EP4073277A1 - Verfahren zur bestimmung und steuerung oder regelung des phosphor-gehaltes in einer metallischen schmelze während eines frischprozesses einer metallischen schmelze in einem metallurgischen reaktor - Google Patents

Verfahren zur bestimmung und steuerung oder regelung des phosphor-gehaltes in einer metallischen schmelze während eines frischprozesses einer metallischen schmelze in einem metallurgischen reaktor

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EP4073277A1
EP4073277A1 EP20833740.2A EP20833740A EP4073277A1 EP 4073277 A1 EP4073277 A1 EP 4073277A1 EP 20833740 A EP20833740 A EP 20833740A EP 4073277 A1 EP4073277 A1 EP 4073277A1
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EP
European Patent Office
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content
phosphorus
metallic melt
phosphorus content
metallurgical reactor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20833740.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sabrine KHADHRAOUI
Fabian Krause
Andreas Kemminger
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/064—Dephosphorising; Desulfurising
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    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
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    • C21C2300/06—Modeling of the process, e.g. for control purposes; CII
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for determining and controlling or regulating the phosphorus content in a metallic melt during a fresh process of a metallic melt in a metallurgical reactor.
  • a steel quality or material properties of a steel are influenced, among other things, by the phosphorus content (% Ps t). It is therefore necessary to keep the average phosphorus content [% P m ] of a steel melt at the end of a refining process in a metallurgical reactor within narrow limits.
  • the fresh process of the molten steel must be controlled or regulated within the narrowest possible target corridors.
  • An important control or regulation parameter for influencing the average phosphorus content (% P m ) in the steel melt is, for example, an exact tapping time of the metallurgical reactor. A control or regulation of the fresh process in relation to this tapping time influences both the quality of the steel and the productivity of the metallurgical reactor significantly.
  • a steel sample is taken from the molten steel and analyzed in a laboratory for the phosphorus content [% P m ].
  • the result of this analysis is usually available to a plant operator in 3 - 6 minutes and is a basis for a tapping decision by the plant operator.
  • the accuracy of the analysis of a steel sample from the metallurgical reactor is limited by the fact that only a small sample is taken from a defined point. The plant operator can, for example, use his experience of the analysis result to determine the average phosphorus content [% P m ] of the metallic melt.
  • the average phosphorus content (% P m ) in the steel melt during or at the end of the refining process is the goal of many investigations. These investigations and developments are based on a relationship between the average phosphorus content [% P m ] in the steel melt and the average iron oxide content (% Fe x O y ) in an associated slag in the metallurgical reactor.
  • the mean iron oxide content (% Fe x O y ) in the slag is determined by means of a local measurement of the oxygen activity (ao) in the slag and the assumption that the measurement is representative.
  • the mean phosphorus content (% P S ) of the slag is then derived from the mean iron oxide content (% Fe x O y).
  • both the mean phosphorus content [% P m ] of the molten steel and a phosphorus distribution LP in the metallurgical reactor can be calculated.
  • the calculation of the average phosphorus content (% P S ) in the slag with the help of the measured local oxygen activity ao is flawed because iron (II) oxide (FeO) and iron (III) oxide (FeaC) are present side by side in the slag and a total value for the iron oxide content (% Fe x O y ) is to be determined by measuring the local oxygen activity ao. It is not possible to determine the present Fe 2+ / Fe 3+ ratio in the iron oxide content (% Fe x O y).
  • the ratio or the content of iron (II) oxide (FeO) and iron (III) oxide (Fe 2 03) in the slag is not only dependent on the oxygen activity ao but also, for example, on other slag constituents.
  • a direct, reliable determination of the FeO content or Fe 2+ content and thus the reliable determination of the average phosphorus content [% P m ] in the steel melt is therefore not possible or at least provided with an uncertainty by measuring the local oxygen activity .
  • the results of the measurement of the oxygen activity are ao strongly dependent on the position of the sensor in the slag.
  • the oxygen activity ao is very high due to the injected oxygen and very low in the area of the CO bubbles resulting from the decarburization reaction.
