EP1310573A2 - Verfahren zur Herstellung einer Metallschmelze an Hand eines dynamischen Prozessmodells, inklusiv Korrekturmodell - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Metallschmelze an Hand eines dynamischen Prozessmodells, inklusiv Korrekturmodell Download PDF

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EP1310573A2
EP1310573A2 EP02450259A EP02450259A EP1310573A2 EP 1310573 A2 EP1310573 A2 EP 1310573A2 EP 02450259 A EP02450259 A EP 02450259A EP 02450259 A EP02450259 A EP 02450259A EP 1310573 A2 EP1310573 A2 EP 1310573A2
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EP
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model
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temperature
data
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EP1310573A3 (de
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Norbert Dipl.-Ing. Dr. Ramaseder
Stefan Dipl.-Ing. Dr. Dimitrov
Johannes Dipl.-Ing. Steins
Yuyou Dipl.-Ing. Dr. Zhai
Johannes Dipl.-Ing. Dr. Müller
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Original Assignee
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Siemens VAI Metals Technologies GmbH and Co
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    • F27D21/0035—Devices for monitoring the weight of quantities added to the charge

Definitions

  • the disadvantage here is that there is no continuous recording over the entire treatment time and the plausibility of the calculated temperature and analysis values is checked.
  • the Process optimization is difficult in this way if it is feasible, especially if the conditions in the melting unit (change in refractory temperature, change in Refractory strength, change in reaction volume, ...) are also taken into account.
  • the invention according to EP 0 857 222 B1 relates to a process for decarburizing a molten steel for the production of high-chromium-containing steels, in which the decarburization rate is measured continuously and the amount of oxygen to be blown in is set as a function of the measured values, the decarburization rate being determined from the CO and CO 2 content in the exhaust gas and the exhaust gas flow is determined.
  • the measurement of the exhaust gas compositions listed above is possible, but relatively inaccurate.
  • the position of the measuring probe in the exhaust gas flow must be positioned in the vicinity of the mouth of the crucible, on the one hand to obtain the exhaust gas information relatively quickly and on the other hand to minimize / avoid the falsification of the exhaust gas composition by fresh air entering the crucible mouth area.
  • This method is less suitable for the production of alloyed steels, since metal oxidation is not taken into account and cannot be determined with this method either.
  • the implementation of the method according to the invention can be carried out all the better if the faster the measurement data are available after the measurement has been carried out.
  • temperature measurement as well as for chemical analysis are known measuring methods (WO 97/22859 and WO 02/48661) with which the almost immediately after the measurement measured data are available. So are the temperature values of the melt after ms and a temperature value averaged from several measurements after about one s available.
  • Chemical analysis values are e.g. after 0.05 to 0.1 s and one over about 100 measurements averaged value available after 5 to 10 s.
  • a separate process model module is advantageously found for each variable process variable Application.
  • the process model module a self-contained part of the Understand the process model that is responsible for a certain functional sequence, such as for decarburization, desulfurization, temperature prediction and alloying with alloying elements.
  • the process model modules are, however, as far as the individual Functional processes influence each other, taking these influences into account linked with each other.
  • Process knowledge is automatically and continuously carried out on the process Knowledge gained during production is improved.
  • This self-generating Process knowledge is adopted from a data store as new prior knowledge, i.e. it comes to a constantly improved basis for further adaptation or optimization of the process.
  • the method is expediently carried out in such a way that an existing mode of operation (obtained, for example, based on many years of experience; know how) for different grades is optimized in such a way that changes which are favorable for the process (such as reduction of O 2 , optimization of the process temperature curve are reduced to lower ones) Values; reducing / optimizing gas quantities; shortening process times; ...) for the respective quality can be adopted and saved.
  • changes which are favorable for the process such as reduction of O 2 , optimization of the process temperature curve are reduced to lower ones
  • Values such as reduction of O 2 , optimization of the process temperature curve are reduced to lower ones
  • the optimal execution of the method is at least part of the process time the time difference between two successive surveys of an actual process variable kept very small, preferably the time difference is infinitesimal, i.e. the actual process variable is collected continuously.
  • a particularly simple process model with which very good end results can be achieved let is characterized in that the actual process variables the chemical Composition of the exhaust gas and the chemical composition of charged Material and possibly the chemical composition of the slag collected become.
  • the method according to the invention is based on knowing the actual situation to be determined Points in time during the procedure, whereby, as stated above, permanent knowledge the actual situation is optimal for at least the most important process steps method according to the invention results.
  • the process parameters such as oxygen flow, inert gas flow, Time of addition, chemical composition and quantity of additives, optimized become. Knowing the current situation allows the target points to be approached exactly, e.g. can already with knowledge of the chemical composition and the temperature of the Metal melt the missing and still to be added materials and gas quantities in time precisely introduced in terms of quantity and analysis.
  • the process model is improved with a model adaptation, so that the model behavior matches the actual process behavior as closely as possible.
  • Control variables found that lead to good process behavior For example, at too high steel melt temperature either reduces the oxygen supply or the Time of addition for refrigerated scrap or alloying elements can be changed.
  • process model is based to a certain percentage on uncertain knowledge the process model is adapted and changed based on the process data obtained. This adaptation takes place with the process model adaptation, which is based on data from past process states. The process results are checked by plausibility queries.
  • FIG. 1 and FIG. 2 The basic structure of the method according to the invention is simplified in FIG. 1 and FIG. 2, each in block diagram form.
  • Processes according to the invention decarburization (DeC process), reduction, addition of alloys and cooling illustrated in block diagram form in Figs. 3, 4, 5 and 6. 7 and 8 show Temperature curve and chemical analysis values on the process flow of the following Example.
  • the initial analysis, analysis of the aggregates and the quantities of gas introduced are can be determined without difficulty and are available at any time.
  • the knowledge the temperature of the molten steel, the exhaust gas composition and the analysis of the Melting steel is based on snapshots, realized by a continuous Working temperature measuring and analysis system for the molten metal, such as e.g. according to WO 97/22859 or WO 02/48661.
  • the exemplary AOD model designed according to the invention takes this into account and became so built that after knowing the actual state, the process model parameters so be adjusted / changed so that the desired values are actually achieved. With This procedure ensures that the FF consumption reduces the flow rates optimized and thus reduced and the ttt time can be shortened. In addition, a targeted application strategy optimizes the amount of aggregates.
  • an AOD converter 1 shown in FIG. 1 oxygen and a Dilution gas (inert gas) both via a top lance 2 and via nozzles 3 which are provided below the molten steel bath level 4 on the converter 1, in the interior thereof 5 introduced.
  • the converter 1 is, as is customary in the case of steelworks converters, tiltably mounted, which is not shown in more detail.
