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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
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Vorrichtung zur Steuerung der Vakuumentgasung einer Stahlschmelze
im Frischverfahren von hochlegierten Stählen, wie nichtrostendem Stahl oder gewöhnlichem
Kohlenstoff-Stahl.
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Die Vakuumentgasung wird allgemein zum Frischen von nichtrostendem
Stahl und anderen hochlegierten Stählen eingesetzt. Der Grund dafür, daß hochlegierte
Stähle zum Frischen vakuumentgast werden, liegt in der Tatsache, daß unter vermindertem
Druck die Entkohlung des Stahls auf jeden gewünschten niedrigen Kohlenstoffgehalt
möglich ist, ohne daß infolge der Oxidation im Stahl ein Verlust an Chrom auftritt.
Auch im gewöhnlichen Stahl wird die Vakuumentgasung immer häufiger angewendet. Das
Ziel ist dabei eine Kostensenkung und eine Qualitätsverbesserung der erhaltenen
Endprodukte.
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Die herkömmliche Vakuumentgasung erfordert in der Hauptsache die folgenden
drei manuell durchgeführten Verfahrensschritte: (a) In bestimmten Abständen Entnahme
einer Probe der Stahlschmelze und Analyse des Gehalts der einzelnen Komponenten
in der Stahlschmelze, insbesondere des Kohlenstoffgehalts; (b) Einstellung des Drucks
im Entgasungsgefäß auf einen vorher festgelegten Wert in Abhängigkeit von dem Analysenwert
des Kohlenstoffgehalts; (c) Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des zur Entkohlung
in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs in Abhängigkeit vom Wert des Kohlenstoffgehalts.
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Bei der Vakuumentgasung von hochlegiertem Stahl, wie nichtrostendem
Stahl, wird der Kohlenstoffgehalt üblicherweise vor der Vakuumentgasung auf 0,40
bis 1,20 % begrenzt, um den Verlust von Chrom im Stahl infolge von Oxidation zu
unterdrücken. Im Verlauf der Vakuumentgasung wird dieser Kohlenstoffgehalt auf ,den
im Endprodukt gewünschten Wert erniedrigt, beispielsweise auf 0,10 % oder darunter.
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Auch im Fall von gewöhnlichem kohlenstoffhaltigem Stahl ist die Durchführung
der Entkohlung im Vakuum durch Vakuumentgasung möglich. Dabei wird zur Entkohlung
in der Stahlschmelze vorhandener freier Sauerstoff verwendet. Die Vakuumentgasung
wird in steigendem Maße dazu verwendet, die Menge an Ferromangan zu vermindern,
die im Konverter infolge der Erhöhung des Kohlenstoffgehalts sowie des Anstiegs
des Mangangehalts in der ausgeblasenen Stahlschmelze erforderlich ist. Ferner soll
die erforderliche Menge an Desoxidierungsmittel, wie Aluminium, durch die Abnahme
des Sauerstoffgehalts in der Stahlschmelze vermindert werden. Ein weiterer Zweck
ist die Qualitätsverbesserung der erhaltenen Endprodukte. Unter diesen Umständen
beginnt die Vakuumentgasung allgemein mit einer Stahlschmelze, in der der Kohlenstoffgehalt
höher ist als derjenige des Endprodukts, in der Größenordnung von 0,03 bis 0,10
%. Der gewünschte Kohlenstoffgehalt wird durch die Vakuumentgasung entweder mit
oder ohne Zuführung von Sauerstoff zur Entkohlung in das Entgasungsgefäß erreicht.
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Bei der Vakuumentgasung von hochlegiertem Stahl oder gewöhnlichem
Kohlenstoffstahl ist die quantitative Bestimmung des Kohlenstoffgehalts in der behandelten
Stahlschmelze von wesentlicher Bedeutung. Sie dient der Feststellung des Endpunkts
der Entkohlung und der Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß sowie der Einstellung
der Strömungsgeschwindigkeit des zur Entkohlung in das Entgasungsgefäß eingeblasenen
Sauerstoffs. Im herkömmlichen Verfahren wird die Be-
stimmung des
Kohlenstoffgehalts in der Stahlschmelze durch periodische Entnahme einer Probe der
Stahlschmelze und Analyse dieser Probe durchgeführt.
