WO2006131464A1 - Verfahren zur regelung des schmelzprozesses in einem elektrolichtbogenofen - Google Patents

Verfahren zur regelung des schmelzprozesses in einem elektrolichtbogenofen Download PDF

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    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the melting process in an electric arc furnace by means of a model, wherein furnace material is in the electric arc furnace, which has at least temporarily the phases melt, slag and solid.
  • steel is produced by melting a raw material.
  • the starting material used is scrap and / or iron, preferably directly reduced iron.
  • the melting of the starting material takes place by supplying energy.
  • the furnace material in the electric arc furnace has three essential phases during the melting process: melt, slag and solid. These phases may, but need not be, simultaneous.
  • the melting process is terminated by the process of so-called tapping when the average furnace temperature has reached a predetermined tapping temperature.
  • the object of the invention is to improve the melting process in an electric-arc furnace. This object is achieved by a method of the type mentioned, wherein by means of a model, the proportion and the temperature of at least the phase melt is calculated.
  • the temperature of the melt phase is calculated by means of a preferably thermodynamic model.
  • a much more precise control of the melting process is possible than with a method which takes into account only the measured and / or calculated mean furnace temperature during the control.
  • the proportion and the respective temperature of the phase slag and / or the phase solid can be calculated.
  • a temperature drop of the melt can be determined by means of the model, which sets in the course of the melting process, when a large part of the solid has already melted.
  • This drop in temperature usually sets in just before the complete melting of the remaining solid despite further energy input.
  • Such a temperature drop has not been recognized. If it was ever recorded during measurements, the corresponding measured values were classified as measurement errors.
  • known methods for controlling the melting process which take into account the average furnace temperature, wherein the average furnace temperature corresponds to an average of the temperature of all phases in the furnace, this temperature drop was not taken into account.
  • the tapping temperature becomes more predictable and a representation of the temperature profile of the furnace good, in particular melt, which corresponds much better with reality is made possible.
  • the temperature drop can be counteracted by a targeted increase in energy.
  • the tapping temperature is reached earlier. This results in a process time reduction and thus a higher productivity.
  • the time and amount of increase in energy input can be determined by means of the model.
  • at least one tapping time is predicted by means of the model.
  • FIG. 1 shows schematically an electric arc furnace with a computing device for its control and / or regulation
  • FIG. 2 shows the effect of the temperature drop of the melt
  • FIG. 3 shows the improved actual temperature curve of the melt compared to the actual temperature curve of the melt in known processes
  • FIG. 4 shows a flow chart of the control method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electric arc furnace 1, which is coupled to a computing device 2 for controlling and / or regulating the electric arc furnace 1.
  • the computing device 2 is programmed with a computer program product and has a model 3 of the electric arc furnace 1 or of the melting process which takes place in the electric arc furnace 1.
  • the furnace material 4 In the electric arc furnace 1 there is a furnace material 4.
  • the furnace material 4 consists at least largely of solid, preferably scrap and / or iron, in particular directly reduced iron, which is melted in the course of the melting process by supplying energy.
  • the furnace material 4 has the three essential phases of melt, slag and solid. These different phases may or may not be simultaneous.
  • the energy is preferably supplied to the oxygen 4 via the electrodes 5 in the form of electrical energy. At the electrodes 5 forms itself a so-called arc, which is not shown in detail in the drawing.
  • the e-energy supplied to the furnace material 4 can also be of fossil and / or chemical nature.
  • the furnace material 4 supplied energy leads to heating and melting of the furnace material. 4
  • FIG. 2 is an illustration of the temperature T over time t.
  • FIG 2 shows the course of the temperature T M of the melt and the course of the average furnace temperature T F.
  • the model 3 the course of the temperature T M of the various phases of the kiln good 4 can be calculated.
  • the temperature drop designated ⁇ T d in the drawing is determined for the first time. This temperature drop ⁇ T d is not detected or at least not taken into account in known methods which only measure and / or calculate the average furnace temperature T F.
  • the courses of the temperatures T M and T F shown correspond to the actual temperature curves for known methods, which have not yet been determined or at least not taken into account in the regulation and / or control of the melting process or the electric arc furnace 1.
  • the tapping time t A results due to the central furnace temperature T F.
