DE2948960A1

DE2948960A1 - Verfahren zum steuern der schlackenbildung, zum vorausbestimmen des wallens und zum steuern des blasens in einem ld-konverter

Info

Publication number: DE2948960A1
Application number: DE19792948960
Authority: DE
Inventors: Kanji Emoto; Katsuhisa Hirayama; Yasuo Masuda; Masakatsu Ogawa; Hideshi Ohzu; Masayuki Onishi; Hirosuke Yamada
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1978-12-05
Filing date: 1979-12-05
Publication date: 1980-06-12
Also published as: CA1137758A; DE2953923A1; AU524195B2; FR2443509A1; US4398948A; AT385054B; ATA771479A; SE447997B; GB2042592B; DE2953923C2; SE7909970L; AU5348479A; GB2042592A; DE2948960C2; FR2443509B1

Description

B_e_s_c_h_r_e_i_b_u_n_g

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Steuern der Schlackenbildung, zum Vorausbestimmen des Wallens (slopping) und zum Steuern des Blasens in einem LD-Konverter.

Pur die Steuerung der Endphase beim Blasen in einem LD-Konverter wurde zunächst ein Verfahren angewendet, bei welchem die notwendigen Mengen an Kuhlmaterial und Sauerstoff anhand eines statischen Modells berechnet wurden und für die Steuerung ein Rechner verwendet wurde.

Zu einem späteren Zeitpunkt wurde eine dynamische Steuerung entwickelt und eingeführt, bei welchem der Kohlenstoffgehalt und die Temperatur der Stahlschmelze mittels einer Hilfslanze gemessen werden und die Endphase aufgrund dieser Messungen gesteuert wird. Während die Genauigkeit des Kohlenstoffgehalts und der Temperatur bei Anwendung des statischen Modells im Bereich von ca. 30 bis 40% lag, liegt sie bei der dynamischen Steuerung im Bereich von ca. 70 bis 80%, womit jedoch auch die Grenze der dynamischen Steuerung erreicht ist. Im Bemühen, diese Grenze aufzuheben, hat die Annelderin den BlasVorgang für jede Stahlsorte standardisiert, indem die Grundbesingungen des Blasvorgangs, d.h. die Zusammensetzung der Roheisenschmelze, die Temperatur und das Verhältnis zwischen der Roheisenschmelze und anderen Einsatζstoffen zu einem Muster geordnet und in einem Rechner gespeichert wurden, wobei dann die Höhe der Lanze, die zugeführt en Säuerst off mengen und die Mengen an Zuschlagstoffen anhand eines solchen Musters automatisch gesteuert wurden, wodurch der Grad der Genauigkeit auf 90% verbessert wurde,

030024/0848

Unter gewissen Zustandsbedingungen der Roheisenschmelze und Betriebsbedxngungen des Konverters ist die gewünschte automatische Steuerung des Blasens jedoch nicht durchführbar, da unter solchen Bedingungen eine genauere Steuerung der Säuerstoffmengen und der Temperatur der Stahlschmelze in der Endphase notwendig ist. Sofern es dabei möglich ist, die Gehalte an P und Mn in gewünschter Weise zu beeinflussen, kann der Stahl unmittelbar nach Beendigung des Blasens, also ohne Warten auf das Ergebnis einer Analyse, abgestochen werden, wodurch sich die Standzeit der Ausmauerung des Konverters erheblich verlängern läßt.

Ein wirksames Mittel zu diesem Zweck besteht darin, die Bedingungen für die Schlackenbildung im Konverter fortlaufend zu überwachen und das Ergebnis in die vorstehend beschriebene automatische Steuerung des Blasprogramms einfließen zu lassen.

Zum Bestimmen der Bedingungen für die Schlackenbildung wurde schon von einer Messung der Geräusche innerhalb des Konverters ausgegangen, die dabei erzielten Ergebnisse stellen jedoch nur mittelbare Werte von unzureichender Genauigkeit dar. Außerdem sind die verwendeten Meßeinrichtungen gewöhnlich unmittelbar über dem Konverter angeordnet und dadurch sehr hohen Belastungen durch hohe Temperaturen, Staub usw. ausgesetzt. Unabhängig davon gibt es ein Verfahren, welches auf einer Analyse der Abgase beruht, die dabei erzielten Ergebnisse stellen jedoch ebenfalls nur mittelbare Werte dar und fallen mit einer gewissen Verzögerung gegenüber den Vorgängen im Konverter an, so daß dieses Verfahren nicht zufriedenstellend anwendbar ist.

030024/0848

Ausgehend von der vorstehend beschriebenen automatischen Steuerung des Blasvorgangs in einem LD-Konverter, bei welchem ein standardisiertes Blasprogramm in einem Rechner gespeichert und der Blasvorgang von diesem gesteuert wird, schafft die Erfindung ein Verfahren für eine vernesserte Steuerung und erhöhte Genauigkeit derselben in der Endphase des Blasens, bei welchem die Beschleunigungswerte der durch die Bewegung der Schlacke hervorgerufenen Bewegungen der Lanze ermittelt und der Fortgang der Schlackenbildung anhand der ermittelten Werte bestimmt werden und das Ergebnis für eine automatische Korrektur der vorprogrammierten Höhe der Lanze und der Sauerstoffzufuhr verwendet wird.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a bis 1f Vellenformen der Änderungen der Beschleunigung der Haupt-Blaslanze während des Blasens,

Fig. 2 eine schematisierte Schnittansicht eines Versuchskonverters,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der integrierten Werte der beim Blasen auftretenden Beschleunigungsänderungen,

Fig. 4· eine schematisierte Darstellung einer Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens in einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine Darstellung einer Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens,

Q30024/0848

Pig. 6 eine grafische Darstellung der Wellenform der
Beschleunigungswerte der Bewegungen der Lanze
in waagerechter Richtung sowie der durch Integration der ursprünglichen Wellenform in Abständen von jeweils einigen Sekunden erhaltenen Änderungswert e,

Fig. 7 eine grafische Darstellung des Verfahrens zur
Ermittlung der Schlackenbildung,

Fig. 8 eine grafische Darstellung der Änderung des Zustands im Konverter in Richtung auf das Wallen,

Fig. 9a und 9b grafische Darstellungen eines Abschätzschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 10 Darstellungen von geordneten Mustern der Beschleunigung der Lanze bei ihren Bewegungen,

Fig. 11 eine grafische Darstellung des Verfahrens zum
Vorausbestimmen des Wallens,

Fig. 12 eine grafische Darstellung des Blasvorgangs im Konverter,

Fig. 13 eine schematisierte Darstellung einer Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens in einer dritten Ausfuhrungsform der Erfindung,

Fig. 14- eine grafische Darstellung zur Ermittlung der
Bedingungen für die Schlackenbildung anhand
der auf die Lanze einwirkenden, durch die
Bewegung der Schlacke hervorgerufenen Beschleunigungen,

03002A/08A8

¹⁰ " 29A8S60

Fig. 15 eine grafische Darstellung der Steuervorgänge in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 16 eine schematisierte Darstellung einer Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens in einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 17 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen in waagerechter Richtung auf die Lanze einwirkenden Beschleunigungen und einem Produkt aus der Sauerstoff-Zufuhrmenge und der Eintauchtiefe der Lanze in die Schlacke,

Fig. 18 eine schematisierte Darstellung des Grades der Schlackenbildung,

Fig. 19a und 19b schematisierte Darstellungen des Einflusses von Änderungen am Herd des Konverters,

Fig. 20 eine schematisierte Darstellung der vorgegebenen Steuerung eines Blasprogramms, modifiziert durch das Verfahren zum Steuern der Schlackenbildung gemäß der Erfindung,

Fig. 21a und 21b schematisierte Darstellungen der Messung von Beschleunigungen in zwei Richtungen,

Fig. 22 eine schematisierte Darstellung einer Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens in einer fünften Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 23 eine grafische Darstellung der innerhalb gewisser Zeitspannen waagerecht in einer Richtung X und insgesamt in waagerechter Richtung auf die Lanze einwirkenden Beschleunigungen und

030024/0848

Pig. 24 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen den in waagerechter Richtung auf die Lanze einwirkenden Beschleunigungen und dem Produkt aus der Säuerstoff-Zufuhrmenge und der Eintauchtiefe der Lanze.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Steuern der Schlackenbildung in einem Konverter, durch welches das Wallen oder Oberlaufen (slopping) der Schlacke verhindert wird und je nach Art der Stahlschmelze die optimalen Bedingungen für die Schlackenbildung erzielbar sind.