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In Fig. 1 ist das Gleichgewicht zwischen dem Kohlenstoff-und dem Chromgehalt
in einer Stahlschmelze für verschiedene Drucke dargestellt. Man erkennt daraus,
daß im Bereich eines hohen Kohlenstoffgehalts in der Stahlschmelze kein Chromverlust
infolge von Oxidation auftritt, auch wenn der Druck bis zu einem gewissen Grad ansteigt.
Im Bereich geringen Kohlenstoffgehalts muß dagegen der Druck zur Verhinderung eines
Chromverlustes infolge von Oxidation sehr niedrig gehalten werden.
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Andererseits ist es zur Verminderung der Menge an Stahl, die infolge
des Spritzens der Schmelze an der Innenseite des Entgasungsgefäßes haftet, erforderlich,
den Druck im Entgasungsgefäß zu erhöhen. Dieses Erfordernis steht im Widerspruch
zu der für die Unterdrückung des Chromverlustes infolge von Oxidation geforderten
Bedingung. Deshalb ist eine kontinuierliche Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß
in Abstimmung mit dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze erforderlich, um einen
Kompromiß zwischen den beiden einander entgegengesetzten Bedingungen zu erreichen.
Diese Steuerung sollte beispielsweise anhand von Fig. 2 erfolgen, in der die Beziehung
zwischen dem Kohlenstoffgehalt verschiedener Stahlschmelzen und dem Druck im Entgasungsgefäß
dargestellt ist.
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Bei der Drucksteuerung in einem üblichen Entgasungsgefäß wird der
gewünschte Druck durch manuelle Betätigung einer Druckeinstellungseinrichtung an
der Evakuierungsvorrichtung eingestellt, und zwar in Abhängigkeit von dem Analysenergebnis
des Kohlenstoffgehalts in der Stahlschmelze, wie vorstehend unter (a) und (b) beschrieben.
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In Bezug auf die Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß
eingeblasenen Sauerstoffs ist bekannt, daß bei kontinuierlicher Zuführung von gasförmigem
Sauerstoff in die Stahlschmelze mit gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit die
Entkohlung bei anhaltender Sauerstoff zufuhr so lange fortschreitet, bis der Kohlenstoffgehalt
in der Stahlschmelze auf einen bestimmten Wert abgesunken ist. Dies ist der Abschnitt,
in dem die Geschwindigkeit der Entkohlung durch die Sauerstoff zufuhr bestimmt wird.
In dem Bereich unterhalb des genannten Wertes nimmt die Entkohlungsgeschwindigkeit
in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze ab. In diesem Abschnitt
wird die Geschwindigkeit der Entkohlung durch den Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze
bestimmt.
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Dies bedeutet, daß ein Verlust an Chrom infolge von Oxidation auftreten
kann, wenn bei der Vakuumentgasung eines hochlegierten Stahls, wie nichtrostender
Stahl, die Zufuhr von gasförmigem Sauerstoff auch dann noch mit konstanter Geschwindigkeit
fortgesetzt wird, wenn bereits der Abschnitt erreicht ist, in dem die Geschwindigkeit
der Entkohlung vom Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze bestimmt wird. Unter diesen
Umständen kann eine kontinuierliche Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs
in Ubereinstimmung mit dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze gemäß Fig. 4 erforderlich
sein, in der die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt einer Stahlschmelze und
der Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs
dargestellt ist. Der Druck im Entgasungsgefäß entsprechend Fig. 4 kann unter Bezugnahme
auf Fig. 2 festgelegt werden.
