Przedmiotem wynalazku jest sposób statycznego sterowania reakcjami swiezenia surówki przeróbczej na stal w konwertorze tlenowym, przy uzyciu maszyny liczacej, prowadzacy do otrzymania zalozonego skladu zuzla bedacego w równowadze z kapiela metalu w koncowym okresie dmuchu.Sposób prowadzenia procesu wedlug wynalazku szczególnie nadaje sie do wytwarzania gatunków stali wymagajacych daleko idacej redukcji skladników zawartych w surówce zelaza. Tego rodzaju gatunki stali zawie¬ raja od 0,30 do 0,06% wegla oraz od 0,20 do 0,30% manganu i stosuje sie je najczesciej na glebokotloczne lub ciagnione wyroby.Literatura fachowa podaje szczególowo jaki powinien byc sklad zuzla i kapieli metalu aby te dwie fazy pozostawaly w równowadze termodynamicznej. Znane sa równiez precesy konwertorowe swiezenia stali, które w zaleznosci od wytworzenia odpowiedniego zuzla daza do ustalenia zadanego skladu kapieli metalu. Istotne znaczenie przy obliczaniu wsadu ma wlasciwe okreslenie rozpuszczalnosci wapna, przy czym jedynie miarodaj¬ nym czynnikiem wplywajacym na ustalenie skladu zuzla w systemie CaO-FeO-Si02, a tym samym i na ustalenie równowagi miedzy tym zuzlem a kapiela metalu, ma ta czesc wapna, która rozpuszczana jest w koncowej fazie stosowania dmuchu.Znane dotychczas konwertorowe procesy otrzymywania stali nie przewiduja specyficznych obliczen wiel¬ kosci wsadu w zaleznosci od rozpuszczalnosci wapna, przez co trudno jest przewidziec ilosciowy i jakosciowy sklad koncowego zuzla, tym bardziej, ze rozpuszczalnosc wapna jest uzalezniona od zachowania specjalnych warunków doboru wsadu i dmuchu. Zgodnie z niemieckim opisem zgloszeniowym nr 2111503 próbowano za pomoca pomiarów ciaglych badac wplyw zjawisk dynamicznych procesu na zachowanie sie zuzla w systemie CaO-FeO-Si02, jednak bez mozliwosci przewidywania z góry charakterystyki zuzla w jego koncowej fazie.Natomiast sposób wedlug wynalazku przewiduje, ze juz przed rozpoczeciem dmuchu mozna okreslic mozliwie dokladnie sklad zuzla na linii nasycenia wapria w systemie CaO-FeO-Si02. Zgodnie z wynalazkiem jest2 94955 to mozliwe dzieki obliczeniu przewidywanej rozpuszczalnosci wapna dla kazdego wsadu. Dokladne ustalenie z góry skladu zuzla dlatego jest takie wazne, gdyz zawarty w tym zuzlu FeO decyduje o rozdziale pierwiastków, zwlaszcza manganu i fosforu zawartych w surówce pomiedzy kapiel metalu i zuzel w warunkach izotermicznych.Zawartosc Mn i P w cieklym metalu — w przeciwienstwie do sposobu przedstawionego w opisie patento¬ wym RFN nr 2104067, który to sposób polega na obliczeniowym sterowaniu procesu dla ustalenia odpowiedniej zawartosci wegla — jest wielkoscia decydujaca o skladzie chemicznym stali. Zawartosc C w stalach niskoweglo- wych, dla których sposób wedlug wynalazku jest szczególnie przydatny, nie odgrywa wiekszej roli i jest tylko wskaznikiem dla tlenu, rozpuszczonego w cieklym metalu.Stwierdzic równiez nalezy, ze dla zalozonej jakosci stali, najkorzystniejsze warunki swiezenia z punktu widzenia kosztów wlasnych (wsad, dmuch), okreslic nalezy juz przed rozpoczeciem dmuchu, gdyz pózniej nie mozna juz ich regulowac. Dokladne ustalenie warunków swiezenia przed rozpoczeciem wytopu ma wiec decydu¬ jace znaczenie. Przy dynamicznych wzorcach dzialania nie przewiduje sie wsadu w sensie jego wyliczania, tylko nadzoruje sie przebieg procesu i zaklada dzialania korygujace, jezeli nie ma innego sposobu osiagniecia pozadane¬ go celu. Dzialania korygujace powoduja w zasadzie mniej korzystny przebieg wytopu anizeli byloby to mozliwe; z uwagi na szybki przebieg wytopu zakres mozliwosci korektur podczas dmuchu jest maly. Ponadto koszty jak i koniecznosc stosowania przyrzadów do ciaglych pomiarów powoduja, ze tego rodzaju kontrola procesu wytwa¬ rzania stali jest nieekonomiczna.Te niedogodnosci dotycza równiez sposobu przedstawionego w opisie zgloszeniowym RFN nr 2111503, przy czym wynalazek ten umozliwia, w przeciwienstwie do niniejszego wynalazku, okreslic tylko z pewnym przyblizeniem zawartosc FeO w koncowym zuzlu w systemie CaO-FeO-Si02, co wywiera ujemny wplyw na jakosc tego znanego procesu.Trudnosci, wystepujace przy wzorcowych sposobach dynamicznych, niniejszy wynalazek eliminuje calko¬ wicie. Dla otrzymania stali o okreslonej jakosci, wynikajacej z koncentracji pierwiastków towarzyszacych zelazu,* a w szczególnosci manganu i fosforu — nalezy najpierw wyliczyc odpowiednio dokladnie parametry wsadu (ilosci zlomu i surówki, ilosci wapna, rudy i topników) — przy czym sklad chemiczny zuzla winien kwalifikowac jego polozenie na linii nasycenia wapna w systemie