DE2505065B2

DE2505065B2 - Verfahren zum ermitteln des ist- kohlenstoffgehalts beim sauerstoffaufblaskonverter waehrend des blasens

Info

Publication number: DE2505065B2
Application number: DE19752505065
Authority: DE
Inventors: Mohamed Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Shahata
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-02-06
Filing date: 1975-02-06
Publication date: 1976-12-16
Also published as: ATA27776A; BE838338A; AT370773B; DE2505065A1; FR2300132A1; LU74176A1; FR2300132B3

Description

't

(au 3₂, αϊ, (X₂ Konstanten, K, K_x Verstärkungsfaktor, CO₂(O Prozentgehalt an CO₂ im Abgas),
2. nach der aufgeblasenen Sauerstoffmenge auf Grund der physikalisch-chemischen Bilanz

(O₂ SoU-

(bo. b_x Konstanten, O₂ sw/ Sollwert der Sauerstoffmenge, O₂(O bis zum Zeitpunkt t aufgeblasene Sauerstoff menge),

3. aus der Annahme eines linearen Abfalls des prozentualen Kohlenstoffgehalts in den letzten Blasminuten (t > t_a)

(cü, ei Konstanten, t, Zeitpunkt des Beginns der

Berechnungen, z. B. 15. Blasminute),
und daß die so bestimmten Einzelwerte Ci, C₂, C3 mit Faktoren A, B, C bewertet werden, deren Summe Eins ist und die bei ungestörtem Verlauf der Meß- und Rechenwerte für die Ermittlung von Ci und C₂ sich annähernd wie A : B: C= 4 :2 :1 verhalten, dagegen bei gestörten Meßwerten zur Ermittlung von Ci oder C₂ für den gestörten Wert auf Null und für die beiden anderen Werte auf ein Verhältnis von annähernd B: C bzw. A : C= 2 :1 gesetzt werden.

Die Untersuchungen, die zu der Erfindung geführt haben, ergaben, daß der IST-Kohlenstoffgehalt gegen Ende des Blasprozesses direkt von dem Wert der Entkohlungsgeschwindigkeit und deren erstem Differentialquotienten abhängig ist und daß sich hierfür eine lineare Näherungsbeziehung ansetzen läßt

d²C

40

(K Verstärkungsfaktor, au a₂ Konstanten).

An Stelle der Entkohlungsgeschwindigkeit kann auch der Gehalt an Kohlendioxyd im Abgas in Prozent (C0₂ft/) ^nacn folgender Näherungsbeziehung benutzt werden:

C₁ = K₁ U₁

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(«ι, Λ2 Konstanten, K\ Verstärkungsfaktor).

Die Zeit t wird vom Beginn des Blasprozesses an gerechnet. In diesem letzten Fall ist es möglich, den IST-Kohlenstoffgehalt zu bestimmen, ohne den Abgasstrom meßtechnisch zu erfassen.

Zur Bildung des ersten Differentialquotienten v/erden die Meßwerte mit Hilfe von an sich bekannten statistisch adaptiv arbeitenden Trendfilterungsein richtungen von den ihnen anhaftenden statistischen Schwankungen und zeitlichen Verzögerungen befreit. Die Konstanten werden aus der Auswertung früherer Chargen und den hierzu aufgenommenen Kurvenverläufen bestimmt. Der Verstärkungsfaktor K bi:w. Ki wird nach jeder Charge neu berechnet und dazu der Quotient aus dem Meßwert des Analysenlabors für die letzte Charge mit dem für die Berechnung verwendeten Wert dieser Charge gebildet Für Charge (n)

v-(„\ _ *-Later (B-I) Λ(Π) - γ,

•-Ί (n-1)

Auch für die Bestimmung des Kohlenstoffgehalts aus der aufgeblasenen Sauerstoffmenge wird eine lineare Näherungsbeziehung verwendet Sie ergibt sich aus der Differenz des Sollwertes der aufgeblasenen Sauerstoffmenge O₂ sott mit der bis zum Zeitpunkt t jeweils aufgeblasenen Sauerstoffmenge O₂^fJt Aus den eingebrachten Stoffmengen und deren Analysen läßt sich die zum Erreichen des gewünschten Endkohlenstoffgehalts erforderliche Sauerstoffmenge O₂ soll im voraus berechnen.