Die kinetische Energie der Schlacke wird vorzugsweise direkt über ein von der sich bewegenden Schlacke innerhalb des Konverters beaufschlagtes oder in die Schlacke eintauchendes Element, z.B. die Haupt-Blaslanze oder eine Hilfslanze, ohne die Zwischenschaltung eines anderen Mediums ermittelt. Da die Beaufschlagung der Lanze durch aufspritzende Schlacke jedoch sehr ungleichmäßig verläuft und eine in die schäumende Schlacke eintauchende Lanze im festgehaltenen Zustand sehr ungleichmäßigen Kräften unterworfen ist, werden diese Kräfte vorzugsweise aufgrund der Beschleunigungen bestimmt und nicht aufgrund einer Messung der Schwingung Samplitude der Lanze.

Die auf diese Weise ermittelten Beschleunigungen beruhen jedoch nicht allein auf den von der Schmelze im Konverter ausgeübten Kräften, sondern stehen auch unter dem Einfluß der Eigenschwingungsfrequenz der Lanze und daran angeschlossener Leitungen. Zur genauen Bestimmung der Bedingungen für die Schlackenbildung müssen diese Einflüsse ausgesondert werden.

030024/0848

₁₂ . 2948S60

Für eine möglichst genaue Ermittlung der Bedingungen innerhalb des Konverters während des Blasens, insbesondere des Zustande der Schlackenbildung, werden die von der aufspritzenden Schlacke oder Schmelze oder die schäumende Schlacke auf die Lanze direkt einwirkenden Kräfte in Form von Beschleunigungen bzw. Beschleunigungsänderungen mittels eines am oberen Teil eines Fühlers, z.B. der Lanze, angebrachten Beschleunigungsmessers gemessen.

Die Wellenformen der während des Blasens an der Hauptlanze auftretenden Beschleunigungsänderungen sind in Fig. 1a bis 1f dargestellt. Die kleinste Teilungseinheit der Abszisse in Fig. 1 beträgt dabei ca. 3 see.

Die Beschleunigungsänderungen an der Lanze haben zu Beginn des Blasvorgangs im wesentlichen die in Fig. 1a gezeigte Wellenform, welche durch Dämpfung zu der in Fig. 1f gezeigten Form abgeflacht wird und bei .Änderung der Lanzenhöhe oder beim Eintragen von Zusatzstoffen erneut auftritt. Mit fortschreitender Schlakkenbildung entstehen dann die in Fig. 1b und 1c gezeigten Wellenformen. Der günstige Zustand der Schlackenbildung wird durch die Wellenform nach Fig. 1d angezeigt, während das Wallen oder Überlaufen der Schlacke zu der in Fig. 1e gezeigten, sehr unregelmäßigen Wellenform mit hoher Frequenz führt.

Bei der Ermittlung der Beschleunigung der Bewegungen der Lanze während des Blasens dürfen die von der Zuleitung zur Lanze ausgeübten Einflüsse nicht vernachlässigt werden. Beim Heben oder Senken der Lanze wird die Zuleitung je nach ihrer Anordnung in Schwingungen versetzt, welche längere Zeit anhalten und endlich abklingen.

030024/0848

_ 2948SGD

Bei der Beschickung des Konverters mit Zuschlagstoffen können diese die Lanze beaufschlagen, wodurch diese und ihre Zuleitung in Schwingungen versetzt vierden, welche die Überwachung der Schlackenbildung stören. Ferner kann ein Ansetzen der Stahlschmelze ebenfalls zu Änderungen der beschriebenen Schwingungen führen.

Bei einem Konverter der in Fig. 2 dargestellten Art mit einem Fassungsvermögen von 250 t beträgt die Eigenschwxngungsfrequenz der Lanze mit ihrer Zuleitung etwa 0,3 Hz. Diese Schwingungen erlauben keinen direkten Rückschluß auf den Zustand der Schlackenbildung. Diese Schwingungen sind in Fig. 1 durch die Wellenformen 1a bis 1c und 1f dargestellt und in Fig. 1b und 1c durch kleinere Schwingungen von höherer Frequenz überlagert, welche durch die von der aufspritzenden oder schäumenden Schlacke auf die Lanze ausgeübten Kräfte hervorgerufen sind.

Die von der Schlacke hervorgerufenen Beschleunigungsänderungen haben eine höhere Frequenz als die Eigenschwingung der Lanze und ihrer Zuleitung. Sie haben keine gleichmäßige Wellenform, ihre Frequenz liegt bei dem vorstehend genannten Konverter mit einem Fassungsvermögen von 250 t in einem relativ schmalen Bereich von ca. 1 bis 2 Hz.

Diese Frequenz kann je nach dem Profil des Konverters verschieden sein, sie ist jedoch ohne Schwierigkeit von der Eigenschwxngungsfrequenz der Lanze zu unterscheiden.

Nach Ausscheidung der niederfrequenten Komponente wird die Wellenform der Beschleunigungsänderungen integriert und der Pegel der integrierten Werte in einzelne Bereiche geordnet. Anhand der Höhe der einzelnen

030024/08^8

Bereiche läßt sich der Zustand der Schlackenbildung ermitteln und der Blasvorgang steuern. Ferner läßt sich anhand von Änderungen der integrierten Werte das Wallen oder Überlaufen der Schlacke vorausbestimmen.

Fig. 3 zeigt die in Abständen von jeweils 5 see ermittelten integrierten Beschleunigungswerte in Form einer Kurve. Die Steuerung der Lanzenhöhe und der Sauerstoffzufuhr erfolgt anhand eines für eine Zeitspanne von 20 see aus den integrierten Werten berechneten Mittelwerts. Das Wallen ist anhand des Anstiegs der integrierten Werte vorausbestimmbar. Da jedoch durch die Auswertung der für eine Zeitspanne von jeweils 20 see errechneten Mittelwerte eine Verzögerung eintritt, erfolgt diese Vorausbestimmung vorzugsweise anhand des Anstiegs der jeweils für die Zeitspanne von 5 see ermittelten integrierten Werte.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens in einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Man erkennt in Fig. 4 einen Konverter 1, eine Hauptlanze 2, Schläuche 3» 4 für die Zufuhr von Sauerstoff bzw. Kühlwasser, die im Konverter enthaltene Stahlschmelze 5, die schäumende Schlacke 6, einen Beschleunigungsmesser 7» ein Filter 8, einen Verstärker 9, einen Integrierprozessor 10 und eine Einrichtung zum Bestimmen der Schlackenbildung und zum Vorausbestimmen des überwallens.

Wird die kinetische Energie der Schlacke in der vorstehend beschriebenen Weise direkt über die in den Konverter eingeführte Lanze oder Hilfslanze ermittelt, so ist eine beträchtlich größere Genauigkeit erzielbar als bei Zwischenschaltung eines anderen Mediums.

030024/0848

Bei der Messung der Schwingungen der Lanze und der Hilf slar, ze läßt sich die Genauigkeit der Bestimmung der Schlackenbildung verbessern, indem die unregelmäßig auftretenden Energien unter Verwendung eines Beschleunigungsmessers ermittelt werden und indem die auf der Eigenschwingungsfrequenz der Lanze und ihrer Zuleitung beruhenden Beschleunigungsänderungen von den durch die Schlacke hervorgerufenen Beschleunigungsänderungen abgesondert und nur die Letzteren integriert werden.

