Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Stahl aus Roheisen,
Schrott sowie Zuschlägen in einem Konverter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
Bei der Erzeugung von Stahl im Konverter ist die Ermittlung der optimalen
Solltemperatur für den Abstich des Stahles in die Gießpfanne von entscheidender
Bedeutung für die nachgeschalteten Prozeßstufen wie Sekundärmetallurgie und Strangguß.
Bei einer zu hoch kalkulierten Solltemperatur muß zur Einstellung der für den Gießprozeß
geforderten Gießtemperatur Kühlschrott in die Schmelze eingespült werden. War die
Solltemperatur zu niedrig kalkuliert, führt dies dazu, daß die in der Sekundärmetallurgie
durchzuführenden metallurgischen Arbeiten nicht oder nur in ungenügendem Maße durchgeführt
werden können, und/oder die Badtemperatur für den Abguß der Schmelze im Strangguß
nicht ausreicht und somit als flüssiger Schrott in die Vorstufe (Konverter oder
Mischer) zurückgeführt werden muß. Beides ist mit erheblichen wirtschaftlichen Nachteilen
verbunden.
Neben der Temperaturführung ist die Desoxidation des Stahles für die
nachfolgenden Prozeßschritte von entscheidender Bedeutung. Ziel ist hier, möglichst
frühzeitig den sogenannten „beruhigten Zustand" einzustellen, d. h. den gelösten
Sauerstoff abzubinden, und die damit verbundene frühzeitige Reduktion der mit den
Desoxidationsmitteln reduzierbaren oxidischen Bestandteile der Schlacke. Folge einer
frühzeitigen, beschleunigt ablaufenden Desoxidation wäre eine damit verbundene frühzeitige
und beschleunigt ablaufende Entschwefelung. Der Prozeß der Entstickung unter Vakuum
kann ebenfalls erst ablaufen, wenn eine ausreichende Desoxidation und Reduktion
der Schlacke erfolgt ist.
Die Vorteile, die bei einer frühzeitigen Einstellung des "beruhigten
Zustandes" zu erzielen sind, Gegen zum einen in einer Verkürzung und Beschleunigung
des Desoxidationsprozesses selbst und zum anderen in einer Verkürzung und Beschleunigung
der Entschwefelung und Spülbehandlung.
Die frühzeitige Einstellung des „beruhigten Zustandes" der
Schmelze und die ausreichende Reduzierung der Schlacke, ohne die Obergrenzen des
gütespezifischen Aluminium- bzw. Silizium zu überschreiten, gelingt nur durch eine
hinreichend genaue Kalkulation der Desoxidationsmittelmenge, die zur Abbindung des
gelösten und des in der Schlacke an Eisen, Mangan und Phosphor gebundenen Sauerstoffs
erforderlich ist. Da dies auch mit einer Messung des Sauerstoffgehaltes nach Blasende
mittels einer EMK-Sonde bislang nicht in ausreichendem Maß gelingt, muß die Desoxidation
in mehreren zeitaufwendigen Einzelschritten durchgeführt werden.
In der DE-Z "Stahl und Eisen", 117 (1997) Nr. 2, S. 97-102 ist für
die Prozessautomation im LD-Stahlwerk bei Tisco ein Korrektur- und ein Abstich-Legierungsmodell
zur Steuerung des Frischens offenbart.
Beim Korrekturmodell wird zunächst der Stahlbadzustand mit den tatsächlich
chargierten Fluss- und Kühlmitteln ermittelt. Die Korrekturfunktion berechnet danach
die benötigten Mengen an Zuschlägen und Sauerstoff, um die Sollanalyse und die Solltemperatur
zu erreichen.