Die Bewertungsfaktoren A, B, C, deren Summe gleich Eins ergeben muß, werden entsprechend der Güte der Einzelbestimmungen gewählt Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Bestimmung von Q aus den Werten der Gasanalyse am häufigsten mit Fehlern behaftet sein kann, die von Störungen der gasanalytischen Meßgeräte herrühren. Auch die Bestimmung von C₂ aus der aufgeblasenen Sauerstoffmenge kann gelegentlich gestört sein. Am unwahrscheinlichsten ist eine Störung oder Verfälschung des Wertes von C3. Bei ungestörtem Verlauf und üblicher Genauigkeit der für die Bestimmung benutzten Meßwerte wird für A : B: C ein Verhältnis von 4:2:1 gewählt, z.B. A = 0,6, B=0,3, C=O₁I. Ist dagegen Ci infolge von Störungen eines Analysegerätes verfälscht, so wird Λ = 0 gesetzt und für B und C ein Verhältnis von 2 :1, z. B. B=OJ, C=0,3 gewählt In entsprechender Weise wird verfahren, wenn der Wert für C₂ gestört ist Auch hier wird dann B=O und A " 0,7, C- 03 gesetzt

Die Bestimmung der Einzelwerte Ci, C₂, Cy, ihre Bewertung mit den Faktoren A, B, C und ihre lineare Kombination zum Summenwert beginnt nach Erreichen vorgegebener Kriterien. Die Auswertung wird eingeleitet, wenn vorgegebene Werte im Sinne einer UN D-Verknüpfung für die Blaszeit die Kohlenstoff-Abbrandgeschwindigkeit (dC/dfJund die aufgeblasene Sauerstoff menge erreicht sind. An Stelle eines Wertes für dC/df kann auch ein Wert für den prozentualen Gehalt an Kohlendioxyd im Abgas vorgegeben werden. Als Zusatzbedingung wird eine obere Grenze für die Menge des aufgeblasenen Sauerstoffs vorgegeben und die Auswertung auch dann eingeleitet, wenn unabhängig von den in der genannten UN D-Verknüpfung angegebenen Werten der Grenzwert für den aufgeblasenen Sauerstoff erreicht oder überschritten wird. Für einen Konverter mit einer Leistung von 1201 hatten sich z. B. folgende Grenzwerte als günstig erwiesen: Blaszeit f= 14 min, dC/dr=300 kg/min, aufgeblasener Sauerstoff 5000 Nm³.

Als Zusatzbedingung, d. h. als obere Grenze für die Sauerstoff menge wurde 5500 Nm³ angesetzt. Nach Erreichen der Grenzwerte der UND-Verknüpfung oder der Zusatzbedingung bei einer bestimmten Charge, z. B. zur Zeit r> f.« 15 see, wurde die Auswertung eingeleitet und alle 4 Sekunden bis zum Ende der Blaszeit der Kohlenstoffgehalt der Schmelze ermittelt. Auf diese Weise ließ sich bei über 90% der Schmelzen der vorgegebene Endwert für den Kohlenstoffgehalt mit einer Genauigkeit von ±0,2% erreichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ermitteln des IST-Kohlenstoffgehalts beim Sauerstoffaufblaskonverter während des Blasens, aus der Messung von Kohlenoxyd und Kohlendioxyd im Abgas, dem aufgeblasenen Sauerstoff und der Blaszeit, zur Steuerung des Blasprozesses auf einen vorgegebenen Endkohlenstoffgehalt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffabbrand im letzten Drittel der Blaszeit nach drei verschiedenen linearen Näherungsbeziehungen bestimmt wird, nämlich erstens nach der Entkohlungsgeschwindigkeit dC/df oder dem Kohlendioxydgehalt CO₂(t) und deren ersten Differentialquotienten, bestimmt aus der Abgasanalyse

dC

oder

zweitens nach der aufgeblasenen Sauerstoffmenge O₂(t) auf Grund der physikalisch-chemischen Bilanz mit der zum Erreichen des Endkohlenstoffgehalts aus den Einsatzstoffen ermittelten erforderlichen Sauerstoffmenge O2 soil

bo+b\ [O₂ SoIi-

drittens aus der Annahme eines linearen Abfalls des prozentualen Kohlenstoffgehalts in den letzten Blasminuten (t, Zeitpunkt des Beginns der Auswertung)

C₃=Co+c\(t-t_s)

und daß die so bestimmten Einzelwerte Ci, Ci, Cj mit Faktoren A, B, C bewertet werden, deren Summe Eins ist und die bei ungestörtem Verlauf der Meß· und Rechenwerte für die Ermittlung von Ci und C₂ sich annähernd wie A :B:C=4 :2 :1 verhalten, dagegen bei gestörten Meßwerten zur Ermittlung von Ci oder C₂ für den gestörten Wert auf Null und für die beiden anderen Werte auf ein Verhältnis von annähernd B: C bzw. A:C=2:\ gesetzt werden (a\, a₂, »ι, on, bo, b\, co, C\ Konstanten; K, K\ konstanter Verstärkungsfaktor).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Näherungsbeziehungen für Ci, C₂, C₃ eingeleitet wird, wenn im Sinne einer UND-Verknüpfung vorgegebene Werte für die Blaszeit (min), den Wert dC/df (kg/min) oder Kohlendioxyd (Prozent) und die aufgeblasene Sauerstoffmenge (Nm³) erreicht bzw. überschritten werden oder ein vorgegebener oberer Grenzwert für die aufgeblasene Sauerstoffmenge (Nm³) erreicht ist.