Die beim Heben oder Senken der Lanze durch mechanische Stöße der Aufhängung und Halterung der Lanze verursachten freien Schwingungen der Lanze und ihrer Zuleitung sind veränderlich, da sich beim Heben und Senken der Lan^e die Länge derselben zwischen ihrer Halterung und ihrsa oberen Ende ändert, und da sich ferner das Gewicht der Lanze durch daran angesetzte Stahlschmelze ändern l;ann. Es ist deshalb wichtig die auf der Eigenschwingungsfrequenz der Lanze und ihrer Zuleitung beruhenden Beschleunigungsänderungen auszuscheiden.

In ihrer ersten Ausführungsform ermöglicht die Erfindung die Vorausbestimmung des Überwallens und damit das rechtzeitige Ergreifen von Maßnahmen, um daß durch das Blasen verursachte Überwallen zu verhindern.

Das Überwallen kann bei einem Konverter dadurch zustande kommen, daß der Spiegel der schäumenden Schlacke stetig steigt, bis die Schlacke schließlich an der öffnung des Konverters überläuft, oder auch dadurch, daß im Konverter eine unvorhergesehene, plötzliche Reaktion eintritt, welche zu einem explosionsartigen Aufwallen führt. Im ersteren Falle läßt sich das überwallen durch Beobachtung der aufspritzenden Schlackentropfen an der öffnung des Konverters vorausbestimmen.

030024/0848

Das explosionsartige Aufwallen erfolgt daher sehr plötzlich und schnell und läßt sich daher nur schwer vorausbestimmen.

Die Beschleunigungen der Lanzenbewegung unter der unmittelbaren Einwirkung der Bewegungen der Schlacke lassen sich jedoch ohne Verzögerung messen und für die Vorausbestimmung des Aufwallens auswerten. Bei einer Messung der auf Bewegungen der Hauptlanze in waagerechter Richtung beruhenden Beschleunigungen beispielsweise mittels eines in Fig. 5 gezeigten Kristall-Beschleunigungsmessers 7 nehmen die Werte der Beschleunigungen mit fortschreitender Schlackenbildung zu und geben damit die durch das Schäumen der Schlacke hervorgerufenen Kräfte zuverlässig wieder.

In Fig. 5 erkennt man einen Konverter 1, eine darin enthaltene Stahlschmelze 5» im Konverter entstehende Schlacke 6, einen mit dem Beschleunigungsmesser 7 verbundenen Verstärker 9» einen Demodulator 14-, einen Wellenformer 15» eine Speichereinrichtung 16, einen Prozessrechner 17 und eine Steuereinheit 18 für die Position der Lanze und/oder die Sauerstoffzufuhr.

In der nachstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die aus der Messung der Beschleunigungsänderungen erhaltenen Werte dazu verwendet, das Aufwallen der Schlacke um wenigstens 10 see vorauszubestimmen. Die mittels des Beschleunigungsmessers 7 gemessenen Beschleunigungen der Lanze 2 werden in Abständen von jeweils einigen Sekunden mittels des Wellenformers 15 integriert. In Fig. 6 erkennt man die ursprüngliche Wellenform a sowie eine aus den durch Integrieren in Zeitabständen von jeweils einigen Sekunden erhaltenen Mittelwerten gebildete Kurve b.

Q30Q24/0848

17 - 204896Ö

Die integrierten Mittelwerte für die Zeitspannen von jeweils einigen Sekunden werden alle 20 bis 30 see zusammengefaßt, so daß sich der Zustand der Schlackenbildung nach dem jeweiligen Pegel bestimmen läßt, wie durch die Ordinate an der rechten Seite von Fig. dargestellt.

Wie man in Fig. 7 erkennt, ist der Pegel in fünf Bereiche aufgeteilt, welche zur Bestimmung des Zustande der Schlackenbildung dienen und bei Abweichung vom jeweils günstigsten Zustand eine Anpassung des Blasprogramms erfordern.

In Fig. 7 entspricht der Ausschnitt A dem Überwallen, im Rahmen der Erfindung kommt es jedoch vorwiegend auf den Ausschnitt B an, welcher dem Zustand kurz vor dem Überwallen entspricht und damit die Vorausbestimmung des Überwallens ermöglicht. Durch Bestimmung der zeitlichen Änderungen der integrierten Mittelwerte für die bei den Schwingungen der Lanze auftretenden Beschleunigungen im Bereich des Ausschnitts B läßt sich die bis zum Wallen verbleibende Zeitspanne in see ermitteln.

Die vor dem Wallen auftretenden zeitlichen Änderungen der integrierten Mittelwerte der bei den Schwingungen der Lanze auftretenden Beschleunigungen sind vergrößert in Fig. 8 dargestellt.

Die vor dem Wallen auftretende zeitliche Änderung der integrierten Mittelwerte nehmen, wie in Fig. 8 A bzw. B dargestellt, in quadratischer oder exponentieller Funktion zu und lassen sich durch eine der Formeln

y = at² + bt + c (1)

oder y = ae + b (2)

ausdrücken, worin a, b und c vorbestimmte Koeffizienten

030024/0848

sind. Nach diesen Formeln läßt sich die Schwingungsintensität nach t see vorausberechnen. Liegt der dabei erhaltene Wert in dem dem Wallen entsprechenden Bereich, so werden die Blasbedingungen entsprechend geändert, um das Überwallen zu verhindern.

Eine derartige Vorausberechnung oder Vorausschätzung für einen Konverter mit einem Fassungsvermögen von 250 t ist in Fig. 9a und 9b dargestellt. Die Abweichung des geschätzten Werts vom tatsächlichen Wert nach 5 see betrug dabei lediglich ca. 4%. Für die Vorausberechnung oder -Schätzung wurden die Formeln (1) bzw. (2) unter nachstehenden Bedingungen angewendet :

y_t - y_t-1 y_t-1 - y_t_₂ 1 Formel (1) ^yt - ^yt-1 ⁷t-1 - *t-2 ^{: Pormel} C2>-

Um dem Überwallen effektiv vorbeugen zu können, ist einerseits eine gewisse Zeit zum Ergreifen geeigneter Maßnahmen notwendig. Ist jedoch die zeitliche Schätzspanne zu groß, so verringert sich die Schätzgenauigkeit, und ist sie zu klein, so läßt sich das Überwallen nicht mehr verhindern. Gemäß der Erfindung erfolgt daher die Vorausberechnung bzw. -Schätzung für eine Zeitspanne von jeweils 15 see. Liegt der geschätzt Wert dabei im Bereich des Überwallens, so w'erden die Steuereinrichtungen betätigt, um die Lanze abzusenken und/oder die Sauerstoffzufuhr zu verringern. Durch die Kombination des automatischen Blasens mit der Steuerung der Schlackenbildung anhand von Messungen der Schwingungen der Lanze läßt sich das Auftreten des Überwallens von 23% auf 3% verringern.

Im vorliegenden Falle wird das Ausgangssignal des Wellenformers 15 in Zeitabständen von jeweils 5 see durch den Prozessrechner 17 abgetastet. Liegen dabei

03002A/0848

2948060

die Werte für drei aufeinander folgende Zeitpunkte innerhalb des in Fig. 8 mit "gut 2" bezeichneten Bereichs, so erfolgt die Vorausberechnung bzw. -Schätzung aufgrund des durch die betreffenden Werte gebildeten Küsters. Die Änderungen der abgetasteten Werte für drei aufeinander folgende Zeitpunkte lassen sich, wie in Fig. 10 dargestellt, zu neun verschiedenen Mustern ordnen.

