DE2953923C2

DE2953923C2 - Verfahren zum Vorausbestimmen des Wallens in einem LD-Konverter

Info

Publication number: DE2953923C2
Application number: DE2953923A
Authority: DE
Inventors: Kanji Emoto; Katsuhisa Hirayama; Yasuo Kurashiki Masuda; Masakatu Ogawa; Hideshi Ohzu; Masayuki Kurashiki Onishi; Hirosuke Kurasashiki Yamada
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1978-12-05
Filing date: 1979-12-05
Publication date: 1985-05-09
Also published as: CA1137758A; DE2953923A1; AU524195B2; DE2948960A1; FR2443509A1; US4398948A; AT385054B; ATA771479A; SE447997B; GB2042592B; SE7909970L; AU5348479A; GB2042592A; DE2948960C2; FR2443509B1

Description

y = at² + b + c

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

ist, und die Formel (2) angewendet wird, wenn die zeitliche Änderungy

ist.

Es ist beim Frischen von Roheisenschmelzen im LD-Konverter bereits üblich, den Blasvorgang und insbesondere dessen Endphase automatisch ablaufen zu lassen, wozu standardisierte Blasprogramme unter Verwendung eines Elektronenrechners mit entsprechenden Speichern benutzt werden. Diese Programme enthalten als Vorgabe Informationen bezüglich der Zusammensetzung der Roheisenschmelze, der Badtemperatur sowie der angestrebten Endzusammensetzung. Anhand der Programmvorgaben werden die Stellung der Blaslanze, die aus dieser Blaslanze ausgegebene Sauerstoffmenge sowie die Mengen an Zuschlagstoffen automatisch gesteuert.

Zur Fernüberwachung des Frischvorganges ist es zweckmäßig, die Bedingungen der Schlackenbildung im Konverter fortlaufend zu überwachen und das Ergebnis dieser Überwachung in die automatische Steuerung des Blasvorganges einfließen zu lassen. Zum Bestimmen der Bedingungen für die Schlackenbildung hat man als Parameter bereits die innerhalb des Konverts gebildeten Geräusche herangezogen. Die dabei erzielten Ergebnisse waren jedoch noch ungenau. Ferner ist es bereits bekannt, anhand von Abgasanalysen Aussagen über den Forteane des Frischnrozesses zu machon.

Aus der DL-PS 96 976 ist ein Verfahren zur Temperaturbestimmung und Blasprozeßüberwachung von Konvertern bekannt, bei welchem durch chemisch-physikalische Vorgänge und Reaktionen im Schmelzbad hervorgerufene Schwingungsbeschleunigungen des Konvertergefäßes ermittelt werden.

Anhand von Schwingungen des Konverterbehälters Aussagen über den Verschlackungsvorgang zu machen, ist jedoch praktisch nicht möglich, da beispielsweise bei einem 2001 LD-Konverter das Gewicht der Scnlacke lediglich 20 bis 30 t beträgt gegenüber einem Eigengewicht des Konvertergefäßes einschließlich mechanischer Lagerung von etwa 500 bis 550 t, dem Gewicht der feuerfesten Konverterauskleidung von etwa 500 t iaid dem Gewicht des im Konverter vorhandenen metallischen Einsatzes von etwa 250 t.

Um den Ablauf der Schlackenentwicklung und insbesondere deren Intensität zu steuern, muß das physikochemische Verhalten der Schlacke genau erfaßt werden, was jedoch mit Hilfe des aus der DL-PS 96 976 bekannten Verfahrens nicht möglich ist, da bei dem bekannten Verfahren die Einflüsse der Schiackenentwickiung auf die Konverterschwingungen praktisch vollständig von auf andere zurückgehende Konverterschwingungen überdeckt werden können.