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Sowohl bei hochlegiertem Stahl, wie nichtrostendem Stahl, als auch
bei gewöhnlichem Kohlenstoff-Stahl, wird heute ein sogenanntes Selbstentkohlungsverfahren
angewendet. Dabei wird, nachdem der Kohlenstoffgehalt einen Wert erreicht hat,
der
dem für das Endprodukt gewünschten Kohlenstoffgehalt plus 0,02 bis 0,06 % entspricht,
überschüssiger freier Sauerstoff in der Stahlschmelze zur weiteren Entkohlung benutzt,
um den gewünschten Kohlenstoffgehalt zu erreichen. Mit einem derartigen Verfahren
kann die Menge an freiem Sauerstoff in der Stahlschmelze vermindert und als Folge
davon auch die benötigte Menge an Desoxidationsmittel vermindert werden.
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Bei der üblichen Sauerstoffzufuhr zur Vakuumentgasung ist jedoch eine
manuelle Steuerung der Einstellung einer bestimmten Öffnung eines Regelventils für
die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs, der in das Entgasungsgefäß
eingeblasen wird, auf der Grundlage des Kohlenstoffgehalts in der Stahlschmelze,
wie er durch Analyse bestimmt worden ist, erforderlich. Eine manuelle Steuerung
ist ferner für das Schließen eines Sauerstoff-Absperrventils erforderlich, wenn
der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze den gewünschten Wert erreicht hat.
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Schließlich wird die Entnahme einer Probe der Stahlschmelze üblicherweise
in bestimmten Abständen durchgeführt. Sie erfordert etwa 7 Minuten vom Beginn der
Probenentnahme bis zur Festlegung des Analysenergebnisses. Es besteht also eine
beträchtliche Verzögerung im Zeitpunkt der Analyse. Dementsprechend muß die Festlegung
der aktuellen Werte für die Komponenten der Stahlschmelze sowie von Zwischenwerten
für diese Komponenten zwischen den in Abständen durchgeführten Probeentnahmen auf
der Erfahrung des Bedienungspersonals beruhen. Eine genaue Steuerung des Drucks
im Entgasungsgefäß und der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs ist dementsprechend
schwierig durchzuführen und erfordert viel Mühe von Seiten des Bedienungspersonals.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung
der Vakuumentgasung einer Stahlschmelze sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens bereitzustel-
len, mit dem die vorstehend erwähnten
Nachteile der herkömmlichen Arbeitsweise vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch
die Erfindung gelöst.
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Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Steuerung der Vakuumentgasung
einer Stahlschmelze, wobei die Vakuumentgasung unter Einleiten von Sauerstoff in
einem Entgasungsgefäß durchgeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
den Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze aus Meßdaten kontinuierlich berechnet und
während der Vakuumentgasung gleichzeitig den Druck im Entgasungsgefäß und die Fließgeschwindigkeit
des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs derart steuert, daß eine vorgegebene
Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und dem Druck im Entgasungsgefäß
und eine vorgegebene Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze
und der Fließgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs
eingehalten werden.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung der Vakuumentgasung
einer Stahlschmelze in einem Entgasungsgefäß (3) mit einer Einrichtung (1) zum Evakuieren
von Gasen aus dem Entgasungsgefäß (3) und einer Einrichtung (2) zum Einleiten von
Sauerstoff in das Entgasungsgefäß (3), gekennzeichnet durch a) einen Abgas-Strömungsmesser
(5) und einen Abgas-Analysator (6) in einer Leitung (4) zum Evakuieren der Gase
aus dem Entgasungsgefäß (3), b) einen Rechner (7) zur Berechnung des Kohlenstoffgehalts
der Stahlschmelze auf der Grundlage der von dem Strömungsmesser (5) und dem Analysator
(6) ermittelten Werte, c) einen Speicher (10) zur Speicherung der Beziehung zwischen
dem Kohlenstcffgehait der Stahlschmelze und dem Druck im Entgasungsgefäß (3) und
der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Menge des eingeblasenen Sauerstoffs,
d)
eine Einrichtung (8) zum Einstellen des mit der Evakuiereinrichtung (1) erzeugten
Unterdrucks, e) eine Einrichtung (9) zum Einstellen der in das Gefäß (3) eingeblasenen
Sauerstoffmenge und durch f) eine Steuerungseinrichtung (11) zur übermittlung von
Signalen und eine Einrichtung (9) zum Einstellen der Sauerstoffzufuhr in Abhängigkeit
von den im Speicher (10) gespeicherten Beziehungen.