Nach dem Abstich-Legierungsmodell wird mit der aktuellen oder berechneten
Sollanalyse bei Blasende und der Sollanalyse nach Abstich die Menge der benötigten
Legierungselemente während des Abstichs ermittelt. Dabei wird das Desoxidationspotential
der Legierungselemente berücksichtigt und zusätzlich die durch den Legierungsprozess
verursachte Stahlbadtemperaturänderung berechnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht,
zum einen die Menge der benötigten Desoxidationsmittel und zum anderen die für den
Konverterprozeß nachgeschalteten Prozeßstufen ausreichende und optimal angepaßte
Soll-Abstichtemperatur zu kalkulieren.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspnrches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Bestandteil von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird der Desoxidationsmittelabbrand und somit die
erforderliche Desoxidationsmittelmenge und/oder ein aus dem Abbrand des Desoxidationsmittels
resultierender Temperaturzuschlag für die Soll-Konverterabstichtemperatur
aus Prozeßparametern der Konverterstufe ermittelt und so eine dem nachfolgenden
Prozeßgeschehen in der Sekundärmetallurgie angepaßte Desoxidationsmittelmenge in
die Gießpfanne zugegeben und/oder Soll-Konverterabstichtemperatur kalkuliert. Die
Prozeßparameter sind zum einen die ab einem Referenzzeitpunkt kurz vor Blasende
noch einzublasende Sauerstoffmenge und zum anderen die Liegezeit der Schmelze. Dabei
ist die Liegezeit die Zeit von Blasende bis Abstichbeginn. Der Referenzzeitpunkt
wird vorzugsweise durch einen definierten CO-Gehalt im Abgas festgelegt. Die genannten
Prozeßparameter beeinflussen den Sauerstoffgehalt von Stahl und Schlacke maßgeblich.
So nimmt dieser mit zunehmender Zusatzsauerstoffmenge stark zu und mit zunehmender
Liegezeit als Folge der Konverterbodenspülung stark ab. Insbesondere der Einfluß
der Liegezeit auf den Sauerstoffgehalt war bisher nicht bekannt.
Darüber hinaus überrascht den Fachmann das Ausmaß des Einflusses beider
Prozeßparameter auf den Desoxidationsmittelabbrand und somit auf den daraus resultierenden
und bislang nicht in Anrechnung gebrachten Temperaturgewinn bei der Desoxidation
der Charge in der Sekundärmetallurgie. So liegt beispielsweise der Abbrand von Aluminium
bei geringen Zusatzsauerstoffmengen und langer Liegezeit im Bereich von 1,5 kg/tStahl
und weniger, und bei hohen Zusatzsauerstoffmengen und kurzer Liegezeit im Bereich
von 3,2 kg/tStahl und mehr. Durch eine statistische Analyse von Betriebsdaten
können die den jeweiligen betrieblichen Bedingungen optimal angepaßten Abbrandwerte
ermittelt werden.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis der vorstehend erläuterten
technologischen Zusammenhänge und beinhaltet das Konzept, den Desoxidationsmittelabbrand
und/oder den daraus resultierenden Temperaturgewinn auf Basis der genannten, den
gelösten und gebundenen Sauerstoff stark beeinflussenden Prozeßparameter zu kalkulieren
und bei der Sollwertvorgabe für die Desoxidationsmittelmenge und/oder Konverterabstichtemperatur
in Anrechnung zu bringen.
Der Zuschlag für die Abstichtemperatur wird so gewählt, daß er dem
vom zusätzlich eingebrachten Sauerstoff abhängigen Abbrand des Desoxidationsmittels
entspricht. Dabei ist der niedrigsten Zusatzsauerstoffmenge der höchste Temperaturzuschlag
und der höchsten Zusatzsauerstoffmenge der kleinste Temperaturzuschlag zugeordnet.
Die erforderliche Desoxidationsmittelmenge wird als ein auf das Schmelzgewicht bezogener
Mengenwert in Kg/t ermittelt und direkt der zu verblasende Sauerstoff der Kalkulation
zu Grunde gelegt.
Bei einer Desoxidation mit einer Mischung aus verschiedenen Desoxidationsmitteln
vorzugsweise Al, Si, C wird mittels einer über jedes eingesetzte Desoxidationsmittel
gesteuert durchzuführenden Wärmebilanzierung der sich ergebene Temperaturgewinn
ermittelt.