Bei Zugrundelegung der effektiv abgetasteten Werte erfolgt die Vorausberechnung oder -Schätzung nach Formel (1) oder (2) in folgender Weise:

Muster	Formel	zugrundegelegter Abtastwert
A1	(2)	^yt-1' ⁷t
A2	(D	^yt-2' ^yt-1' ^yt
B	(D	"CT" ¹TT *T ι>—c. \i~* ι ι»
C	(2)	Vf_-p"'~y+^-_^/i'' * ^^t—i"^^yt
D	Keine Maßnahmen
AB	Entsprechend A1 oder A2
AC	Entsprechend C
CD	Keine Maßnahmen
BD	Vorausberechnung unmöglich

Auf diese Weise läßt sich, wie in Fig. 11 dargestellt, vorausberechnen, ob und zu welchem Zeitpunkt der aufgrund der drei aufeinander folgenden Zeitpunkte geschätzte Wert den dem Aufwallen entsprechenden Bereich erreicht, so daß aufgrund des geschätzten Werts Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können, um den Betriebszustand im Bereich der guten Schlackenbildung zu halten oder ihn in diesen Bereich Zurückzuführen.

03002W0848

Durch die Kombination der ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit dem programmgesteuerten automatischen Blasverfahren ist somit eine hohe Genauigkeit in der Endphase und damit ein gutes Ergebnis erzielbar.

Der Ablauf des Blasvorgangs ist in Form eines Fließdiagramms in Fig. 12 dargestellt. Die hauptsächlichen Naßnahmen zwischen dem Beginn des Blasens und dem Abstechen des Stahls, nämlich das Eintragen von Zuschlagstoffen und die Steuerung der Lanzenhöhe sowie der Sauerstoffzufuhr, wurden bisher von Hand ausgeführt.

Gemäß der Erfindung wird das bisher von Hand gesteuerte Blasverfahren entsprechend der Art des Stahls und den Arbeitsbedingungen, wie der Art der Roheisenschmelze sowie der Zuschlagstoffe usw. klassifiziert und zu einem bestimmten Blasprogramm geordnet.

Das j evf eilige Programm wird im Rechner gespeichert, worauf dann der Blasvorgang, der Eintrag der Zusatzstoffe, die Höhe der Lanze und die Sauerstoffzufuhr nach dem Programm gesteuert werden. Für die Steuerung der Sauerstoffmenge und der Temperatur der Stahlschmelze in der Endphase des Blasens wird etwa 2 bis 3 min vor Beendigung des Blasens eine Hilfslanze oder Sonde in die Stahlschmelze eingetaucht, um den Kohlenstoffgehalt sowie die Temperatur derselben zu messen. Anhand des Meßergebnisses werden die zur Erzielung des angestrebten Kohlenstoffgehalts und der gewünschten Temperatur der Schmelze benötigten Mengen an Sauerstoff und Kühlmaterial nach dem dynamischen Modell berechnet, worauf die dadurch korrigierten Mengen automatisch zugeführt werden.

03002^/08^8

29A8960

Bei dem vorstehend beschriebenen automatischen, programmgesteuerten Blasverfahren können die Anfangsbedingungen in einem weiten Bereich variieren, so daß das jeweils angewendete Programm nicht immer genau damit übereinstimmt, wodurch eine unzureichende oder übermäßige Schlackenbildung auftritt und die automatische Steuerung nicht mehr ausreicht.

Bisher war die Steuerung in der Endphase des Blasens hauptsächlich darauf gerichtet, den gev/ünschten Kohlenstoffgehalt und die richtige Temperatur zu erzielen, während die Entfernung von Phosphor weitgehend nach Gefühl erfolgte. Gemäß der Erfindung sind der Kohlenstoffgehalt und die Temperatur der Schmelze mit größerer Genauigkeit steuerbar, sofern jedoch die Gehalte an Phosphor und Mangan in der Endphase nicht in den dafür vorgesehenen Bereichen liegen, ist der volle Nutzen der genauen Steuerung von Kohlenstoffgehalt und Temperatur nicht erzielbar. Wenn jedoch die Bedingungen und der Fortgang der Schlackenbildung genau gemessen werden können, ist eine automatische Korrektur des jeweiligen Programms möglich, so daß der Blasvorgang durchgehend gesteuert werden kann.

Da der Portgang der Schlackenbildung, wie allgemein bekannt, eng mit den Bewegungen der Lanze zusammenhängt, werden die Bewegungen bzw. Beschleunigungen eines im Konverter angeordneten Fühlglieds, z.B. der Blaslanze, gemäß der Erfindung mittels eines Kristall-Beschleunigungsmessers od. dergl. geraessen, wobei der gemittelte Meßwert für einen bestimmten Zeitabschnitt als Parameter für die Steuerung herangezogen wird.

Die bei den Bewegungen der Lanze auftretenden Beschleunigungen werden mittels des Beschleunigungsmessers gemessen. Die Analyse des dabei erhaltenen wellenförmigen

03002A/0848

Ausgangssignals ergibt, daß sich die Bewegungen, aus den freien Bewegungen der Lanze bei geöffneter Lanzenhalterung und aus durch die Bewegungen der Schlacke hervorgerufenen Bewegungen der festgehaltenen Lanze zusammensetzen. Der Frequenzbereich der freien Bewegungen liegt dabei niedriger als der Frequenzbereich der Bewegungen der festgehaltenen Lanze. Im ersten Bereich liegt die Frequenz zwischen etwa 0^1 und 0,5 Hz, während sie im zweiten Bereich bei etwa 1 bis 2 Hz liegt. Pur die automatische Steuerung ist nur der letztere Frequenzbereich verwendbar, so daß die im ersten Bereich liegenden Frequenzen ausgeschieden werden müssen.

Die mittlere Intensität der Beschleunigungen für eine gegebene Zeitspanne wird durch Integrieren der Wellenform ermittelt und als Parameter für die Korrektur der durch das Programm vorgegebenen Höhe der Lanze und Sauerstoffzufuhr verwendet.

Fig. 13 zeigt eine Anordnung zum Durchführen einer dritten Ausfühiungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem in Fig. 14· dargestellten Arbeitsscheraa.

In Fig. 13 ist an einem oberen Teil der Lanze 2 ein mit einem Kristall-Schwingkreis arbeitender Beschleunigungsmesser 7 angebracht, dessen Ausgangssignal von einem Prozessor 20 geformt und einem Rechner 21 zugeführt wird. Aufgrund eines Vergleichs dieses Signals mit vorher gespeicherten Programmsignalen bewirkt der Rechner 21 eine Korrektur der vorgegebenen Einstellung von Steuereinrichtungen 22, 23 für die Lanze bzw. die Sauerstoffzufuhr. Die Lanze 2 ist an einem Kühlwassersystem 2Pt angeschlossen und ragt in den Konverter 1, welcher eine Stahlschmelze 5 und Schlacke 6 enthält.

030024/0848

Der Pegel des durch den Prozessor 20 geformten wellenförmigen Signals gibt den Fortgang bzw. den Zustand der Schlackenbildung im Konverter wieder und ist, wie in Pig. 14· zu erkennen, in vier einer ungenügenden Schlackenbildung, einer guten Schlackenbildung, einer übermäßigen Schlackenbildung bzw. dem Überwallen entsprechende Bereiche gegliedert. Anhand des Signals werden die Höhe der Lanze und/oder die Sauerstoffzufuhr so gesteuert, daß der Pegel möglichst im Bereich der guten Schlackenbildung bleibt.

In praktischen Versuchen der Anmelderin wurde festgestellt, daß eine ungenügende oder übermäßige Schlakkenbildung durch Verstellen der Lanze innerhalb eines Bereichs von 100 mm korrigierbar ist und daß das Überwallen dadurch vermieden werden kann, daß die Lanze bis zu ca. 300 mm abgesenkt und die Sauerstoffzufuhr auf weniger als 300 Nm /min verringert wird.