  • the slag is a heterogeneous mixture of solid lime, solid mixed phases, liquid components and gas bubbles. The composition of the slag from the different phase components and distribution in the metallurgical reactor changes significantly in the course of the refining process, so that it is difficult to carry out representative oxygen measurements.
  • a slag sample is taken from the metallurgical reactor, typically only the liquid portion of the heterogeneous slag mixture is used taken and sampled.
  • the slag sample is therefore not a reliable basis for determining the phosphorus content (% Ps) in the slag, since solid phosphorus phases, for example, are not taken and are therefore neglected in the phosphorus determination.
  • the object to be solved by the invention consisted in a method which makes it possible to determine a phosphorus content [% P m ] in a metallic melt with sufficient reliability and / or without delay and to control or regulate the fresh process to set the desired average phosphorus content [ % P m ] to be provided.
  • Invention :
  • the object of the invention is achieved by the features of the method according to the invention according to claim 1 for determining a phosphorus content [% P m ] in a metallic melt.
  • the local manganese content [% Mn m ] in the metallic melt is determined and the local manganese content [% Mn m ] becomes a phosphorus content (% P m ) of the metallic melt and / or a phosphorus distribution LP im metallurgical reactor derived from a model.
  • the determined manganese content is determined taking into account system parameters, other measured values, for example temperature, exhaust gas composition and / or other process or system-related Assumptions converted into a phosphorus distribution.
  • a fresh process of a metallic melt in a metallurgical reactor is dependent on the phosphorus content [% P m ] of the metallic melt and / or the phosphorus distribution LP in the metallurgical reactor controlled or regulated and from the manganese content [% Mn m ] of the metallic melt, the phosphorus content [% P m ] of the metallic melt and / or a phosphorus distribution LP in the metallurgical reactor is derived by means of a model.
  • the derivation of the phosphorus content [% P m ] in the metallic melt by means of a model offers the advantages mentioned above for the accuracy of the determination of the phosphorus content [% P m ] by taking into account the known influences.
  • a system operator is provided with a reliable instrument for control or regulation with the negative Influences on the steel quality can be avoided while at the same time optimizing productivity.
  • reaction kinetic, thermodynamic, statistically determined relationships, measured values and / or reactor-specific system parameters can be taken into account as influences.
  • reaction kinetic, thermodynamic, statistically determined relationships, measured values and / or reactor-specific system parameters can be taken into account as influences.
  • the derivation and consideration of these two parameters is also important for the productivity of the metallurgical reactor and the quality of the metallic melt.
  • the phosphorus content [% P m ] and / or the phosphorus distribution LP is continuously derived by means of a continuous measurement of the manganese content [% Mn m] of the metallic melt and used for continuous regulation or control.
  • this version has the advantage that deviations in the process can be quickly recognized and responded to.
  • the metallic melt advantageously has iron [Fe] as its main component.
  • an iron content [% Fe m ] in the metallic melt of more than 30% is preferred.
  • the metallurgical reactor is a converter.
  • the manganese content [% Mn m ] is ideally determined continuously and / or online using a spectrometer or LIBS (laser-induced breakdown spectroscopy).
  • the determined manganese content [% Mn m ] is converted into a phosphorus content [% P m ] of the metallic melt and / or a phosphorus distribution LP in the metallurgical reactor with the aid of further relationships and / or influencing variables.
  • the relationships taken into account when deriving the phosphorus content [% P m ] describe, for example, the relationship between a manganese content [% Mn m ] at a specific measuring point in the metallurgical reactor compared to the average manganese content [% Mn m ] the metallic melt in the metallurgical reactor. Furthermore, time-dependent effects can be taken into account or suppressed with the aid of thermodynamic or reaction kinetic relationships.
  • the model can be adapted to the respective metallurgical reactor and furthermore, for example, changes in the reactor over time, such as wear and / or
  • the relationships and / or influencing variables are determined in advance and the model is integrated into the control or regulation of the fresh process.
  • the advantageous continuous measurement of the manganese content [% Mn m ] enables the model to continuously calculate a phosphorus content [% P m ]. This enables online or continuous control or regulation of the process.