  • the converter 1 is also equipped with a device 6 for Temperature measurement of the molten steel 7 and a device 8 for determining the chemical analysis of the molten steel 7 equipped. You can also use Measuring devices 9 and 10 the flow rates through the top lance 2 and the nozzles 3rd determine the gases introduced.
  • the exhaust gas emerging from the converter 1 is also by means of a device 11 with regard to its chemical composition analyzes which analysis device 11 in the exhaust gas chimney, which is not shown in detail, is provided.
  • the molten steel charged in the converter 1 7 Weight, chemical analysis and temperature determined. Also from the on the Premelt resting slag 12 are weight, chemical composition and Temperature determined. Of the planned aggregates to be introduced are also Weight, chemical composition and temperature known.
  • Tempsoll (t) Tempist (t-Dt) + g (oxidation, gas quantity (Nl / min), heat losses, exhaust gas losses; t-Dt) t-Dt KK the measurement is available at time t-Dt, where Dt is the time step between two calculation steps. The smaller Dt is selected, the more precisely the target curve can be achieved. For short time intervals it is necessary that the measurement data describe the current state in the molten steel.
  • a total (kg or mole) for each element / substance is used for the balancing set up at any time.
  • FIGS. 3 and 4 The sequence of the iteration and calculation process is shown in FIGS. 3 and 4 using a logical plan, with FIG. 3 being decisive for the decarburization process and FIG. 4 for the reduction process.
  • These processes are based on the following forms of calculation.
  • a shift in the timing of alloying between the different ones steps is done to maintain the desired temperature.
  • FeNi or Ni, lime and / or scrap are primarily used for cooling.
  • SiO 2 (kg / t) ⁇ SiO 2j (%) + j addition + 2.14 * ( ⁇ Si% * j addition * + Si Red )
  • the logical plan for calculating the lime / dolo consumption is shown in FIG. 6.
  • the results of the model calculation are continuously updated with the actual values of the Melting steel temperature, slag temperature, analysis of the molten steel and the Exhaust gas measurement compared.
  • the following process flow is used to manufacture the quality AISI 304 illustrated from the raw steel used to the finished product.
  • 7 and 8 show the course of the temperature change and the course of the change in chemical analysis (for C, Mn, Cr, Ni) in this process.
  • step 2 Decarburization stage 2 (step 2)
  • step 3 Decarburization level 3 (step 3)
  • step 5 Decarburization level 5 (step 5)

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Metallschmelze in einer hüttentechnischen Anlage, insbesondere zum Frischen einer Metallschmelze, werden auf einer nach einem Prozeßmodell ablaufenden und die hüttentechnische Anlage steuernden Rechentechnik, wobei das Prozeßmodell das Verhalten für mindestens einen variablen Prozeßparameter zwischen einer Ist-Prozeßgröße, einer Stellgröße und einer Prozeßendgröße beschreibt, folgende Schritte durchgeführt: - mit dem Prozeßmodell wird mit zu einer bestimmten Zeit (t i ) erhobenen Daten einer Ist-Prozeßgröße, wie der Temperatur der Schmelze und der chemischen Zusammensetzung der Schmelze, durch Simulation mit Rechentechnik unmittelbar zum Zeitpunkt der Erhebung der Ist-Prozeßgröße eine Prozeßgröße für einen späteren Zeitpunkt (t i + dt) ermittelt und - bei Abweichungen der simulierten Prozeßgröße von einem gewünschten Soll-Wert werden mittels des Prozeßmodells mit Rechentechnik Korrekturmaßnahmen zur Änderung der Ist-Prozeßgröße errechnet und die Ist-Prozeßgröße entsprechend geändert, - worauf zu einem späteren Zeitpunkt (t i + dt) mit weiters erhobenen Daten der Ist-Prozeßgröße das Verfahren wiederholt wird (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Metallschmelze in einer hüttentechnischen Anlage, insbesondere zum Frischen einer Metallschmelze, vorzugsweise zum Herstellen von Stahl, wie z.B. von legiertem, rostfreiem Stahl oder Edelstahl, welches Verfahren auf einer nach einem Prozeßmodell ablaufenden und die hüttentechnische Anlage steuernden Rechentechnik fußt.
Für die industrielle Herstellung von Stahl besteht von jeher ein Bedürfnis nach einem Verfahren, das eine optimale und auch kostengünstige Prozeßführung ermöglicht. Die Erfindung betrifft daher insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Stahl durch Frischen einer vorgegebenen, geschmolzenen Roheisenmenge, die neben den üblichen Elementen gegebenenfalls für die Herstellung von unterschiedlichen Qualitäten notwendige Legierungselemente enthält, wie beispielsweise Chrom und Nickel.
Bei der Entkohlung einer Metallschmelze, wie einer Roheisenschmelze mit Sauerstoff, wird für ein Gleichgewicht zwischen Metall, Kohlenstoff und Sauerstoff bei einer bestimmten Temperatur und bei einem bestimmten Druck gesorgt. Dieses Gleichgewicht bestimmt das Ausmaß, bis zu welchem Gehalt Kohlenstoff aus der Schmelze entfernt werden kann, ohne daß gleichzeitig metallische Bestandteile, wie z.B. Chrom als auch Eisen, oxidiert werden. Bei diesem Frischvorgang kann die thermodynamische Aktivität innerhalb des Metallschmelzbades sowie das zwischen den im Schmelzbad enthaltenen Elementen und der sich entwickelnden Gasatmosphäre sich einstellende Gleichgewicht durch die Mischung von Sauerstoff mit Inertgas (als Verdünnungsgas) beeinflußt werden.
Aus der AT 339 938 B ist ein Programm zur Optimierung der Entkohlung einer Masse von geschmolzenem Metall zu entnehmen, das auf Kenntnis der Anfangstemperatur, chemischer Anfangszusammensetzung der Vorschmelze und des Gewichtes beruht, wobei Soll-Werte unter wirtschaftlich günstigen Bedingungen erhalten werden können. Als Verdünnungsmittel wird dabei jedes beliebige Gas gewählt, das sich bei der Entkohlung inert verhält. Unter Verwendung der Anfangsinformationen werden mit dem Programm mehrere Koeffizienten, welche die thermodynamischen Aktivitäten jedes im Schmelzbad vorhandenen Elementes als Funktion der Badzusammensetzung definieren, berechnet. Unter Verwendung dieser Koeffizienten berechnet das Programm den Kohlenmonoxidpartialdruck im Gleichgewicht mit Kohlenstoff und den verschiedenen metallischen Elementen und Oxiden. Nachteilig ist hierbei, daß während des Entkohlens sich einstellende Werte der Temperatur, der chemischen Zusammensetzung etc. nicht berücksichtigt werden, sodaß sich laufend ändernde Ist-Werte keinen Einfluß auf das Endprodukt haben können.