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Fig. 1 zeigt in graphischer Darstellung das Gleichgewicht zwischen
dem Kohlenstoff- und dem Chromgehalt in der Stahlschmelze bei verschiedenen Drucken.
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Fig. 2 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem
Kohlenstoffgehalt verschiedener Stahlschmelzen und dem Druck im Entgasungsgefäß.
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Fig. 3 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem
Kohlenstoffgehalt einer Stahlschmelze und der Entkohlungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze
bei Zufuhr von Sauerstoff.
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Fig. 4 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem
Kohlenstoffgehalt einer Stahlschmelze und der Strömungsgeschwindigkeit des in das
Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs.
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Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Fig. 6, sind schematische Darstellungen von Beispielen für 7 und 8
den Rechner, den Speicher und die-Steuerungseinrichtung, die in der Ausführungsform
gemäß Fig. 5 verwendet werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in Fig. 5 dargestellten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.
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Die Steuerungsvorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Entgasungsgefäßes
3 zur Vakuumentgasung einer Stahlschmelze, die eine Einrichtung 1 zum Evakuieren
von Gasen aus dem Entgasungsgefäß 3 und eine Einrichtung 2 zur Sauerstoffzufuhr
einschließt, enthält einen Abgas-Strömungsmesser 5 und einen Abgas-Analysator 6,
die in einer Leitung 4 zum Evakuieren der Gase aus dem Entgasungsgefäß 3 angeordnet
sind, ferner einen Rechner 7 zur Berechnung des Kohlenstoffgehalts der Stahlschmelze
auf der Grundlage der durch den Strömungsmesser 5 und den Analysator 6 bestimmten
Werte, einen Speicher 10 zur Speicherung der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt
der Stahlschmelze und dem Druck im Entgasungsgefäß 3 und der Beziehung zwischen
dem Kohlenstoffgehalt und der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs, außerdem
eine Einrichtung 8 zum Einstellen des mit der Evakuiereinrichtung 1 erzeugten Unterdrucks,
eine Einrichtung 9 zum Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs in
der Einrichtung 2 zum Einblasen des Sauerstoffs, sowie eine Steuerungseinrichtung
11 zur Ubermittlung von Signalen an die Einrichtung 8 zum Einstellen des Unterdrucks
und an die Einrichtung 9 zum Einstellen der Sauerstoffzufuhr in Abhängigkeit von
Beziehungen zwischen dem Kohlenstoffgehalt und dem Druck und zwischen dem Kohlenstoffgehalt
und der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs.
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Ein Entgasungsgefäß 3 mit einer Einrichtung 1 zur Evakuierung und
einer Einrichtung 2 zur Sauerstoff zufuhr ist bekannt. Bekannt ist ferner ein Verfahren
zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts in einer Stahlschmelze durch Berechnung der
Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und der Komponenten des Abgases, die durch
den Abgas-Strömungsmesser 5 und den
Abgas-Analysator 6, die in
der Abgasleitung 4 des Entgasungsgefäßes 3 angeordnet sind, gemessen werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen
Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß 3 und der Strömungsgeschwindigkeit des in
das Entgasungsgefäß 3 eingeblasenen Sauerstoffs auf die jeweils günstigsten Werte
bereitgestellt. Die Einstellung erfolgt auf der Grundlage des Kohlenstoffgehalts
der Stahlschmelze, wie er durch die vorstehend erwähnte Berechnung erhalten wird.