CaO-FeO-Si02 i znajdowac sie w stanie równowagi z cieklym metalem. Nastepnie, w oparciu o schemat uznany za optymalny dla danego wytopu, ustala sie warunki dmuchu, po czym na bazie porównania „ma byc — jest" przy koncu kazdego wytopu tworzy sie wartosci korygujace, dostosowujace wzorcowe dzialanie do zmieniajacych sie warunków ruchowych.Zaklada sie przy tym, ze reakcja swiezenia pierwiastków towarzyszacych zelazu zostaja zatrzymane w ich kazdorazowym stanie równowagi termodynamicznej, a praktycznie biorac — kryterium wstrzymania reakcji jest zalamanie sie plomienia na wylocie z gardzieli.Jezeli zakonczenie dmuchu zbiega sie z osiagnieciem równowagi termodynamicznej, wówczas te wielkosci, które wyznaczaja stan równowagi, kwalifikuja sie jako parametry sterujace. Jezeli uda sie dobrac zarówno wsad jak i warunki dmuchu tak, ze przy zakonczeniu tego dmuchu parametry sterujace osiagna zalozone poprzednio wartosci, wówczas oznacza to, ze otrzymano zadany rozdzial pierwiastków towarzyszacych zelazu pomiedzy * ciekly metal i zuzel. Odpowiada to okreslonemu, dajacemu sie z góry wyliczyc skladowi chemicznemu zuzla, przy zalozonym ostatecznym skladzie chemicznym stali i przy okreslonej temperaturze.Istotnym problemem przy obliczaniu wsadu dla uzyskania odpowiedniego zuzla na koniec wytopu jest rozpuszczalnosc wapna, gdyz miarodajna dla uzyskania stanu równowagi pomiedzy cieklym metalem azuzlem jest tylko ta czesc wapna, która jest rozpuszczona przy zakonczeniu dmuchu. Dla dokladnego ustalenia tego stanu koncowego nie wystarczy przyjac ilosc rozpuszczajacego sie wapna jako wartosc stala, np. 80%, lecz nalezy okreslic specyficzna rozpuszczalnosc wapna zalezna od danego wsadu, co pozwoli na unikniecie wieksze¬ go rozrzutu w stosunku do zamierzonego skladu zuzla.Celem wynalazku jest mozliwie dokladne okreslenie polozenia zuzla koncowego na linii nasycenia wapna w systemie(CaO) — (FeO) — Si02), przez wyliczenie z góry rozpuszczalnosci tego wapna. To wyliczenie jest ko¬ nieczne, gdyz przez rozpuszczone wapno, zawartosc FeO w zuzlu, a tym samym rozdzial pierwiastków towarzy¬ szacych zelazu, a w szczególnosci manganu i fosforu zostaje ustalony w warunkach izotermicznych.Nalezy tez w tym miejscu stwierdzic, ze optymalne pod wzgledem ekonomicznym warunki nalezy ustalic juz przed rozpoczeciem stosowania dmuchu, gdyz pózniej ich regulacja jest juz niemozliwa. Dokladne ustalenie warunków swiezenia przed rozpoczeciem wytopu jest wiec decydujacym czynnikiem.Sposób swiezenia stali w konwertorze tlenowym wedlug wynalazku polega wiec na tym, ze przy zalozo¬ nym wsadzie surówki, parametrami zalozonymi do osiagniecia w gotowej stali, dotyczacymi zarówno zawartosci Mn, P, jak i temperatury, steruje sie w sposób zamierzony z góry, przy czym oczekiwane rozpuszczenie wapna w zuzlu i zdolnosc utleniania sie zuzla, w oparciu o zgromadzone doswiadczenia, stosuje sie dla rachunkowego94955 3 ustalenia ilosci wapna wsadowego, z uwzglednieniem jego skladu chemicznego i granulacji oraz rodzaju i ilosci topników, jak i parametrów dmuchu (ustawienie lancy i doplyw tlenu).Stosunek rozpuszczanej ilosci wapna, oznaczanej jako (CaOfi), do calkowitej ilosci wsadowej wapna (CaOges), wyznacza stopien sprawnosci wapna: CaOn Stojacymi do dyspozycji parametrami, którymi mozna wplywac na rozpuszczenie sie wapna sa: wsad wapna, ilosc i rodzaj topników oraz wysokosc ustawienia lancy ponad metalem przy rozpoczeciu dmuchu, przy czym schemat opuszczania lancy ustala sie uprzednio, uwzgledniajac jej polozenie wyjsciowe.Uwzglednic nalezy równiez skladniki zuzla, pochodzace z surówki, przede wszystkim Si02 i MnO. Stopien sprawnosci wapna77 CaO moze byc wiec przedstawiony jako funkcja empiryczna nastepujacych wielkosci z pro¬ cesu: CaOges* Si02 (ilosci Si02 z utlenionego Si zawartego w surówce, dalej Si02 z wapna, topników i zuzla mieszanego, wszystko mierzone w kg/t surówki), MnO (z utlenienia Mn zawartego w surówce, ilosc MnO w kg/t surówki), DStB (czyli polozenie wyjsciowe lancy, mierzone w m ponad cieklym metalem), Fm (czyli ilosc topników, tez wyrazona w kg/t surówki) i ujety w formie wzoru: r? CaO = f (CaOges, Si02, MnO, DStB, Fm, Ar?CaO) (2) (przy czym Ar?CaO oznacza wartosc korygowana dla 17CaO).Znajomosc wplywów jakosciowych tych parametrów procesu lezy w zasiegu obecnej techniki, natomiast obliczenie ilosciowe odnosnie rozpuszczania sie wapna jak dotychczas nie urzeczywistnilo sie w statycznym procesie sterowanym.Z wiadomosci o wplywach jakosciowych waznych parametrów na przebieg w czasie rozpuszczania sie wapna oraz w oparciu o rozwazania