In dem Patent EP 0 545 379 B1 wird ein Verfahren zum Raffinieren von Stahl durch Steuern der Entkohlung eines vorbestimmten Metallschmelzbades mit bekannter chemischer Zusammensetzung und Temperatur beschrieben. Das Verfahren weist dabei folgende Verfahrensschritte auf:
  • ein erstes neuronales Netzwerk, um Eingangs- und Ausgangsdaten aus Daten zu analysieren, zu denen die Zusammensetzung, das Gewicht und die Temperatur des Bades am Anfang jeder Prozeßperiode, das zu verwendende Gasverhältnis Sauerstoff zu Verdünnungsgas während jeder Prozeßperiode und die am Abschluß jeder Prozeßperiode erreichte Endtemperatur gehören, bis das neuronale Netz in der Lage ist, einen wesentlichen genauen Ausganswert zu liefern, welcher die Sauerstoffzählwerte darstellt, die in das Bad eingeblasen werden müssen, um zu bewirken daß die Temperatur des Bades auf einen bestimmten Soll-Temperaturwert ansteigt,
  • ein zweites neuronales Netzwerk, um Eingangs- und Ausgangsdaten aus Daten zu analysieren, zu denen die Zusammensetzung, das Gewicht und die Temperatur des Bades am Anfang jeder Prozeßperiode und die am Abschluß jeder Prozeßperiode erreichte Endtemperatur gehören, bis das neuronale Netz in der Lage ist, einen im wesentlichen genauen Ausgangswert von Sauerstoffzählwerten zu liefern, um den Kohlenstoffpegel entsprechend einer vorgewählten Aufstellung von Verhältnissen von Sauerstoff zu Verdünnungsgas auf den vorgewählten Soll-Pegel zu senken,
  • Zuschlagstoffe werden in drei weiteren neuronalen Netzwerken berücksichtigt, um den Kohlenstoffgehalt, die Temperatur und die Endzusammensetzung des Bades am Ende des Einblasens von Sauerstoff zu berechnen.
Hierbei ist nachteilig, daß über die gesamte Behandlungszeit keine kontinuierliche Erfassung und Prüfung auf Plausibilität der errechneten Temperatur- und Analysewerte erfolgt. Die Optimierung von Prozessen ist auf diese Art schwer wenn überhaut machbar, speziell wenn man die Verhältnisse im Schmelzaggregat (Änderung der Feuerfesttemperatur, Änderung der Feuerfeststärke, Änderung des Reaktionsvolumens, ...) mitberücksichtigt.
Die Erfindung gemäß EP 0 857 222 B1 betrifft ein Verfahren zum Entkohlen einer Stahlschmelze zur Herstellung von hochchromhältigen Stählen, bei welchem die Entkohlungsgeschwindigkeit fortlaufend gemessen wird und in Abhängigkeit von den gemessenen Werten die Menge des einzublasenden Sauerstoffs eingestellt wird, wobei die Entkohlungsgeschwindigkeit aus dem CO- und CO2-Gehalt im Abgas und dem Abgasdurchfluß bestimmt wird. Die Messung oben angeführter Abgaszusammensetzungen ist zwar möglich, jedoch relativ ungenau. Die Position der Meßsonde im Abgasstrom muß in der Nähe des Tiegelmundes positioniert werden, um einerseits die Abgasinformation relativ schnell zu erhalten und anderereseits die Verfälschung der Abgaszusammensetzung durch Frischlufteintrag im Tiegelmundbereich zu minimieren/vermeiden. Zur Herstellung legierter Stähle ist dieses Verfahren weniger geeignet, da eine Metalloxidation keine Berücksichtigung findet und mit diesem Verfahren auch nicht feststellbar ist.
Gemäß der DE 33 11 232 C2 erfolgt ein computergesteuertes Frischen von Metallschmelzen mit Sauerstoff und einem Verdünnungsgas, wobei die Gasdurchflußmengen durch Berechnen des Ausmaßes der Metalloxidation unter Verwendung von errechneten Werten festgesetzt werden.
Das in der DE 33 11 232 C2 beschriebene Verfahren ist zwar zum Entkohlen von Metallschmelzen geeignet, jedoch ist dieses Verfahren aufgrund des verwendeten Modells nicht geeignet, exakt den Zeitpunkt des Erreichens des Übergangspunktes von der Entkohlungsreaktion zur Metalloxidation zu bestimmen. Die Folge ist ein erhöhter Chromabbrand und dadurch zusätzlich erforderliche Mengen an Reduktionsstoffen (Ferrosilizium, Kalk) sowie eine verminderte Haltbarkeit des Konverters.
Die gängige Praxis beim AOD-Stahlherstellungsverfahren ist wie folgt:
Während einer Charge werden (speziell bei der Rostfrei-Stahlerzeugung) Messungen (Temperatur, Probenahme für chemische Analyse) durchgeführt.
  • Bei Verwendung einer Sublanze muß der Prozeß für die Messung nicht unterbrochen werden (Temperaturangaben liegen unmittelbar nach Eintauchen der Meßsonde in die Stahlschmelze vor; bei einer Probenahme muß auf die Analyseergebnisse vom Labor gewartet werden (etwa 3 - 6 Minuten)).
  • Wenn keine Sublanze verwendet wird, muß für eine Messung der AOD-Prozeß unterbrochen werden. Bei einer Handmessung liegt der Temperaturwert ebenfalls unmittelbar nach Eintauchen der Sonde in die Stahlschmelze vor. Bei einer Probenahme muß auf die Analyseergebnisse wie oben angeführt ebenfalls ca. 3 bis 6 Minuten gewartet werden.
Der Nachteil beider Meßmethoden ist, daß die Information über die Stahlschmelze (Temperatur, chemische Analyse) nur punktuell erfolgt. Bei der Handmessung kommt es außerdem bei jeder Messung zu einer Prozeßunterbrechung (der Konverter muß für die Messung umgelegt werden). Das bedingt eine Erhöhung der tap to tap Zeit, damit verbunden sind ein höherer Feuerfestverschleiß, eine Temperaturerniedrigung der Stahlschmelze (hervorgerufen durch Umlegen des Konverters), usw.