Die einzelnen Bereiche oder Zustände der Schlackenbildung können anhand praktischer Erfahrungswerte mit ziemlicher Genauigkeit bestimmt werden, beispielsweise anhand von Änderungen der Blasgeräusche und des Spritζverhaltens. Anhand dieser Erfahrungswerte kann es notwendig sein, die Aufteilung des Pegels in die einzelnen Bereiche der Schlackenbildung je nach den Gegebenheiten der Anlage und dem Zeitfaktor zu verändern.

Im folgenden ist das Verfahren anhand eines praktischen Beispiels erläutert.

Zum Blasen von SS4-1 Stahl mit einer Zusammensetzung von 0,15% C, 0,20% Si, 0,70%' Mn, weniger als 0,020% P, weniger als 0,020% S, Rest Fe, in einem Konverter mit einer Kapazität von 275 t wurden 5 t Eisenerz, 10 t Walzzunder, 10 t Branntkalk und 5 t gerösteter

Q3002W0848

Dolomit verwendet. Während des in Fig. 15 durch Pfeile angedeuteten fortlaufenden Eintrags dieser Stoffe wurden die Höhe der Lanze und die Sauerstoffzufuhr anhand der für die betreffende Stahlsorte vorbestimmten Programms gemäß den in Fig. 15 ausgezogen gezeichneten Linien gesteuert.

Nach dem Beginn des Blasens stieg die Temperatur im Konverter aufgrund der darin stattfindenden Reaktionen wie Entkohlung und Entfernen von Silizium an. Gleichzeitig damit wurde Eisenoxid gebildet, welches sich mit dem Brannkalk und dem Dolomit verband und schmelzflüssige Schlacke bildete. Mit zunehmender Schlackenbildung verstärkte sich die Bewegung der Schlacke im Konverter, wodurch die Lanze verstärkt in Schwingungen versetzt wurde.

Wie vorstehend bereits anhand von Fig. 13 erläutert, wurden die durch die Bewegungen der Lanze entstehenden Beschleunigungen mittels eines an der Lanze angebrachten Beschleunigungsmesser gemessen und daß Meßsignal mittels eines Prozessors geformt. Das dabei erhaltene wellenförmige Signal ist in Fig. 15 über den durch feine Linien angegebenen, vorher im Rechner gespeicherten PegelbereichsSignalen in Form einer stärkeren Linie aufgetragen.

Solange der Pegel des Beschieunigungssignal innerhalb des vorbestimmten Bereichs der guten Schlackenbildung liegt, erfolgt das Blasen unverhändert nach dem vorbestimmten Programm.

Weicht das Signal jedoch, wie in Fig. 15 mit a_ bezeichnet, über eine gev/isse Zeitspanne zum Bereich der ungenügenden Schlackenbildung ab, so vri.rd die Lanze angehoben und dadurch schwächer geblasen. Falls sich die

Q30024/0848

ungenügende Schlackenbildung dabei weiterhin fortsetzt, wird die Lanze weiter gehoben. Durch das Anheben der Lanze wird die Bildung von Eisenoxid begünstigt und die Bildung von CaO-Schlacke gefördert.

Weicht das Signal dagegen, wie in Fig. 15 mit t> bezeichnet, zum Bereich der übermäßigen Schlackenbildung ab, so ist daraus zu erkennen, daß im Konverter übermäßig große Gasraengen freiwerden und die Gefahr besteht, daß der Inhalt des Konverters überläuft. Um dem zu begegnen, wird die Sauerstoffzufuhr gedrosselt und die Lanze abgesenkt. Die weitere, mit c_ bezeichnete Abweichung erfordert die gleichen Maßnahmen wie die Abweichung a_.

Bei Beendigung des Blasens lag das folgende Ergebnis vor:

	C	P	Mn	Temperatur
Sollwert	0,10%	<0,015%	0,15%	1.640 ⁰C
Istwert	0,09%	0,013%	0,16%	1 645 ⁰C

Anstatt aufgrund von Erfahrungswerten oder lediglich nach Gefühl wurde das Blasen nach einer automatischen vorprogrammierten Steuerung durchgeführt, welche gemäß der Erfindung aufgrund einer Echtzeitüberwachung der Schlackenbildung korrigiert wurde. Dadurch wurde ein sehr gleichmäßiger Verlauf des Blasens erzielt und die Genauigkeit der Steuerung in der Endphase beträchtlich verbessert bzw. ein Überwallen verhindert. Insbesondere wurden die vorbestimmten ^ehalte an P und Mn mit großer Genauigkeit eingehalten, so daß der Stahl unmittelbar nach Beendigung des Blasens abgestochen werden konnte.

030024/0848

Durch die weitere Entxri-Cklung der ersten Ausführungsform der Erfindung wurde somit ein Verfahren für die Steuerung der Schlackenbildung im Konverter geschaffen, welches darauf beruht, daß die auf den Beschleunigungs-Meßfühler einwirkenden Beschleunigungen um so stärker sind, je stärker die Schlackenbildung bzw. das Schäumen derselben fortschreitet. Durch Beobachtung der Änderungen der Beschleunigung läßt sich die Schlackenbildung daher nach einem vorbestimmten • Muster steuern.

Fig. 16 zeigt eine Anordnung zum Durchführen einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Am oberen Teil einer in einen Konverter 1 hineinragenden Lanze 2 ist ein Beschleunigungsmesser 7 befestigt. Die Steuerung der Schlackenbildung erfolgt über eine einen Demodulator 26, einen Wellenformer 27, eine Speichereinrichtung 28,einen Prozeßrechner 21 und eine Steuereinheit 29 für die Höhe der Lanze und die Sauerstoffzufuhr umfassende Anordnung. Der Konverter 1 enthält eine Stahlschmelze 5 und eine Schlackenschmelze 6.

Im Betrieb einer solchen Anordnung ist festzustellen, daß die gemessenen Werte der Beschleunigung der Lanze bei gleichbleibenden Bedingungen für die Schlackenbildung in Abhängigkeit von der Sauerstoffzufuhr und der Höhe der Lanze variieren, so daß für eine genaue Überwachung der Schlackenbildung entsprechende Korrekturen für die Sauerstoffzufuhr und die Höhe der Lanze notwendig sind.

In einer Versuchsanordnung wurde eine auf Berührung mit der Oberfläche der schäumenden Schlacke ansprechende und mit einer Meßschaltung verbundene Elektrodensonde mittels einer Hilfslanze während des Blasens in einen Konverter mit einer Kapazität von 250 t eingeführt,

830024/0848

um die Höhe der Schlacke gleichzeitig mit der Messung der auf die Blaslanze einwirkenden Beschleunigungen zu bestimmen. Durch Zuordnung der zu bestimmten Zeitpunkten erhaltenen Meßergebnisse zur jeweiligen Beschleunigung der Lanze, der Höhe der Lanze und der Sauerstoffzufuhr zum jeweiligen Zeitpunkt wurde die in Fig. 17 dargestellte Beziehung

G = aF02 (S_n-Lg) + b (3)

erhalten, worin G ein Mittelwert der auf die Lanze einwirkenden Beschleunigungen,
PO2 die Sauerstoffzufuhr (NmVmin), die Höhe der schäumenden Schlacke (m) und die Höhe der Lanze (m) bezeichnen.

In der vorstehenden Formel bezeichnet a_ eine auf die Viskosität, die Dichte od. dergl. der Schlacke bezogene Konstante, welche theoretisch zwar gewissen unvermeidlichen Schwankungen unterworfen ist, im praktischen Betrieb jedoch gleichwohl als konstant betrachtet v/erden kann. Im Rahmen des vorstehenden Versuchs ist ein Wert a = 2,5 x 10"^ G.min/Nm^.m anwendbar. b_ ist ein in Abhängigkeit von der Art der Lanze, des Konverters, der Aufhängung der Lanze und anderen Faktoren variabler Korrekturfaktor, welcher gewöhnlich im Bereich zwischen etwa -0,05G und + 0,04G liegt.