nad szybkosciami tworzenia sie produktów reakcji, wyprowadzanych na podstawie prawa dzialania masowego, zbudowane zostalo jako bazujace na teorii, lecz w praktyce wystarczajace' wyobrazenie o modelu rozpuszczalnosci wapna.Fig. 1, w sposób czysto schematyczny, przedstawia przebieg rozpuszczania sie wapna (ilosc rozpuszczanego wapna w okreslonym czasie, jest funkcja czasu dmuchu tg), gdzie rzedna na osi poziomej, obrazuje czas dmuchu w minutach, a odcieta na osi pionowej jest przedstawiona dla dwóch oddzielnych przebiegów, przy czym górna krzywa na wykresie odpowiada warunkom zalecanym.Fig. 2, równiez calkiem schematycznie, tj. bez zachowania skali, przedstawia szybkosc rozpuszczania sie wapna, czyli ilosc w kilogramach na tone surówki rozpuszczajaca sie w jednostce czasu (minuta) dla obu przebie¬ gów procesu, przy czym górna krzywa obrazuje sytuacje przy warunkachzalecanych. 1 Na fig. 3a logarytm podzialu manganu n (MnO), (l0g15faT) jest przedstawiony jako rzedna, a logarytm calego tlenku zelaza w zuzlu (log(FeO)) jako odcieta dla trzech przebiegów procesu, przy czym prosta hi odpowiada warunkom zalecanym, podczas gdy proste h\ i h" sa odchylkami od powyzszych warunków, powstalymi przykladowo poprzez zmiane stanu dysz, co jak wiadomo zmienia utlenianie sie zuzla.Na fig. 3b, odpowiednio do fig. 3a, logarytm podzialu fosforu (P2_05\ [P]2 jest rzedna, a logarytm calego tlenku zelaza w zuzlu (log (FeO)) odcieta. Linie proste h2, h2 i h2 podzialu fosforu przebiegaja zgodnie z teoria pieciokrotnie bardziej stromo, anizeli proste podzialu manganu. Srodkowa linia prosta h2 odnosi sie znowu do warunków zalecanych.Sposób przedstawienia na figurach 3a i 3b odpowiada prawu dzialania mas w zastosowaniu odnosnie utle¬ niania manganu, zgodnie z równaniem [Mn] + (FeO) ^ (MnO) + [Fe] wzglednie dla fosforu [P2] + 5(FeO)^(P205) + 5[Fe] O^T^r-)4 94955 Jak pokazuje to fig. 1, przebieg krzywej rozpuszczania przy warunkach zalecanych jest najpierw stromy, potem krzywa staje sie bardziej plaska az do punktu zwrotnego, od którego krzywa przebiega znowu plasko, by w koncu stac sie znowu bardziej stroma.Dolna krzywa pokazuje rozpuszczenie sie wapna przy odchyleniu od warunków zalecanych.Z publikacji na temat badan odnosnie rozpuszczalnosci wapna wiadomo, ze po nie rozpatrywanym tu stadium poczatkowym, w którym wieksza czesc krzemu i manganu sie spala, rozpuszczanie postepuje najpierw szybko, a nastepnie, w okresie mniej wiecej dwóch trzecich czasu dmuchu, skutkiem tworzenia sie lusek z dwu- krzemianu wapnia, otaczajacych kawalki wapna, rozpuszczanie przebiega wolniej lecz w ostatniej fazie procesu znów sie powieksza, gdyz przy rosnacej temperaturze luski krzemianowe sie topia. Odpowiednio do tego wyni¬ kaja wiec ksztalty krzywych charakterystycznych, ukazujacych ilosci rozpuszczanego wapna odpowiednio jak na fig. 1. Jezeli krzywe te zrózniczkowac w czasie, otrzymujemy powiazanie pomiedzy szybkoscia rozpuszczania sie wapna (dCaOfl dt } oraz czasu dmuchu wedlug fig. 2. Jezeli ulegaja zmianie warunki dmuchu, a wiec tym samym i warunki rozpusz¬ czania sie wapna, nastepuje przesuniecie równolegle krzywych z fig. 1 i 2 (dolne krzywe na fig. 1 i 2).Z fig. 1 i fig. 2 widac równiez, ze szybkosc rozpuszczania sie wapna ——— (kg/t-mm) na poczatku dmuchu jest proporcjonalna do rozpuszczania sie wapna, osiagnietego w koncu dmuchu (przy mniej wiecej jednakowym czasie dmuchu), gdyz obie rzedne prostokatów na fig. 2 sa proporcjonalne do wznoszenia sie stycznych na fig. 1.Jezeli udaje sie wiec ustalic specyficzna szybkosc rozpuszczania sie wapna przy rozpoczeciu dmuchu poprzez odpowiednie, wyliczalne warunki wsadowe i zamierzone odchylenie od warunków zaleconych, przy stalym schemacie opuszczania lancy oraz stalym zuzyciu tlenu na tone surówki i na minute, to ustala sie z góry zarówno przebieg procesu w czasie, jak i stan koncowy w momencie zakonczenia dmuchu (tj. temperature konco¬ wa oraz sklad chemiczny).Przez porównanie odpowiednich wartosci pomiarowych z przeprowadzonych wytopów z wartosciami zalo¬ zonymi, mozna przeprowadzic dopasowanie statycznego procesu sterowania, wynikajace z wplywu wartosci niemierzonych, a tym.samym dopasowac sterowanie procesu do zmieniajacych sie warunków ruchowych podczas przebiegu procesu w piecu. W ten sposób mozna eliminowac kosztowne naklady, których wymaga dynamiczny proces sterowania.Wynalazek bazuje tym samym na swiadomosci, ze zmiennosc udzialu wapna rozpuszczonego pod koniec dmuchu, a tym samym jednoczesnie stopnia sprawnosci wapna, przez poczatkowa szybkosc rozpuszczania sie wapna, juz na