  • time-dependent relationships and influencing variables have been determined in advance to make it possible
  • the model is used to derive the average phosphorus content [% P m ] of the metallic melt from the manganese content [% Mn m ] and the average phosphorus content [% P m ] is the control or regulating variable of the control or regulation of the metallurgical Reactor. This has the advantage that the control or regulation can take place without the experience of a system operator. In addition, it is conceivable, by making appropriate changes to the model, to convert both local contents into mean and mean into local contents.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung und Steuerung oder Regelung des Phosphor-Gehaltes in einer metallischen Schmelze während eines Frischprozesses einer metallischen Schmelze in einem metallurgischen Reaktor.

Description

Verfahren zur Bestimmung und Steuerung oder Regelung des Phosphor-Gehaltes in einer metallischen Schmelze während eines Frischprozesses einer metallischen Schmelze in einem metallurgischen Reaktor
Gebiet:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung und Steuerung oder Regelung des Phosphor-Gehaltes in einer metallischen Schmelze während eines Frischprozesses einer metallischen Schmelze in einem metallurgischen Reaktor.
Stand der Technik:
Eine Stahlqualität bzw. Werkstoffeigenschaften eines Stahls werden unter anderem durch den Phosphor-Gehalt (%Pst) beeinflusst. Daher ist es notwendig den mittleren Phosphor-Gehalt [%Pm] einer Stahlschmelze zum Ende eines Frischprozesses in einem metallurgischen Reaktor in engen Grenzen zu halten. Dazu muss der Frischprozess der Stahlschmelze innerhalb möglichst enger Zielkorridore gesteuert oder geregelt werden. Ein wichtiger Steuer- bzw. Regelparameter zur Beeinflussung des mittleren Phosphorgehaltes (%Pm) in der Stahlschmelze ist z.B. ein exakter Abstichzeitpunkt des metallurgischen Reaktors. Eine Steuerung oder Regelung des Frischprozesses in Bezug auf diesen Abstichzeitpunkt beeinflusst sowohl die Qualität des Stahls als auch die Produktivität des metallurgischen Reaktors wesentlich.
Üblicherweise wird zum geplanten Ende des Frischprozesses oder kurz vor dem Abstichzeitpunkt des metallurgischen Reaktors eine Stahlprobe aus der Stahlschmelze entnommen und diese in einem Labor auf den Phosphor-Gehalt [%Pm] analysiert. Das Ergebnis dieser Analyse ist normalerweise in 3 - 6 Minuten für einen Anlagenbediener verfügbar und ist eine Grundlage für eine Abstichentscheidung durch den Anlagenbediener. Die Analysengenauigkeit einer Stahlprobe aus dem metallurgischen Reaktor ist dadurch beschränkt, dass nur eine kleine Probe an einer definierten Stelle entnommen wird. Der Anlagenbediener kann z.B. mit Hilfe seines Erfahrungswissens von dem Analysenergebnis auf den mittleren Phosphorgehalt [%Pm] der metallischen Schmelze schließen.
Bei einer typischen Frischzeit von 14 - 18 Minuten kann die Analysenzeit von 3 - 6 Minuten einen großen Einfluss auf die Produktivität haben. Eine Entscheidung zum Abstich durch den Anlagenbediener kann mit dem Zeitverlust durch die Analysendauer sicher in Bezug auf die vorhandene Stahlanalyse getroffen werden oder die Probe wird 3 - 6 Minuten vor dem theoretischen Ende des Frischprozesses genommen, ist aber mit einer entsprechenden Prozessunsicherheit in Bezug auf die Stahlanalyse versehen. Im schlimmsten Fall muss bei einer nachträglich festgestellten Fehlanalyse nachgefrischt werden und die Produktivitätssteigerung durch den frühen Probezeitpunkt ist dadurch verloren.