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Zunächst soll das Verfahren zur Berechnung des Kohlenstoffgehalts
der Stahlschmelze auf der Grundlage der Strömungsgeschwindigkeit und der Zusammensetzung
des Abgases erläutert werden.
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Die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases kann kontinuierlich gemessen
werden. Der Strömungsmesser kann ein Blendenströmungsmesser (Standscheibenmesser)
sein. Falls beträchtliche Änderungen in der Durchflußmenge auftreten, ist es wünschenswert,
einen mehrstufigen Strömungsmesser vorzusehen. Bei der Analyse der Zusammensetzung
des Abgases sind CO und C02 zur Erfassung des Kohlenstoffgehalts der Stahlschmelze
die wichtigsten zu analysierenden Komponenten. Von Bedeutung ist ferner H2, das
als ein Faktor zur Erstellung einer Dichtekorrektur analysiert werden muß. Jedenfalls
ist aber eine kontinuierliche und rasche Analyse des Abgases erforderlich.
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Als Analysator zur Analyse von CO, C02 und H2 kommen alle gebräuchlichen
Geräte in Frage, beispielsweise Geräte von Hempel oder Orsat, Gaschromatographen,
Analysegeräte auf dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeit und Infrarot-Spektrometer.
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Bevorzugt ist die Verwendung eines Infrarot-Spektrometers mit hoher
Ansprechgeschwindigkeit. Die Signale, die die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases
und die Analysenwerte für
die Bestandteile des Gases enthalten,
werden in den Rechner 7 eingegeben, in dem der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze
berechnet wird.
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Das Verfahren zur Bestimmung des Gewichts des aus der Stahlschmelze
entfernten, Kohlenstoffs und der Menge des noch in ihr enthaltenen Kohlenstoffs
ausgehend von der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und der Zusammensetzung dieses
Gases ist beispielsweise in der JP-OS 15516/64 beschrieben.
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Der Kohlenstoffgehalt kann nach den folgenden Formeln berechnet werden.
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Das Maß der Entkohlung pro Zeiteinheit im Verlauf der Entgasung wird
ausgedrückt durch: CO% + C02 % 12 A C = x Q x ... (1) 100 22,4 Die integrale Entkohlung
nach t min. wird ausgedrückt durch: 12 t CO% + CO, Cw(kg) = J x Q x dt ..... (2)
22,4 o 100 und der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze nach t min. wird ausgedrückt
durch: 12 t CO + CO, Wi x Ci x 10 - j x Q x dt 22,4 o 100 Ct(%) = Wi x 10³ ....
(3) In den vorstehenden Gleichungen bedeuten:
Q : Die Abgasdurchflußmenge
nach der Temperatu;r- und Dichtekorrektur in Nm3/min; Ci : Den Kohlenstoffgehalt
der Stahlschmelze am Beginn der Entgasung in %; Ct : Den Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze
zur Zeit t (min) nach dem Beginn der Entgasung in %; Cw : Die integrierte Entkohlung
im Zeitpunkt t (min) nach dem Beginn der Entgasung in kg; Wi : Die Masse der Stahlschmelze
am Beginn der Entgasung in kg.
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Die Abgas-Durchflußmenge nach Temperatur- und Dichtekorrektur wird
unter Verwendung der nachstehenden Formeln (4) und (5) berechnet. Die Abgas-Durchflußmenge
nach den erwähnten Korrekturen wird ausgedrückt durch
In vorstehender Gleichung (4) bedeuten: Qi : Die Abgas-Durchflußmenge. bestimmt
mit dem Blenden strömungsmesser (Qi = K g , m3/Std.); : : Den Druckunterschied an
der Blende in kg/cm2; To : Die Temperatur des Abgases bei der Geräteeichung in OC;
Tu : Die Temperatur des Abgases im Betrieb in OC; Po : Den Druck des Abgases bei
der Geräteeichung in kg/cm2; Pu : Den Druck des Abgases im Betrieb in kg/cm2 ; po
: Die Dichte des Abgases bei der Geräteeichung in kg/Nm3; pu : Die Dichte des Abgases
im Betrieb in kg/Nm3.