poczatku procesu daje sie okreslic na podstawie warunków wsadu, stanu tygla i rodzaju dmuchu (ustawienie lancy tlenowej oraz ilosc przeplywajacego tlenu). Samo rozpuszczenie sie wapna nastepuje wedlug wyprowadzonej z prawa o dzialaniu mas szybkosci tworzenia sie produktu reakcji.Jedna z reakcji czastkowych jest reakcja dwutlenku krzemu z wapnem. Jako szybkosc tworzenia sie mozna okreslic: dCaOw = Kx • (CaO) • (Si02) dla wollastonitu (CaOw) dt dCaOK dt = K2 • (CaO)2 • (Si02) dla ortokrzemianu wapnia (CaOK) Ten ostatni nie wystepuje jednak przy temperaturach panujacych w pierwszej, drugiej i trzeciej czesci okresu dmuchu jako faza ciekla, lecz tworzy sie jako hamujaca reakcje otoczka krzemionkowa wokól kawalków wapna. Szybkosc rozpuszczania sie wapna wynika wiec jako róznica obu równolegle przebiegajacych reakcji: d CaOfl d = K! • (CaO) • (Si02)- K2 • (CaO)2 • (Si02) (3) W homogenicznych roztworach szybkosc poczatkowa zostaje ustalona poprzez koncentracje parametrów w reakcji (udzialy lub procenty molowe) procenty wagowe w rozpuszczalniku itp. w warunkach izotermicznych.W danym przypadku systemu niejednorodnego, wchodzace w reakcje molekuly skladników zuzla (jak np. CaO94955 5 wstanie stalym, ciekly Si02) dadza sie lepiej okreslic przez ich ilosc na tone surówki. Sprawa okreslenia dzialania oddzialywania topników zostanie blizej omówiona w dalszej czesci.Okreslenie funkcyjnej zaleznosci stopnia sprawnosci wapna 77 CaO nastepuje wedlug praktycznych doswiad¬ czen najlepiej w oparciu o utlenianie manganu (przy zalozeniu stalych warunków dmuchu). Ciekly CaO w zuzlu, okreslony przez utlenianie manganu, okazal sie byc bardziej reprezentatywny, anizeli wartosc z analizy CaO, znajdujacego sie w zuzlu.Dla utleniania manganu znany jest wzór KMn=Ti^O) wzgl^nie ^=KMn.(FeO) (4) Linia nasycenia wapna w systemie (CaO)—(FeO)—(Si02) jest w interesujacym nas zakresie wyznaczalna wzorem: gdzie A = 18,24 a B = -51,04 przy 1600°C, przy czym uzaleznia sie, ze suma (CaO), (Si02) i (FeO) wynosi w zuzlu okolo 80% i jest niemal stala. (Formula ta jest wazna tylko dla FeO 16%, to jest dla zasadowosci równej lub wiekszej od 2,8; gdyby okazaly sie wartosci mniejsze, nalezy przyjac dla FeO równowartosc 16%).Kombinacja formul (4) oraz (5) daje ilosc rozpuszczonego wapna CaOfi w stanie równowagi: (MnO) 1 _B r _ (FeO)- B c.n [Mn] KMn c._ ,,.CaOfi = -—-£ • Si02 = —r—: •Si02 (6) w równaniu tym oznaczaja: KMn — s^la wartosc równowagi utleniania manganu (w zaleznosci.od temperatury) (MnO) — zawartosc MnO w zuzlu w % [Mn] — zawartosc manganu w cieklym metalu w %, na koniec podmuchu = [Mny] (FeO), (CaO) i (Si02) - zawartosc FeO, CaO oraz Si02 w zuzlu w systemie (CaO)-(FeO)-(Si02) w % A,B — wartosci stale linii nasycenia wapna.Ilosc Si02 wynika z bilansu Si02. Przy uwzglednieniu ilosci Si02 zawartego w zuzlu pierwotnym mozna bylo z wartosci ruchowych ustawic nastepujace równanie empiryczne: Si02 = 2,45 (21,4 SiR + CaOfi • O0'7kg/tRE (6a) (RE — oznacza w skrócie „Roheisen", tj. surówka) (gdzie SiR oznacza zawartosc Si w surówce, a f — wspólczynnik stosunku % Si02 do % CaO w wapni^.Stala równowagi dla utleniania manganu i fosforu zostala wyliczona równiez z wartosci ruchowych, przy czym ustalono nastepujaca zaleznosc od temperatury: log KMn = Ti%-r5-3,10085 (7a) wzglednie ^^¦n^is-9-6937 (7b) Wszystkie inne wielkosci mozna otrzymac z analizy zuzla i surowej stali. Ustalone z analizy utlenione zelazo w zuzlu przelicza sie w calosci na FeO: (FeO) = 1,29 (Fe) Wyposrodkowane w taki sposób ilosci rozpuszczonego wapna i jego stopnie sprawnosci z pierwszej ilosci wytopów, wraz z danymi z równania (1), wzglednie odnosnie ilosci wsadu wedlug równania (2), po których to danych mozna oczekiwac wywierania jakiegos wplywu, poddaje sie wywartosciowaniu, dla otrzymania równania na rozpuszczanie sie wapna. Okreslenie statystyczne parametrów wsadu daje bez watpienia wysoka dokladnosc i podbudowuje uzasadnienie wsadu.Z wlasciwych danych ruchowych wyprowadzono dla równania (2) nastepujaca postac: CaOfi = CaOges • V = CaOges (0,125 Si02 - 0,00124 CaOges • Si02 + 0,187 MnR - 0,02 + At?) (2') (dla danych zaleconych At? = 0; w przeciwnym razie uwzglednia sie zmiany we wsadzie topników i przeprowadza inne korekty).6 94955 Przy przeprowadzonych rozwazaniach dotychczasowych zakladano zawsze, ze warunki swiezenia nalezy utrzymywac jako wartosci stale i zadzialania mogly dotyczyc tylko stalych z równan wzorcowych. Moze sie jednak okazac konieczne lub celowe, aby zmienic warunki swiezenia poprzez zmiane wsadu topników, zmiane rodzaju wapna lub modyfikacje