EP2423336B1 - Verfahren zur Temperaturkontrolle des Metallbades während des Blasprozesses in einem Konverter - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle des Blasprozesses in einem Konverter, wobei durch Ermittlung der Temperatur und des Kohlenstoffgehaltes des Metallbades sowie durch Abgasanalysen der zeitliche Verlauf des Blasvorgangs gesteuert wird.
• Neben der mit einer Zeitverzögerung verbundenen Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes ist die Messung und Regelung der Metallbadtemperatur eine wesentliche Zielgröße am Ende des Konverterprozesses.
• Eine berührungslose Messung der Metallbadtemperatur mit beispielsweise einem Strahlungsmessgerät scheidet aus, weil auf der Metallschmelze eine dicke Schlackeschicht schwimmt, deren Temperatur unbestimmt niedriger ist und zusätzlich Staub und heiße Abgase die Messung erschweren. Es ist deshalb üblich, zur manullen Temperaturmessung den Konverterprozess zu unterbrechen, um beispielsweise Messlanzen mit endseitig angebrachten Thermoelementen in das geschmolzene Metall einzuführen. Die hierfür benötigte Zeitspanne erschwert die Prozesssteuerung und den Prozessablauf. In der Folge wurden deshalb kontinuierliche in situ Temperaturmessungen der Metallbadtemperatur während des Konverterprozesses vorgeschlagen, die zu einer deutlichen Effizienzsteigerung führten.
• So wird in der EP 0 208 067 B1 eine Vorrichtung zur Temperaturmessung an einem Konverter beschrieben, bestehend aus einem in die Stahlschmelze hineinragenden, geradlinig verlaufenden Kanal mit einem angebauten Strahlungsmessgerät, durch den ein inertes Gas mit hoher Strömungsgeschwindigkeit gegen die Stahlschmelze geführt wird, wobei das Strahlungsmessgerät die Temperatur der durch den Kanal fallenden Strahlung und der durch das Gas aus der Stahlschmelze herausgelösten Partikel bestimmt.
• In der WO 2007/079894 A1 wird ein Konverter mit einer Messvorrichtung zur optischen Temperaturbestimmung des geschmolzenen Metalls beschrieben, wobei die vom Metall emittierte elektromagnetische Strahlung durch einen Lichtwellenleiter zur Bestimmung der Temperatur des Metalls zu einem optischen Detektor geleitet wird.
• Schließlich ist aus der DT 27 07 502 A1 ein Verfahren zum Steuern der Temperatur von geschmolzenem Stahl und des Kohlenstoffgehaltes in einem Sauerstoffkonverter bekannt. Ausgehend von der Überlegung, dass die Temperatur und der Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Stahles äußerst genau vorausgesagt werden können, indem die Menge des in der Schlacke angesammelten Sauerstoffes oder schlackenbildenden Sauerstoffs aufgrund von Oxidation und die Menge der Entkohlung, die von den Abgasen erhalten wird, betrachtet wird, werden im Einzelnen zu entsprechenden Berechnungen folgende Messschritte durchgeführt:
• Gleichzeitiges Messen der Temperatur und des Kohlenstoffgehaltes des geschmolzenem Stahls zu einer geeigneten Zeit (Nachweiszeitpunkt) während des Verlaufs des Blasprozesses ohne Unterbrechung der Sauerstoffzufuhr,