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Die Dichte des Abgases kann nach Formel (5) berechnet werden: pu =
Vco x pco + Vco2 x pco2 + VH2 X H2 + (1 - Vco - Vco2 - VH2) X PLUft (5) In vorstehender
Formel bedeuten: Vco : Den CO-Gehalt im Abgas in Volumenprozent; Vco2 : Den C02-Gehalt
im Abgas in Volumenprozent; V : Den H2-Gehalt im Abgas in Volumenprozent; H2 pCO
: Die Dichte von gasförmigem CO = 1,250 kg/Nm3; PC02 : Die Dichte von gasförmigem
C02= 1,977 kg/Nm3; pH2 : Die Dichte von gasförmigem H2 = 0,0899 kg/Nm3; : Die Dichte
von Luft = 1,293 kg/Nm3.
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#Luft Der Zeitaufwand für die Analyse des Abgases beträgt etwa 3
Sekunden für CO und C02 und etwa 20 Sekunden für H2. Die gesamte für die Analyse
erforderliche Zeit von der Entnahme der Probe des Abgases bis zum Anschluß der Berechnung
des Kohlenstoffgehalts in der Stahlschmelze beträgt höchstens 30 Sekunden. Es ist
somit möglich, die Bestandteile des Abgases kontinuierlich innerhalb beträchtlich
kürzerer Zeit zu erfassen, als zur Durchführung der Probenentnahme und Analyse der
Stahlschmelze im herkömmlichen Analyseverfahren erforderlich ist.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ferner der durch die vorstehend
erläuterte Berechnung ermittelte Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze mit den Werten
verglichen, die dadurch gewonnen werden, daß in Abständen Proben der Stahlschmelze
im Verlauf der Vakuumentgasung entnommen und analysiert werden. Falls ein beträchtlicher
Unterschied zwischen diesen Werten auftritt, wird der durch Berechnung bestimmte
Kohlenstoffgehalt in Abstimmung mit diesem Unterschied korrigiert.
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Als nächstes;wird das Verfahren zur Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß
3 ausgehend vom Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze, wie er durch die Berechnung
erhalten wird, sowie das Verfahren zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des
in das Entgasungsgefäß 3 geblasenen Sauerstoffs erläutert.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß
dadurch bewirkt, daß vorher die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze
und dem Druck im Entgasungsgefäß (Fig. 2) in dem Speicher 10 gespeichert wird. Danach
wird dem Speicher 10 ein Signal übermittelt, das den Wert des Kohlenstoffgehalts
der Stahlschmelze wiedergibt, wie er durch die vorstehend erläuterte Berechnung
zum Zeitpunkt t min. nach dem Beginn der Vakuumentgasung bestimmt wurde. Dieser
bestimmte Kohlenstoffgehalt wird mit dem vorher im Speicher 10 gespeicherten Wert
verglichen. Sodann wird über die Steuereinrichtung 11 eine Anweisung zur Einstellung
der Ventilöffnung an die Einrichtung 8 zur Druckeinstellung übermittelt. Dadurch
wird der Druck im Entgasungsgefäß 3 eingestellt. Das Verfahren zur Steuerung des
Drucks im Entgasungsgefäß 3 durch Einstellung der Ventilöffnung der Einrichtung
8 zur Druckeinstellung ist in der JP-OS 1311/78 beschrieben. Danach wird der gewünschte
Druck durch Feineinstellung der Ventilöffnung der Einrichtung 8 zur Druckeinstellung
erhalten. Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren von dem in der v9rgenannten
JP-OS beschriebenen Verfahren Gebrauch gemacht.