schematu opuszczania lancy.W momencie, gdy jest znany wplyw jakosci zmiany warunków swiezenia na rozpuszczanie sie wapna, a tym samym na wyniki dmuchu, pozostaje jeszcze mozliwosc nastawienia, zgodnie z wynalazkiem, okreslonego stanu równowagi. Dla zadawalajaco dokladnego okreslenia stanu równowagi, trzeba opanowac przede wszystkim za¬ gadnienie rozpuszczania sie wapna, nie wolno jednak przy tym zlekcewazyc zdolnosci utleniania sie zuzla.Jak to widac na fig. 2, zmiana szybkosci poczatkowej rozpuszczania sie wapna (dla niezbyt wielkich zmian) jest proporqonalna do zmiany plaszczyzn prostokatów pod obydwoma liniami krzywymi, a tym samym propor¬ cjonalna do zmiany ilosci rozpuszczonego wapna, gdyz plaszczyzny ponizej krzywych na fig. 2 sa miara ilosci rozpuszczanego wapna. Wplyw wielkosci przy niezbyt wielkim zakresie zmian moze byc uwzgledniony dlatego jako korekta polepszajaca odnosnie ilosci rozpuszczanego wapna lub stopnia jego sprawnosci.Ten sposób rozumowania znajduje odpowiednie uzasadnienie teoretyczne w oparciu o wsad topników.Mianowicie nalezy wyjsc z zalozenia, ze czasteczki wapna musza wpierw odlaczyc sie od stalego ziarna wapien¬ nego poprzez utworzenie fazy niskotopliwej. Bedaca w tym celu do dyspozycji ilosc CaO zalezy od powierzchni kawalków wapna, czyli przy okreslonej ilosci wapna, od jego ziarnistosci. Przy okreslonej granulacji ilosc czaste¬ czek CaO stojaca do dyspozycji jest proporcjonalna do poczatkowo dostarczonej ilosci wapna. Osiagniete przez dodatek topników obnizenie punktu topnienia przyspiesza rozpuszczenie sie wapna, zatem po dokonaniu rozwa¬ zan podobnych do tych, które prowadzono dla (1) i (2), moze byc przedstawione przeT term, który zawiera reakcje czasteczkowe procesu, jak i przez inne wielkosci (np. ziarnistosc) i w ten sposób mozna dojsc do oblicze¬ nia stopnia rozpuszczalnosci wapna.Praktyczne badania ruchowe wskazaly np. ze podwyzszenie dodatku fluorytu (AFm) o 1 kg na tone surówki oznacza podwyzszenie rozpuszczalnosci wapna (At/) o 2,5% At? = 0,025Fm (8) Zdolnosc utleniania sie zuzla okresla udzial utlenionego zelaza (FeO)w które oddzialowuje przy utlenia¬ niu manganu i fosforu. Tak dlugo, jak zdolnosc utleniania sie zuzla pozostaje wartoscia stala (= warunek zale¬ cany), nie moze byc ona uwzgledniana w równaniach. Powiazania pomiedzy stosunkiem utleniania sie pierwia¬ stków i (FeO) jest przy podwójnym logarytmicznym przedstawieniu dla okreslonej temperatury i okreslonego stopnia utleniania, linia prosta (pokazana na fig. 3a dla stosunku zzuzlowywania manganu); (FeO) wystepuje wla¬ sciwie jako (FeO)w przy warunkach zalecanych; linie prosta hi na fig. 3 nalezy uznac jako linie odniesienia przy warunkach zalecanych, gdy (apeo = 0- Zmiane zdolnosci utleniania mozna uwzglednic, poprzez pomnozenie (FeO) przez wspólczynnik apeo- Wspólczynnik ten jest parametrem calej rodziny krzywych i ma zastosowanie dla róznych zdolnosci utleniania sie zuzla. Wspomniane pomnozenie odpowiada równoleglemu przesunieciu linii odniesienia ht na wykresie wedlug fig. 3a.Zdolnosc utleniania ustala sie we wlasciwy sposób i to zarówno poprzez rózne polozenia wyjsciowe lancy przy stalym schemacie obnizenia, jak równiez i przez rózne schematy obnizenia i rózne przeplywy tlenu (Nm3/min). Przy statystycznym wywartosciowaniu wyników przeprowadzonych w ten sposób prób ruchowych zostala okreslona nastepujaca zaleznosc pomiedzy apeo a odstepem lancy ponad cieklym metalem w polozeniu wyjsciowym, nazwanym DStB (wyrazonym w merach ponad cieklym metalem): aFeo = 1,824 (1,39- DStB) +1 (9) (Przeplyw tlenu i schemat opuszczania lancy podmuchu jak dla warunków zalecanych).Przy stalej zdolnosci utleniania, wraz z ustaleniem zalozonej zawartosci manganu w surowej stali, ustalona jest jednoczesnie i zawartosc fosforu i odwrotnie. Nie mozna bowiem manganu i fosforu zakladac niezaleznie od siebie. Przy zmiennosci zdolnosci utleniania osiaga sie natomiast pewne rozlaczenie: wedlug wykresu na fig. 3b, linia odniesienia h2 dla przechodzenia do zuzla fosforu jest pieciokrotnie bardziej stroma i zwiazane ze zmiana zdolnosci utleniania przesuniecie równolegle piec razy wieksze niz przy utlenianiu manganu, gdyz zawartosc FeO przy utlenianiu manganu wystepuje w potedze pierwszej, natomiast dla fosforu jest w potedze piatej, to znaczy, ze zmiana zdolnosci utleniania oddzialowuje z rózna sila na przechodzenie do zuzla manganu i fosforu.Istnieje wiec mozliwosc dobrania parametrów procesu w okreslonych, technicznie uzasadnionych ramach w taki sposób, ze ilosci zalozone manganu i fosforu w stali surowej mozna