Eine Online-Bestimmung des mittleren Phosphorgehaltes ( %Pm ) in der Stahlschmelze während oder zum Ende des Frischprozesses ist Ziel vieler Untersuchungen. Diese Untersuchungen und Entwicklungen basieren auf einem Zusammenhang zwischen dem mittleren Phosphorgehalt [%Pm] in der Stahlschmelze und dem mittleren Eisenoxidgehalt (' %FexOy ) in einer dazugehörenden Schlacke im metallurgischen Reaktor. Dazu wird der mittlere Eisenoxidgehalt (' %FexOy ) in der Schlacke mittels einer lokalen Messung der Sauerstoffaktivität (ao) in der Schlacke und der Annahme, dass die Messung repräsentativ ist, bestimmt. Aus dem mittleren Eisenoxidgehalt (' %FexOy ) wird dann der mittlere Phosphorgehalt (%PS) der Schlacke abgeleitet. Bei einer bekannten Stahlmenge und Stahlanalyse zum Start des Frischprozesses, sowie einer geschätzten Schlackenmenge zum Zeitpunkt der Messung der Sauerstoffaktivität kann sowohl der mittlere Phosphorgehalt [%Pm] der Stahlschmelze als auch eine Phosphorverteilung LP in dem metallurgischen Reaktor berechnet werden. LP (%Pm) n/ (Gl. 1) [%PS]
Die Berechnung des mittleren Phosphorgehaltes ( %PS ) in der Schlacke mit Hilfe der gemessenen lokalen Sauerstoffaktivität ao ist insofern mit einem Fehler behaftet, da in der Schlacke Eisen-Il-Oxid (FeO) und Eisen-Ill-Oxid (FeaC ) nebeneinander vorliegen und durch die Messung der lokalen Sauerstoffaktivität ao ein Gesamtwert für den Eisenoxid-Gehalt (%FexOy) bestimmt werden soll. Eine Bestimmung des vorliegenden Verhältnisses Fe2+/Fe3+ im Eisenoxid- Gehalt (%FexOy) ist nicht möglich. Das Verhältnis bzw. der Gehalt von Eisen-Il- Oxid (FeO) und Eisen-Ill-Oxid (Fe203) in der Schlacke ist nicht nur von der Sauerstoffaktivität ao sondern auch z.B. von weiteren Schlackenbestandteilen abhängig. Eine direkte verlässliche Bestimmung des FeO-Gehaltes bzw. Fe2+- Gehalt und damit die sichere Bestimmung des mittleren Phosphor-Gehaltes [%Pm] in der Stahlschmelze ist durch die Messung der lokalen Sauerstoffaktivität ao somit nicht möglich oder zumindest mit einer Unsicherheit versehen.
Weiterhin sind die Ergebnisse der Messung der Sauerstoffaktivität ao stark abhängig von der Position des Sensors in der Schlacke. Im Bereich des Hot- Spots, Brennfleck der Blaslanze, ist die Sauerstoffaktivität ao durch den eingeblasenen Sauerstoff sehr hoch und im Bereich der aus der Entkohlungsreaktion stammenden CO-Blasen sehr gering. Darüber hinaus ist die Schlacke ein heterogenes Gemisch aus festem Kalk, festen Mischphasen, flüssigen Bestandteilen und Gasblasen. Die Zusammensetzung der Schlacke aus den unterschiedlichen Phasenbestandteilen und Verteilung im metallurgischen Reaktor ändert sich im Verlauf des Frischprozesses deutlich, so dass es schwierig ist repräsentative Sauerstoffmessungen durchzuführen.
Wird eine Schlackeprobe aus dem metallurgischen Reaktor entnommen, wird dabei typischerweise nur der flüssige Anteil des heterogenen Schlackegemisches entnommen und beprobt. Die Schlackeprobe stellt somit keine sichere Bestimmungsgrundlage für den Phosphorgehalt (%Ps) in der Schlacke dar, da z.B. feste Phosphorphasen nicht entnommen und dadurch bei der Phosphorbestimmung vernachlässigt werden.
Mit dem beschriebenen Stand der Technik ist es nicht möglich den Phosphorgehalt (%Pm) in einer Stahlschmelze mit ausreichender Sicherheit und / oder ohne Zeitverzug zu bestimmen. Dadurch fehlt die Grundlage für eine sichere Steuerung oder Regelung des Frischprozesses in Bezug auf den Phosphorgehalt [%Pm] einer metallischen Schmelze in einem metallurgischen Reaktor.