• kontinuierliches Messen der Menge und der Zusammensetzung der Abgase nach diesem Nachweiszeitpunkt,
• kontinuierliches Messen der Menge des Sauerstoffs, der nach dem Nachweiszeitpunkt zugeführt werden muss.
• Aus der EP 1310573 A2 ist es bekannt das Frischen einer Metallschmelze in einem Konverter nach einem Prozeßmodel ablaufen zu lassen.
  Bei diesem Prozeßmodel wird als Ist-Prozeßgröße die Temperatur der Schmelze und die chemische Zusammensetzung berücksichtigt. Aus der 1st-Prozeßgröße wird eine Prozeßgröße für einen späteren Zeitpunkt berechnet. Durch weitere Temperaturmessungen der Schmelze wird die Soll-Prozeßgröße ständig angepasst.
• Zur Bestimmung des Blasendes wird nach der US 4,416,691 ein anderes Verfahren angewandt, und zwar wird aus der Abgasanalyse die Entkohlungsrate errechnet und zur Bestimmung des Endpunktes benutzt.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Abschätzung der Temperatur des Metallbades als ein einfaches und unkompliziertes Werkzeug zur Prozesssteuerung anzugeben.
• Die gestellte Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zur Temperaturkontrolle und Abschätzung der Temperatur des Metallbades die von einem T-Sub-Modell kontinuierlich vor der Abgasentstaubung gemessenen Abgastemperaturen T_w(t) mit der azyklisch ermittelten tatsächlichen Metallbadtemperatur T_M(t_inb) zu einer kalkulierten Metallbadtemperatur T_M(t) kombiniert werden und die so erhaltenen Temperaturwerte mit den in einem Konvertermodell berechneten Steuersignalen zum Blasen verknüpft werden.
• Das T-Sub-Modell ist unabhängig von dem Konvertermodell und hat übergeordnete Funktion, So errechnet beispielsweise das Konvertermodell die O₂-Mengen und liefert das Steuersignal zum Blasen, während das T-Sub-Modell die Stahltemperatur im Konverter nur auf Basis der Abgastemperatur verfolgt. Ab einem bestimmten Zeitpunkt t_inb, an dem die so genannte Inblow-Messung durchgeführt wird (die Stahltemperatur wird mit der Sublanze oder Handmessung ermittelt), wird die Abgastemperatur mit der Differenz der momentanen Metallbad- und Abgastemperatur zu einer kalkulierten Temperatur T_M(t) des Metallbades kombiniert.
• Zur Berechnung der kalkulierten Metallbadtemperaturen T_M(t) sind die mit Hilfe der zum Zeitpunkt t_inb azyklisch ermittelte tatsächliche Metallbadtemperatur T _M(t_inb), die Abgastemperatur T_W(t_inb) und die kontinuierlich gemessenen Abgastemperaturen T_W(t) durch folgenden Rechnungsgang miteinander verknüpft:
1. a) Berechnung der konstanten Temperaturdifferenz ΔT zwischen der gemessenen tatsächlichen Metallbadtemperatur T_M(t_inb) zum Zeitpunkt t_inb der Inblow-Messung und der gemessenen Abgastemperatur T_W(t_inb) zu demselben Zeitpunkt als $$\mathrm{\Delta T}={\mathrm{T}}_{\mathrm{M}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{inb}}\right)-{\mathrm{T}}_{\mathrm{W}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{inb}}\right)$$
   
