DE2836694A1 - Verfahren zum kontrollieren des endzeitpunkts des windfrischvorgangs in einem konverter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kontrollieren des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs in einem Konverter? das die Durchführung von Abgasanalysen auf kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Basis im Endstadium des Windfrischvorgangs sowie, basierend auf Entkohlungsraten-Daten (Abgasinformation), die aus der Abgasanalyse erhalten worden sind, die Bestimmung des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs umfaßt, bei dem der Kohlenstoffgehalt des Bades einem Soll-Kohlenstoffgehalt entspricht. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Anwendung der folgenden Entkohlungsraten-Gleichung %

-Tf = F(C,b) - F/"f"¹(-||, b)

die als Differentialgleichung die Verzugszeit (T) der Abgasinformation berücksichtigt, welche Verzugszeit sich als Zeitspanne vom Zeitpunkt des Auftretens einer Entkohlungsreaktion im Konverter bis zu der Zeit, zu der die genannten Entkohlungsraten-Daten festgestellt werden, erstreckt, sowie einer Gleichung:

g(b)

die eine Funktionalgleichung zur Verbesserung der Voraussagbar-= keit des Kohlenstoffgehalts des Bades zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs darstellt.

903810/0798

Ersichtlich betrifft daher die Erfindung ein Verfahren zur dynamischen Kontrolle des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs im Konverter.

Bei Konverterverfahren spielen Kontrollmaßnahmen zur Erhöhung der Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts und der Badtemperatur in der Endstufe des Windfrischvorgangs, um dadurch Schlacken mit verbesserter chemischer Zusammensetzung zu erhalten, eine bedeutende Rolle und waren bisher Gegenstand vieler Untersuchungen. So ist zum Beispiel vorgeschlagen worden, den Kohlenstoffgehalt des Bades allein auf Grund der Entkohlungsrate nahe dem Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs abzuschätzen und dadurch den Kohlenstoffgehalt in der Endphase zu kontrollieren. Ein solches Vorgehen ist jedoch nicht nur erheblichen Fehlern, beispielsweise auf Grund der Veränderungen in der Schlackenmenge, die auf der Badoberfläche gebildet wird, und der daraus folgenden erheblichen Veränderung in der Genauigkeit unterworfen, sondern weist auch den Nachteil auf, daß es nicht zur Temperaturkontrolle oder des Eisenoxydgehalts der Schlacke verwendet werden kann. In neuerer Zeit wurde das Tauchlanzen-Verfahren in größerem Umfang und auch erfolgreich angewendet, bei dem der Kohlenstoffgehalt und die Badtemperatur unmittelbar mit Hilfe von Tauchlanzen zum Zweck der Kontrolle des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs gemessen wurden. Dieses Verfahren ist jedoch nicht nur dadurch nachteilig, daß Meßfehler auf Grund der ungleichmäßigen Verteilung der chemischen Komponenten und der Badtemperatur mit einiger Findigkeit gelöst werden müssen, sondern weist auch noch den Nachteil auf, daß der Eisenoxygehalt der Schlacke nicht bestimmt werden kann. Es

9 0 9 810/0798

wurde auch schon von einem Kontrollsystem berichtet, bei dem die Abgasinformation ständig abgelesen und neu eingestellt wird und bei dem die Parameter der Entkohlungsraten-Modellgleichung unter Verwendung der neuesten, ergänzten Informationen bestimmt werden. Trotz der komplizierten Berechnungen, die notwendig sind, kann gesagt werden, daß dieses Verfahren in der Voraussagbarkeit unzulänglich ist. Darüberhinaus wurden in letzter Zeit die folgenden besonderen Arbeitsweisen für die Kontrolle des Windfrischvorgangs vorgeschlagen, die auf einer Kombination des Kohlenstoffgehalts (C₁,.,.), der mit einer Tauchlanze gemessen worden

DJJ

ist, mit der Abgasinformation basiert. Eine erste solche Arbeitsweise besteht darin, daß man den Wert C als eine Integral-

konstante benutzt ("Tetsu-to-Hagane", £2, 4, Seite 114):

C — C
^E ^SL

den Kohlenstoffgehalt des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs;

den Kohlenstoffgehalt des Bades im Zeitpunkt der Tauchlanzen-Messung;

die Zeit des Endpunktes des Windfrischvorangsj die Zeit der Tauchlanzen-Messung; und

einen Koeffizienten für die Umwandlung der Kohlenstoffmenge (kg) in die Kohlenstoffkonzentration (%)

bedeuten.

909810/0798

Wie jedoch ohne weiteres aus der oben stehenden Gleichung erkannt werden kann, ist dieses Kontrollverfahren/ das einen Integralwert der Entkohlungsrate benutzt, praktisch nicht brauchbar, weil G(CLJ = &(C__T) und deshalb der Fehler bei der Tauchlanzenmessung die Genauigkeit des Kohlenstoffgehalts im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs beeinflußt ^"die ungleichmäßige Verteilung der chemischen Bestandteile im Bad und der Fehler, der der schnellen Kohlenstoffanalyse (mittels eines Kohlenstöffgehalt-Detektors) anhaftet, ergeben zusammengenommen einen sehr großen Fehler im gemessenen C_s--Wert_7.

Ein zweites Kontrollverfahren, von dem in "Tetsu-to-Hagane" 63, 9, Seite 21 berichtet wird, besteht darin, daß die Kontrolle bzw. Regelung mit Hilfe eines beliebigen Parameters in der Gleichung zur Errechnung des Wertes dc/dt aus den Werten C_g und S* -,_ vorgenommen wird, wobei y__ den Sauerstoffwirkungsgrad für die Entkohlung zur Zeit der Tauchlanzenmessung bedeutet. In dem berichteten Fall wird bei der Gleichung dc/dt =cs6+ ß exp(-yb)_p der Wert ß aus den Werten C_SL und ^_SL bestimmt. Da jedoch dieses Verfahren den Wert TT vernachlässigt, wird der Kohlenstoffgehalt im Bad nur ungenau bestimmt. Wenn darüberhinaus ein Parameter verwendet wird, so wie der, der im berichteten Fall verwendet wird, verhindert allein schon die ungenaue physikalische Bedeutung des Parameters, daß ein klares Bild von dessen Verhältnis zu" anderen Faktoren im Konverter-Frischvorgang entsteht, wie z.B. die T-Kontrolle (Kontrolle der Badtemperatur■im Endzeitpunkt des Frischvorgangs) und die Bestimmung des Eisenoxydgehalts in der Schlacke, was im Fall der vorliegenden Erfindung möglich ist.

909810/0798

Aus diesem Grund ist bisher Versuchen, die Tauchlanzen-Information mit der Abgas-Information in Verbindung zu bringen, ein Erfolg versagt geblieben«

Bezüglich der Qualitätskontrolle bei der Konverterstahlherstellung ist eine ständig höhere Genauigkeit gefordert und eine fortschrittliche Entwicklung von einem Kontrollverfahren erwartet worden, das eine verbesserte Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts und der Badtemperatur im Endzeitpunkt des Wind= frischvorgangs vorsehen würde. Wo jedoch die Konverter nicht mit Tauchlanzen-Einrichtungen versehen sind und auch in den Fällen, in denen die Kosten von Versuchsmessungen wichtige Gesichtspunkte darstellen, ist es notwendig, ein Verfahren zu entwickeln, das die Information lediglich aus den Abgasanalysen erhält und verwertet.

Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Notwendigkeit und sieht gleichzeitig eine ordentliche Lösung der vorstehend erwähnten technischen Probleme vor, die sich aus der Kontrolle des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs im Konverter ergeben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zum Kontrollieren des Windfrischvorgangs im Konverter vorzusehen, durch das der Kohlenstoffgehalt des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs viel genauer kontrolliert und geregelt werden kann als bei irgendeinem bekannten Verfahren. Es soll also ein neuartiges Verfahren gefunden werden, das eine

903810/0798

genaue Abschätzung der Bedingungen einer jeden Charge und eine genaue Voraussage des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs_/ die auf dem Ergebnis dieser Abschätzung beruht, ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Kontrollverfahren zu finden, das eine erhöhte Genauigkeit der Badtemperaturkontrolle vorsieht und außerdem eine mengenmäßige Bestimmung des Eisenoxydgehalts in der Schlacke erlaubt.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren zum Kontrollieren des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs in einem Konverter vorgesehen, das die Durchführung der Abgasanalysen auf kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Basis im Endstadium des Windfrischvorgangs sowie, basierend auf der Information über die Entkohlungsraten aus dieser Abgasanalyse, die Bestimmung des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs umfaßt, bei dem der Kohlenstoffgehalt des Bades dem Soll-Kohlenstoffgehalt entspricht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als Entkohlungsratengleichungen für die Sollwertkontrolle des Windfrischvorgangs eine Entkohlungsraten-Differentialgleichung

-T= F(C,b) - F /~f~¹(-§p b), b_7 (1)

die die Verzugszeit der Abgasinformation berücksichtigt, wobei sich diese Verzugszeit vom Zeitpunkt des Auftretens einer Entkohlungsreaktion innerhalb des Konverters bis zu der Zeit erstreckt, zu der diese Reaktion als Entkolilungsrateninformation festgestellt wird, sowie eine Funktionalgleichung

909810/0798

b¹ = g(b) (2)

zur Verbesserung der Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs verwendet wird, wobei in diesen Gleichungen (1) und (2)

X die Verzugszeit (in Minuten) der Abgasinformation;

-~ die Entkohlungsrate (%/Minute) ;

b den Entkohlungsratenindex (1/%), der für jede Charge

bestimmt worden ist;
b' den Entkohlungsratenindex (1/%) in der Nähe des

Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs; C den Kohlenstoffgehalt (%) des Bades; F die Funktion, die durch Integration einer Fundamental-Entkohlungsmodell-Formel --rr = f (C,b) erhalten worden

ist;
f einen Ausdruck, der von dieser Fundamental-Entkohlungsmodell-Formel —rr = f (C,b) abgeleitet worden ist,

in der C eine abhängige Variable ist; g (b) eine Funktion zur Verbesserung der Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts des Bades im Endzeitpunkt

des Windfrischvorgangs

bedeuten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die vorstehend genannte Gleichung (1) mindestens eine Gleichung, die aus folgender Gruppe von Gleichungen ausgewählt worden ist;

9 0 9 810/0 7 9 8

-abf = in fexp(bx)-i]-£nj~ (3)

-abt = tnbx - inf (4)

__abr = bx - ^ - M ^₇ ->| -L=i) (5)

wobei in diesen Gleichungen (3), (4) und (5)

χ einen Wert C-C mit C als Minimum-Kohlenstoffgehalt

(%) für Stahlerzeugungsreaktionen; a eine Konstante, die durch 12 F0-/112W gegeben ist, wobei FO₂ die Sauerstoffdurchflußrate (Nm /min) und W das Gewicht (lonnen) des geschmolzenen Stahls im Endstadium

des Windfrischvorgangs sind; und ^ den Sauerstoffwirkungsgrad für die Entkohlung, die

durch — ' -Tr gegeben ist,

el Ow

bedeuten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird für die vorstehend genannte Gleichung (2) folgende Gleichung gesetzt:

b¹ =otb + ß (6)

wobei ex ein Koeffizient von b, und ß eine Konstante bedeuten. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei

909810/0798

der Bestimmung des Entkohlungsratenindex b in der genannten Entkohlungsratengleichung (1), die die Verzugszeit T der Abgasinformation berücksichtigt, dieser Entkohlungsratenindex b unmittelbar für jede Charge mit Hilfe der Gleichung (1) aus der Entkohlungsrateninformation bestimmt, die durch die Abgasanalyse im Endstadium des Windfrischvorgangs und den Kohlenstoffgehalt des Bades, wie er durch die Tauchlanzen-Messung gefunden worden ist, erhalten wird.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Bestimmung des Entkohlungsratenindex b in der vorstehend genannten Entkohlungsratengleichung (1), die die Verzugszeit C der Abgasinformation berücksichtigt, dieser Entkohlungsratenindex b für jede Charge mit Hilfe der Zeitänderungsgleichung

-(t-t_o) =

bestimmt. Diese Gleichung berücksichtigt die zeitliche Veränderung der Entkohlungsrate aus der im Endstadium des Windfrischvorgangs durchgeführten Abgasanalyse. In der vorstehend genannten Gleichung (7) bedeuten

t den Zeitpunkt, zu dem die Entkohlungsrate im Endstadium des Windfrischvorgangs bestimmt worden ist;

t einen beliebigen Zeitpunkt zwischen t und dem Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs; und

909810/0798

^r). sowie (~^)_t ^die Entkohlungsraten, die zu den

ο
Zeitpunkten t = t bzw. t = t erhalten worden sind.

Schließlich sieht eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung vor, daß die vorstehend genannte Gleichung (7) mindestens eine Gleichung ist, die aus der Gruppe folgender Gleichungen ausgewählt worden ist:

-ab(t-t_o) = P-P₀,wobei P = fn-pj ist (8)

-ab(t-t_Q) = P-P₀,wobei P = tn$ ist (9)

ab(t-t_o) «= P-P_o,wobei P=Uj^Y ~V ~ίΓ ^ist· ^(1o)

In diesen Gleichungen (8) bis (1o) ist P der Wert von P zum Zeitpunkt t = t_Q.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird für die vorstehend genannte Gleichung (2) gesetzt:

b' =cc₁b +<V_SL ^+C*3^TSL ^{+ ß}1

wobei

C__T den Kohlenstoffgehalt des Bades zur Zeit der

Tauchlanzen-Messung;
T_CT die Temperatur des Bades zur Zeit der Tauchlanzen-

Messung; und
α/, (i = 1,2,3) die Koeffizienten für b, C_gL bzw. T_gL und

ß. eine Konstante

909 810/0798

bedeuten.

Schließlich wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der Entkohlungsratenindex b in die Gleichung (2) eingesetzt worden ist, um den Entkohlungsratenindex b¹ in der Nähe des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs zu bestimmen, die genannte Entkohlungsratengleichung (1), in der b durch b¹ substituiert worden ist, entsprechend angewendet, die Entkohlungsratendaten aus der Abgasanalyse eingelesen und der Kohlenstoffgehalt des Bades aus den jeweiligen so eingelesenen Entkohlungsratendaten bestimmt, wobei der Zeitpunkt, zu dem der so erhaltene Kohlenstoffgehalt dem Soll-Kohlenstoffgehalt gleicht, als Endzeitpunkt des VJindfrischvorgangs genommen wird.

In einer abgewandelten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der nach den vorstehenden Ausführungen bestimmte Entkohlungsratenindex b in die genannte Gleichung (2) eingesetzt, um den Entkohlungsratenindex b¹ in der Nähe des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs zu bestimmen, die Gleichung (1), in der b durch b¹ substituiert worden ist, entsprechend angewendet, dann ein Soll-Kohlenstoffgehalt vorläufig in diese Entkohlungsratengleichung (1) eingesetzt, um den Soll-Entkohlungsratenwert abzuschätzen, dann der Entkohlungsratenwert aus der Abgasanalyse eingelesen und der Zeitpunkt, zu dem der so eingelesene Entkohlungsratenwert dem Soll-Entkohlungsraten-

909810/079

wert gleicht, als Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs genommen.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen näher erläutert werden; darin zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem

Kohlenstoffgehalt des Bades und dem Sauerstoffwirkungsgrad für die Entkohlung darstellt, wobei die voll ausgezogene Linie die Beziehung von j mit dem augenblicklich im Konverter festgestellten C-Wert darstellt, der auf der Verzugszeit Z der Abgasinformation beruht;

Fig. 2-1 eine graphische Darstellung, die die Beziehung des Entkohlungsratenindex b zum Zeitpunkt der Tauchlanζenmessung gegenüber dem Entkohlungsratenindex b zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs aufzeigt (entsprechend dem Exponential-Modell);