Im vorstehenden Beispiel werden die Höhe der Lanze und die Höhe der Schlacke über dem ruhenden Spiegel der Stahlschmelze gemessen, so daß der Ausdruck (Sg - Lg) in der vorstehenden Gleichung die Eintauchtiefe der Lanze in der Schlacke angibt.

Anhand der Formel (3) in Verbindung mit der folgenden Formel _r .

⁸H=

030024/0848

läßt sich somit die Höhe der schäumenden Schlacke bestimmen und der dabei erhaltene Wert unmittelbar für die Bestimmung des Zustands der Schlackenbildung verwerten.

Änderungen der Höhe Sj, lassen entsprechende Änderungen der Bedingungen für die Schlackenbildung erkennen und ermöglichen die Vorausbestimmung des Überwallens. In Fig. 18 ist der Höhenabstand zwischen der öffnung des Konverters und der Oberfläche 31 der Schlacke in vier Bereiche mit einer Höhe von weniger als 1,8 m, 1,8 bis 3,5 π, 3,5 bis 5,5 und mehr als 5»5 m unterteilt. Diese entsprechend den Bereichen des bevorstehenden Überwallens, der übermäßigen Schlackenbildung, der guten Schlackenbildung bzw. der ungenügenden Schlakkenbildung.

Bei dem dargestellten Konverter mit einer Kapazität von 275 t beträgt die Höhe des ruhenden Spiegels der Stahlschmelze über dem Herd 1,4-67 m und sein Höhenabstand zur öffnung 30 7>7 m.

Erreicht der Spiegel 31 der Schlacke in diesem Beispiel eine Höhe von weniger als 1,8 m unter der öffnung, was gemäß der Formel (4) anhand der waagerechten Beschleunigungen der Lanze ermittelt werden kann, so läßt sich die Gefahr des Überwallens voraussehen.

Während einer Arbeitsperiode des Konverters, d.h. während der Standzeit seiner Ausmauerung, verändert sich der Herd durch Verschleiß der Ausmauerung oder Ansammlungen von Schlacke. Die Höhe des Herds kann sich dabei um ca. 0,8 m ändern, wodurch die Höhe des ruhenden Spiegels der Stahlschmelze eine entsprechende Änderung β H erfährt (Fig. 19)· Dadruch ergibt sich

0024/0848

auch eine entsprechende Änderung des Höhenabstands zwischen dem Spiegel 31 der Schlacke und der Öffnung 30, welche im Hinblick auf eine sichere Vorausbestimmung des Überwallens nicht vernachlässigt werden kann.

Durch Einführen eines auf solche Änderungen des Herds bezogenen Korrekturfaktors in die Formel (4-) ergibt sich die Formel

Für eine optimale Steuerung der Bedingungen für die Schlackenbildung nach den in Fig. 18 gezeigten Bereichen ermöglicht die Formel (5) die Bestimmung der einzuhaltenden Werte für die Sauerstoffzufuhr und die Höhe der Lanze.

In der Formel (5) kann der Faktor b. in Abhängigkeit von Änderungen der Anlage, beispielsweise einem Austausch der Lanze, korrigiert werden, wobei sich die notwendige Korrektur anhand von Betriebsergebnissen aus praktischen Erfahrungswerten ableiten läßt.

Fig. 20 zeigt ein Verfahren zum Steuern der Schlackenbildung in einem LD-Konverter in einer Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 20 sind auf der Abszisse der zeitliche Verlauf des Blasvorgangs und auf der Ordinate die Werte für die Höhe der Lanze, die Sauerstoffzufuhr und die Höhe des Spiegels 31 der schäumenden Schlacke aufgetragen.

In der Anfangs- und Endphase des Blasens ist in der Praxis keine Steuerung der Schlackenbildung notwendig, so daß sich die tatsächliche Steuerung über eine Zeitspanne zwischen 8 min nach Beginn des Blasens bis zum Verbrauch von ca. 85% des insgesamt zum Blasen vorgesehenen Sauerstoffs erstreckt.

030024/0848

Korrekturen der Arbeitsbedingungen v/urden aufgrund eines über jeweils 30 see ermittelten Mittelwerts der in Zeitabständen von jeweils 5 see berechneten Höhe S™ vorgenommen.

Die obere gestrichelte Linie in Fig. 20 gibt die durch das vorbestimmte Programm vorgegebenen Einstellungen der Höhe der Lanze an, und die untere gestrichelte Linie den vorprogrammierten Verlauf der Sauerstoffzufuhr. Die jeweiligen ausgezogenen Linien zeigen die tatsächlichen Einstellungen der Lanze und der Sauerstoffzufuhr unter Berücksichtigung von aufgrund der gemessenen waagerechten Beschleunigungen der Lanze zur Steuerung der Schlackenbildung vorgenommenen Korrekturen.

Zu Beginn des Blasens beträgt die Höhe Lt₁ der Lanze über dem ruhenden Spiegel der Schmelze beispielsweise 2,4 m und die Sauerstoffzufuhr ist gemäß dem vorbestimmten Programm auf ca. 750 Nnr/min eingestellt. Vor eintritt in den Steuerungsbereich am Punkt ji wird die Lanze gemäß dem Programm auf 2,0 m abgesenkt und die Sauerstoffzufuhr auf 650 Nnr/min verringert. Nach 8 min, also bei Eintritt in den Steuerungsbereich, wird die Lanze weiter auf 1,6 m abgesenkt und das Blasen nach dem Programm fortgeführt.

An diesem Punkt beginnt die Steuerung der Schlackenbildung gemäß der Erfindung. Steigt die aufgrund der Formel (5) ermittelte Höhe Sg der Schlacke in den Bereich der übermäßigen Schlackenbildung oberhalb -3»5m an, so wird die Lanze auf 1,4- m abgesenkt, um die Schlacke am Punkt c_ wieder in den Bereich der guten Schlackenbildung abzusenken, worauf die Lanze dann wieder auf die vorprogrammierte Höhe von 1,6 m gehoben wird.

Q3002W0848

Erreicht die Höhe St₁ der Schlacke im weiteren Verlauf des Blasens an der Stelle d_ erneut den Bereich der übermäßigen Schlackenbildung, so wird die Lanze wiederum auf 1,4 m abgesenkt. Steigt die Schlacke daraufhin weiter bis in den Gefahrenbereich vor dem Oberwallen an, so wird die Sauerstoffzufuhr am Punkt e, von 650 Nnr/min auf 450 Nur/min verringert, worauf der Spiegel der Schlacke wieder absinkt, so daß allenfalls einige Spritzer aus dem Konverter austreten.

An dem mit f_ bezeichneten Punkt sinkt der Spiegel der Schlacke wieder in den Bereich der guten Schlackenbildung ab, worauf die Sauerstoffzufuhr auf 550 Nnr/min erhöht und die Lanze wiederum auf 1,6 m angehoben wird.

Liegt der Schlackenspiegel dann wieder sicher innerhalb des Bereichs der guten Schlackenbildung, so wird die Sauerstoffzufuhr am Punkt g wiederum von 550 auf 650 Nnr/min erhöht, worauf die weitere Steuerung wieder gemäß dem Programm abläuft. Am Punkt h wird die Lanze auf eine Höhe von 1,8 m angehoben und die Sauerstoffzufuhr auf 700 Nnr/min erhöht, so daß die Betriebsbedingungen nach Verbrauch von 85% des insgesamt zum Blasen zu verwendenden Sauerstoffs im Bereich der guten Schlackenbildung liegen. Die anschließende Steuerung gemäß dem Programm führt dann zu einem guten Ergebnis beim Abstechen des Stahls.

Wie vorstehend bemerkt, beruht das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern und Überwachen der Schlackenbildung nicht auf mittelbaren Maßnahmen wie Abgasanalysen, Messungen der Temperatur, der Schwingungen und der Geräusche am Konverter usw., sondern auf der direkten Messung von durch die Bewegung der Schlacke an der Lanze hervorgerufenen Beschleunigungen, und ist dadurch den herkömmlichen Verfahren weit überlegen.