Von besonderer Bedeutung bei der automatischen Steuerung des Frischvorganges im LD- Konverter ist das Vermeiden eines zu starken Wallens oder gar Überkochens des schmelzflüssigen Konverterinhaltes, da durch ein zu starkes Wallen zum einen recht beträchtliche Materialverluste auftreten und zum anderen beträchtliche Gefährdungen der Konverterbedienungsmannschaft eintreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Vorausbestimmen des Wallens in einem LD-Konverter zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich in erstei Linie daraus, daß ungestört durch andere Einflußgrößen allein die durch die Schlackenbildung im Konverter hervorgerufenen Beschleunigungen in horizontaler Richtung der Konverter-Blaslanze gemessen werden und daß die Meßergebnisse automatisch mit einer Anzahl von typischen Mustern verglichen werden, so daß sich ermitteln läßt, ob ein gegebenenfalls zu starkes Wallen bevorsteht. Erbringt der automatische Vergleich eine in Bälde zu erwartende Gefahr der. zu starken Wallens, so wird der Frischprozeß entsprechend gesteuert, um ein Überwallen abzuwenden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

Fig. la bis If Darstellungen des Schwingungsvcrlaufes der Haupt-Blaslanze während des Blasvorganges.

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch einen Vcrsuchskonverter,

Fig.3 eine graphische Darstellung der integriertun Werte der beim Blasen auftretenden Lanzenbeschleunigungcn,

Fig.4 eine schematisierte Darstellung einer ersten Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung,

F i g. 5 eine Darstellung einer /weiten Anordnung zum Durchführen des Verfahrens,

Fig.6 eine graphische Darstellung der Lanzenbeschleunigung in waagerechter Richtung sowie der durch Integration der ursprünglichen Schwingungen in Abständen von jeweils einigen Sekunden erhaltenen Änderungswerte.

F i g. 7 eine graphische Darstellung der Erfassung der Schlackenbildung,

F i g. 8 eine graphische Darstellung der Änderung des Schmelzbadzustandes in Richtung auf das Wallen,

F i g. 9a und 9b graphische Darstellungen eines Abschätzschrittes,

Fig. 10 Darstellungen von systematisierten Lanzen-Beschleunigungsmustern und

F i g. 11 eine graphische Darstellung des Vorausbestimmens des Wallens im Konverter.

Mit Hilfe des Verfahrens läßt sich das Wallen oder Überlaufen der Schlacke vorausbestimmen und durch rechtzeitiges Ergreifen von Gegenmaßnahmen verhindern. Dabei wird die kinetische Energie der Schlacke direkt über die Haupt-Blaslanze oder eine Hilfslanze ohne Zwischenschaltung eines anderen Mediums ermittelt. Da die Beaufschlagung der Lanze durch Aufspritzen der Schlacke jedoch sehr ungleichmäßig verläuft und eine in die schäumende Schlacke eintauchende Lanze im fixierten Zustand sehr ungleichmäßigen Kräften unterworfen ist, werden diese Kräfte als auf die Lanze einwirkende Beschleunigungen in Horizontalrichtung erfaßt und bestimmt, nicht jedoch aufgrund von Messungen der Schwingungsamplitude 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 samt daran angeschlossener Leitungen. Zur genauen Bestimmung der Schlackenbildungsbedingungen werden diese Einflüsse ausgesondert

Die Wellenform der während des Blasens an der Hauptlanze auftretenden Beschleunigung sind in Fig. la bis If dargestellt. Die kleinste Teüungseinheit der Abszisse ir F i g. 1 beträgt dabei ca. 3 see.

Die Beschleunigungsvorgänge an der Lanze haben zu Beginn des Blasvorgangs im wesentlichen die in F i g. la gezeigte Wellenform, weiche durch Dämpfung zu der in F i g. 1 f gezeigten Form abgeflacht wird und bei Änderung der Lanzenhöhe oder beim Eintragen von Zusatzstoffen erneu·, auftritt. Mit fortschreitender Schlackenbildung entstehen dann die in Fig. !bund Ic gezeigten Wellenformcn. Der günstige Zustand der Schlackenbildung wird durch die Wellenform nach Fig. Id angezeigt, während das Wallen oder Überlaufen der Schlakke zu der in Fig. Ie gezeigten, sehr unregelmäßigen Wellenform nit 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.

Bei der Beschickung des Konverters mit Zuschlagstoffen können diese die Lanze beaufschlagen, wodurch diese und ihre Zuleitung in Schwingungen versetzt werden, 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 Eigenschwingungsfrequeni: der Lanze mit ihrer Zuleitung etwa 03 Hz. Diese Schwingungen erlauben keinen direkten Rückschluß auf den Zustand der Schlackenbildung. Diese Schwingungen sind in F i g. I durch die WeI-lenformen la bis Ic und 1 /dargestellt und in F i g. Ib und Ic durch kleinere Schwingungen von höherer Frequenz überlagert, weiche durch die von der aufspritzenden oder schäumenden Schlacke auf die Lanze ausgeübten Kräfte hervorgerufen sind.

to Die von der Schlacke hervorgerufenen Beschleunigungen 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 2501 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 Eigenschwingungsfrequenz der Lanze zu unterscheiden.