Ein korrigierendes Eingreifen bei zu hoher oder zu niedriger Temperatur kann erst nach durchgeführter Messung erfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist es, besonders für konventionell schwierig zu regelnde Produktionsprozesse, wie z.B. beim AOD-Prozeß, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Produktionssteigerung, Energieeinsparung, Verkürzung der tap to tap Zeit (ttt-Zeit), Zuschlagstoffoptimierung und eine höhere Haltbarkeit der im Produktionsprozeß zum Einsatz gelangenden Feuerfestmaterialien erzielt werden kann. Insbesondere soll die Erfindung auch bei der Herstellung legierter Stähle, wie z.B. Cr-Nr-legierter Rostfreistähle anwendbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
  • mit dem Prozeßmodell wird mit zu einer bestimmten Zeit (ti) erhobenen Daten einer Ist-Prozeßgröße, wie der Temperatur der Schmelze und/oder der chemischen Zusammensetzung der Schmelze, durch Simulation mit Rechentechnik unmittelbar zum Zeitpunkt der Erhebung der Ist-Prozeßgröße eine Prozeßgröße für einen späteren Zeitpunkt (ti + dt), vorzugsweise eine Prozeßendgröße, ermittelt und
  • bei Abweichungen der simulierten Prozeßgröße von einem gewünschten Soll-Wert werden mittels des Prozeßmodells mit Rechentechnik Korrekturmaßnahmen zur Änderung der Ist-Prozeßgröße errechnet und die Ist-Prozeßgröße entsprechend geändert
  • worauf zu einem späteren Zeitpunkt (ti + dt) mit weiters erhobenen Daten der Ist-Prozeßgröße das Verfahren wiederholt wird.
Erfindungsgemäß wird somit zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Messung an der Schmelze durchgeführt, u.zw. mindestens der Temperatur oder mindestens der chemischen Zusammensetzung, worauf aufgrund eines Prozessmodells mit dem gemessenen Wert ein Wert für einen späteren Zeitpunkt errechnet wird (vorzugsweise zum Endzeitpunkt), und es wird bei einer Abweichung des so vom Messwert hochgerechneten Wertes von einem gewünschten vorbestimmten Wert eine Korrekturmaßnahme für die Prozeßgröße ergriffen, dies kann natürlich sofort oder auch zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden. Wenn sich z.B. herausstellen sollte, dass die Temperatur am Ende einer Charge zu hoch wäre, kann korrigierend eingegriffen werden durch die Zugabe von Kühlschrott, was entweder sofort zum Messzeitpunkt oder, falls für den Prozeß aus metallurgischen Gründen günstiger, auch etwas später erfolgen kann.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich umso besser verwirklichen, je schneller die Meßdaten nach Durchführung der Messung zu Verfügung stehen. Sowohl für die Temperaturmessung als auch für die chemische Analyse sind Meßverfahren bekannt (WO 97/22859 und WO 02/48661) mit denen nahezu unmittelbar nach der Messung die gemessenen Daten zur Verfügung stehen. So sind die Temperaturwerte der Schmelze nach ms und ein aus mehreren Messungen gemittelter Temperaturwert nach etwa einer s verfügbar. Werte der chemischen Analyse sind z.B. nach 0,05 bis 0,1 s und ein über etwa 100 Messungen gemittelter Wert nach 5 bis 10 s verfügbar.
Zweckmäßig werden mittels des Prozeßmodells die zu einer bestimmten Zeit (ti) erhobenen Daten einer Ist-Prozeßgröße auf Plausibilität überprüft und ausschließlich plausible Daten zur Simulation der Prozeßgröße zur Verfügung gestellt und nicht-plausible Daten verworfen, wobei im letzteren Fall die Simulation aufgrund der zuletzt bestimmten plausiblen Daten fortgesetzt wird. Hierdurch gelingt es, das Verfahren trotz Fehldaten, z.B. verursacht durch Meßfehler etc., ohne Verzögerung unter Erreichung des Verfahrenszieles zu beenden.
Infolge von Störungen kann es zu Fehlmessungen kommen. Solche Störungen sind beispielsweise Schlackenspritzer an Meßfühlern oder ein Zuwachsen einer Öffnung im metallurgischen Gefäß durch die die Schmelze mittels des Meßfühlers beobachtet wird. Im letzteren Fall würde ein vergangener Zustand ständig weiter gemessen werden. Solche Permanentmeßwerte sind nur für eine gewisse Zeit zulässig, welche Zeitdauer vom Verlauf des Verfahrens, vom Meßwert und von dem bereits durchgeführten Verfahrensverlauf abhängig ist. Wird der Permanentmeßwert als unzulässig, also als nicht plausibel erkannt, kann man unmittelbar zum Beheben des Problems schreiten, beispielsweise die zugewachsene Öffnung, durch die die Schmelze beobachtet werden soll, aufzubrennen, gegebenenfalls ein Sichtfenster zu reinigen, etc.
Durch eine Plausibilitätsprüfung können Meßwerte, die außerhalb einer vorbestimmten Bandbreite eines zu einer bestimmten Zeit gemäß einem Idealverlauf des Prozesses vorbestimmten Wertes liegen, eliminiert werden. Diese Bandbreite bewegt sich in der Größenordnung ± 10% vom vorgegebenen Idealwert, vorzugsweise ± 5%. Die Festlegung des idealen Prozeßverlaufes bzw. eines Idealwerts zu einer bestimmten Zeit erfolgt aufgrund von Erfahrungswerten oder errechneten Werten. Liegt ein neuer Meßwert innerhalb der Bandbreite, d.h. er wird als plausibel akzeptiert, wird von diesem letzten Wert wiederum ein Idealverlauf des Prozesses aufgrund von Erfahrungswerten oder errechneten Werten angenommen und die Simulation aufgrund dieses neuen Verfahrensverlaufes weiter fortgesetzt, so daß letztendlich Meßwerte akzeptiert werden, die außerhalb der Bandbreite einer der vorhergehenden und zwischenzeitlich verlassenen Idealverläufe des Prozesses liegen als plausibel erkannt werden. Hierdurch ist das System selbstlernend.
Vorteilhaft findet für jede variable Prozeßgröße ein eigenes Prozeßmodell-Modul Anwendung. Unter Prozeßmodell-Modul wir ein in sich abgeschlossener Teil des Prozeßmodells verstanden, der für einen bestimmten Funktionsablauf zuständig ist, wie z.B. für die Entkohlung, die Entschwefelung, die Temperaturvorausrechnung und die Legierung mit Legierungselementen. Die Prozeßmodell-Module sind jedoch, soweit die einzelnen Funktionsabläufe sich gegenseitig beeinflussen, zur Berücksichtigung dieser Einflüsse untereinander verknüpft.
Das Prozeßmodell selbst bzw. mindestens ein Modul des Prozeßmodells ist nach einer bevorzugten Ausführungsform mit intelligenter Selbstoptimierung ausgestattet. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird hierbei durch ein intelligent ausgebildetes System gelöst, das aufbauend auf eingegebenem Vorwissen selbständig situationsgerechte Anweisungen für eine sichere und möglichst optimale Prozeßführung gibt. Die selbständig gegebenen Anweisungen werden dabei kontinuierlich mit den Ist-Daten verglichen und auf Plausibilität überprüft.