Fig. 2-2 eine graphische Darstellung, die die Beziehung des Entkohlungsratenindex b zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs gegenüber dem geschätzten Entkohlungsratenindex b zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs aufzeigt (entsprechend dem Exponential-Modell) ;

909810/0798

- 2ο -

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Beziehung des Kohlenstoffgehalts C des Bades gegenüber dem Sauerstoffwirkungsgrad ί für die Entkohlung aufzeigt;

Fig. 4 eine graphische Darstellung/ die die Beziehung des vorausgeschätzten Kohlenstoffgehalts zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs gegenüber dem gemessenen Kohlenstoffgehalt zum gleichen Zeitpunkt aufzeigt;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Beziehung des Sauerstoffwirkungsgrads für die Entkohlung J gegenüber dem Entkohlungsratenindex b aufzeigt;

Fig. 6 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Entkohlungsratenindex b gegenüber der Temperaturanstiegsrate aufzeigt;

Fig. 7 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt im Endzeitpunkt Ct, gegenüber dem Gesamteisengehalt der Schlacke

aufzeigt;

Fig. 8 eine graphische Darstellung, die die Beziehung der Zeit gegenüber dem Sauerstoffwirkungsgrad der Entkohlung J aufzeigt; und

Fig. 9 eine graphische Darstellung, die die Beziehung

zwischen der Zeit und dem Wert -P = £n—r— darstellt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kontrollieren des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs in einem Konverter, das die Durchführung der Abgasanalysen, entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich, im Endstadium des Windfrischvorgangs, sowie, basierend auf den Entkohlungsratendaten, die aus den Ergebnissen dieser Abgasanalysen erhalten worden sind, die genaue Bestimmung des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs umfaßt, bei dem der Kohlenstoffgehalt des Bades den Soll-Kohlenstoff gehalt erreicht. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Kontrollieren des Windfrischvorgangs in einem Konverter, das die Anwendung einer fundamentalen Entkohlungsraten-Gleichung (1) umfaßt:

-4j| = f(C,b) (.1)

wobei

-~ die Entkohlungsrate (%/min.)

f(C,b) die Funktion des fundamentalen Entkohlungsmodells, C den Kohlenstoffgehalt des Bades (%) b einen Entkohlungsratenindex (1/%), der für jede Charge bestimmt worden ist,

bedeuten; die mathematische Umformung dieser Gleichung in eine Entkohlungsraten-Differentialgleichung (2), die die Verzugszeit "C der Abgasinformation berücksichtigt, wobei sich diese Verzugs-

909810/0798

zeit vom Zeitpunkt des Auftretens einer Entkohlungsreaktion im Konverter bis zu einer Zeit erstreckt, bei der diese Reaktion in Form der genannten Entkohlungsratendaten festgestellt wird, berücksichtigt:

-T = F(C,b) - F Z~^f~¹(-|£' b)/b_7 (2)

wobei

"C die Verzugszeit der Abgasinformation (Minuten); F die Funktion, die bei der Integration der fundamentalen

Entkohlungsmodell-Gleichung (1) erhalten wird; f den Ausdruck, der durch die Umwandlung von C in der fundamentalen Entkohlungsmodell-Gleichung (1) in eine abhängige Variable erhalten wird, bedeuten;

sowie die Verwendung einer Funktion (3), die dazu vorgesehen ist, die Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts des Bades zu verbessern um eine exakte Kontrolle des Kohlenstoffgehalts des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs zu erreichen:

b¹ = g(b) (3)

wobei

b¹ den Entkohlungsratenindex in der Nähe des Endzeitpunkts

des Windfrischvorgangs d/%); und g(b)die Funktion zur Verbesserung der Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts des Bades im Endzeitpunkts des

Windfrischvorgangs

903810/0798

bedeuten.

Unter dem vorstehend genannten Ausdruck "Konverter" soll irgendein Konverter in Form eines LD-Konverters, eines Bodeneinblas-Konverters (Q-BOP), eines Argon-Sauerstoff-Entkohlungskessels (AOD) oder eines Vakuum-Sauerstoff-Entkohlungskessels (VOD) verstanden werden.

Unter der vorstehend genannten fundamentalen Entkohlungsraten-Gleichung (1.) soll mindestens eine Gleichung verstanden werden, die aus der folgenden Gruppe von Gleichungen ausgewählt worden ist:

Exponential-Modell: "5 = -1 — = 1 - exp (-bx) Linear-Modell:
IRSID-Model1:
wobei

a dt ^ ⁼ 4 Ü ^{= bx}

a dt

(4) (5) (6)

den SauerstoffWirkungsgrad der Entkohlung, der gegeben ist durch — -*τ ;

a Qt

die Konstante, die gegeben ist durch den Ausdruck 12 FO₂/(11,2 χ 1o W), wobei FO₂ die Sauerstoffdurchflußrate (Nm /min.) und W das Gewicht des geschmolzenen Stahls (Tonnen) im Endstadium des Windfrischvorgangsj und

den Ausdruck C-C , wobei C der Minimumkohlenstoffgehalt (%) für Stahlerzeugungsreaktionen ist,

bedeuten.

909810/0798

Eine generelle Umwandlung der vorstehend genannten
fundamentalen Entkohlungsmodellformel (1) ergibt die vorstehend genannte Entkohlungsratengleichung (2) wie folgt:

Die Integration der Formel (1) ergibt:

- fdt = /dc/f (c,b) (7)

Aus dieser Gleichung (7) wird erhalten

-t = F(C,b) + I (8)

wobei

F (C,b) = Jdc/f(c,b); und

I eine Integrationskonstante bedeuten.

Wenn man annimmt, daß C = C₁ bzw. C zu den Zeitpunkten t.. bzw. t, wird I eliminiert und folgender Ausdruck erhalten:

-(t-t.,) = F(Cb) - F(C₁ ,b) (9)

Um nun tatsächlich die Verzugszeit T der Abgasinformation zu berücksichtigen, wird gefordert:

"t = t, + V (1o)

Dann ist -jrr/ wie es bei t = t gefunden wird, die Entkohlungsrate, die im Konverter zum Zeitpunkt t₁ beobachtet wird, und damit

|| = f(C_rb) (11)

Diese Gleichung (11) wird umgewandelt in

90 9810/0798

f'¹(- §£, b) (12)

Durch Einsetzen der Gleichungen (1ο) und (12) in die Gleichung (9) wird die vorstehend erwähnte Entkohlungsraten-Gleichung (2) erhalten:

-X= F(C,b) - F/"f"¹ (-|£, b), hj (2)

Dies gibt nun die tatsächliche Beziehung zwischen C und —τζ wieder, die in einem kommerziell betriebenen Konverter
erhalten wird, woTT nicht vernachlässigt werden kann.

Damit wird gemäß der vorliegenden Erfindung b in der Gleichung (2) zu einem geeigneten Zeitpunkt im Endstadium des Windfrischvorgangs bestimmt und die Gleichung (2) in Kombination mit der vorstehend genannten Gleichung (2) verwendet, um den Kohlenstoffgehalt des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs mit verbesserter Genauigkeit zu kontrollieren.

Da die fundamentale Entkohlungsmodell-Formel (1) irgendeinesder drei verschiedenen Entkohlungsmodelle betrifft, die durch die genannten Gleichungen (4) bis (6) gegeben sind, gibt sie mindestens eine aus der Gruppe der nachfolgend aufgeführten
Gleichungen wieder:

-ab?» In jexp(bx) - ij -In i (13)

-ab? = lnbx - In^ (14)

__{abr = bx}__L_ ^ ^) ₍₁₅)

909810/0798

Um den Kohlenstoffgehalt des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs zu kontrollieren, muß der Entkohlungsratenindex b, der in der genannten Gleichung (2) auftritt, bestimmt werden. Dieser Index kann durch die folgenden zwei alternativ angewendeten Verfahren bestimmt werden:

I. Aus den Entkohlungsratendaten, die aus der im Endstadium des Windfrischvorgangs durchgeführten Abgasanalyse erhalten werden und aus dem Kohlenstoffgehalt des Bades, wie er durch die Tauchlanzenmessung festgestellt wird, wird der Entkohlungsratenindex b unmittelbar für jede Charge mit Hilfe der vorstehenden Gleichung (2) abgeschätzt.