03002^/0848

Insbesondere berücksichtigt die Erfindung die Tatsache, daß die an der Lanze auftretenden Beschleunigungen proportional dem Produkt aus der Eintauchtiefe der Lanze in der Schlacke und der Sauerstoffzufuhrmenge sind und Rückschlüsse auf die Höhe der schäumenden Schlacke erlauben, so daß die Schlackenbildung durch Änderungen der Sauerstoffzufuhr und der Höhe der Lanze steuerbar ist. Dadurch läßt sich die Höhe der Schlacke weitgehend bestimmen und ein Überwallen vermeiden. -

In der vierten Ausführunsform schafft die Erfindung somit ein Verfahren zum Steuern der Schlackenbildung in einem Konverter, bei welchem die durch die Bewegungen eines im Konverter aufgehängten Gegenstands hervorgerufenen Beschleunigungen in rechtwinklig zueinander verlaufenden Richtungen in einer horizontalen Ebene gemessen werden und ihre Vektorsumme als Parameter für eine genaue Steuerung verwendet wird.

Gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung werden funktionale Beziehungen von Informationen, betreffend beispielsweise die Eintauchtiefe der Lanze in der Schlacke, die Sauerstoffzufuhr usw. zur Ermittlung der Höhe der schäumenden Schlacke verwendet, wobei die ermittelten Werte dann als Faktoren für die Steuerung der Schlackenbildung Anwendung finden.

In verschiedenen Anlagen und bei Anwendung verschiedener Blasverfahren kann die Richtung der Bewegungen der Lanze je nach Art ihrer Halterung, nach dem Betriebszustand innerhalb des Konverters und anderen Faktoren in verschiedener Weise variieren, so daß bei einer Messung der Beschleunigungen in nur einer Richtung ein genaues Ergebnis für die Steuerung der Schlackenbildung nicht erzielbar ist.

Q30024/0848

Um diesem Nachteil zu begegnen, ist in dieser Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die bei den Bewegungen einer Lanze auftretenden Beschleunigungen in zwei in einer waagerechten Ebene rechtwinklig zueinander verlaufenden Eichtungen χ und y gemessen werden, daß unter Anwendung der folgenden Formel (6) eine Größe für die effektive Beschleunigung a_eff ermittelt und der dabei erhaltene Wert als Parameter für die Steuerung verwendet wird (Fig. 21).

a_eff- /Ca_x)² ₊ (a_y)² (6)

worin a_eff = Größe der effektiven Beschleunigung, Sl_x = Größe der Beschleunigung in Richtung χ

a = Größe der Beschleunigung in Richtung y einer waagerechten Ebene.

Eine Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens in dieser Ausführungsform ist in Fig. 22 dargestellt. Fig. 23 zeigt die Beziehungen zwischen den integrierten Mittelwerten für die Beschleunigungen in der Richtung χ und den anhand der Formel (6) ermittelten effektiven Beschleunigungen im Betrieb der Anordnung nach Fig. Während der ersten zehn Minuten des Blasens ändert sich diese Beziehung kaum, was darauf hindeutet, daß die Schwingungen vorwiegend in der Richtung χ auftreten. Anschließend daran nimmt die Komponente der Schwingungen in der Richtung y zu, worauf sich dann nach 12 min wieder die in der Richtung χ verlaufende Komponente verstärkt. Die Zeitpunkte 1, 2, 3 für die Messung der tatsächlichen Höhe der Schlacke mittels einer Hilfslanze sind in Fig. 23 mit Pfeilen angegeben.

Fig. 24 zeigt die Beziehungen zwischen einem Mittelwert G der in waagerechten Richtungen an der Lanze auftretenden Beschleunigungen und dem Produkt F02x(Sg-Lr₁)

030024/0848

der Sauerstoffzufuhrmenge und der Eintauchtiefe der Lanze zu verschiedenen Zeitpunkten, an denen die Höhe Sg der Schlacke gemessen wurde. Die mit 1, 2 und 3 bezeichneten Messungen wurden zu den in Pig. durch die Pfeile 1, 2 und 3 bezeichneten Zeitpunkten genommen.

Wie man in Fig. 24- erkennt, ist zwischen den durch das Zeichen ο dargestellten effektiven Beschleunigungswerten und dem Produkt F02 χ (Stt-Ljt) eine im wesentlichen lineare Beziehung mit sehr geringer Streuung vorhanden. Die gemittelten Werte der Beschleunigungen in der Richtung χ stehen daher in keiner direkten Beziehung zu diesem Produkt, da die Richtung der Schwingungen bei den einzelnen Messungen variiert, so daß sich eine starke Streuung ergibt. Bei Verwendung des effektiven Wertes ist dagegen für jede Messung eine nahezu lineare Beziehung mit geringer Streuung gegeben.

Um also die Höhe der Schlacke anhand von Beschleunigungsmessungen bestimmen und die Schlackenbildung auf dieser Basis steuern zu können, muß man mit den effektiven Beschleunigungswerten arbeiten, bei denen die Einflüsse der Richtung der Schwingungen ausgeschaltet sind.

Bei der für die Ermittlung der vorstehenden Daten verwendeten, in Fig. 22 dargestellten Anordnung sind am oberen Teil der in den Konverter 1 ragenden Lanze 2 zwei Beschleunigungsmeßfühler 7» 7¹ für die Messung von Beschleunigungen in den Richtungen χ und y rechtwinklig zueinander angebracht. Die Anordnung für die Steuerung der Schlackenbildung umfaßt zwei Demodulatoren 26, 26' und einen Wellenformer 27 zum Berechnen der effektiven Beschleunigungen a ~j> und Darstellung derselben in Wellenform, einen Prozessrechner 21 und

O3002A/08A8

eine Steuereinheit 29 für die Einstellung der Lanze und der Sauerstoffzufuhr. Der Konverter 1 enthält eine Stahlschmelze 6 und eine Schlackenschmelze 6.

Im Betrieb des Konverters mit Steuerung der Schlackenbildung auf der Basis der vorstehend erläuterten effektiven Beschleunigungswerte können diese selbst bei im wesentlichen gleichen Bedingungen für die Schlakkenbildung in Abhängigkeit von der Sauerstoffzufuhr und der Höhe der Lanze variieren, so daß also für eine genaue Ermittlung der Schlackenbildung eine Korrektur für die Einflüsse der Sauerstoffzufuhr und der Höhe der Lanze eingeführt werden muß.

In dieser fünften Ausführungsform der Erfindung wird die Überwachung und Steuerung der Schlackenbildung anhand der effektiven Beschleunigungswerte, der Sauerstoffzufuhr und der Höhe der Lanze in der gleichen Weise durchgeführt wie in der vierten Ausführungsform, so daß eine weitere Erläuterung nicht notwendig ist. Gegenüber der vierten Ausführungsfortn ermöglicht die fünfte Ausführungsform jedoch eine weitere Verbesserung des Genauigkeitsgrades bei der Steuerung der Schlackenbildung.

Im Vergleich zu indirekt arbeitenden Verfahren für die Überwachung der Schlackenbildung durch Analyse der Abgase, Messung der Temperatur der Abgase oder Erfassung von Schwingungen oder Geräuschen am Ofenkörper ermöglicht die Erfindung eine äußerst genaue Beobachtung und Steuerung der Schlackenbildung durch Messung von Beschleunigungen eines Gegenstands innerhalb des Konverters, insbesondere einer in die schäumende Schlacke eintauchenden Blaslanze. Unabhängig von Änderungen der Bewegungsrichtung aufgrund von

030024/0848

Gegebenheiten der jeweiligen Anlage usw. ermöglicht die Erfindung eine äußerst genaue Ermittlung der auftretenden Beschleunigungen und erbringt daher erheblich genauere Ergebnisse als ein mit Geräuschmessungen od. dergl. arbeitendes Verfahren.