Das eingegebene Vorwissen (Prozeßwissen) wird dabei selbständig laufend durch am Prozeß während der Produktion gewonnenes Wissen verbessert. Dieses selbstgenerierende Prozeßwissen wird von einem Datenspeicher als neues Vorwissen übernommen, d.h. es kommt zu einer ständig verbesserten Grundlage für eine weitere Adaption oder Optimierung des Prozesses.
Das Verfahren wird zweckmäßig so ausgeführt, daß von einer bestehenden Fahrweise (erhalten z.B. aufgrund langjähriger Erfahrung; know how) für unterschiedliche Güten eine Optimierung so durchgeführt wird, daß für den Prozeß günstige Änderungen (wie Reduzierung von O2, Prozeß-Temperaturverlauf optimieren zu niedrigeren Werten; Reduzieren/Optimieren von Gasmengen; Verkürzen der Prozeßzeiten; ...) für die jeweilige Güte übernommen und abgespeichert werden. In weiterer Folge werden die Prozeß-Optimierungsschritte immer enger gesetzt. Dieser Vorgang wird u.a. mit Hilfe neuronaler Netze bewerkstelligt.
Zur optimalen Durchführung des Verfahrens ist zumindest über einen Teil der Prozeßdauer die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinander folgenden Erhebungen einer Ist-Prozeßgröße sehr klein gehalten, vorzugsweise ist die Zeitdifferenz infinitesimal, d.h. die Ist-Prozeßgröße wird kontinuierlich erhoben.
Ein besonders einfaches Prozeßmodell, mit dem sich sehr gute Endergebnisse erzielen lassen, ist dadurch gekennzeichnet, daß als Ist-Prozeßgrößen die chemische Zusammensetzung des Abgases und die chemische Zusammensetzung von chargiertem Material sowie gegebenenfalls die chemische Zusammensetzung der Schlacke erhoben werden.
Vorteilhaft werden als Prozeßgrößen zusätzlich die chemische Zusammensetzung des Abgases und die chemische Zusammensetzung von chargiertem Material sowie gegebenenfalls die chemische Zusammensetzung der Schlacke erhoben.
Um die Prozeßendgrößen, die Qualitätskennwerte für die fertige Metallschmelze darstellen, möglichst mit den vorgegebenen anzustrebenden Idealwerten übereinstimmen zu lassen, werden vorteilhaft, einstellbare Prozeßvariable, wie Fluß, Druck, Temperatur und Zusammensetzung von Gasen und/oder Mengen, Zusammensetzungen und Chargiergeschwindigkeiten von Zuschlagstoffen am Prozeßmodell optimiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer Kenntnis der Ist-Situation zu bestimmten Zeitpunkten während des Verfahrens, wobei, wie oben ausgeführt, die permanente Kenntnis der Ist-Situation für zumindest die wichtigsten Prozeßschritte ein optimales erfindungsgemäßes Verfahren ergibt. Aufgrund der Kenntnis des Ist-Zustandes, also der Ist-Prozeßgrößen, können die Prozeßparameter, wie Sauerstoffdurchfluß, Inertgasdurchfluß, Zugabezeitpunkt, chemische Zusammensetzung und Menge der Zuschlagstoffe, optimiert werden. Die Kenntnis der Ist-Situation erlaubt, die Zielpunkte exakt anzufahren, z.B. können schon allein bei Kenntnis der chemischen Zusammensetzung und der Temperatur der Metallschmelze die fehlenden und noch zuzugebenden Materialien und Gasmengen zeitlich exakt mengen- und analysengenau eingebracht werden.
Der Schmelzablauf zur Herstellung einer Stahlschmelze speziell für den AOD-Prozeß würde folgendermaßen ablaufen:
Mit dem Modell wird nach Vorgabe des jeweiligen Qualitätsproduktes das statische Prozeßverhalten für eine Prozeßgröße y = f (Stellgrößen, nicht beeinflußbare Prozeßgrößen) nachgebildet. Die daraus berechnete Prozeßendgröße y* ist ein typischer Qualitätsparameter des herzustellenden Produktes und weicht von der sich tatsächlich einstellenden Endgröße y mehr oder weniger ab.
Mit einer Modelladaption wird das Prozeßmodell verbessert, damit das Modellverhalten möglichst gut mit dem tatsächlichen Prozeßverhalten übereinstimmt.
Mittels eines mit einem Prozeßoptimierer durchgeführten Optimierungsverfahrens werden Stellgrößen gefunden, die zu einem guten Prozeßverhalten führen. Zum Beispiel kann bei zu hoher Stahlschmelzetemperatur entweder die Sauerstoffzufuhr reduziert oder der Zugabezeitpunkt für Kühlschrott oder Legierungselemente geändert werden.
Da das Prozeßmodell zu einem bestimmten Prozentsatz auf unsicherem Wissen beruht, wird das Prozeßmodell anhand gewonnener Prozeßdaten adaptiert und verändert. Diese Adaption erfolgt mit der Prozeßmodelladaption, die auf Daten vergangener Prozeßzustände aufsetzt. Die Kontrolle der Prozeßergebnisse erfolgt durch Abfragen aus Plausibilität.
Der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vereinfacht in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, und zwar jeweils in Blockdiagrammform. Erfindungsgemäße Prozesse betreffend Entkohlung (DeC-Prozeß), Reduktion, Legierungsstoffzugabe und Kühlung sind in Blockdiagrammform in der Fig. 3, 4, 5 und 6 veranschaulicht. Die Fig. 7 und 8 zeigen Temperaturverlauf und chemische Analysewerte über den Prozeßablauf des nachstehenden Beispiels.
Als Prozeßmodellfunktionen sind folgende Funktionen vorgesehen:
  • Metallurgische Gleichungen
  • Algorithmen, Parameter
  • Festlegung interner Modellschnittstellen
  • Struktur, interner Ablauf
    • Vor dem Start des Prozeßmodells ist die Kenntnis des Zustandes der Vorschmelze und Schlacke notwendig.
    Die Anfangsanalyse, Analyse der Zuschlagstoffe und die eingebrachten Gasmengen sind ohne Schwierigkeiten genau bestimmbar und stehen jederzeit zur Verfügung. Die Kenntnis der Temperatur der Stahlschmelze, die Abgaszusammensetzung und die Analyse der Stahlschmelze beruht auf Momentaufnahmen, verwirklicht durch ein koninuierlich arbeitendes Temperaturmeß- und Analysesystem für die Metallschmelze, wie dies z.B. gemäß der WO 97/22859 oder WO 02/48661 erfolgt.
    Diese Kenntnis erlaubt erst das Optimieren und Ergänzen bestehender Modelle. Das beispielhaft erfindungsgemäß konzipierte AOD-Modell trägt dem Rechnung und wurde so aufgebaut, daß nach Kenntnis des Ist-Zustandes die Prozeßmodellparameter so angepaßt/geändert werden, daß die angestrebten Soll-Werte tatsächlich erreicht werden. Mit dieser Vorgehensweise wird erreicht, daß der FF-Verbrauch reduziert, die Durchflußmengen optimiert und damit reduziert und die ttt-Zeit verkürzt werden. Außerdem wird durch eine gezielte Einsatzstrategie die Menge an Zuschlagstoffen optimiert.