II. Alternativ dazu wird der Entkohlungsratenindex b für jede Charge mit Hilfe einer Zeitänderungsgleichung (16) bestimmt, die auf die Entkohlungsrate anwendbar ist, die durch die im Endstadium des Windfrischvorgangs durchgeführte Abgasanalyse gefunden wird:

-(t - t_o) = F^f"¹ ((-|£)_t/b),b_7- F/^f"¹ ((-ff)_t /b),b7 (16)

ο wobei

t den Zeitpunkt, zu dem die Entkohlungsrate im Endstadium des Windfrischvorgangs bestimmt worden ist;

t einen beliebigen Zeitpunkt zwischen t und dem Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs; und

(-^r). Ί (-rr). die Entkohlungsraten zu den Zeitpunkten ο

t = t_o bzw. t

909810/0798

bedeuten.

Die Gleichung (16) kann in der gleichen Weise wie die Gleichung (2) abgeleitet werden:

Wenn man wiederum annimmt, daß C = C- ist, wenn t = t.. ist, und C=C ist, wenn t = t ist, ergibt sich die fundamentale Lntkohlungsmodell-Formel(1}:

⁽-Ü^}t-t+tr ^{= f(c}'^{b) {17)}

⁽-δΤ^=_ν? - ^f(ci'^b) <¹⁸⁾

Die Gleichungen (17) und (18) werden jeweils umgewandelt zu

^C1 ⁼

Durch Einsetzen der Gleichungen (19) und (2o) in die Gleichung (8) ergibt sich jeweils:

-(t₊t) =F /-f"¹ {(-§|)_t+r,bl,b_7 (21)

-(t₁₊f)= F /-f-¹ J(-||)_{t +r},b},bj7 (22) ■

Die Integralkonstante I kann durch Substrahieren der Gleichung (22) von der Gleichung (21) eliminiert werden. Da sich die Zeitpunkte auf der linken Seite und der rechten Seite für beide Gleichungen (21) und (22) jeweils auf t +T bzw.- t.. +T beziehen, ergibt sich nach umschreiben der vorstehend genannten Zeitänderungsgleichung (16) auf t und t für die Entkohlungsrate

909810/0798

"dt* ^:

Damit kann durch Herausfinden der Veränderung von --rrmit der Zeit unter Verwendung der Gleichung (16) der Entkohlungsratenindex b in der genannten Gleichung (2) für jede einzelne Charge bestimmt werden.

Außerdem ergibt sich durch Umschreiben der vorstehend genannten Zeitänderungsgleichung (16) für die Entkohlungsrate für jede der drei verschiedenen fundamentalen Entkohlungsmodelle, die durch die Gleichungen (4) bis (6) gegeben sind, folgendes?

-ab(t-t_o) = P - P_o , wobei P = Inj™ ist (23) -ab(t-t_o) = P - P₀ , wobei P = InS ist (24)

-ab(t-t_o) = P - P_o , wobei P = \[γζτ ~\^γ ^ist <²⁵>

In den vorstehenden Gleichungen (23) bis (25) stellt P den Wert von P zum Zeitpunkt t = t dar. Damit stellt die Gleichung (16) mindestens eine der Gleichungen dar, die aus der Gruppe der Gleichungen (23), (24) und (25) ausgewählt wurde.

Die Ableitungen der verschiedenen vorstehend dargestellten Entkohlungsmodelle sind in Tabelle I zusammengestellt, wo der Kürze wegen die fundamentale Entkohlungsmodell-Formel --rr = f(C,b) als J = f (x,b) geschrieben worden ist_f d-h» als eine Beziehung von

ν ' 1 dC

χ gegenüber _j , wobei 3 = -— -^r und χ = C - C ist.,

a du ο

909810/0798

Tabelle I Ableitung der verschiedenen Entkohlungs-Modelle

CD O CC 00

Bezeichnung des Modells	Fundamentales Modell	Unbestimmtes Integral	Abhängigkeit von χ gegen über Ψ	)-F/f~1tf,b),b7	VJechsel von "$ mit der Zeit	von ο ist)
Generelles Modell	3> = f (x,b) x = f~1(i,b)	F(x,b)= (dx/f(x,b)	-T = F(x,b	= lnjexp (bx)-1j	-(t-to) = (Jro stellt den Wert •^ dar, wobei t = t
Exponential- Mode Il	^ = 1-exp(-bx) χ = -llnd-i? )	1 γ 1	-ab'T		-ab(t-to) =
Lineares Modell	i9 = bx	1	-ab'T	bx bx	-ab(t-to) = P = In 5	CO
IRSID Modell	j» (bx)2		-ab L		-ab(t-tQ) = p Ht^? " (	CD
1 + (bx)2	= p-po
= P-P O
= P-P O

- 3ο -

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersehen v/erden kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Kontrollieren des Windfrischvorgangs gekennzeichnet durch die Anwendung der Entkohlungsraten-Differentialgleichung (2)/ die die Verzugszeit X der Abgasinformation enthält bzw. berücksichtigt, und der Funktionalgleichung (3), die geeignet ist, die Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs zu verbessern. Insbesondere ist das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß

(A) der Entkohlungsratenindex b aus dem Kohlenstoffgehalt des Bades zum Zeitpunkt der Tauchlanzenmessung (C^₁) sowie aus dem Sauerstoffwirkungsgrad für die Entkohlung zu dieser Zeit

(B) der Entkohlungsratenindex b aus der zeitlichen Veränderung des Sauerstoffwirkungsgrades für die Entkohlung (S?) bestimmt wird.

Die Erfindung soll nun in weiteren Details beschrieben werden. Der vorstehend genannte Gesichtspunkt (A) soll dabei zuerst detailliert beschrieben werden. Im Zusammenhang mit diesem Gesichtspunkt der Erfindung wird zuerst der Kohlenstoffgehalt des Bades mit Hilfe einer Tauchlanze zu einem geeigneten Zeitpunkt in der Endphase des Windfrischvorgangs gemessen und die Entkohlungsrate aus einer Abgasanalyse, die ebenfalls zum gleichen Zeitpunkt ausgeführt worden ist, bestimmt. Dann wird die vorstehend erwähnte Gleichung (2) auf diese so erhaltenen Daten angewendet, um die Entkohlungskurve (Entkohlungsratenindex b) für die betreffende

9 0 9810/079 8

Charge zu bestimmen; diese Kurve wird schließlich dann dazu benutzt, um den Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs zu bestimmen. Es existiert keine besondere Einschränkung für das Verfahren zum Messen des Kohlenstoffgehalts des Bades und für das Verfahren zum Bestimmen der Entkohlungsrate/ d.h. daß die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß der gemessene Kohlenstoffgehalt des Bades mit der Entkohlungsrate, die zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen worden ist, in Beziehung gesetzt wird, daß die Verzugszeit, die in der Abgasinformation enthalten ist, in geeigneter Weise berücksichtigt wird und daß die Gleichung (2), die in der Weise abgeleitet worden ist, daß sie diese Verzugszeit enthält, in Form einer Differentialgleichung angewendet wird, um dadurch auf sehr einfache Weise und mit hoher Genauigkeit eine Entkohlungskurve aufzuzeichnen, die somit eine sehr präzise Kontrolle des Kohlenstoffgehalts des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs ermöglicht, die mit den bisher bekannten Verfahren, bei denen die Abgasinformation und die Tauchlanzen-Information unabhängig voneinander angewendet wurden, bei denen diese Daten ohne Berücksichtigung der Verzugszeit zueinander in Beziehung gesetzt wurden oder bei denen die zwei Daten durch eine Integralgleichung in Beziehung gesetzt wurden, niemals erreicht worden ist.