Endkohlenstoffgehalt möglichst genau zu erreichen. Da eine direkte Messung des Kohlenstoffgehalts, z.B. mittels analytischer Methoden, während des Blasens nicht möglich ist, müssen indirekte Methoden zur Bestimmung herangezogen werden. So ist es bekannt, mittels eines Rechners eine Kohlenstoffanalyse modellmäßig unter Verwendung von aktuellen Prozeßdaten zu ermitteln. Hiernach kann dann der Prozeß prinzipiell in dem Zeitpunkt abgebrochen werden, wenn der ge-

wünschte Kohlenstoffgehalt vorhanden ist

Am besten bekannt ist die fortlaufende Berechnung des Kohlenstoffgehalts des Metallbades auf Grund der Bestimmung der Kohlenstoff-Abbrandgeschwindigkeit Hiernach wird die zu Beginn des Blasprozesses mit den Einsatzstoffen in den Konverter eingebrachte Kohlenstoffmenge aus dem Kohlenstoffgehalt der Einsatzstoffe bestimmt und aus der Abgasanalyse, d.h. dem prozentualen Gehalt der Abgase an Kohlenoxyd, Kohlendioxyd und aus dem Abgasstrom die Entkohlungsgeschwindigkeit dC/df bestimmt. Der Kohlenstoffgehalt des Bades ergibt sich aus der Integration von dC/df und der Bildung der Differenz zum Kohlenstoffgehalt der Einsatzstoffe. Diese Methode ergibt wegen der Differenzbildung und infolge von Meßungenauigkeiten bei den Abgasmessungen verhältnismäßig ungenaue Werte für den Kohlenstoffgehalt.

Es ist auch bekannt, den aufgeblasenen Sauerstoff zu der Entkohlung in Beziehung zu setzen. Der Zusammenhang ist aber nur in einem kompliziert aufgebauten Gleichungssystem dar2:ustellen und daher nur mit großem Aufwand in einem Modell des Prozesses nachzubilden. Weiterhin ist es bekannt, den Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffgehalt des Bades und der Entkohlungsgeschwindigkeit in einer Gleichung zu erfassen und graphisch darzustellen. Die Kurve verläuft bei großem Kohlenstoffgehalt des Bades oberhalb von etwa 0,5% Kohlenstoff und bei kleinem Kohlenstoffgehalt unter 0,5% annähernd linear, in dem dazwischen liegenden Gebiet dagegen nach einer quadratischen Beziehung. Die Abbrandkurve, die den Verlauf des Badkohlenstoffes über die Blaszeit angibt, verläuft im letzten Blasabschnitt nach einer e-Funktion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für den Kohlenstoffgehalt des Metallbades anzugeben, das wesentlich genauer ist als die bekannten Methoden, und mit dem es möglich ist, einen vorgegebenen Endkohlenstoffgehalt mit einer Toleranz von '/io% zu erreichen. Dabei wird davon ausgegangen, daß für den Zusammenhang des aufgeblasenen Sauerstoffes mit der Entkohlung eine lineare Beziehung verwendet werden kann und auch für die Entkohlungsgeschwindigkeit eine lineare Näherungsbeziehung gültig ist, wenn die Bestimmung lediglich im letzten Drittel der Blaszeit ausgeführt wird. Allein dieser Zeitraum ist jedoch für das Erreichen eines gewünschten Endkohlenstoffgehalts ausreichend.

Das Verfahren wird zur Steuerung des Blasprozcsses auf einen gewünschten Endkohlenstoffgehalt verwendet und besteht gemäß der Erfindung darin, daß der Kohlenstoffabbrand im letzten Drittel der Blaszeit nach drei verschiedenen linearen Näherungsbeziehungen bestimmt wird, nämlich

1. nach der Entkohlungsgeschwindigkeit oder dem Kohlendioxydgehalt und deren ersten Differentialf>5 quotienten, bestimmt aus der Abgasanalyse

Bei der Stahlerzeugung mit Sauerstoffaufblaskonvertern verfolgt man das Ziel, einen vorgegebenen dC

d²C