    Detaillierte Modellbeschreibung:
    Gemäß einem in Fig. 1 dargestellten AOD-Konverter 1 werden Sauerstoff und ein Verdünnungsgas (Inertgas) sowohl über eine Toplanze 2 als auch über Düsen 3, die unterhalb des Stahlschmelzbadniveaus 4 am Konverter 1 vorgesehen sind, in dessen Inneres 5 eingebracht. Der Konverter 1 ist, wie bei Stahlwerkskonvertern üblich, kippbar gelagert, was nicht näher dargestellt ist. Der Konverter 1 ist weiters mit einer Einrichtung 6 zur Temperaturmessung der Stahlschmelze 7 sowie einer Einrichtung 8 zur Bestimmung der chemischen Analyse der Stahlschmelze 7 ausgestattet. Zusätzlich lassen sich mit Meßeinrichtungen 9 und 10 die Durchflußmengen der über die Toplanze 2 und die Düsen 3 eingebrachten Gase feststellen. Das aus dem Konverter 1 austretende Abgas wird ebenfalls mittels einer Einrichtung 11 hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung hin analysiert, welche Analyseneinrichtung 11 im Abgaskamin, der nicht näher dargestellt ist, vorgesehen ist.
    Vor dem Start des Verfahrens werden von der in den Konverter 1 chargierten Stahlschmelze 7 Gewicht, chemische Analyse und Temperatur festgestellt. Auch von der auf der Vorschmelze ruhenden Schlacke 12 werden Gewicht, chemische Zusammensetzung und Temperatur bestimmt. Von den geplant einzubringenden Zuschlagstoffen sind ebenfalls Gewicht, chemische Zusammensetzung und Temperatur bekannt.
    Angaben über Stahlqualitäten und Abstichzustand beinhalten alle Grenz- und Zielwerte der Stahlelemente zum Abstichzeitpunkt sowie auch die Abstichtemperatur.
    Für die Modellrechnung werden vorteilhaft folgende untenstehende Daten als Ist-Prozeßgrößen erhoben:
  • 1. Düsen 3: Durchflußmengen für Ar, N2, O2, Luft, CH4 oder CnHm (Nm3/h) = f (t)
  • 2. Toplanze 2: Durchflußmengen für Ar, N2, O2 = f (t)
  • 3. Position der Toplanze 2 = f (t)
  • 4. Materialzugabestoffe: Art, chemische Zusammensetzung, Geschwindigkeit, Gewicht, Temperatur = f (t)
  • 5. Chemische Analyse Stahlschmelze 7 = Funktion (t)
  • 6. Temperatur Stahlschmelze 7 = Funktion (t)
  • 7. Konverterposition (Grad der Neigung) = f (t)
  • 8. Abgas: Chemische Zusammensetzung, Temperatur, Menge = f (t)
    • Die Bestimmung der Temperatur und der Konzentration eines Elementes in der Stahlschmelze 7 erfolgt anhand nachstehender Definitionen: Konzentration (soll, Element x in der Stahlschmelze) [%; t] = Konzentration (ist, Element x in der Stahlschmelze) [%, t-Dt] + f (Gasmenge (Nl/min), Gasart, Einsatzgewicht Stahlschmelze (t0), Gewicht der Zuschlagstoffe, Ausbringen, Temp; t-Dt). Konzentration (ist, Element x im Zuschlagstoff) [%]
    Hierin bedeuten:
    f (..,t), g (...,t)
    zeitabhängige Funktionen
    t
    Zeit
    soll
    Soll-Wert
    ist
    Ist-Wert
    Zuschlagstoffe
    Legierungselemente, Kühlschrott, Schlackebildner, .....
    1. Konzentration eines Elementes x in der Stahlschmelze:
    Summe Konzentration (soll, Element x) = 100% Konzentration (Element x) (%; t) = f (Gasmenge (Nl/min), Gasart, Einsatzgewicht Stahlschmelze (t0), Gewicht Zuschlagstoffe, Ausbringen, Temp; t-Dt). Konzentration (ist, Element x Zuschlagstoff) [%]
    2. Bestimmung der Stahlschmelzetemperatur:
    Tempsoll (t) = Tempist (t-Dt) + g (Oxidation, Gasmenge (Nl/min), Wärmeverluste, Abgasverluste; t-Dt) t-Dt ........ die Messung liegt zum Zeitpunkt t-Dt vor, wobei Dt der Zeitschritt zwischen zwei Rechenschritten ist. Je kleiner Dt gewählt wird, umso genauer kann die Soll-Kurve erreicht werden.
    Für kurze Zeitintervalle ist es erforderlich, daß die Meßdaten den aktuellen Zustand in der Stahlschmelze beschreiben.
    Während der Modellrechnung werden die Werte der Elemente (%) und der Temperatur (°C) für Stahl, Schlacke, Abgas (Komponenten, Betrag) und die Wärmebilanz zum Zeitpunkt i nach dem Modellstart zyklisch berechnet.
    Bilanziert werden die Gasphase, der Stahl und die Schlacke.
    Dabei wird für die Bilanzierung eine Summe (kg oder Mol) für jedes Element/jeden Stoff in jedem Zeitabschnitt aufgestellt.
    Die Bilanzgleichung für das Element x lautet: Gewicht xi+1 = Gewicht xi + ΣZugabestoffek * xk * Ausbringenk - Gewicht xOxidation - Gewicht xvap
    xk
    Anteil von x im Zugabestoff k
    Ausbringenk
    Ausbringen des Zuschlagstoffes k
    Gewicht xOxidation
    Gewicht des Stoffes x, der im Zeitabschnitt Dt oxidiert
    Gewicht xvap
    Verdampfungsverlust im Zeitabschnitt Dt
    Die Oxidations- und Reduktionsprodukte sind in der Schlackenphase und Gasphase zu berücksichtigen.