2. b) Kalkulation der Metallbadtemperatur T_M(t) mit Einbeziehung der azyklisch gemessenen Abgas- und Metalltemperatur T_W(t_inb), T_M(t_inb) und der durch das T-Sub-Modell (1) kontinuierlich gemessenen Abgastemperaturen Tw(t) mit $${\mathrm{T}}_{\mathrm{M}}\left(\mathrm{t}\right)={\mathrm{T}}_{\mathrm{W}}\left(\mathrm{t}\right)+\mathrm{\Delta T}$$
   
3. c) Die nach Gleichung (1) und (2) kalkulierte Metallbadtemperatur T_M(t) wird mit der Sollwert-Endtemperatur T_A(t_f) zur Bestimmung des Blasendes durch kontinuierliche Differenzbildung verglichen: $$\mathrm{ABS}\left[{\mathrm{T}}_{\mathrm{A}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{f}}\right)-{\mathrm{T}}_{\mathrm{M}}\left(\mathrm{t}\right)\right]\le \mathrm{\Delta T}-\mathrm{Parameter}$$
   
• Wenn die Differenz einen vorbestimmten ΔT-Parameter, beispielsweise ± 10 K erreicht, wird dem Operator mitgeteilt, dass die vorgesehene Temperatur T_A(t_f) erreicht worden ist.
• In Abhängigkeit von dem bei diesem Zeitpunkt gemessenen Kohlenstoffgehalt des Metallbades, angestrebt wird hier der Sollwert Caim, ergeben sich für den Operator folgende weitere durchzuführende Maßnahmen:
• Caim ist erreicht und T_A(t_f) ist nicht erreicht   weiteres Blasen
• Caim ist nicht erreicht und T_A(t_f) ist nicht erreicht   weiteres Blasen
• Caim ist nicht erreicht und T_A(t_f) ist erreicht   weiteres Blasen
• Caim ist erreicht und T_A(t_f) ist erreicht   Blasende.
• Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an in schematischen Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Es zeigen:

Figur 1

Zeitlicher Verlauf des Blasprozesses,

Figur 2

Kombination des T-Sub-Modells mit dem Konvertermodell.

• In der Figur 1 ist in Form eines Diagramms der zeitliche Verlauf des Blasprozesses mit den gemessenen Abgastemperaturen Tw(t) während des Blasens sowie die Sollwert-Endtemperatur T_A(t_f) des Metallbades dargestellt. Zur Vervollständigung sind auch Angaben über die chemischen Bestandteile des Abgases aufgeführt, auf die aber nicht näher eingegangen wird.
• Nach einem Prozessverlauf von ca. 14 Minuten wurde eine Inblow-Messung durchgeführt und dieser Zeitpunkt in Form einer gepunkteten vertikalen Gerade t_inb eingezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt t_inb wurden eine Abgastemperatur T_W(t_inb) von 831 °C und eine Metallbadtemperatur T_M(t_inb) von 1550 °C gemessen. Diese Inblow-Messwerte ergeben mit den kontinuierlich ermittelten Abgastemperaturen T_w(t) dann die nach den Gleichungen (1) und (2) berechnete kalkulierte Metallbadtemperatur T_M(t), die in der Figur 1 als gestrichelte Kurve eingezeichnet ist. Sobald sich diese Kurve T_M(t) mit der Sollwert-Endtemperatur T_A(t_f) mit einem ΔT-Parameter von beispielsweise ± 10 K schneidet, wird der Prozesszustand bezüglich der Temperatur erreicht und das Blasen kann, wenn auch der gewünschte Kohlenstoffgehalt im Metallbad erreicht ist, gestoppt werden. Dieser Zeitpunkt ist in der Figur 1 mit einer vertikalen Linie 10 eingezeichnet.
• In der Figur 2 ist eine mögliche Verknüpfung des T-Sub-Modells 1 mit einem Konvertermodell 2 eingezeichnet, wobei diese Verknüpfung durch entsprechende Abzweigungen und Zusammenführungen der vorgegebenen Sollwertsignale 3, der gemessenen Eingangssignale 4 und der berechneten Ausgangssignale 5 herbeigeführt ist.
Bezugszeichenliste

1

T-Sub-Modell

2

Konvertermodell

3

Sollwertsignale

4

Eingangsignale

5

Ausgangsignale

10

Zeitpunkt wenn T_M(t) = T_A(t_f)

t_inb

Zeitpunkt der Inblow-Messung

T_M(t_inb)

gemessene tatsächliche Metallbadtemperatur zum Zeitpunkt t_inb

T_W(t_inb)

gemessene tatsächliche Abgastemperatur zum Zeitpunkt t_inb

T_W(t)

kontinuierlich gemessene Abgastemperatur

T_M(t)

kalkulierte Metallbadtemperatur

T_A(t_f)

Sollwert-Endtemperatur des Metallbades

Claims (1)