Aufgabe der Erfindung:
Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe bestand darin ein Verfahren, das es ermöglicht mit ausreichender Sicherheit und / oder ohne Zeitverzug einen Phosphorgehalt [%Pm] in einer metallischen Schmelze zu bestimmen und eine Steuerung oder Regelung des Frischprozesses zur Einstellung der gewünschten mittleren Phosphorgehalte [%Pm] bereitzustellen. Erfindung:
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 zur Bestimmung eines Phosphor-Gehaltes [%Pm] in einer metallischen Schmelze. Der lokale Mangan- Gehalt [%Mnm] in der metallischen Schmelze wird bestimmt und aus dem lokalen Mangan-Gehalt [%Mnm] wird ein Phosphor-Gehalt (%Pm) der metallischen Schmelze und / oder eine Phosphor-Verteilung LP im metallurgischen Reaktor mittels eines Modells abgeleitet.
Definitionen:
%: Gewichtsprozent, Gew.-% Modell: Durch ein auf der Bestimmungseinrichtung des Mangangehaltes und / oder der Steuerung des metallurgischen Reaktor zugeordneten Datenverarbeitung bzw. Steuerung oder Regelung ablaufendes Modell wird der bestimmte Mangangehalt unter Berücksichtigung von Anlagenparametern, weiteren Messwerten, beispielsweise Temperatur, Abgaszusammensetzung und / oder weiteren prozess- oder anlagentechnischen Annahmen in eine Phosphor-Verteilung überführt.
Dies hat den Vorteil, dass die Bestimmung des Phosphor-Gehaltes [%Pm] aus dem Mangan-Gehalt [%Mnm] der metallischen Schmelze eine bessere Korrelation zwischen dem Messwert und dem lokalen Phosphor-Gehalt [%Pm] aufweist als die zweistufige Bestimmung des Phosphor-Gehaltes (%Pm) mit Hilfe einer Sauerstoffbestimmung und dem daraus abgeleiteten Verhältnis (Fe2+)/(Fe3+). Weiterhin stehen für die kontinuierliche Messung bzw. Online-Messung des Mangan-Gehaltes [%Mnm] in der metallischen Schmelze geeignete Verfahren zur Verfügung. Aufgrund des üblicherweise höheren Mangan-Gehaltes [%Mnm] in der metallischen Schmelze ist diese Messung mit einem kleineren Fehler behaftet als eine direkte Messung des Phosphor-Gehaltes [%Pm].
Durch die Ableitung des Phosphor-Gehaltes [%Pm] aus dem Mangan-Gehalt [%Mnm] mit einem Modell können vorteilhafterweise auch Einflüsse auf den Phosphor-Gehalt [%Pm] berücksichtigt werden die nicht mit einer Messung direkt ermittelt werden können und / oder bekannte systematische Messungenauigkeiten bei der Analyse des Mangan-Gehaltes [%Mnm] in der metallischen Schmelze einkalkuliert werden. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch das Verfahren nach dem Nebenanspruch 2. Ein Frischprozesses einer metallischen Schmelze in einem metallurgischen Reaktor wird in Abhängigkeit von dem Phosphor-Gehalt [%Pm] der metallischen Schmelze und / oder der Phosphor-Verteilung LP im metallurgischen Reaktor gesteuert oder geregelt und aus dem Mangan-Gehalt [%Mnm] der metallischen Schmelze wird der Phosphor-Gehalt [%Pm] der metallischen Schmelze und / oder eine Phosphor-Verteilung LP im metallurgischen Reaktor mittels eines Modells abgeleitet.
5
Die Ableitung des Phosphor-Gehaltes [%Pm] in der metallischen Schmelze mittels eines Modells bietet die oben genannten Vorteile für die Genauigkeit der Bestimmung des Phosphor-Gehaltes [%Pm] durch die Berücksichtigung der bekannten Einflüsse. Durch die Einbindung des so ermittelten mittleren Phosphor it) Gehaltes [%Pm] in eine Steuerung oder Regelung des Frischprozesses in Bezug auf den mittleren Phosphor-Gehalt [%Pm] wird einem Anlagenbediener ein verlässliches Instrument zur Steuerung oder Regelung bereitgestellt mit dem negative Einflüsse auf die Stahlqualität bei gleichzeitiger optimierter Produktivität vermieden werden.