Nun soll das Vorgehen zur Bestimmung der Entkohlungskurve an Hand der Kurve, die auf dem Exponential-Modeil, d.h. der Gleichung (4), beruht, beschrieben werden. Es ist jedoch selbstverständlich, daß die gleichen Gedankengänge· in den Fällen der anderen, vorstehend beschriebenen Modellgleichungen (5) und (6) angewandt werden können»

909810/0798

Es ist allgemein anerkannt, daß im Endstadium des Windfrischvorgangs, wie bereits vorstehend erwähnt, die folgende Beziehung zwischen der Entkohlungsrate /™--rr(%/min.) J und dem Kohlenstoffgehalt /c(%)J des Bades bei Anv/endung des Exponential-Modells gilts

"Ü ⁼ a/T-exp[-b (C-C₀)] J (4)

Unter Verwendung des Sauerstoffwirkungsgrads für die

Entkohlung, der gegeben ist durch "f = -— * ^-r, kann die vorstehende

a dt

Gleichung auch geschrieben werden als

i = 1-exp {-b(C-C₀)^ (4·)

Dabei ist C in den vorstehenden Formeln eine Konstante, die den Minimum-Kohlenstoffgehalt bei Stahlherstellungsreaktionen darstellt und im allgemeinen mit ungefähr o,o2 % angesetzt werden kann. Das Symbol b bezeichnet den Entkohlungsratenindexfür die betreffende Charge und ist eine Determinante der Entkohlungskurven. Die in gestrichelten Linien gezeichneten Kurven in Fig. 1 zeigen die Beziehung zwischen C und iP gemäß der Gleichung (4) für verschiedene Werte von b. Die Entkohlungsfeaktion würde sich entlang dieser Kurven bewegen, wenn die Abgasinformation keine Verzugszeit berücksichtigen würde. Beim tatsächlichen Konverterbetrieb enthält jedoch die Abgasinformation eine Verzugszeit (T= o, 3 bis o,5 Min.), die für jede Anlage verschieden ist und von der jeweiligen Ausrüstung und den Betriebsbedingungen abhängt, wobei bei der Durch-

90 3 810/0798

Ausdruck^= ) ^{±Π Fig}* ^{1 ±St eine Transformation}

führung der vorliegenden Erfindung die Größe dieser Verzugszeit individuell bestimmt und in geeigneter Weise bei der Herstellung der Entkohlungskurven berücksichtigt werden sollte. Deshalb gilt die Gleichung (4¹) nicht als Beziehung zwischen )!i und C, wie gemessen. Dies ist der Grund dafür, warum mit der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannte Gleichung (2) abgeleitet wurde, die der vorstehenden Gleichung (13) für das Exponential-Modell entspricht und die die Verzugszeit berücksichtigt.

Die Kurven mit durchgezogenen Linien in Fig. 1 betreffen den Fall, bei dem die Verzugszeit berücksichtigt worden ist; es sind also Entkohlungsraten-Kurven gemäß Gleichung (13). Der

Ausdruck^= der Gleichung (13).

Wie festgestellt werden kann, weichen die Kurven mit gestrichelten Linien und mit durchgezogenen Linien erheblich voneinander ab. Wenn man C = C_SL, C„ und SP = ^c₁/ ^_E in Gleichung (13) substituiert (wobei C_CT , ψ __ , C_ und </> den Kohlenstoffgehalt des Bades bzw. den Sauerstoffwirkungsgrad der Entkohlung, zum Zeitpunkt der Tauchlanzenmessung bzw. zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs bedeuten), erhält man auf mathematischem Weg den Wert b (der als b_eT bzw. b», bezeichnet wird) auf der Basis der Werte von C und Ψ zum Zeitpunkt der Tauchlanzenmessung bzw. zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs. Die Anwendung dieser aus tatsächlichen Betriebsvorgängen erhaltenen Daten hat gezeigt, wie aus der Fig. 2-1 ersichtlich ist, daß die Werte zwischen 2 und 8 verteilt sind, wobei sie die Beziehung b_gL = b_E erfüllen.

909810/0798

Dies zeigt, daß in einem tatsächlichen Konverter die Entkohlungskurve durch die Gleichung (13) näherungsweise beschrieben wird. Die Erfindung wurde auf Grund der Erkenntis dieser Zusammenhänge gefunden und entwickelt. Wie jedoch aus der Fig. 2-1 ersichtlich ist, folgt der tatsächliche Konverterbetrieb nicht streng der Beziehung b_£ = b_gr. Dies aber bedeutet, daß die Verwendung von bg- nicht eine hinreichend genaue Kontrolle des Kohlenstoffgehalts im Endzeitpunkt gewährleistet. Dieses Problem kann jedoch, wie aus Fig. 2-2 ersichtlich ist, mit Hilfe einer klar erkennbaren Beziehung zwischen b„_T und b„ in folgender Weise gefunden werden:

b¹ = g(b) (3)

= g(^b _SL) ^=:sibSL^{+ 0}^⁰¹- ^ist 9^{Ieicn ein}

Koeffizient für b„_T; ß ist eine Konstante) (26)

bJ-l

b¹ = g(b„_T, C_ , T) (27)

= cL ₁b„_T +ot^C,,,. +oi._T_CT + B₁ (28)

(Τςτ i-^st die Badtemperatur, die zum Zeitpunkt der Tauchlanzenmessung festgestellt wurde).

Damit kann der Kohlenstoffgehalt des Bades zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs mit überaus hoher Genauigkeit mit Hilfe der Gleichungen (2) und (3) oder der Gleichungen (2) und (27) kontrolliert werden.

Wenn einmal der Wert von b¹ auf diese Weise festgestellt

909310/079-8

worden ist, kann der Kohlenstoffgehalt des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs durch irgendeine der verschiedenen Verfahrensweisen/ wie z.B. der folgenden, genau kontrolliert werden:

Verfahrensweise I:

Die Werte von ^werden aus den /ibgasanalysen abgelesen {ψ.) und von jedem Wert ψ. mit Hilfe der Gleichung (13) der Wert C. bestimmt. Der Zeitpunkt, zu dem ein so bestimmter Wert C. mit dem Soll-Kohlenstoffgehalt zusammenfällt, wird als Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs betrachtet (Fig. 3)-.

Verfahrensweise II:

y.(Fig. 3) wird bestimmt durch Substituieren von b¹ und des Soll-Kohlenstoffgehalts in Gleichung (13), wobei der Zeitpunkt, zu dem der Wert ¹P aus der Abgasanalyse dem Wert ^P. gleicht, ^als Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs betrachtet wird.

Vielehe von diesen beiden alternativen Verfahrensweisen gewählt wird, liegt im Belieben der Person, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.

Tabelle II zeigt den Vergleich des Wertes C^,, wie er aus $ _E zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs mit Hilfe der Gleichung (13) abgeschätzt worden ist, mit dem Viert C„, der beim tatsächlichen Konverterbetrieb gefunden worden ist. Es fällt auf, daß das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine bedeutend größere Voraussagbarkeit ermöglicht, als dies bei irgendeinem bekannten Verfahren, das lediglich auf einer Tauchlanzen-Information

909810/0798

beruht, der Fall ist.

Tabelle II

Genauigkeit der Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts im Endzeitpunkt

Kohlenstoffgehalt des Bades zum Endzeitpunkt	Genauigkeit der Kohlen stoff gehalt svoraussage	Stand der Technik <*	O-(%)	Stand der * Technik
des Windfrischvorgangs	Erfindung	9o bis 95% innerhalb ± o,o2	Erfin dung	Opo17
cE = 0,06	95% inner halb + o„o1	85 bis 9o% innerhalb + o,o2	0, oo7	0^018
0„06 < C„ = o,1 Jb	95% inner halb + o,o2	45 bis 55% innerhalb ± ofo2	o,o12	OfO3o
0,1 < cE £ 0,2	nicht weni= ger als 9o% innerhalb 4· o,o2	o,o16

Das Meßverfahren nach dem Stand der Technik beruht nur auf der Tauchlanzen-Information ohne Anwendung der Abgasinformation

In Tabelle II bezeichnet <o die Standardabweichung in den Differenzen zwischen dem vorausgeschätzten Kohlenstoffgehalt zum Endzeitpunkt und den tatsächlich gemessenen Daten« Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird sofort augenscheinlich? wobei die Voraussagbarkeit gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auch im Bereich von niedrigen Kohlenstoffgehalten ungewöhnlich hoch ist.