03002^/0848

COPY

Claims

PATEfN Γ* NWA'-TF. A. Gi^UN£CKER

H. KINKELDEY

DR INCl

29A8960

K. SCHUMANN

OR RER NAT. D*.-PHVS

P. H. JAKOB

OH-INO

G. BEZOLD

5. Dezember 1979

Kawasaki Steel Corporation

No. 1-28, 1-chome, Kitahonmachi-Dori,

Fukiai-Ku, Kobe City, Japan

Verfahren zum Steuern der Schlackenbildung, zum Vorausbestimraen des Wallens und zum Steuern des Blasens in einem ID-Konvert er

P_a_t_e_n_t_a_n_s_p__r_ü_c_h_e

1. Verfahren zum Steuern der Schlackenbildung in einem LD-Konverter, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Blasen der Stahlschmelze im Konverter auftretenden Beschleunigungen mittels eines Sensors ermittelt werden und daß allein die von der durch die Reaktion im Konverter entstehende Schlacke verursachten Beschleunigungen ermittelt und integriert werden.

Ö30024/0848

(089) aaseea telex os-Qoaeo teleoramms monapat telekopierer

ORIGINAL INSPECTED

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungssensor an einer in den Konverter eingeführten Haupt-Blaslanze angebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aus der natürlichen Schwingungsfrequenz der Haupt-Blaslanze und der daran angeschlossenen Sauerstoff- und Kühlmittelleitungen ergebenden Änderungskomponenten des durch den Sensor ermittelten Beschleunigungssignals von den durch die Schlacke hervorgerufenen Änderungskomponenten getrennt und nur die letzteren integriert werden.

4-, Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungen der Haupt-Blaslanze mittels des Sensors bestimmt werden, daß die Wellenform der vom Sensor abgegebenen Beschleunigungssignale in Abständen von jeweils einigen Sekunden integriert wird, daß der Pegel der integrierten Werte in wenigstens vier einer ungenügenden Schlackenbildung, einer guten Schlackenbildung, einer übermäßigen Schlackenbildung und dem Wallen (slopping) entsprechende Bereiche aufgegliedert wird und daß die Bedingungen für die Schlackenbildung mittels einer Diskriminator einrichtung aufgrund dieser Bereiche ermittelt werden.

5. Verfahren zum Vorausbestimmen des Wallens (slopping) in einem LD-Konverter, dadurch gekennzeichnet, daß die waagerechten Beschleunigungen einer zum Blasen in den Konverter eingeführten Lanze fortlaufend gemessen werden, daß die integrierten Mittelwerte der Beschleunigungen in Abständen von jeweils einigen Sekunden bestimmt werden, daß die zeitlichen Änderungen der integrierten Mittelwerte

030024/0848

in eine Anzahl von Mustern geordnet werden und daß die Muster kodifiziert und einzeln bestimmt werden, so daß sich die Bedingungen für die Schlackenbildung in einer Zeitspanne zwischen einigen zehn Sekunden und einigen Sekundendekaden nach der Meßzeit vorausbestimmen lassen.

6. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Muster nach den folgenden Formeln

y = at² + b + c (1)

y = ae* + b (2)

gegeben ist, worin a, b und c Koeffizienten darstellen, mit der Maßgabe, daß die Formel (1) angewendet wird, wenn die zeitliche Änderung y der integrierten Mittelwerte unmittelbar vor dem Auftreten des Wallens 7_t - y_t_/j<y_t_>, - y-t_2 ^isti ^{und die} Formel (2) angewendet wird, wenn die zeitliche Änderung y ^yt ~ yt-1^>yt-1 " ^yt-2 ^ist*

7. Verfahren zum Steuern des Blasens von reinem Sauerstoff in einem LD-Konverter bei einem automatisierten Blasen mit programmierter Steuerung, bei welchem die zur Erzielung des gewünschten Kohlenstoffgehalts und der gewünschten Temperatur der Stahlschmelze benötigten Mengen an Sauerstoff und Kühlstoffen anhand eines dynamischen Modells berechnet werden, indem vorausbestimmte Blasabläufe in einem Rechner gespeichert werden, und bei welchem die auf den Kohlenstoffgehalt und die Temperatur bezogenen Werte durch Einführen einer Hilfslanze in die Stahlschmelze nach Maßgabe des vorausbestimmten Blasablaufs ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen der Bedingungen für die Schlackenbildung während des Blasens anhand der

03002W0848

Bewegung der Schlacke im Konverter gegenüber einem in diesem angeordneten Beschleunigungsmesser ermittelt werden und der Blasablauf anhand der ermittelten Werte korrigiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Pegel des Scheitelwerts der ermittelten Wellenform der durch die Bewegung der Schlacke im Konverter gegenüber dem darin angeordneten Beschleunigungssensor hervorgerufenen Beschleunigung in vier einer ungenügenden Schlackenbildung, einer guten Schlackenbildung, einer übermäßigen Schlackenbildung bzw. einem Wallen (slopping) entsprechende Bereiche gegliedert wird, und daß der Pegel der Wellenform der Beschleunigung in den der ungenügenden Schlackenbildung, der übermäßigen Schlackenbildung und dem Wallen entsprechenden Bereichen in Richtung auf den der guten Schlackenbildung gesteuert wird, indem die Lanze gehoben oder abgesenkt und/oder die Sauerstoffzufuhr verstärkt oder verringert wird.

9· Verfahren zum Steuern der Schlackenbildung in einem LD-Konverter, dadurch gekennzeichnet, daß beim Blasen der Stahlschmelze ein Beschleunigungssensor im Konverter angeordnet wird, daß die allein von der durch die Reaktion im Konverter entstehende Schlacke hervorgerufenen, auf den Sensor einwirkenden waagerechten Beschleunigungen ermittelt werden, und daß die Höhe der schäumenden Schlacke aufgrund der ermittelten Beschleunigungswerte, der Sauerstoffzufuhr und eines sich aus den funktioneilen Beziehungen zwischen der Beschleunigung, der Eintauchtiefe des Sensors in der Schlacke und der Sauerstoffzufuhr ergebenden Momentanwerts geschätzt wird.

Ö3002A/08A8

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Funktion für die Bestimmung der Höhe der Schlackenbildung durch die folgende Formel ausgedrückt wird:

worin Sg = Höhe der Schlackenbildung (m) G = Mittelwert der auf die Lanze einwirkenden

waagerechten Beschleunigungen (G), FO₂ = Sauerstoffzufuhr (NmVmin) LH = Höhe der Lanze (m)

/E = Korrekturfaktor für eine Variable des Herds im Konverter (m).

11. Verfahren zum Steuern der Schlackenbildung in einem LD-Konverter, dadurch gekennzeichnet , daß die Beschleunigungen der Bewegungen eines senkrecht im Konverter aufgehängten Gegenstands in zueinander rechtwinkligen Richtungen in einer waagerechten Ebene gemessen werden, daß die Vektorsumme der gemessenen Werte bestimmt wird und daß die Schlackenbildung auf der Grundlage der so erhaltenen Werte gesteuert wird.

12. Verfahren zum Steuern der Schlackenbildung in einem LD-Konverter, dadurch gekennzeichnet , daß die Beschleunigungen der Bewegungen eines senkrecht im Konverter aufgehängten Gegenstands in zueinander rechtwinkligen Richtungen in einer waagerechten Ebene gemessen werden, daß die Vektorsumme der gemessenen Werte bestimmt wird und daß die Höhe der entstandenen Schlacke aufgrund einer funktionalen Beziehung zwischen diesen Werten, der Eintauchtiefe einer Sauerstoff-Blaslanze in der Schlacke und der Sauerstoffzufuhrmenge bestimmt und als Faktor für die Steuerung der Schlackenbildung verwendet wird.

030024/0848