1. Verfahren zur Kontrolle des Blasprozesses in einem Konverter, wobei durch Ermittlung der Temperatur und des Kohlenstoffgehaltes des Metallbades sowie durch Abgasanalysen der zeitliche Verlauf des Blasvorgangs gesteuert wird,
   wobei
   die Temperaturkontrolle des Metallbades von einem T-Sub-Modell (1) kontinuierlich durchgeführt wird, in dem die Abgastemperaturen (T_w(t)) gemessen vor der Abgasentstaubung mit der tatsächlich gemessenen Metallbadtemperatur (T_M(t_inb)) zu einer kalkulierten Metallbadtemperatur (T_M(t)) kombiniert werden und die so erhaltenen Temperaturwerte mit der Sollwert-Endtemperatur (T_A(t_r)) des Metallbades verglichen und mit den in einem Konvertermodell (2) berechneten Steuersignalen zum Blasen verknüpft werden,
   wobei
   zur Kalkulation der Metallbadtemperaturen (T_M(t)) die zu einem Zeitpunkt (t_Inb) mit einer Sublanze oder manuell azyklisch ermittelte tatsächliche Metallbadtemperatur (T_M(t_lnb)) mit den zu diesem Zeitpunkt gemessenen Abgastemperatur (T_W(t_inb)) sowie den kontinuierlich gemessenen Abgastemperaturen (T_W(t)) durch folgenden Rechnungsgang miteinander verknüpft sind:

   a) Berechnung der konstanten Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der gemessenen tatsächlichen Temperatur des Metallbades (T_M(t_Inb) zum Zeitpunkt (t_inb) und der zu demselben Zeitpunkt gemessenen Abgastemperatur T_W(t_Inb) mit $$\mathrm{\Delta T}={\mathrm{T}}_{\mathrm{M}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{inb}}\right)-{\mathrm{T}}_{\mathrm{W}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{inb}}\right)$$

   

   b) Kalkulation der Metallbadtemperatur (TM(t)) mit Einbeziehung der gemessenen Abgas- und Metalltemperatur (T_W(t_Inb), T_M(t_Inb)) und der durch das T-Sub-Modell (1) kontinuierlich gemessenen Abgastemperaturen (T_W(t)) mit $${\mathrm{T}}_{\mathrm{M}}\left(\mathrm{t}\right)={\mathrm{T}}_{\mathrm{W}}\left(\mathrm{t}\right)+\mathrm{\Delta T}$$

   

   c) kontinuierliche Differenzbildung aus der kalkulierten Metallbadtemperatur (T_M(t)) und der Sollwert-Endtemperatur (T_A(t_r)) $$\mathrm{ABS}\left[{\mathrm{T}}_{\mathrm{A}}\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{r}}\right)-{\mathrm{T}}_{\mathrm{M}}\left(\mathrm{t}\right)\right]\le \mathrm{\Delta T}-\mathrm{Parameter}$$

   

   zur Bestimmung des Blasendes, das dann erreicht ist, wenn die Differenz einen vorbestimmten ΔT-Parameter, beispielsweise ± 10 K erreicht und der angestrebte Kohlenstoffgehalt (Caim) des Metallbades gleichfalls erreicht ist,
   wobei
   bis zum Erreichen der vorgesehenen Temperatur (T_A(t_r)) in Abhängigkeit von dem bei diesem Zeitpunkt gemessenen Kohlenstoffgehalt des Metallbades, angestrebt wird hier der Sollwert (Caim), folgende weitere Maßnahmen durchzuführen sind: • Caim ist erreicht und T_A(t_r) ist nicht erreicht weiteres Blasen • Caim ist nicht erreicht und T_A(t_f) ist nicht erreicht weiteres Blasen • Caim ist nicht erreicht und T_A(t_f) ist erreicht weiteres Blasen ( mit entsprechender Kühlung) • Caim ist erreicht und T_A(t_r) ist erreicht Blasende.

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