Fig_o 4 zeigt den vorausgeschätzten Kohlenstoffgehalt zum

'09810/07

Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs gegenüber dem tatsächlichen Kohlenstoffgehalt zum Endzeitpunkt. Es ist erkennbar, daß eine gute Übereinstimmung zwischen den zwei Gruppen von Werten besteht.

Es wird angenommen, daß die hohe Voraussagegenauigkeit des Kohlenstoffgehalts bei der vorliegenden Erfindung auf folgenden Tatsachen beruht:

a) Weil der Kohlenstoffgehalt, der durch die Tauchlanzenmessung gefunden wurde, mit der Entkohlungsrate, die zum Zeitpunkt einer solchen Messung erhalten wurde, in Beziehung gesetzt worden ist, ist die Veränderung bei der Entkohlungsrate von einer Charge zur anderen eliminiert worden.

b) Weil der Einfluß der Verzugszeit, der sich in den Abgasdaten niederschlägt,in der vorstehend unter a) erwähnten Beziehung in geeigneter Weise abgeschätzt wird, ist eine Kontrolle des Endzeitpunkts, die die Eigenschaften einer jeden Charge wiederspiegelt, durchführbar. Dies ist auch eine Basis für eine mögliche Verbesserung der Temperaturkontrolle und der Feststellung des Eisenoxydgehalts in der Schlacke, was nachstehend näher beschrieben v/erden soll.

c) Wie nachstehend näher erläutert werden wird, nimmt der Einfluß eines Meßfehlers von C^. im Kohlenstoffgehalt im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs exponentiell mit dem Abfall des Kohlenstoffgehalts ab. Da außerdem die Fehlereinflüsse in den CO-und CO„-Analysen zum Zeitpunkt der Tauchlanzen-Messung und zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs in der gleichen Richtung arbeiten, sind diese Fehler keine entscheidenden Faktoren.

909810/0738

Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung, aus der die Beziehung des Sauerstoffwirkungsgrads für die Entkohlung mit dem Entkohlungsratenindex b, wie er durch die Gleichung (2) bei variierendem C des Bades gegeben ist, hervorgeht. Wenn gemäß dieser graphischen Darstellung der wirkliche Wert von C__L = o,34 %, aber der gemessene Wert C„_T = o,4 % (oder umgekehrt) bei H? = o,9 ist, ist ^Cg gleich o,4 - o,34 = 0,06 %, und der Fehler des Kohlenstoffgehalts (%) in einem späteren Stadium, wenn Jj bei fortschreitendem Windfrischvorgang auf = o,28 abgenommen hat, gleich o,o6 - o,o54 = o,oo6. Damit ist der Fehler bei der Tauchlanzen-Messung bei ^ = o,9 (o,o6 %) auf 0,006 (%) zu diesem späteren Zeitpunkt reduziert worden und beträgt nur noch etwa 1o % des ursprünglichen Wertes. Damit ist offensichtlich, daß der Einfluß des Fehlers auf die Messung von C„_T durch das erfindungsgemäße Verfahren wirkungsvoll eliminiert werden kann.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren eine beachtliche Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts in Prozent erreichen.

Außerdem wurde gefunden, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch eine verbesserte Voraussagbarkeit bezüglich der Badtemperatur zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs bringt. Dafür zeigt Fig. 6 eine graphische Darstellung, die die Beziehung von b, dessen Werte durch die Gleichung (13) zum Zeitpunkt der Tauchlanzen-Messung berechnet wurden, mit den gemessenen Temperaturanstiegsraten (Θ) aufzeigt. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Temperaturanstiegsrate abnimmt, wenn der Wert b zunimmt. Dies ist vermutlich

9 0 9 810/0798

darauf zurückzuführen, daß bei einem Anstieg des Wertes von b auch der Sauerstoffwirkungsgrad der Entkohlung ansteigt und damit das Verbrennungsreaktionsverhältnis von Kohlenstoff größer wird als das Verbrennungsreaktionsverhältnis von Eisen. Auf jeden Fall kann, weil die Genauigkeit der Schätzung der Temperaturanstiegsrate durch Verwendung des Entkohlungsratenindex b entscheidend verbessert wird, die Genauigkeit der Schätzung der Badtemperatür, die bisher durch die Uberschlagsformel

T = T

abgeschätzt worden ist, wobei AGO- die Menge des nach der Tauch lanzen-Messung eingeblasenen Sauerstoffs bedeutet, weiter verbessert werden.

In einer zeichnerischen Darstellung haben die Meßfelddaten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wurden, gezeigt, daß die Genauigkeit der Voraussage der Temperaturanstiegsrate von 1o,1°C auf 8,o°C/1ooo Nm 0. bei deren Standardabweichung abfällt.

Die Durchführbarkeit der Bestimmung des Eisenoxydgehalts der Schlacke, die ein anderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, soll nun beschrieben werden. Beim Windfrischvorgang im Konverter darf der Eisenoxydgehalt der Schlacke, um die Entfernung von P und S zu beschleunigen, nicht unter ein vorbestimmtes Niveau fallen; wenn jedoch der Eisenoxydgehalt zu hoch

909810/0798

ist, nimmt die Eisenausbeute ab und wird die Lebensdauer der feuerfesten Konverterauskleidung verkürzt. Daraus ergibt sich der andere Gesichtspunkt bei der Stahlherstellung? daß nämlich der Eisenoxydgehalt innerhalb geeigneter Grenzen gehalten und kontrolliert !-/erden muß„ Es gab bisher jedoch kein wirkungsvolles Verfahren zum Messen des T · Fe -Niveaus (der Anteil des in Form von Eisenoxyd in der Schlacke enthaltenen Eisens) im Verlauf des Windfrischvorgangs„

Fig ο 7 zeigt eine graphische Darstellung, in der für die vorliegende Erfindung die T ° Fe -Werte (§) gegenüber C punktweise aufgetragen sind, wobei der Kohlenstoffgehalt C„(%) im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs und die T · Fe-Werte (%) der Schlacke unter Berücksichtigung von b auf der horizontalen bzWo auf der vertikalen Achse aufgetragen sind.

Aus dieser graphischen Darstellung kann ersehen werden,, daß der Wert von T ° Fe umso kleiner ist, je größer der Wert von b ist? dieses Phänomen scheint sich auf Grund der Tatsache zu ergeben^ daß, wenn b ansteigt, der Sauerstoffwirkungsgrad für die Entkohlung größer wird und damit das Verbrennungsreaktionsver= hältnis von Fe abnimmt < > Als Ergebnis davon kann die Größe von T ° Fe (%) für eine gegebene Charge ermittelt werden, wenn man den Wert b nimmt und dementsprechend können eine Vielzahl von Vorteilen, z.B. eine Verbesserung in der Voraussagbarkeit für diese Charge, eine Stabilisierung der Entphosphorungs- und Entschwefelungsprozesse und eine Stabilisierung der Eisenausbeute erreicht werden»

Wenn sich die vorstehende Beschreibung auch nur auf das Exponential-Modell bezogen hat, kann ebenso für die anderen Modellfälle im wesentlichen genau dieselbe Kontrollgenauigkeit erreicht werden und ist auch erreicht worden. Typische Ergebnisse dafür sind in Tabelle III gezeigt. In dieser Tabelle stellen die Werte in Klammern die C -Voraussagbarkeit für die verschiedenen Modelle dar, wenn T= ο und die Beziehung b¹ = oi- b„_T + ß nicht angewandt wird; diese Werte dienen lediglich Vergleichszwecken. Der Vergleich zeigt deutlich den Vorteil der vorliegenden Erfindung, die die Verzugszeit f der Abgasinformation berücksichtigt und die funktioneile Gleichung b¹ = g (b__T) zur Verbesserung der Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts des Bades zum Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs anwendet.