  • the method according to the invention for controlling the melting process in an electric arc furnace 1 preferably proceeds as shown schematically in FIG. 4:
  • the process state is calculated 10, whereby the temperatures of the different phase components, such as those shown in FIG. the melt, if appropriate also the slag and / or the solid can be calculated. It is also possible to calculate other variables which are characteristic of the process state, in particular also the fractions of the respective phases. Online, i. In real time and preferably continuously, a visualization 11 of the current process state takes place.
  • a determination 12 of the time point at which a temperature drop ⁇ T d in the case of a known mode of operation of the electric arc furnace 1 is anticipated is anticipated.
  • a determination 13 of the time and the amount of the increase in the energy supply AE 1 takes place .
  • a location 14 of process parameters, such as transformer classification, position of the electrodes, energy supply via the electrodes, and / or chemical energy input into the electric arc furnace 1 takes place.
  • the resulting influence on the melting process is taken into account when visualizing 11 the process state.
  • a cutting 16 of the melt takes place according to the invention earlier tapping time t ' A.
  • the earlier tapping time t ' A and / or the tapping time t A is precalculated in the case of a known mode of operation of the electric arc furnace 1.
  • the invention relates to a method for controlling the melting process in an electric arc furnace 1, wherein furnace material 4 is located in the electric arc furnace 1, which at least temporarily has the following essential phases: melt, slag, solid.
  • the proportion and the temperature of at least the melt phase are calculated by means of the model 3.
  • the thermodynamic model 3 which is designed as a multi-room model for the different phases of the furnace 4, the physical effect can be considered for the first time that the temperature T M of the superheated melt shortly before the complete dissolution of the remains of the solid despite energy supply, decreases .
  • this effect is counteracted by, for example, specifically during this temperature drop phase, the electrical and / or chemical energy input into the electric arc furnace 1 being increased at short notice.
  • the inventive modeling of the real temperature profile T M of the melt is first displayed, as occurs in a melting process an electric arc furnace which is operated in a conventional mode of operation without additional increase of the power supply AE. 1
  • the predictability of the tapping temperature is improved according to the invention.
  • the targeted increase of the energy supply AE 1 substantially shortens the duration of the melting process and thus increases the productivity.
  • the total energy consumption is shortened in particular due to the shorter process duration.
  • the number of necessary temperature measurements is reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schmelzprozesses in einem Elektrolichtbogenofen (1), wobei sich in dem Elektrolichtbogenofen (1) Ofengut (4) befindet, das zumindest zeitweise folgende wesentliche Phasen aufweist: Schmelze, Schlacke, Feststoff. Erfindungsgemäß wird mittels des Modells (3) der Anteil und die Temperatur zumindest der Phase Schmelze berechnet. Durch das thermodynamische Modell (3) , das als Mehrraummodell für die verschiedenen Phasen des Ofenguts (4) ausgebildet ist, kann erstmals der physikalische Effekt berücksichtigt werden, dass die Temperatur (TM) der überhitzten Schmelze kurz vor der vollständigen Auflösung der Reste des Feststoffs trotz Energiezufuhr abnimmt. Zur weiteren Optimierung des Schmelzprozesses wird diesem Effekt entgegengewirkt indem, z.B. gerade während dieser Temperaturabfallphase, gezielt kurzfristig die elektrische und/oder chemische Energieeinbringung erhöht wird. Durch die erfindungsgemäße Modellierung wird erstmals der reale Temperaturverlauf (TM) der Schmelze darstellbar. Derart wird auch die Voraussagbarkeit der Abstichtemperatur verbessert. Die Anzahl notwendiger Temperaturmessungen erfindungsgemäß wird reduziert.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Regelung des Schmelzprozesses in einem Elektro- lichtbogenofen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schmelzprozesses in einem Elektrolichtbogenofen mittels eines Modells, wobei sich in dem Elektrolichtbogenofen Ofengut befindet, das zumindest zeitweise die Phasen Schmelze, Schlacke und Feststoff aufweist.
In einem Elektrolichtbogenofen wird durch Schmelzen eines Ausgangsmaterials Stahl hergestellt. Als Ausgangsmaterial wird Schrott und/oder Eisen, vorzugsweise direkt reduziertes Eisen verwendet. Das Schmelzen des Ausgangsmaterials erfolgt durch Zufuhr von Energie. Das im Elektrolichtbogenofen befindliche Ofengut, weist während des Schmelzprozesses drei wesentliche Phasen auf: Schmelze, Schlacke und Feststoff. Diese Phasen können, müssen jedoch nicht gleichzeitig vorlie- gen.