zachowac wedlug zalozenia dla obu tych skladnikówjednoczesnie.Wykresy pokazane na fig. 3a i 3b zakladaja temperature stala z uwzglednieniem jej w równaniach dla utleniania tak manganu jak i fosforu, zatem jej wplyw na polozenie linii nasycenia wapna w systemie (CaO)-(FeO)-(Si02) moze byc pominiety.94955 7 Zdolnosc utleniania sie zuzla nie musi byc okreslona jako funkcja matematyczna, lecz wystarczy rozezna- . nie w formie tabelki lub rodzina funkcji (mniej wiecej dla kazdego schematu opuszczania lancy jedna funkcja).Odnosi sie to tez do stopnia sprawnosci wapna, dla którego odnosne parametry, równiez dla róznych gatunków wapna i/lub jego ziarnistosci, moga byc ujete w formie tabelki.Na temat tworzenia sie zuzla konieczna jest jeszcze nastepujaca uwaga: c. • . a • * (MnO) foOs) Stopien podzialu ,w / oraz rT» l2— F y [Mn] [Pv]2 posiadaja w mianowniku koncentracje w cieklym metalu, a w liczniku koncentracje w zuzlu.Przy wywartosciowywaniu danych z kart wytopowych ma sie do dyspozycji analize zuzla i w okreslonych warunkach, równiez i ciezar zuzla. Dane te pozwalaja sprawdzic zadana stabilnosc warunków, wzglednie wywar¬ tosciowac wplyw zaistnialych zmian.Przy wprowadzaniu opracowanego modelu do ruchu, nie dysponuje sie z natury rzeczy jeszcze danymi o zuzlu przed rozpoczeciem dmuchu. Trzeba wiec dane te wyliczyc. Poniewaz analiza skladu surówki i wstepna próbka zamierzonego skladu (Mnv, Pv) sa do dyspozycji, znane sa tez ilosci Mn oraz P, które musza przejsc do zuzla, a wiec i ilosci MnOjak i P2 05, które musza przy tym powstac. Dla okreslenia koncentracji (MnO) i (P2 05 ) w zuzlu potrzebny jest jednak ciezar zuzla. Z równan dotyczacych przechodzenia do zuzla manganu i fosforu: (MnO) ,_ n. t (PaOs) ^ ^—I = KMn • (FeO)w wzgl. a = KP • (FeO)fr mozna wyliczyc ciezar zuzla na podstawie nastepujacych równan: (Mn^Jlny) S (MnO) 129 [Mny] "KMn ^ (Fe°)w • 100 =IM^ (1°a wzglednie ^-(PR-Py)_.. s S (P2O5) ,,_ 229-&rf- ~ Kp • (FeO)w -m=-^-]r (10b) Pewne ulatwienia powoduje fakt, ze suma ustalonych analitycznie koncentracji (CaO), (Si02) i (FeO) w zuzlu dla danego zestawu surowców, moze byc z dobrym przyblizeniem uwazana za wartosc stala i wynosi W ten sposób mozna brakujacy ciezar zuzla w równaniach (lOa) i (lOb) zastapic równaniem (11) podanym ponizej: (CaO) + (FeO)ges + (Si02) = wartosc stala (ok. 80%) z czego wynika: CaOn + Si02 S= 80-(FeO)-10° (lla W równaniach tych oznaczaja: MnR,Pr — zawartosc manganu wzgl. fosforu w surówce w % Mny,Py — zawartosc manganu wzgl. fosforu w próbce wstepnej (zamierzone wartosci do otrzymania, wielkosci obliczeniowe) w % S — ciezar zuzla (w kilogramach na tone surówki) KMn*Kp — stale równowagi dla utleniania Mn i P (FeO)\y -^ skuteczna zawartosc (FeO) w zuzlu (%), przy czym obowiazuje tu zaleznosc: (FeO)\y = apeo # (FeO) Poniewaz znana jest ilosc Si02 z bilansu Si02 (równanie 6a), mozna wiec z równania (l la) wraz z równa¬ niem (4) ustalic potrzebne dla utleniania ilosci rozpuszczonego wapna (CaOfl) dla warunków zaleconych: (FeO)w = (FeO), i w zaleznosci od tego zapewnic wedlug równania (2) wzglednie (2') odpowiedni wsad wapna.Zmiany w zdolnosci utleniania sie zuzla i stopnia sprawnosci wapna (np. przez dodanie topników) zostaja wlaczone do przebiegu obliczen w odpowiednim miejscu, przy czym wymogi jakosciowe i kwestia kosztów odgrywaja odpowiednia role, a to w tym celu, aby z wielu technicznie mozliwych rozwiazan wybrac rozwiazania optymalne.8 94955 Zawartosci siarki i wegla w surówce nie programuje sie, tylko w ogólnie znany sposób zawartosc ta zostaje obliczona i uwzgledniona w bilansach w oparciu o dobrany sklad.Na podstawie tych obliczen mozna ustalic dla zuzla bardzo dokladny bilans ilosciowy, który dla wykony¬ wanych nastepnie bilansów tlenu, ciepla i zelaza daje polepszenie dokladnosci i mozliwosci powielania wyników.Oznacza to, ze osiaga sie lepsza dokladnosc otrzymywanej temperatury koncowej oraz ilosci cieklej stali, anizeli za pomoca znanego statycznego systemu sterowania. Doswiadczenie wskazalo, ze ilosc tlenu potrzebna do dmuchu moze byc tak dokladnie przewidziana, iz moment, w którym obliczona ilosc tlenu zostanie zuzyta, pokrywa sie praktycznie z zalamaniem plomienia. Mozna wiec zakonczyc wytop bez obawy po wdmuchnieciu obliczonej ilosci tlenu.W opracowywanym wzorcu zaklada sie, ze wszystkie wielkosci nieujawnione w równaniach, pozostaja wielkosciami stalymi lub tez, ze nie maja zadnego wplywu. Zalozenie to jest sluszne jednak tylko w okreslonym czasie, gdyz wielkosci te podlegaja wahaniom statycznym. Z tego tez powodu dochodzi do odchylek pomiedzy