    Wichtige Reaktionen (diese sind in einer Datenbank hinterlegt) sind: ½ O2 →[O] [C]+[O] →COgas COgas + 1/2O2gas→CO2 Fe+[O] →(FeO) [Mn] + [O] →(MnO) [Mo] +2[O] →(MoO2) 2[Al] + 3[O] →(Al2O3) 2[P] + 5[O] →(P2O5)
    Der Ablauf des Iterations- und Rechenprozesses ist in den Fig. 3 und 4 anhand eines logischen Plans dargestellt, wobei Fig. 3 für den Entkohlungsprozeß und Fig. 4 für den Reduktionsprozeß maßgebend sind. Diesen Prozessen sind nachfolgende Berechnungsformen zugrundegelegt. CrO3 + 2Al →2[Cr] + Al2O3 Cr2O3 + 3Si →2[Cr] + 3/2 SiO2 2FeO + Si →2[Fe] + SiO2 3FeO + 2Al →3[Fe] + Al2O3 2MnO + Si →2[Mn] + SiO2 3MnO + 2 Al →3[Mn] + Al2O3
    Legierungs- und Kühlberechnung 1. Legierungsstoffe
    Die Legierungsstoffberechnung verfolgt im wesentlichen zwei Ziele:
  • a) Einstellung der Analyse
  • b) Erreichung des Abstichgewichtes
    • Ausgehend vom Zustand der Vorschmelze (chemische Analyse Stahlschmelze, Gewicht, Temperatur) werden alle notwendigen Zugaben auf die gezielte Abstichanalyse berechnet.
    Für die Auswahl der Legierungsstoffe zur Vorrechnung wird nach folgenden Kriterien entschieden:
    • Kostenoptimierung, d.h. Kostenminimierung für jedes Legierungselement
    • Zugabe von C>2% sind nur in den steps 1, 2a, 2b gestattet
    • Cr-Zugabe: in step 1 und 2a (50%), 2b (50%), Reduktion (Feineinstellung)
    • Ni-Zugabe: in step 2c (90%), restliche Zugabe in step 3 (30%), step 4 (20%), Reduktion (20%)
    • MN-Zugabe:  in step 2b (100% HCMn) oder    in step 2b (50%) und Rest mit SiMn in Reduktionsphasen (wenn verfügbar)
    • Zum Masseaufbau wird eine zusätzliche neutrale Zugabe mit Abstichanalyse berechnet.
    Eine Verschiebung des Zeitpunktes der Legierungsstoffzugabe zwischen den verschiedenen steps wird vorgenommen, um die gewünschte Temperatur einzuhalten.
    Der logische Plan zur Legierungsberechnung ist aus Fig. 5 zu ersehen.
    2. Kühlung
    Für die Kühlung werden vordringlich FeNi oder Ni, Kalk und/oder Schrott verwendet.
    Kalk/Dolo-Verbrauch
    Der Gesamtverbrauch an Kalk und Dolo richtet sich nach dem Si-Eintrag und SiO2 input während des gesamten Prozesses: SiO2 (kg/t) = Σ SiO2j (%) + j Zugabe + 2,14 * (Σ Si% * j Zugabe * + SiRed)
    Der logische Plan für die Berechnung des Kalk/Doloverbrauchs ist in Fig. 6 wiedergegeben.
    Vorzugsweise werden für das Prozeßmodell folgende Modellfunktionen eingesetzt:
    • Badspiegelberechnung
    • Chargiermodell
    • Thermische Modellberechnung
    • Analyseberechnung
    • Stickstoff Modell
    • DeC-Modell
    • DeC-Modell (Feinabstimmung Abstich)
    • Reduktionsmodell
    • DeS-Modell
    • Neutrales Zuschlagstoff-Modell
    • Legierungsmodell
    • Abstich-Modell
    • Temperatur-Modell
    • T-Kontroll-Modellfunktion
    • Reblow-Modell
    Die Ergebnisse der Modellberechnung werden kontinuierlich mit den Ist-Werten der Stahlschmelzetemperatur, Schlacketemperatur, Analyse der Stahlschmelze und der Abgasmessung verglichen.
    Beispiel:
    Anhand des nachstehenden Prozeßablaufes ist die Herstellung der Qualität AISI 304 ausgehend vom eingesetzten Rohstahl bis zum Fertigprodukt veranschaulicht. Die Fig. 7 und 8 zeigen den Verlauf der Temperaturänderung sowie den Verlauf der Änderung der chemischen Analyse (für C, Mn, Cr, Ni) bei diesem Prozeßablauf.
    AOD - Prozeßmodell in Kombination mit einer kontinuierlichen Temperatur- und Analysemessung Prozeßablauf für AISI 304:
  • 1. Chargieren (keine Zugabe von Schlackenbildnem)
  • 2. Temperaturmessung (manuell bzw. mit kontinuierlichem T-Meßsystem)
  • 3. 1. Blasestufe mit Toplanze
  • 4. während gesamter 1. Blasestufe kontinuierliche Messung der Temperatur und der Stahlbadanalyse
  • 5. 2. Blasestufe bis 4. Blasestufe ohne Toplanze
  • 6. während gesamter 2. Blasestufe bis 4. Blasestufe kontinuierliche Messung der Temperatur und der Stahlbadanalyse
  • 7. 5. Blasestufe
  • 8. während gesamter 5. Blasestufe kontinuierliche Messung der Temperatur und der Stahlbadanalyse
  • 9. Reduktions.- und Entschwefelungsphase
  • 10. während gesamter Reduktions- und Entschwefelungsphase kontinuierliche Messung der Temperatur und der Stahlbadanalyse
  • 11. bei Erreichen der Zielanalyse und Zieltemp. Abstich mit eventueller Si-Feinkorrektur durch Legierungsmittelzugabe in die Pfanne während des Abstichs
    • Blaseschema AISI 304
    O2-Lanze
    [Nm3/min]    		 O2-Düsen
    [Nm3/min]    		 N2-Lanze
    [Nm3/min]    		 Ar-Lanze
    [Nm3/min]    		 Zielgehalt C
    [%]    		 Zieltemperatur
    [°C]
    Step 1 100 30 15 - 0,6 1710
    Step 2 - 60 20 - 0,4 1740
    Step 3 - 45 45 - 0,2 1760
    Step 4 - 20 60 - 0,08 1750
    Step 5 - 12 48 - 0,04 1750
    Reduktion und Entschwefelung - - - 45 - 1665
    Carbon removal efficiency (CRE):
    CRE step 1:
    durchschnittlich 78%
    CRE gesamt:
    durchschnittlich 68%
    1. Chargieren (step 1):
    Einsatzgewicht:
    Stahl 86,5 t
    Schlacke: 0,6 t
    Analyse
    C 1,8
    Si 0,14
    Mn 0,59
    P 0,023
    S 0,024
    Cr 19,03
    Ni 7,14
    Temperatur zur Zeit t=O:  1538°C
    Medienverbräuche: siehe Tabelle 1
    Zugabe:
    Dolomit 1500 kg
    Kalk 2000 kg
    FeNi 1500 kg
    Temperatur nach step 1: 1709°C
    Behandlungszeit step 1: 11,25 Minuten 2. Entkohlungsstufe 2 (step 2)
    Analyse nach step 1
    C 0,507
    Si 0,0
    Mn 0,49
    P 0,023
    S 0,022
    Cr 18,39
    Ni 7,91
    Medienverbrauche: siehe Tabelle 1
    Zugaben:
    Kalk 1000 kg
    FeNi 1000 kg
    Temperatur nach step 2: 1743°C
    Behandlungszeit step 2: 4,83 Minuten 3. Entkohlungsstufe 3 (step 3)
    Analyse nach step 2
    C 0,347
    Si 0
    Mn 0,475
    P 0,023