15
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können bei der Ableitung des Phosphor-Gehaltes [%Pm] und / oder der Phosphor-Verteilung LP mittels des Modells reaktionskinetische, thermodynamische, statistisch bestimmte Zusammenhänge, Messwerte und / oder reaktorspezifische Anlagenparameter als 20 Einflüsse berücksichtigt werden. Der Vorteil liegt hierin, dass durch die beschriebenen Zusammenhänge und Parameter sowohl zeitaufgelöste als auch statische Einflüsse auf den Frischprozess in die Ableitung des Phosphor-Gehaltes [%Pm] einbezogen werden können. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Genauigkeit der Bestimmung des Phosphor-Gehaltes [%Pm] verbessert.
25
In weiteren ebenso bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist bei bekannten zeitlichen Verläufen der Einflussgrößen, des Mangan-Gehaltes [%Mnm] und / oder der reaktorspezifischen Anlagenparameter eine Voraussage über den zeitlichen Verlauf des Phosphor-Gehaltes [%Pm] und / oder der Phosphor- 30 Verteilung LP möglich. Dies hat den Vorteil, dass eine Vorplanung in der gesamten Herstellungskette der metallischen Schmelze möglich ist und / oder bei prognostizierten Abweichung gegenüber Sollvorgaben verbeugend durch die Steuerung oder Regelung in den Frischprozess eingegriffen werden kann.
Darüber hinaus werden mittels des Modells optimaler Weise ein Eisen-ll-oxid- Gehalt (%FeOs) bzw. Eisenoxid-Gehalt (%FexOy) in der Schlacke und / oder ein Kohlenstoff-Gehalt [%Cm] in der metallischen Schmelze abgeleitet und bei der Regelung oder Steuerung des Frischprozesses berücksichtigt. Die Ableitung und Berücksichtigung dieser beiden Parameter ist für die Produktivität des metallurgischen Reaktors und Qualität der metallischen Schmelze ebenfalls von Bedeutung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird mittels einer kontinuierlichen Messung des Mangan-Gehaltes [%Mnm] der metallischen Schmelze der Phosphor- Gehalt [%Pm] und / oder die Phosphor-Verteilung LP kontinuierlich abgeleitet und für eine kontinuierliche Regelung oder Steuerung verwendet. Bei den üblichen kurzen Prozesszeiten des Frischprozesses hat diese Ausführung den Vorteil, dass Abweichung im Prozessverlauf schnell erkannt und darauf reagiert werden kann. Diese Vorteile ergeben sich auch dadurch, dass die Ableitung der Gehalte und / oder der Phosphor-Verteilung LP, die Steuerung oder Regelung des Frischprozesses und / oder eine Darstellung der abgeleiteten Gehalte und / oder der Phosphor-Verteilung LP sowie zugehörende Steuer- oder Regelparameter online erfolgt.
Vorteilhafterweise weist die metallische Schmelze als Hauptbestandteil Eisen [Fe] auf. Insbesondere ist ein Eisengehalt [%Fem] in der metallischen Schmelze von mehr als 30 % bevorzugt. Idealerweise ist der metallurgische Reaktor ein Konverter.
Die Erfindung wird nachfolgend in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des Phosphor-Gehaltes [%Pm] in der metallischen Schmelze und / oder einer Phosphor-Verteilung LP in einem metallurgischen Reaktor wird idealerweise der Mangan-Gehalt [%Mnm] mit einem Spektrometer oder dem LIBS (Laser-induced breakdown spectroscopy) kontinuierlich und / oder online bestimmt. Der ermittelte Mangan-Gehalt [%Mnm] wird mit Hilfe von weiteren Zusammenhängen und / oder Einflussgrößen in einen Phosphor-Gehalt [%Pm] der metallischen Schmelze und / oder eine Phosphor-Verteilung LP im metallurgischen Reaktor umgerechnet.