Üblicherweise wird der Schmelzprozess durch den Vorgang des sogenannten Abstechens beendet, wenn die mittlere Ofentemperatur eine vorgegebene Abstichtemperatur erreicht hat.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Schmelzprozess in einem E- lektrolichtbogenofen zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst, durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, wobei mittels eines Modells der Anteil und die Temperatur zumindest der Phase Schmelze berechnet wird.
Erfindungsgemäß wird mittels eines vorzugsweise thermodynami- schen Modells die Temperatur der Phase Schmelze berechnet. Dadurch ist eine wesentlich genauere Regelung des Schmelzpro- zesses möglich als bei einem Verfahren, das lediglich die gemessene und/oder berechnete mittlere Ofentemperatur bei der Regelung berücksichtigt. Mit Vorteil kann auch der Anteil und die jeweilige Temperatur der Phase Schlacke und/oder der Phase Feststoff berechnet werden.
Durch eine vorausschauende Berechnung der Temperatur der Phasen Schmelze, Schlacke und/oder Feststoff kann das Verfahren weiter verbessert werden.
Mit Vorteil kann mittels des Modells ein Temperaturabfall der Schmelze ermittelt werden, der sich im Verlauf des Schmelzprozesses einstellt, wenn bereits ein Großteil des Feststoffes geschmolzen ist. Dieser Temperaturabfall stellt sich üblicherweise kurz vor der vollständigen Aufschmelzung des verbleibenden Feststoffes trotz weitergehender Energiezufuhr ein. Ein derartiger Temperaturabfall wurde bisher nicht erkannt. Wenn er überhaupt bei Messungen erfasst wurde, so wurden die entsprechenden Messwerte als Messfehler klassifiziert. Bei bekannten Verfahren zur Regelung des Schmelzprozesses, die die mittlere Ofentemperatur berücksichtigen, wo- bei die mittlere Ofentemperatur einem Mittelwert der Temperatur aller Phasen im Ofen entspricht, wurde dieser Temperaturabfall nicht berücksichtigt.
Durch Ermittlung und Berücksichtigung des besagten Tempera- turabfalls bei der Regelung des Schmelzprozesses wird die Abstichtemperatur besser vorhersagbar und es wird eine mit der Realität weit aus besser übereinstimmte Darstellung des Temperaturverlaufs des Ofenguts, insbesondere Schmelze, ermöglicht.
Mit Vorteil kann dem Temperaturabfall durch eine gezielte Erhöhung der Energiezufuhr entgegengewirkt werden. Derart wird die Abstichtemperatur früher erreicht. Es ergibt sich eine Prozesszeitverkürzung und somit eine höhere Produktivität.
Mit Vorteil kann der Zeitpunkt und die Menge der Erhöhung der Energiezufuhr mittels des Modells bestimmt werden. Mit Vorteil wird mittels des Modells mindestens ein Abstichzeitpunkt vorausberechnet.
Die Patentansprüche 8 und 9 betreffen weitere Lösungen der erfindungsgemäßen Aufgabe.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
FIG 1 schematisch einen Elektrolichtbogenofen mit einer Rechenvorrichtung zu seiner Steuerung und/oder Regelung, FIG 2 den Effekt des Temperaturabfalls der Schmelze, FIG 3 den verbesserten tatsächlichen Temperaturverlauf der Schmelze im Vergleich zum tatsächlichen Temperaturverlauf der Schmelze bei bekannten Verfahren,
FIG 4 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens .
FIG 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Elektrolichtbogenofen 1, der mit einer Rechenvorrichtung 2 zur Steuerung und/oder Regelung des Elektrolichtbogenofens 1 gekoppelt ist. Die Rechenvorrichtung 2 ist mit einem Computerprogrammprodukt programmiert und weist ein Modell 3 des Elektrolichtbogen- ofens 1 bzw. des Schmelzprozesses, der im Elektrolichtbogenofen 1 abläuft auf.
Im Elektrolichtbogenofen 1 befindet sich ein Ofengut 4. Zu Beginn des Schmelzprozesses besteht das Ofengut 4 zumindest weitestgehend aus Feststoff, vorzugsweise aus Schrott und/oder Eisen, insbesondere direkt reduziertes Eisen, das im Laufe des Schmelzprozesses durch Zufuhr von Energie aufgeschmolzen wird. Das Ofengut 4 weist im Verlauf des Schmelzprozesses die drei wesentlichen Phasen Schmelze, Schlacke und Feststoff auf. Diese unterschiedlichen Phasen können, müssen jedoch nicht gleichzeitig vorliegen. Die Energie wird dem O- fengut 4 vorzugsweise über die Elektroden 5 in Form von e- lektrischer Energie zugeführt. An den Elektroden 5 bildet sich dabei ein so genannter Lichtbogen, der in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist. Die dem Ofengut 4 zugeführte E- nergie kann auch aus fossiler und/oder chemischer Art sein. Die dem Ofengut 4 zugeführten Energie führt zur Erhitzung und zur Aufschmelzung des Ofengutes 4.