    S 0,022
    Cr 17,77
    Ni 8,34
    Medienverbräuche: siehe Tabelle 1
    Zugabe:
    Kalk 1500 kg
    Temperatur nach step 3: 1760°C
    Behandlungszeit step 3: 5,66 Minuten 4. Entkohlungstufe 4 (step 4)
    Analyse nach step 3
    C 0,199
    Si 0
    Mn 0,457
    P 0,023
    S 0,021
    Cr 17,426
    Ni 8,395
    Medienverbräuche: siehe Tabelle 1
    Zugabe:
    Kalk 480 kg
    Shredder 1000 kg
    Temperatur nach step 4: 1749°C
    Behandlungszeit step 4: 7, 92 Minuten 5. Entkohlungsstufe 5 (step 5)
    Analyse nach step 4
    C 0,119
    Si 0
    Mn 0,462
    P 0,0238
    S 0,0209
    Cr 17,197
    Ni 8,431
    Medienverbräuche: siehe Tabelle 1
    Zugabe:
    Temperatur nach step 5: 1752°C
    Behandlungszeit step 5: 16,08 Minuten
    6. Reduktions- und Entschwefelungsphase
    Analyse nach step 5
    C 0,0397
    Si 0
    Mn 0,453
    P 0,024
    S 0,0208
    Cr 16,853
    Ni 8,479
    Medienverbräuche: siehe Tabelle 1
    Zugabe:
    CaF2 710 kg
    SiMn 900 kg
    FeSi 1602 kg
    Nimet 90 kg
    Kühlmittel ss 500 kg
    Temperatur nach Reduktions- und Entschwefelungsphase: 1660°C 7. Abstich
    Analyse
    C 0,0558
    Si 0,5933
    Mn 1,2516
    P 0,0251
    S 0,0003
    Cr 18,485
    Ni 8,0788
    Abstichtemperatur 1660°C
    Abstichgewicht: 90,5 t
    Schlacke: 9,478 t
    Die Kurvenverläufe der in den in Fig. 7 und 9 dargestellten Diagramme lassen erkennen, daß eine nahezu vollständige Übereinstimmung mit den Soll-Kurven herrscht. Dies bedeutet, daß der tatsächliche Prozeßablauf dem vorgegebenen idealen Prozeßablauf folgt und die Zielwerte mit nur geringen Abweichungen, die - so überhaupt vorhanden - nur durch Meßungenauigkeiten verursacht werden können. Ermöglicht ist dies durch den erfindungsgemäß vorgesehenen sofortigen Eingriff in das Prozeßgeschehen, sollten aufgrund der Meßergebnisse und der darauf aufbauenden Simulation, d.h. Vorrausrechnung der zu erwartenden Ergebnisse, Abweichungen von den Zielwerten zu erwarten sein.
    Ergänzend dazu kommt noch der Lerneffekt für dieses dynamische Modell aufgrund bereits durchgeführter Prozeßabläufe.

    Claims (9)

    1. Verfahren zur Herstellung einer Metallschmelze in einer hüttentechnischen Anlage, insbesondere zum Frischen einer Metallschmelze, vorzugsweise zum Herstellen von Stahl, wie z.B. von legiertem, rostfreiem Stahl oder Edelstahl, welches Verfahren auf einer nach einem Prozeßmodell ablaufenden und die hüttentechnische Anlage steuernden Rechentechnik fußt, wobei das Prozeßmodell das Verhalten für mindestens einen variablen Prozeßparameter zwischen einer Ist-Prozeßgröße, einer Stellgröße und einer Prozeßendgröße beschreibt, und das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
      mit dem Prozeßmodell wird mit zu einer bestimmten Zeit (ti) erhobenen Daten einer Ist-Prozeßgröße, wie der Temperatur der Schmelze und/oder der chemischen Zusammensetzung der Schmelze, durch Simulation mit Rechentechnik unmittelbar zum Zeitpunkt der Erhebung der Ist-Prozeßgröße eine Prozeßgröße für einen späteren Zeitpunkt (ti + dt), vorzugsweise eine Prozeßendgröße, ermittelt und
      bei Abweichungen der simulierten Prozeßgröße von einem gewünschten Soll-Wert werden mittels des Prozeßmodells mit Rechentechnik Korrekturmaßnahmen zur Änderung der Ist-Prozeßgröße errechnet und die Ist-Prozeßgröße entsprechend geändert,
      worauf zu einem späteren Zeitpunkt (ti + dt) mit weiters erhobenen Daten der Ist-Prozeßgröße das Verfahren wiederholt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Prozeßmodells die zu einer bestimmten Zeit (ti) erhobenen Daten einer Ist-Prozeßgröße auf Plausibilität überprüft werden und ausschließlich plausible Daten zur Simulation der Prozeßgröße zur Verfügung gestellt werden und daß nicht-plausible Daten verworfen werden, wobei im letzteren Fall die Simulation aufgrund der zuletzt bestimmten plausiblen Daten fortgesetzt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Daten als plausibel zur Simulation der Prozeßgröße herangezogen werden, die innerhalb einer Bandbreite von ± 10%, vorzugsweise ± 5% eines Idealverlaufes des Herstellungsverfahrens, der auf Erfahrungswerten oder auf errechneten Werten beruht, liegen.
    4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem als plausibel erkannten Wert, der jedoch von dem zuletzt gültigen Idealverlauf des Herstellungsprozesses abweicht, ein neuer Idealverlauf erstellt und dem weiteren Verfahren zugrunde gelegt wird.
    5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jede variable Prozeßgröße ein eigenes Prozeßmodell-Modul Anwendung findet.
    6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßmodell bzw. mindestens ein Modul des Prozeßmodells mit intelligenter Selbstoptimierung ausgestattet ist bzw. sind, z.B. unter Verwendung eines neuronalen Netzes.
    7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest über einen Teil der Prozeßdauer die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Erhebungen einer Ist-Prozeßgröße sehr klein, vorzugsweise infinitesimal, ist.
    8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Ist-Prozeßgrößen die chemische Zusammensetzung des Abgases und die chemische Zusammensetzung von chargiertem Material sowie gegebenenfalls die chemische Zusammensetzung der Schlacke erhoben werden.
    9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einstellbare Prozeßvariable, wie Fluß, Druck, Temperatur und Zusammensetzung von Gasen und/oder Mengen, Zusammensetzungen und Chargiergeschwindigkeiten von Zuschlagstoffen am Prozeßmodell optimiert werden.
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