Nach Ausscheiden der niederfrequivien Komponente wird die Wellenform der Beschleunigungen integriert und der Pegel der integrierten Werte in einzelne Bereiche geordnet. Anhand der Höhe der einzelnen Bereiche läßt sich der Zustand der Schlackenbildung ermitteln und der P-lasvorgang steuern. Ferner läßt sich anhand von Änderungen der integrierten Werte das Wallen oder Überlaufen der Schlacke vorausbestimmen.

F i g. 3 zeigt die in Abständen von jeweils 5 see ermitleiten 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 S see ermittelten integrierten Werte.

F i». 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 Vorausbe-

stimmen des Überwallens 11.

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. Dei der Messung der Schwingungen der Lanze und der Hilfslanze läßt sich die Genauigkeit der Bestimmung der Schlackenbildung verbessern, indem die unregelmäßig auftretenden Em /gien unter Verwendung eines Bcschleunigungsmessers 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 Lanze die Länge derselben zwischen ihrer Halterung und ihrem oberen Ende ändert, und da sich ferner das Gewicht der Lanze durch daran angesetzte Stahlschmelze ändern kann. Es ist deshalb wichtig, die auf der Eigenschwingfrec|uenz der Lanze und ih.jr Zuleitung beruhenden Beschleunigungsänderungen auszuscheiden.

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 ersten Falle läßt sich das Überwallen durch Beobachtungen der aufspritzenden Schlakkentropfen an der öffnung des Konverters vorausbestimmen.

Mittelwerte für die bei den Schwingungen der l.an/c auftretenden Beschleunigungen im Bereich des Ausschnitts B läßt sich die bis zum Wallen verbleibende Zeitspanne in see ermitteln.

Die vor dem Wallen auftretenden zeillichcn Änderungen der integrierten Mittelwerte der bei den Schwingungen der Lanze auftretenden Beschleunigungen sind vergrößert in F i g. 8 dargestellt.

Die vor dem Wallen auftretende zeitliche Änderung der integrierten Mittelwerte nehmen, wie in F i g. HA bzw. B dargestellt, in quadratischer oder exponentiell^ Funktion zu und lassen sich durch eine der Formeln

oder

y = al- + bi + c

ν - nc¹ + b

plötzlich und schnell und läßt sich daher nur schwer vorausbestimmen.

Die Beschleunigungen der Lanzenbewegung unter der unmittelbaren Einwirkung der Bewegungen der Schlacke lassen sich 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 F i g. 5 gezeigten Kristall-Beschleunigungsmessers 7 nehmen die Werte der Beschleunigungen mil ^fortschreiiender Schlackenbildung zu und geben damit die durch das Schäumen der Schlakke hervorgerufenen Kräfte zuverlässig wieder.

In F i g. 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 )4. einen Wellenfnrmer 15. eine Speichereinrichtung 16. einen Prozeßrechner 17 und eine Steuereinheit 18 für die Position der Lanze und/oder die Sauerstoffzufuhr.

In der nachstehend beschriebenen 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 Wellenfonners 15 integriert. In F i g. 6 erkennt man die ursprüngliche Wellenform a sowie eine aus den durch Integrieren in Zeitabständen von jeweils einigen Sekunden erhaltenen Mittelwerten gebildete Kurve b.

Die integrierten Mittelwerte für die Zeitspanne 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 F i g. 7 dargestellt.

Wie man in F i g. 7 erkennt, ist der Pegel in fünf Bereiche aufgeteilt, welche zur Bestimmung des 7ustands 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 ausdrücken, worin a, b und c vorbestimmte Koeffizienten sind. Nach die??" Formeln läßl sich die Schwin gungsintensität nach / Sekunden vorausberechnen Liegt der dabei erhaltene Wert in dem dem Wallen entsprechenden Bereich, so werden die Blasbedingunger entsprechend geändert, um das Überwallen zu vcrhin dem.