Die bei der Ableitung des Phosphor-Gehaltes [%Pm] berücksichtigten Zusammenhänge beschreiben beispielsweise den Zusammenhang zwischen einem Mangan-Gehalt [%Mnm] an einem spezifischen Messpunkt in dem metallurgischen Reaktor im Vergleich zu dem mittleren Mangan-Gehalt [%Mnm] der metallischen Schmelze in dem metallurgischen Reaktor. Weiterhin können mit Hilfe von thermodynamischen oder reaktionskinetischen Zusammenhängen zeitabhängige Effekte berücksichtigt oder unterdrückt werden. Mit der
Einbeziehung von anlagenspezifischen Einflussgrößen, die auch zeitabhängig sein können, und Messwerten kann das Modell auf den jeweiligen metallurgischen Reaktor angepasst werden und darüber hinaus noch beispielsweise zeitliche Veränderungen des Reaktors, wie Verschleiß und / oder
Temperaturschwankungen, berücksichtigen.
Idealerweise werden die Zusammenhänge und / oder Einflussgrößen im Vorfeld ermittelt und das Modell in die Steuerung oder Regelung des Frischprozesses integriert. Durch die vorteilhafte kontinuierliche Messung des Mangan-Gehaltes [%Mnm] wird es dem Modell ermöglich kontinuierlich einen Phosphor-Gehalt [%Pm] zu berechnen. Dies ermöglicht eine online bzw. kontinuierliche Steuerung oder - Regelung des Prozesses. Im optimalen Fall sind im Vorfeld zeitabhängige Zusammenhänge und Einflussgrößen ermittelt worden die es ermöglichen
Voraussagen über den Verlauf des Frischprozesses zu treffen. Dadurch kann die Steuerung oder Regelung früher auf mögliche Abweichungen im Verlauf des Frischprozesses reagieren. Eine Onlinedarstellung für den Anlagenbediener ist hilfreich bei der Beurteilung des Prozessverlaufes durch den Anlagenbediener. Sollte es zu Abweichungen im Prozessverlauf kommen, die nicht durch die Steuerung oder Regelung beherrschbar sind kann der Bediener mit seinem Erfahrungswissen dann in den Frischprozess eingreifen. Gemäß einer Bevorzugten Ausführung wird mit dem Modell aus dem Mangan- Gehalt [%Mnm] der mittlere Phosphorgehalt [%Pm] der metallischen Schmelze abgeleitet und der mittlere Phosphorgehalt [%Pm] ist Steuer- oder Regelgröße der Steuerung oder Regelung des metallurgischen Reaktors. Dies hat den Vorteil, dass ohne das Erfahrungswissen eines Anlagenbedieners die Steuerung oder Regelung erfolgen kann. Darüber hinaus ist es denkbar durch entsprechende Änderungen am Modell sowohl lokale Gehalte in mittlere als auch mittlere in lokale Gehalte umzurechnen.
Dadurch, dass auch Rückschlüsse auf den Eisen-Il-Oxid-Gehalt (%FeO) oder Eisenoxid-Gehalt (%FexOy) in der Schlacke und / oder Kohlenstoff-Gehalt [%Cm] in der metallischen Schmelze gezogen werden können, ist es möglich auch diese, für die Qualität des Stahls und Produktivität der Anlage, wichtigen Einflussgrößen eng zu führen.
Tabelle 1: Bezeichnungen
Bezeichnung Beschreibung
(%Pst) Phosphorgehalt im Stahl
Mittlerer Phosphorgehalt einer
[%Pm]
Stahlschmelze
[%P m] Phosphorgehalt einer Stahlschmelze
Lp Phosphorverteilung
(%FexOy) Mittlerer Eisenoxidgehalt einer Schlacke ao Sauerstoffverteilung
[Fe] Eisen
[%Fem] Eisengehalt in der Schmelze
(FeO) Eisen-Il-Oxid in der Schlacke
(Fe203) Eisen-Ill-Oxid in der Schlacke
(%FexOy) Eisenoxid-Gehalt in der Schlacke
[%Mnm] lokale Mangan-Gehalt
[%Mnm] mittlerer Mangan-Gehalt Schmelze
[%Cm] Kohlenstoff-Gehalt in der Schmelze

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Bestimmung eines Phosphor-Gehaltes ([%Pm]) in einer metallischen Schmelze während des Frischprozesses der metallischen Schmelze, aufweisend Mangan ([Mn]) und Phosphor ([P]), in einem metallurgischen Reaktor wobei
- ein Mangan-Gehalt ([%Mnm]) in der metallischen Schmelze bestimmt wird;
- aus dem Mangan-Gehalt ([%Mnm]) der Phosphor-Gehalt ([%Pm]) der metallischen Schmelze und / oder eine Phosphor-Verteilung (LP) im metallurgischen Reaktor mittels eines Modells abgeleitet wird.