wartosciami zalozonymi, a faktycznie osiagnietymi. Na podstawie tych odchylek oblicza sie wartosci poprawko¬ we i przechowuje wraz z danymi z wytopów wstepnych. Na podstawie wartosci korygowanych z wstepnych wytopów mozna przewidziec odchylenia nastepnych wytopów i uwzglednic je w obliczeniach.Opracowywany wzorzec nie tylko uksztaltowuje sie podlug odchylen ruchowych, lecz ujawnia i uwzgle¬ dnia pewien trend. Wprowadzane korekty dotycza zarówno rozpuszczania sie wapna, jak i zdolnosci utleniania sie zuzla, a w koncu równiez i bilansów tlenu, ciepla i zelaza.Topermanentne dostosowanie sie, oparte w zasadzie na znanych tnatematycznyeh procesach niesie w kon¬ sekwencji dalsza poprawe pewnosci i dokladnosci stosowania opracowywanego modelu.Ilosc surówki, niezbednej dla okreslonego wytopu, wynika z zamierzonego wagowego uzysku produktu, przy uwzglednieniu domieszki zlomu; ta ilosc surówki okresla nastepnie laczne zapotrzebowanie wapna jak i innych dodatków.Przyklady zastosowania sposobu wedlug wynalazku.We wszystkich trzech podanych tu przykladach zalozono wytopienie stali niskoweglowej (o zawartosci okolo 0,05% C) w piecu o wydajnosci nominalnej 50 ton. Poniewaz zawartosc C zostaje obliczona i uwzglednio¬ na, lecz nie programuje sie jej jednak jako wielkosci decydujacej, odpada wiec wymienianie wegla w przykladach; to samo dotyczy zawartosci S, która byla bardzo niska, dochodzac zaledwie do 0,035% w surówce.Polozenie wyjsciowe lancy tlenowej DStB wynosilo we wszystkich omawianych przykladach 1,39 m, przeplyw tlenu 160 Nm3/minute, a jako dodatki stosowano kazdorazowo 1,7 kg fluorytu na tone surówki i 7 kg granulatu zuzlowego.Przyklad I. Zaklada sie okreslona ilosc manganu w surowej stali, tj. w produkcie przed dodaniem dodatków stopowych, jak i maksymalna ilosc fosforu, lecz ilosc ta jest jeszcze dopuszczalna. Gdyby miala byc przekroczona dopuszczalna zawartosc fosforu przy zalozonej ilosci manganu, to programuje sie wsad wedlug zawartosci fosforu w stali surowej; trzeba sie jednak wówczas liczyc z nizsza zawartoscia manganu w stali, anizeli zadana.Wsad: surówka 0,37% Si, 1,10% Mn, 0,096% P; wapno: 92% CaO, 0,75% Si02 (f = 0,75/92); Zamierzony wynik: 0,32% Mnv, 0,015% Py, t = 1610°C.Stosuje sie nastepujace wzory do wyliczen: log KMn =6257/(t + 273,15) -3,10085 log Kp = 12857 / (t + 273,15) -9,6437 SiOj = 2,45 (21,4 SiR + CaOft • 0°,7 12,9 (MnR - Mnv) / Mnv = KMn • (FeO)w S/100 a22,9 (Pr- Pv) / Pv2 = KP • (FeO)^, • S/100 FeO = (22,8 • CaO/Si02 -63,8) • 0,8 S = 100 (CaOn + Si02) / (80- (FeO)) (7a) (7b) (6a) (lOa) (lOb) (5) (Ha)94955 9* Przez ustawienie zamierzonej temperatury w surowej stali, wynika ze wzoru (7a) wzglednie (7b), ze Kmii = 1,66638 wzglednie Kp ¦ 0,0188949. Przeliczenie wykonuje sie w nastepujacy sposób.Najpierw przyjmuje sie wartosc CaOfi jako srednia z doswiadczenia, w obrebie znanego przedzialu i pod¬ stawia do równania (6a), skad wynika wartosc obliczeniowa dla Si02; z ta wartoscia przechodzi sie do równania (5) i przez nia do wartosci dla (FeO), z która z kolei przechodzi sie do równania (Ha) i otrzymuje wartosc S.Jezeli pierwsze zalozenie dla CaOfl bylo prawidlowe, musi wyjsc równanie (lOa). Topierwsze przeliczenie dalo nastepujace wyniki: CaO =42,4120 kg/t surówki Si02 = 10,7446 kg/t surówki FeO = 20,9585 % w zuzlu S = 90,0325 kg zuzla/t surówki Przez podstawienie tych wartosci do równania (lOa) wzglednie (lOb) otrzymuje sie wartosci dla Mnv = 0,32% i dla Pv = 0,0188949, czyli ilosc fosforu jest zbyt duza.Trzeba wiec powtórzyc wyliczenie z zalozeniem wiekszej wartosci dla CaOfl, anizeli w pierwszym wylicze¬ niu dla utleniania fosforu, przy czym otrzymuje sie*: CaO =43,6218 kg/t surówki Si02 = 10,7536 kg/t surówki FeO = 22,9506 % w zuzlu S = 95,3127 kg zuzla/t surówki Przez podstawienie tych wartosci do równania (lOa) wzglednie (lOb) otrzymuje sie wartosc dla Mnv = 0,287527% oraz dla Pv = 0,015%.Ustalajaca sie zasadowosc zuzla wylicza sie jak ponizej: CaOfi "sioT4'0565 Wartosc ta jest wieksza od zasadowosci minimalnej (2,8), znajduje sie wiec w zasiegu waznosci linii nasyce¬ nia wapna. Poniewaz wapno nie rozpuszcza sie calkowicie, trzeba wsad wapna obliczac nastepujaco.Zrównania (2') wynika dla stopnia sprawnosci 77CaO = 0,82386, ze ilosc wsadu CaOges wynosi 52,9477 kg/t surówki, z czego wylicza sie juz ciezar wsadu po uwzglednieniu ilosci CaO w wapnie, na 57,6 kg/t surówki.Po przeprowadzeniu tego wytopu uzyskano nastepujace wartosci wynikowe przy odpowiednich zalozo¬ nych: otrzymano: 1608° 0,28% 0,014% Zgodnosc tych wyników swiadczy o przydatnosci omawianego wynalazku w