F-ine derartige Vorausberechnung oder Vorausschäl zung für einen Konverter mit einem Fassungsvermöger von 250t in Fig. 9a und 9b dargestellt. Die Abwei chung de'· geschätzten Werts vom tatsächlichen Wer nach 5 Sekunden betrug dab'ji lediglich ca. 4%. Für dii Vorausberechnung oder -Schätzung wurden die For mein (1) bzw. (2) unter nachstehenden Bedingungen an gewendet:

Formel (I Formel (2)

Um dem Überwallen effektiv vorbeugen zu können ist einerseits eine gewisse Zeit zum Ergreifen geeignete! Maßnahmen notwendig. Ist jedoch die zeitliche Schätz spanne zu groß, so verringert sich die Schätzgenauig keit, und ist sie zu klein, so läßt sich das Überwalle: nicht mehr verhindern. Gemäß der Erfindung erfolg daher die Vorausberechnungen bzw. -Schätzung für cini Zeitspanne von jeweils 15 Sekunden. Liegt der ge schätzte Wert dabei im Bereich des Überwallens, se werden die Steuereinrichtungen betätigt, um die Lanze abzusenken und/oder die Sauerstoffzufuhr zu vcrrin

so gern. Durch die Kombination des automatischen BIa sens mit der Steuerung der Schlackenbildung arcane von Messungen der Schwingungen der Lanze läßt siel· das Auftreten des Überwallens von 23% auf 3% verrin gern.

Im vorliegenden Falle wird beispielsweise das Aus gangssignal des Wellenformers 15 in Zeitabständen vor jeweils 5 see durch den Prozeßrechner 17 abgetastet Liegen dabei die Werte für drei aufeinander folgende Zeitpunkte innerhalb des in F i g. 8 mit »gut 2« bezeich neten Bereichs, so erfolgt die Vorausberechnung bzw -Schätzung aufgrund des durch die betreifenden Wert« gebildeten Musters. Die Änderungen der abgetastetei Werte für drei aufeinander folgende Zeitpunkte lassci sich, wie in Fig. 10 dargestellt, zu neun verschicdenei Mustern ordnen.

Bei Zugrundelegung der effektiv abgetasteten Wert( erfoigt die Vorausberechnung oder -Schätzung nacl Formel (1) oder (2) in folgender Weise:

Muster	IOrmcl zugrundegelegter Abtastwert
A I	(2) y.-uy,
Λ2	(1) y,-2.y,-uy,
Ii	(1) y,-2.y,-\,y,
C	(2) (y, ι + y, i)/2.Cv,-i + >',)/2
I)	Keine Malinahmcn
AIS	Entsprechend A 1 oder A 2
AC	Entsprechend C
CD	Keine Maßnahmen
BD	Vorausberechnung unmöglich

Auf diese Weise läßt sich, wie in Fig. 11 dargestellt, vorausbcstiminen. ob und /u welchem Zeitpunkt der aufgrund der drei aufeinander folgenden Zeitpunkte geschätzte Wert den dem Überwallen entsprechenden Bereich erreicht, so daß aufgrund des geschätzten Werts Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können, um den

tj\. llKl/.M.UJItlllU KtI &>«.! «.!«,!■ VJWt gUlbtl UVMIUkIWIIUIIUUIIg zu halten oder ihn in diesen Bereich zurückzuführen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

25

30

35

40

45

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vorausbestimmen des Wallens des flüssigen Inhalts in einem LD-Konverter, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Bewegung einer zum Blasen in den Konverter eingeführten Lanze in der Horizontalebene auftretenden Beschleunigungen fortlaufend gemessen werden, daß die integrierten Mittelwerte der Beschleunigungen in Abständen von jeweils einigen Sekunden bestimmt werden, daß die zeitlichen Änderungen der integrierten Mittelwerte in eine Anzahl von systematisierten Mustern der Lanzenbeschleunigung geordnet werden und daß die Muster kodifiziert und einzeln bestimmt werden, so daß sich die Bedingungen für die Schlackenbildung für eine Zeitspanne zwischen einigen Sekunden und einigen Sekundendekaden nach der Meßzeit vorausbestimmen lassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS Se Bestimmung der Muster nach den folgenden Formeln