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Die Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs, der im Verlauf der Vakuumentgasung
der Stahlschmelze in das Entgasungsgefäß 3 eingeblasen werden soll, hängt von der
Art der Stahlschmelze und von ihrem Kohlenstoffgehalt ab; vgl. die in Fig. 4 dargestellte
Beziehung. Erfindungsgemäß wird die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der
Stahlschmelze und der Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Sauerstoffs gemäß
Fig. 4 vor Beginn der Vakuumentgasung in dem Speicher
10 gespeichert.
Der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze wird kontinuierlich von dem Rechner 7 erhalten.
Somit wird die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs ausgehend vom
derart erhaltenen Kohlenstoffgehalt und der vorher gespeicherten Beziehung zwischen
Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten
Sauerstoffs bestimmt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Die Ventilöffnung der Einrichtung
9 zur Einstellung der Sauerstoffzufuhr wird demnach mittels einer Steuereinrichtung
11 eingestellt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Sauerstoffs gesteuert
wird.
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Wie vorstehend ausgeführt, wird die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt
der Stahlschmelze und dem Druck, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, und die Beziehung
zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze und der Strömungsgeschwindigkeit
des zugeführten Sauerstoffs, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, in den jeweiligen,
auf die Art des zu entgasenden Stahls bezogenen Modellen in dem Speicher 10 gespeichert.
Der Druck in dem Entgasungsgefäß 3 und die Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß
3 eingeblasenen Sauerstoffs werden gleichzeitig automatisch/ausgehend von dem im
Rechner 7 erhaltenen Kohlenstoffgehalt1 eingestellt. Der Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze
wird in kontinuierlicher Weise ermittelt. Eine Analysenverzögerung und damit eine
Durchführung der Einstellung nach der subjektiven Meinung des Bedienungspersonals
wird demnach vermieden, und die Einstellung kann in genauer Weise durchgeführt werden.
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Das Beispiel erläutert die Erfindung.
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Beispiel Zur Durchführung der Vakuumentgasung von 17-Cr-nichtrostendem
Stahl werden 115 t Stahlschmelze, die im LD-Konverter gefrischt wurden, im Entgasungsgefäß
gemäß der Erfindung be-
handelt. Die Zusammensetzung der Stahlschmelze
vor Beginn der Entgasung ist in Tabelle I aufgeführt.
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Tabelle I Bestandteil C Si Mn P S Cr Gehalt, % 0,68 0,15 0,45 0,020
0,006 16,44 Im Verlauf der Vakuumentgasung werden ein Abgas-Strömungsmesser und
ein Abgas-Analysator, die im Abstrom des Strömungsmessers angeordnet sind, zur Bestimmung
der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und zur kontinuierlichen Analyse des im
Abgas enthaltenen CO, CO2 und H2 verwendet. Als Analysator wird ein Infrarot-Spektrometer
verwendet.
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Es werden kontinuierlich erhalten: Die Werte der Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases durch die Messung mit dem Strömungsmesser; die Werte für die Zusammensetzung
des Abgases durch die Bestimmung mit dem Analysator; der Kohlenstoffgehalt in der
Stahlschmelze durch Berechnung mit dem Rechner.
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Diese Werte werden in Abständen von 5 Minuten erhalten. Sie sind in
Tabelle II zusammengefaßt.
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Tabelle IJ
| Zeit, Bestandteile des Dichte des Strömungsge- berechneter |
| min Abgases, t Abgases, schwindig- Kohlenstoff- |
| CO kg/Nm3 keit des Ab- gehalt der |
| C02 H2 gases, Nm3/Std. Stahlschmel- |
| ze, % |
| 5 60 30 5 1,471 1 840 o,62 |
| 10 62 27 5 1,450 1 930 0,53 |
| 15 70 23 5 1,419 1 970 0,43 |
| -20 73 20 5 1,397 1 720 0,33 |
| 25 72 20 5 1,397 1 070 0,25 |
| 30 70 21 5 1,405 930 0,22 |
| 35 66 22 5 1,414 850 0,16 |
| 40 61 27 4 1,450 760 0,07 |
| 45 55 30 3 1,454 690 0,06 |
| 60 25 40 3 1,556 193 0,05 |
| (Ein- |
| gasung |
| beendet) |
Dauer der Sauerstoffzufuhr: 3 bis 43 min nach Beginn der Entgasung.