praktyce.Przyklad II. Przy tym wytopie nalezy osiagnac mozliwie najwyzsza zawartosc manganu w wyprodu¬ kowanej stali, a zawartosc fosforu nie moze przekroczyc pewnej ustalonej granicy. W tym celu dobiera sie mozliwie najmniejsza ilosc wsadu wapna, przy czym jednak minimalna zasadowosc 2,8 oraz minimalna ilosc zuzla musza byc zachowane.Dazymy przeto do utrzymania zawartosci fosforu ponizej ustalonej granicy poprzez zmiane zdolnosci utleniania sie zuzla.Zalozenia wyjsciowe sa takie same jak w przykladzie I.Wsad: surówka 0,38% Si, 1,05% Mn, 0,091% P, wapno 92% CaO, 0,75% Si02, f = 0,75/92, Zamierzony wynik: t = 1600°C, Mn jak najwyzsza, P = max 0,025 Poniewaz mangan ma mozliwie malo zuzlowac, zaklada sie zuzel w dolnym granicznym zakresie stopnia zasadowosci czyli (2,8) na linii nasycenia wapna, przez co zawartosc tlenku wegla w zuzlu ustala sie na 16%.Przez podstawienie zamierzonej temperatury stali surowej wynika zrównania (7a) wzglednie (7b), ze: KMn = 1,73585, a KP = 0,0014773.Z równan (6) wzglednie (6a), przy dwóch niewiadomych w kazdym z nich, otrzymuje sie wartosc dla CaOfl oraz Si02 i tym samym z równania (5) wartosc dla FeO, a z nia z równania (1 la) wartosc dla S. t Mny Pv . zalozono: 1610° 0,29% 0,015%10 94 955 Pierwsze przeliczenia daly nastepujace wyniki: S = 64,4421 kg/t surówki CaOfl = 30,3796 kg/t surówki Si02 = 10,8499 kg/t surówki *FeO =16% (ustalenie) i przez podstawienie do równan (10a) wzglednie (1 Ob) otrzymujemy: Mnv = 0,439803% wzglednie Pv = 0,035637% czyli ilosc fosforu w stali jest zbyt duza. Dla zejscia do jeszcze dopuszczalnej maksymalnej wartosci 0,025% Ptrzeba podwyzszyc zdolnosc utleniania sie zuzla z 1 na 1,19358, co wynika zrównania (lOb). Sposobem, wplywajacym na zdolnosc utleniania sie zuzla, jest zmiana w ustawieniu dysz, co mozna wyliczyc z równania (9); nastepuje wiec zmiana polozenia wyjsciowego lancy z 1,39 m ponad cieklym metalem na 1,28 m, który to odstep mozna ustalic gdyz jest w zakresie technicznych mozliwosci.Obliczenie stopnia sprawnosci wapna i jego wsadu nastepuje analogicznie jak w przykladzie 1, i niezbedny ten wsad wylicza sie na 30,3796/0,92 = 33,02 kg/tone surówki.Wartosci wynikowe dla tego wytopu sa nastepujace: zalozone: otrzymane: t 1600° 1595° Mnv 0,40% 0,39% Pv 0,025% 0,023% .Przyklad III. Przy tym wytopie nalezalo uzyskac niska zawartosc fosforu w stali, bez przekraczania w dól minimalnej zawartosci manganu. Poniewaz w tym przypadku w zalecanych warunkach maksymalnie roz¬ puszczalna ilosc wapna nie jest wystarczajaca dla osiagniecia zadanego odfosforowania, trzeba podwyzszyc rozpuszczalnosc przez dodanie topników (fluoryt). Byl do dyspozycji tylko gorszy gatunek wapna, zawierajacy 86% CaO, 1,05% Si02 (f = 1,05/85). Dane wyjsciowe pozostaja takie same jak w przykladzie I.Wsad: surówka 0,40% Si, 1,08% Mn, 0,131% P; wapno 86% CaO, 1,05% Si02, f = 1,05/86.Zamierzony wynik: t = 1610°C, min. 0,25% Mn, max 0,015% P.Pierwsze przeliczenie jak to pokazano dla przykladu I, dalo nastepujace wyniki: KMn = 1,66638 KP =0,0013538 CaOfi = 47,5321 kg/t surówki Si02 = 11,5303 kg/t surówki FeO =24,1522% w zuzlu S = 105,756 kg/t surówki Mnv =0,251192%, Pv =0,015% Wyszczególnienie to jest wlasnie jeszcze pokrywajace sie z zalozeniami, zmiana wysokosci ustawienia lancy nie jest konieczna, jak w przykladzie II. Natomiast nieosiagalna jest niezbedna ilosc CaOfl, a przy pomocy wymienionej ilosci Si02 mozna by bylo — zalozywszy jego calkowita skutecznosc — otrzymac wolnego (roz¬ puszczonego) CaO co najwyzej 46,0729 kg/tone surówki.Aby otrzymac wiec zalozona ilosc rozpuszczonego CaO, trzeba podwyzszyc rozpuszczalnosc wapna przez dodatek fluorytu o 2,57052%. Stosuje sie tu empiryczny wzór (8), za pomoca którego mozna wyliczyc, ze podwyzszenie wsadu topników jest konieczne o 1,032 kg/tone surówki. Wynika stad calkowity wsad topników w wysokosci 2,732 kg/t surówki oraz r/CaO równe 0,840101, z czego wylicza sie zapotrzebowanie na CaOges w ilosci 56,5791 kg/tone surówki i wsad wagowy (z uwzglednieniem ilosci CaO w wapnie) w ilosci 56,5791 - 100 ..... A . . £7 = 65,8 kg/t surówki Dla tego wytopu osiagnieto nastepujace wyniki przy odnosnych zalozeniach: zalozono: otrzymano: t 1610°C 1615°C Mnv . 0,25% 0,27% Pv 0,015% 0,014% W uzupelnieniu nalezy nadmienic, ze dla osiagniecia zamierzonej temperatury stali ustala sie równiez ilosci zlomu z bilansu ciepla, a zapotrzebowanie tlenu z wypalania sie pierwiastków towarzyszacych zelazu i samego zelaza. Czas trwania dmuchu wynika natomiast z wielkosci zapotrzebowania tlenu i ilosci jego przeplywu w je¬ dnostce czasu.94955 U PL