die nach den Formeln (4] bis (7) in den Konverter zu blasen ist.

Tabelle II Gegenstand

Gesamtmenge der zugefuhrten
Grundmaterialien (Tonnen)

Heißes Metali (%)

Kalte? Metall (%)

Sin;er(%)

Kalziumoxyde + '/2 Fluorit (Tonnen)

Volumen des eingeblasenen Sauerstoffs {rn³}

unbegrenzt unbegrenzt unbegrenzt unbegrenzt unbegrenzt

+ 4000

Auswahl

on begrenzt
± 3

3.
3
3

+ 3000

20
2
2
2
2

+ 2000

	4.	5
±	1
±	1
±	1
±	I
±	!QOQ
±

Gegenstand

Lanzcnhöhc (mm)

Fluorit (kg)

Kieselsäure (kg)

Endpunkl der Temperatur ( C) Zahl der Chargen

2 1	04 067	-> 1	200
1·	nrlSL'l/iing	ι	200
ι. ί 300			200
i 250		±	40
ί 300		ι	50
f 60
t 50

Auswahl

10

j.

' 100

2(10

t 150

L 40

f 50

I

i

L

I

i

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur statischen Steuerung des Kohienstoffgehaltes eines geschmolzenen Stahls am Ende des Frischens in einem sauerstoffgeblasenen Konverter, bei dem die Entkohlungsbedingungen der früheren Chargen, die durch Analyse des CO- und COi-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 Entkohlungsgesctawindigkeitskurve der früheren Chargen ii-i absteigenden Ast durch die bei dynamischen Steuerverfahren an sich bekannte

Formel -r- = a + ße^yc ausgedrückt wird, wobei

mit Hilfe der Methode der kleinsten Fehlerquadrate die Konstanten α, β, γ, welche die ersten charakteristischen Werte sind, berechnet werden, daß das Sauerstoffverlustverhältnis E£9 als dritter charakteristischer Wert von Beginn des Sauerstoffblasens bei Punkt A bis Punkt D, bei welchem de

-^ = k ■ α i-t und k größer O und kleiner 1 und der Kohlenstoffgehalt C_D als zwr-ter charakteristischer Wert bei Punkt D berechnet werden, und daß die Gesamtmenge desjynzub¹ isenden Sauerstoffs nach der Beziehung Of (Gas) = 0'>^E - (200 GE + 150 WS + 50 WK) ermittelt wird, wobei Of (Gas) die in den Konverter geblasene SauerstofY-menge (m³), Oi^L 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 Of sich ergibt aus der Beziehung:

{8 ■ Si„_A, + 9.5 (C„_A, - C₀) + 2,1 (Mn,,,, - Mn_n) + 4.7 Ti„_Af} · W„_A, · (1 - E#3 + |8 · Si₀,
+ 9,5 (C₀, - C₀) + 2,1 (Mn₅₁. - Mn₀)
+ 4.7 Ti_(A,} ■ W₀, (I- E$) + {8 ■ Si_S(.

4- ά 7 Ti IW · Π — ΡΛΓΛ ι t,' ι igci ^YVsr. I¹ '-■oil

+ -' - {In («e' ^Cb- ß)
η ■ γ

- ln(ue^; ^C|-

- k₂) Gin.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur statischen Steuerung des Kohlenstoffgehaltes 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 srhalten 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. Ein derartiges Verfahren ist bekannt (»Journal of Metals«, 1964. S. 340 bis 345).

In der französischen Patentschrift 1 490 575 wurde ein Verfahren zur dynamischen 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 Entkohlungsgeschwindigkeit in der Hauptsache durch die Temperatur des heißen Metalls und des Siliziumgehalts des in den Konverter gegebenen Materials bestimmt wird.

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

Kohlenstoffgehalt beeinflußt wird und

3. in eine Periode, während der die Entkohlungsgeschwindigkeit in der Hauptsache durch den Kohlenstoffgehalt bestimmt wird,

und Formeln bezüglich der Er.tkohlungsgeschwindigkeit und des Kohlenstoffgehalts in jeder Blasperiode vorherbestimmt werden, diese Formeln durch nachfolgende Faktoren, falls erforderlich, korrigiert werden und gemessene Werte des Kohlenstoffgehalts 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 Stahlfrischprozesses

45. und der Verringerung des Kohlenstoffgehakes des Stahls durch Entkohlung nimmt der Entkohlungsgrad 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 darm 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 Entkohlungsgeschwindigkeitskurve der früheren Chargen im absteigenden Ast durch die bei dynamischen Steuerverfahren an sich bekannte Formel

" -ρ- = (i + //e^yr ausgedrückt wird, wobei mit Hilfe

der Methode der kleinsten Fehlerquadrate die Konstanten «, β, γ, welche die ersten charakteristischen