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Ein Mikrocomputer mit einem Hauptspeicher von 4 kWorte wird als Rechner,
Speicher und Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Kohlenstoffgehalts in der Stahlschmelze
verwendet. Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung den Rechner für die Berechnung
des Kohlenstoffgehaltes, der in folgendem Mikrocomputer enthalten ist: Hersteller:
Tokyo Shibaura Denki (Toshiba), Japan Typ: TOSMIC 12A Kapazität: 28,5 kworte (Hauptspeicher:
4 kWorte) Die Analogeingaben enthalten diejenigen, die den Bestandteilen, der Strömungsgeschwindigkeit
und der Temperatur des Abgases entsprechen, während zu den Digitaleingaben die-
jenigen
gehören, die die Masse der Stahlschmelze, den prozentualen Kohlenstoffgehalt vor
der Entgasung und den korrigierten prozentualen Kohlenstoffgehalt wiedergeben.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen in schematischer Darstellung die Einrichtung
zur Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß und die Einrichtung zur Steuerung der
Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen Sauerstoffs.
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Diese Steuerungseinrichtungen sind ebenfalls in dem vorstehend genannten
Mikrocomputer enthalten.
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Die Beziehungen, die in den Fig. 2 und 4 dargestellt sind, sind in
dem Speicher enthalten. Druck und Strömungsgeschwindigkeit der Sauerstoff zufuhr
werden ausgehend von dem Modell für 17-Cr-nichtrostenden Stahl gesteuert. Zum Vergleich
werden außerdem Probenentnahme und Analyse der Stahlschmelze gemäß dem üblichen
Verfahren durchgeführt. Die Analysenergebnisse sind in Tabelle III zusammengefaßt.
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Tabelle III
| Bestand |
| teile. |
| Zeit, $ c si Mn P S Cr |
| min |
| lo 0,52 0,15 ~ 0,44 0,021 0,006 16,44 |
| 15 -0,42 0,15 - 0,43 0,020 0,006 16+45 |
| - 20 -0,34 0,15 - 0,43 0,021 0,006 16,43 |
| - 25 0,26 - 0,15 ~ 0,42 0,021 0,006 16,43 |
| 30 - 0,20 0,15 0,42 1 0,020 0,006 16,44 |
| 35 0,14 0,15 0,41 0,020 0,006 16,44 |
| 40 0,08 0,15 0,40 0,021 0,006 16,45 |
| 45 0,06 0,30 - 0,40 0,020 0,006 16,45 |
| 60 ' 0,05 0,31 0,40 0,020 0,006 16,45 |
| (Entgasung |
| beendet) ~ ~ 0 |
Tabelle III zeigt, daß die Werte für den Kohlenstoffgehalt in
der Stahlschmelze, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berechnet werden (Tabelle
II), innerhalb einer Abweichung von + 0,02 % mit den Werten für den Kohlenstoffgehalt
in der Stahlschmelze übereinstimmen, die durch Probenentnahme und Analyse der Proben
der Stahlschmelze nach dem üblichen Verfahren erhalten werden. Die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren berechneten Werte des Kohlenstoffgehaltes in der Stahlschmelze sind demnach
in hohem Maße verläßlich.
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Außerdem können die Steuerung des Drucks im Entgasungsgefäß und die
Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des in das Entgasungsgefäß eingeblasenen
Sauerstoffs ausgehend von der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze
und dem Druck und von der Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze
und der Strömungsgeschwindigkeit der Sauerstoff zufuhr automatisch und mit hoher
Genauigkeit in Übereinstimmung mit einem vorher festgelegten Muster durchgeführt
werden.
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