909810/0798

Tabelle III

Die C^-Voraussagbarkeit des Modells unter Berücksichtigung von

und b' (T= o,4 Min., b¹ =

+ ß)

Entkoh- lungs-	Entkoh- lungs- llodell- Gleichung	C (%) :o,o6 oder weniger	Ö%x1oo	C£(%):o,o6-o,1	<i%x1oo	CE(%):o,1-o,2	«i%x1oo
Modell	Gleichung (13) Gleichung (4)	ÄC£%x1oo	o,7o ff,477	AC_%x1oo	1,2o /3,847	AC^%x1oo	1,6o /5,317
Expo nenti al	Gleichung (14) Gleichung (5)	-0,oo4 /=1,57	0, 66 /2,3o7	o,o32 /=4,87	1,31 /3,327	o,o91 /=5,17	1,58 /6,497
Linear	Gleichung (15) Gleichung (6)	o,o47	0,66 /T,527	o,11 /=8,17	1,29 /3,157	0,17 /=11,§7	1,29 /3,6o7
IRSID	-o,o16 /=3,27	-0,2 /=6,57	-o,o37 /=5,o7

AC_p: Durchschnittswert von AC„ = beobachteter Kohlenstoffgehalt im Endzeitpunkt (%) minus geschätzter Kohlenstoffgehalt im Endzeitpunkt (%)

Anmerkung: Die Zahlen in eckigen Klammern bezeichnen die C-Voraussagbarkeit der verschiedenen Modelle, wenn V= ο und die Beziehung b¹ =CXb_c,_T + ß nicht angewandt wird.

Das Kontrollverfahren unter Anwendung der Tauchlanzen-Information in Verbindung mit der Abgas-Information ist bereits beschrieben worden. Die Verfahrensweise (B), die bereits vorstehend erwähnt worden ist, soll nun im folgenden detailliert beschrieben werden.

909810/0798

Das erfindungsgemäße Kontrollverfahren, das auf die Verfahrensweise (B) anwendbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaffenheit der betreffenden Charge während des Windfrischvorgangs allein aus der Abgasinformation, die entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt wird, entnommen wird? wobei die Beschaffenheit des Bades während des Windfrischvorgangs auf der Grundlage der Gleichung (16) ermittelt wird.

Wo Tauchlanzen zum Kontrollieren des Kohlenstoffgehalts des Bades zur Verfügung stehen, sieht die bereits beschriebene Verfahrensweise (A) eine Kontrolle mit überaus hoher Genauigkeit vor; jedoch ist in den Fällen, in denen die Konverter nicht mit Tauchlanzen ausgestattet sind, z.B* bei kleineren Konvertern oder wenn die Probenentnahme aus entscheidenden wirtschaftlichen Gründen nicht möglich ist, es notwendig, hinreichend brauchbare Information aus den Abgasdaten allein zu entnehmen und zu verwenden. Die vorliegende Erfindung wurde auch unter diesem Gesichtspunkt durchgeführt.

Die Erzielung einer brauchbaren Information aus den Abgasdaten allein ist möglich z.B„ durch Ableitung eines Ausdrucks? der für den zeitlichen Wechsel des Sauerstoffwirkungsgrades für die Entkohlung 3 relevant ist.

Zu diesem Zweck sind die Zeitänderungsgleichungen für die verschiedenen Entkohlungsmodelle in Tabelle I (die den vor= stehend erwähnten Gleichungen (23) bis (25) entsprechen) abge~ leitet worden.

Für den Fall der Verfahrensweise (A) soll der oben genannte Vorgang an Hand des Exponential-ModelIs erklärt werden.

Eine weitere Transformation der genannten Gleichung (23) ergibts

3 T^ : <²⁹>

1 + -s-² exp [ab(t-t_o)J

Diese Gleichung wird als Korrelationsformel benutzt, die dem Meßblattschema eines Entkohlungsraten-Detektors entspricht»

Fig. 8 ist eine graphische Darstellung von Gleichung (29), wenn die Sauerstoff-Durchflußrate FO₂ gleich 65o Nm /Min» und das Gewicht des geschmolzenen Stahls W im Endstadium des Windfrischvorgangs 25o t beträgt* wobei die Kurven Werten von b = 2, 4, 6 bzw.8 entsprechen. Diese graphische Darstellung zeigt eine hohe Genauigkeit mit dem aufgezeichneten Meßblattschema„

Fig. 9 zeigt ein Beispiel von aufgetragenen Meßpunkten

1-i
von In —5— gegenüber t, wie sie durch Ablesen aus dem Entkohlungsraten-Meßblatt erhalten werden. Es ist eine Abhängigkeit mit großer Geradlinigkeit festzustellen, die auf die Stichhaltigkeit der durch die Gleichung (23) gegebenen Beziehung schließen läßt«

Das Verfahren zum Abschätzen des Wertes b mit Hilfe der Gleichung (23) soll nun erklärt werden. Zunächst soll angenommen werden,, daß S = J₁ und ^= o-, wenn t = t₁ bzw. t ^s t~? dann wird

903810/0798

aus Gleichung (23) erhalten:

-ab U₁ - t₂) = P₁ - P₂ (3o)

Da t₁-t₂ die Zeit darstellt, über die Ψ vom Wert S£ auf den Wert ^L abfällt, kann es auch als At geschrieben werden. Damit wird

Damit ist es möglich, den Entkohlungsratenindex b für die betreffende Charge ohne Verwendung der Tauchlanzen-Information (Kohlenstoffgehalt des Bades, wie er mit der Tauchlanze gemessen wird) abzuschätzen.

Die gewünschte Kontrolle des Kohlenstoffgehalts im Endzeitpunkt mit Hilfe des so erhaltenen Wertes b kann mit guter Genauigkeit durch Anwendung der folgenden Gleichung (26¹) in derselben Weise, wie vorstehend mit Bezug auf die Gleichung (26) beschrieben, durchgeführt werden.

b' = g(b) (3)

= JL b + ß (26¹ )

Zum Kontrollieren des Kohlenstoffgehalts im Endzeitpunkt unter Verwendung des Wertes b¹, der wie vorstehend beschrieben erhalten worden ist, sollen öie zwei Verfahrensweisen, die den vorstehend beschriebenen Verfahrensweisen I und II ähnlich sind,

909810/0798

an Hand eines Beispiels beschrieben werden,

Konverter-Kontrollversuche unter Anwendung der Gleichung (23) haben die in Tabelle IV zusammengestellten Ergebnisse gebracht. Diese Ergebnisse sind in der genannten Tabelle mit Vergleichsdaten aus anderen Kontrollverfahren dargestellt.

Tabelle IV

Vergleich der Genauigkeit der Kohlenstoffgehaltsvoraussage im Endzeitpunkt

Kontrollverfahren	6"(%)x1oo bei C^(%) = o,o6 oaer weniger	6(%)x1oo bei CE(%) = o,o6-o,1	S'(%)x1oo bei CE(%) =o,1-o,2
Tauchlanze	1,7	1,8	3,ο
Tauchlanze plus Abgasanalyse	o,7	1,2	1,6
Abgasanalyse	o,8	1,5	1,9

Aus dem Vorstehenden kann ersehen werden, daß die

Erfindung eine verbesserte Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts allein auf der Grundlage der Abgasinformation ermöglicht. Außerdem wurde gefunden, daß diese Erfindung einen zusätzlichen Vorteil aufweist, der es ermöglicht, den Eisenoxydgehalt der Schlacke ebenso gut zu erfassen. Je höher nämlich der Sauerstoffwirkungsgrad für die Entkohlung ist, d.h. je größer der Wert von b ist,

90981 0/0798

desto niedriger ist der Eisenoxydgehalt in der Schlacke, so daß der Wert von b nun mit Hilfe der Gleichung (31) erhalten werden kann, woraus sich der Eisenoxydgehalt der Schlacke genau bestimmen läßt. Dieselbe Begründung und Ableitung ist auch für die anderen Modelle genauso anwendbar.