FIG 2 ist eine Darstellung der Temperatur T über der Zeit t. Insbesondere zeigt FIG 2 den Verlauf der Temperatur TM der Schmelze und den Verlauf der mittleren Ofentemperatur TF. Mittels des Modells 3 kann der Verlauf der Temperatur TM der verschiedenen Phasen des Ofengutes 4 berechnet werden. Durch die erfindungsgemäße Berechnung des Verlaufs der Temperatur TM der Schmelze mittels des Modells 3 wird erstmals der in der Zeichnung mit ΔTd bezeichnete Temperaturabfall ermittelt. Dieser Temperaturabfall ΔTd wird bei bekannten Verfahren, die lediglich die mittlere Ofentemperatur TF messen und/oder berechnen, nicht erfasst bzw. zumindest nicht berücksichtigt. Die gezeigten Verläufe der Temperaturen TM bzw. TF entsprechen den tatsächlichen Temperaturverläufen für bekannte Ver- fahren, die bisher jedoch so nicht ermittelt bzw. zumindest nicht bei der Regelung und/oder Steuerung des Schmelzprozesses bzw. des Elektrolichtbogenofens 1 berücksichtigt wurden. Bei bekannten Verfahren zur Regelung des Schmelzprozesses in einem Elektrolichtbogenofen 1 ergibt sich aufgrund der mitt- leren Ofentemperatur TF der Abstichzeitpunkt tA.
Auch in FIG 3 ist der Verlauf der Temperatur TM der Schmelze dargestellt. Wenn dem bei bekannter Fahrweise des Schmelzprozesses erfolgenden Temperaturabfall ΔTd (siehe FIG 2) durch gezielte Erhöhung der Energiezufuhr AE1 entgegengewirkt wird, ergibt sich ein verbesserter Verlauf der Temperatur T'M der Schmelze, bei dem die Schmelze die für den Abstich erforderliche Temperatur bereits zu einem früheren Abstichzeitpunkt t'A erreicht. In dem erfindungsgemäß dem bislang nicht er- fassten Temperaturabfall ΔTd gegen Ende des Schmelzprozesses durch Erhöhung der Energiezufuhr AE1 entgegengewirkt wird, kann ein im Vergleich zum Abstichzeitpunkt tA bekannter Verfahren deutlich früherer und somit besserer Abstichzeitpunkt t'A erreicht werden. Durch die kurzfristige Erhöhung der E- nergieeinbringung AE1 ergibt sich eine Zeitersparnis Δt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung des Schmelzpro- zesses in einem Elektrolichtbogenofen 1, läuft vorzugsweise wie in FIG 4 schematisch dargestellt ab:
Fortlaufend erfolgt ein Berechnen 10 des Prozesszustandes, wobei mittels des Modells 3 die Temperaturen der unterschied- liehen Phasenanteile, wie z.B. der Schmelze gegebenenfalls auch der Schlacke und/oder des Feststoffs berechnet werden. Es können auch andere für den Prozesszustand charakteristische Größen, insbesondere auch die Anteile der jeweiligen Phasen berechnet werden. Online, d.h. in Echtzeit und vor- zugsweise fortlaufend erfolgt ein Visualisieren 11 des aktuellen Prozesszustandes.
Mit Hilfe des Modells 3 erfolgt vorausschauend eine Ermittlung 12 des Zeitpunktes bei dem ein Temperaturabfall ΔTd bei bekannter Fahrweise des Elektrolichtbogenofens 1 zu erwarten ist. Aufgrund der Ermittlung dieses Zeitpunktes erfolgt eine Bestimmung 13 des Zeitpunktes und der Menge der Erhöhung der Energiezufuhr AE1. Dementsprechend erfolgt ein Stellen 14 von Prozessparametern, wie z.B. Trafostufung, Position der Elekt- roden, Energiezufuhr über die Elektroden, und/oder chemische Energieeinbringung in den Elektrolichtbogenofen 1. Die sich daraus ergebende Beeinflussung des Schmelzprozesses wird beim Visualisieren 11 des Prozesszustandes berücksichtigt. Aufgrund der mit Hilfe des Modells 3 vorgenommenen Berechnungen, erfolgt ein Abstechen 16 der Schmelze zum erfindungsgemäß früheren Abstichzeitpunkt t'A.