2. Verfahren zur Steuerung oder Regelung des Frischprozesses einer metallischen Schmelze, aufweisend Mangan ([Mn]) und Phosphor ([P]), in einem metallurgischen Reaktor, wobei
- der Frischprozess in Abhängigkeit von einem Phosphor- Gehalt ([%Pm]) der metallischen Schmelze und / oder der Phosphor- Verteilung (LP) im metallurgischen Reaktor gesteuert oder geregelt wird; und
- aus dem Mangan-Gehalt ([%Mnm]) der Phosphor-Gehalt ([%Pm]) der metallischen Schmelze und / oder eine Phosphor-Verteilung (LP) im metallurgischen Reaktor mittels eines Modells abgeleitet wird.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ableitung des Phosphor-Gehaltes ([%Pm]) und / oder der Phosphor-Verteilung (LP) mittels des Modells reaktionskinetische, thermodynamische und / oder statistisch bestimmte Zusammenhänge als Einflussgrößen berücksichtigt werden können.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ableitung des Phosphor-Gehaltes ([%Pm]) und / oder der Phosphor-Verteilung (LP) mittels des Modells Messwerte und / oder reaktorspezifische Anlagenparameter als Einflussgrößen berücksichtigt werden können.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei bekannten zeitlichen Verläufen der Einflussgrößen und des Mangan-Gehaltes ([%Mnm]) eine Voraussage über den zeitlichen Verlauf des Phosphor-Gehaltes ([%Pm]) und / oder der Phosphor- Verteilung (LP) möglich ist.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Modells ein Eisenoxid-Il-Gehalt ((%FeOs)) und / oder Eisenoxidgehalt ((%FexOy)) in der Schlacke ableitbar ist.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Modells ein Kohlenstoff-Gehalt ([%Cm]) in der metallischen Schmelze ableitbar ist.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer kontinuierlichen Messung des Mangan- Gehaltes ([%Mnm]) der metallischen Schmelze der Phosphor- Gehalt ([%Pm]) und / oder die Phosphor-Verteilung (LP) kontinuierlich abgeleitet und für eine kontinuierliche Regelung oder Steuerung des Frischprozesses verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung der Gehalte und / oder der Phosphor-Verteilung (LP), die Steuerung oder Regelung des Frischprozesses und / oder eine Darstellung der abgeleiteten Gehalte und / oder der Phosphor- Verteilung (LP) sowie zugehörende Steuer- oder Regelparameter online erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- der mit dem Modell abgeleitete Phosphorgehalt ([%Pm]) der mittlere Phosphorgehalt ([ %Pm ]) der metallischen Schmelze ist; und
- Steuer- oder Regelgröße der Steuerung oder Regelung des metallurgischen Reaktors der mittlere Phosphorgehalt ([ %Pm ]) ist.
11.Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schmelze als Hauptbestandteil Eisen ([Fe]) aufweist, vorzugsweise einen Eisen-Gehalt ([%Fem]) von mehr als 30 % Eisen ([Fe]) aufweist.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- der metallurgische Reaktor vorzugsweise ein Konverter ist.
EP20833740.2A 2019-12-13 2020-12-10 Verfahren zur bestimmung und steuerung oder regelung des phosphor-gehaltes in einer metallischen schmelze während eines frischprozesses einer metallischen schmelze in einem metallurgischen reaktor Withdrawn EP4073277A1 (de)

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