Wie bereits vorstehend erwähnt, sieht die Erfindung die Abschätzung der Entkohlungskurve vor, ohne daß sie durch Fehler bei der zwischenzeitlichen Kohlenstoffgehaltsmessung entscheidend beeinflußt wird, weil der Kohlenstoffgehalt zum Zeitpunkt der Tauchlanzenmessung mit der Entkohlungsrate zu diesem Zeitpunkt in Korrelation gesetzt wird, wobei die Verzugszeit der Abgasinformation berücksichtigt wird. Als Ergebnis ermöglicht die Erfindung eine einfache und genaue Kontrolle des Kohlenstoffgehalts und der Badtemperatur im Endzeitpunkt, so daß dadurch eine weiter verbesserte Stabilität des Konverterbetriebs erreicht werden kann. Die Erfindung macht es außerdem möglich, eine sehr genaue Voraussage des Kohlenstoffgehalts, des Eisenoxydgehalts der Schlacke und anderer Variabler im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs im Konverter zu erhalten, was wiederum zu einer verbesserten Stabilität des Konverterbetriebs führt.

909810/079S

Claims (9)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Kontrollieren des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs in einem Konverter, das die Durchführung von Abgasanalysen auf kontinuierlicher oder diskontinuierlicner Basis im Endstadium des Windfrischvorgangs sowie, basierend auf der Information über die Entkohlungsraten aus dieser Abgasanalyse, die Bestimmung des Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs umfaßt, bei dem der Kohlenstoffgehalt des Bades dem Soll-Kohlenstoffgehalt entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß als Entkohlungsraten-Gleichungen für die Sollwertkontrolle des Windfrischvorgangs eine

9 0 9 810/0798

Entkohlungsraten-Differentialgleichung

-τ = F(c,b) - ¹|£

die die Verzugszeit der Abgasinformation berücksichtigt, wobei sich diese Verzugszeit vom Zeitpunkt des Auftretens einer Entkohlungsreaktion innerhalb des Konverters bis 2U der Zeit erstreckt, zu der diese Reaktion als Entkohlungsrateninformation festgestellt wird, sowie eine Funktionalgleichung

b¹ = g(b) (2)

zur Verbesserung der Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts des Bades zum Er.dzeitpunkt des Windfrischvorgangs verwendet v/erden, wobei in diesen Gleichungen (1) und (2)

1 die Verzugszeit (in Minuten) der Abgasinformation;

-~ die Entkohlungsrate (%/Minute); b den Entkohlungsratenindex (1/%), wie er für jede

Charge bestimmt worden ist; b¹ den Entkohlungsratenindex (1/%) in der Nähe des

Endzeitpunkts des Windfrischvorgangs; C den Kohlenstoffgehalt (%) des Bades; F die Funktion, die durch Integration einer Fundamental=

Entkohlungsmodell-Formel --rr = f (C,b)erhalten worden ist; f einen Ausdruck, der von dieser Fundamental-Entkohlungs-

909810/0798

modell-Formel -~τγ = f(C,b), abgeleitet worden ist/ wobei C eine abhängige Variable ist;

g(b) eine Funktion zur Verbesserung der Voraussagbarkeit des Kohlenstoffgehalts des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs

bedeuten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Gleichung (1) mindestens eine Gleichung ist, die aus folgender Gruppe von Gleichungen ausgewählt wurde:

-abt= Cn {exptbxJ-.iJ-Enj^ (3)

-abt = inhx - Cn? (4)

wobei in diesen Gleichungen (3), (4) und (5)

χ einen Wert C-C mit C als Minimum-Kohlenstoffgehalt

(%) für Stahlerzeugungsreaktionen;
a eine Konstante, die durch 12 F0₂/112W gegeben ist,

wobei F0_ die Sauerstoffdurchflußrate (Nm /min) und W das Gewicht des geschmolzenen Stahls im Endstadium

des Windfrischvorgangs sind; und

den SauerstoffWirkungsgrad für die Entkohlung, die

dC * dt gegeben ^ist<

909810/0798

1 dC durch -- · -Tr gegeben ist,

SL Qu

bedeuten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gleichung (2) folgende Gleichung gesetzt wird:

b¹ =-aÜj + ß (6),

wobei oC ein Koeffizient von b, und ß eine Konstante bedeuten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß bei der Bestimmung des Entkohlungsratenindex b in dieser Entkohlungsratengleichung (1), die die Verzugszeit "£" der Abgasinformation berücksichtigt, dieser Entkohlungsratenindex b unmittelbar für jede Charge mit Hilfe der Gleichung (1) aus der Entkohlungsrateninformation bestimmt wird, die durch die Abgasanalyse im Endstadium des Windfrischvorgangs und den Kohlenstoffgehalt des Bades, wie er durch die Tauchlanzen-Ilessung gefunden worden ist, erhalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des Entkohlungsratenindex b in dieser Entkohlungsratengleichung (1), die die Verzugszeit T der Abgasinformation berücksichtigt, dieser Entkohlungsratenindex b für jede Charge mit Hilfe der Zeitänderungsgleichung

-<t-t_o) = Fff~Ul-^)_t.b).b7 = F/-f"¹((-f )_t ,b),bj (7)

909810/0798

bestimmt wird/ die auf die Entkohlungsrateninformation der

im Endstadium des Windfrischvorgangs durchgeführten Abgasanalyse

anwendbar ist, wobei

t den Zeitpunkt, zu dem die Entkohlungsrate im Endstadium des Windfrischvorgangs bestimmt worden ist;

t einen beliebigen Zeitpunkt zwischen t und dem Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs; und

(-tt) sowie (--TT-). die Entkohlungsraten, die zu den

ο
Zeitpunkten t = t bzw. t = t erhalten worden sind,

bedeuten.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichung (7) mindestens eine Gleichung ist, die aus der Gruppe folgender Gleichungen ausgewählt wurde:

-ab(t-t_Q) = P-P_o,wobei P = Pny~- ist (8)

-ab(t-t_Q) = P-P_Q,wobei P = tn$ ist (9)

ab(t-t_o) = P-P_o,wobei V=^JZJ ~ { ¹J- ¹^t (1o)

(In diesen Gleichungen (8) bis (1o) ist P der Wert von P zum Zeitpunkt t = t_Q).

909810/0798

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichung (2) aus folgender Gleichung besteht:

^ß1

C_CT den Kohlenstoffgehalt des Bades zur Zeit der

OXj

Tauchlanzen-Messung;

T_SL die Temperatur des Bades zur Zeit der Tauchlanzen-Messung; und

di (i = 1/2,3) die Koeffizienten für b, C__L bzw. T und ß.. eine Konstante

bedeuten.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung des Entkohlungsratenindex b¹ nahe dem Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs durch Einsetzen des festgestellten Entkohlungsratenindex b in die genannte Gleichung (2) und zum Kontrollieren des Kohlenstoffgehalts des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs, wobei dafür die Entkohlungsratengleichung (1) benutzt wird, in der b' für b gesetzt worden ist, die Entkohlungsrateninformation aus der Abgasanalyse eingelesen wird, wobei der Kohlenstoffgehalt des Bades aus jeder solchen eingelesenen Entkohlungsrateninformation errechnet wird und der Zeitpunkt, zu dem dieser errechnete Kohlenstoffgehalt mit dem Soll-Kohlenstoffgehalt zusammenfällt, als Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs angesehen wird«,

909810/0798

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung des Entkohlungsratenindex b¹ nahe dem Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs durch Einsetzen des festgestellten Entkohlungsratenindex b in die genannte Gleichung (2) und zum Kontrollieren des Kohlenstoffgehaltes des Bades im Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs, wobei dafür die Entkohlungsratengleichung (1) benutzt wird, in der b¹ für b gesetzt worden ist, der Sollwert des Kohlenstoffgehalts zunächst in die Entkohlungsratengleichung (1) eingesetzt wird, um einen Sollwert der Entkohlungsrate abzuschätzen, dann die Entkohlungsrateninformation aus der Abgasanalyse eingelesen wird und der Zeitpunkt, zu dem die so eingelesene Entkohlungsrateninformation mit dem Sollwert der Entkohlungsrate zusammenfällt, als Endzeitpunkt des Windfrischvorgangs betrachtet wird.

909810/0798