Mit Vorteil wird mittels des Modells 3 der frühere Abstichzeitpunkt t'A und/oder der Abstichzeitpunkt tA bei bekannter Fahrweise des Elektrolichtbogenofens 1 vorausberechnet. Zur Bestimmung des oder der Abstichzeitpunkte tA bzw. t'A kann mit Vorteil auch ein Erfassen 15 von Messwerten erfolgen, die dem Modell 3 zugeführt werden können. Der für die Erfindung wesentliche Gedanke lässt sich wie folgt zusammenfassen:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schmelzprozesses in einem Elektrolichtbogenofen 1, wobei sich in dem Elektrolichtbogenofen 1 Ofengut 4 befindet, das zumindest zeitweise folgende wesentliche Phasen aufweist: Schmel- ze, Schlacke, Feststoff. Erfindungsgemäß wird mittels des Modells 3 der Anteil und die Temperatur zumindest der Phase Schmelze berechnet. Durch das thermodynamische Modell 3, das als Mehrraummodell für die verschiedenen Phasen des Ofenguts 4 ausgebildet ist, kann erstmals der physikalische Effekt be- rücksichtigt werden, dass die Temperatur TM der überhitzten Schmelze kurz vor der vollständigen Auflösung der Reste des Feststoffs trotz Energiezufuhr, abnimmt. Zur weiteren Optimierung des Schmelzprozesses wird diesem Effekt entgegengewirkt indem, z.B. gerade während dieser Temperaturabfallphase gezielt kurzfristig die elektrische und/oder chemische Energieeinbringung in den Elektrolichtbogenofen 1 erhöht wird. Durch die erfindungsgemäße Modellierung wird erstmals der reale Temperaturverlauf TM der Schmelze darstellbar, wie er bei einem Schmelzprozess einem Elektrolichtbogenofen auftritt, der in üblicher Fahrweise ohne zusätzliche Erhöhung der Energiezufuhr AE1 gefahren wird. Die Voraussagbarkeit der Abstichtemperatur wird erfindungsgemäß verbessert. Durch die gezielte Erhöhung der Energiezufuhr AE1 wird die Zeitdauer des Schmelzprozesses wesentlich verkürzt und somit die Pro- duktivität erhöht. Der Gesamtenergieverbrauch verkürzt sich insbesondere bedingt durch die geringere Prozessdauer. Die Anzahl notwendiger Temperaturmessungen wird reduziert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung des Schmelzprozesses in einem Elektrolichtbogenofen (1), wobei sich in dem Elektrolichtbo- genofen (1) Ofengut (4) befindet, das zumindest zeitweise die Phasen Schmelze, Schlacke und Feststoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Modells (3) der Anteil und die Temperatur (T) zumindest der Phase Schmelze berechnet wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Anteil und die Temperatur (T) der Phasen Schlacke und/oder der Phase Feststoff berechnet werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) der Phasen Schmelze, Schlacke und/oder Feststoff vorausschauend berechnet werden.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Modells (3) ein Temperaturabfall (ΔTd) der Schmelze ermittelt wird, der sich bei bekannter Fahrweise des Schmelzprozesses einstellt, wenn bereits ein Großteil des Feststoffes geschmolzen ist.
5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Temperaturabfall (ΔTd) durch eine gezielte Erhöhung der Energiezufuhr (AE1) entgegengewirkt wird
6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Zeitpunkt und Menge der Erhöhung der Energiezufuhr (AE1) mittels des Modells (3) bestimmt werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Modells (3) mindestens ein Abstichzeitpunkt (tA, t'A) vorausberechnet wird.
8. Computerprogrammprodukt umfassend Programmcode-Mittel geeignet zur Durchführung der Schritte eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Rechenvorrichtung (2) ausgeführt wird.
9. Rechenvorrichtung (2) zur Steuerung und/oder Regelung eines Elektrolichtbogenofens (1), gekennzeichnet dadurch, dass die Rechenvorrichtung (2) mit einem Computerprogrammprodukt nach Patentanspruch 8 programmiert ist.
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