Die Reaktion des Desoxidationsmittels mit dem an verschiedene Elemente,
insbesondere an Eisen aus mitgeführter Konverterschlacke, gebundenen Sauerstoff
wird bei der Kalkulation des Abbrandes berücksichtigt. Ebenso muß der mit zunehmender
Liegezeit abnehmende Abbrand von Desoxidationsmitteln bei der Kalkulation des Temperaturzuschlages
berücksichtigt werden. Dabei ist die Liegezeit die Zeit von Blasende bis zum Abstichbeginn.
Anhand zweier Beispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren näher
erläutert.
Beispiel AKalkulation der vorläufigen Soll-Konverterabstichtemperatur
(Die Schmelze ist noch nicht erzeugt und die Einsatzstoffe wie Roheisen
und Schrott sind noch nicht ermittelt. Auf Basis der ab einem Referenzpunkt vorgesehenen,
für das Erreichen der Zielanalyse der zu erzeugenden Güte abhängigen Zusatzsauerstoffmenge,
wird im Vorfeld der daraus resultierende Temperaturgewinn ermittelt, und bei der
Kalkulation der vorläufigen Soll-Konverterabstichtemperatur berücksichtigt.)
Für die ausgewählte Stahlgüte wird aus entsprechenden Tabellen eine
Liquidustemperatur von 1491°C abgelesen. Mittels der bekannten Temperaturzuschläge
wird nach herkömmlicher Verfahrensweise eine Soll-Konverterabstichtemperatur von
1669°C nach Prozeßende ermittelt.
bisherige Herleitung der Solltemperatur:
Für das Rechenbeispiel (siehe unten) wurde als vergleichsweise niedriger
Sauerstoffmengenwert für das Endpunktblasen 250Nm3 (z. B. für Stahlgüten
mit hoher Phosphorobergrenze) und als vergleichsweise hoher Sauerstoffmengenwert
1250 Nm3 (z.B. für Stahlgüten mit niedriger Phosphorbergrenze) gewählt,
was bei einem Schmelzgewicht von 250t im ersten Fall 1Nm3/tStahl
und im zweiten Fall 5Nm3/tStahl entspricht. Die Differenz
zwischen den beiden Fällen beträgt 1000Nm3 bzw. 4Nm3/t. Dieser
Differenz wird im Fall von 1250Nm3 Sauerstoff (= 5Nm3/t) gegenüber
dem 250Nm3- Fall (= 1Nm3/t) ein Temperaturminderbedarf von
30°C zugeordnet (= 0,03°C/Nm3). Dies entspricht einem zusätzlichen
Aluminiumabbrand von ca. 250kg/250tStahl = 1 kg Aluminium/tStahl.
Gegenüber der konventionellen Ableitung, die zu einer Soll-Konverterabstichtemperatur
von 1669°C führt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren differenziert im
ersten Fall einer mit 1250Nm3 Sauerstoff schon stark heruntergefrischten
Schmelze eine gegenüber der alten um 30°C/2 = 15°C niedrigere Abstichtemperatur
von 1654°C und im fünften Fall (siehe Beispiel Fall 5) bei lediglich 250Nm3,
bei dem es noch nicht zu einer übermäßigen Eisenverschlackung gekommen ist und somit
geringere Gehalte an gelöstem Sauerstoff vorliegen, eine um 30°C/2 = 15°C
höhere Abstichtemperatur von 1684°C ermittelt.
Beispielhafte Herleitungen der Soll-Konverterabstichtemperatur, die
den oben ausgeführten Zusammenhängen, nämlich dem mit zunehmendem Endpunktblassauerstoff
zunehmenden Energiegewinn bzw. Temperaturgewinn bei der Desoxidation und Schlackenreduktion
Rechnung tragen:
Um die Beispielrechnungen möglichst einfach und überschaubar zu halten,
wurde ein mit zunehmendem Blassauerstoff linear zunehmender Aluminiumabbrand angenommen.
Vorteilhaft ist eine rechnerische Feinkorrektur des jeweiligen Abstichtemperaturwertes
in zwei bis drei Iterationsschritten.
Beispiel B
Kalkulation der endgültigen Soll-Konverterabstichtemperatur (Der Zeitpunkt
und Ausgangswert für diese Rechnung ist die eintreffende In-Blow-Messung)
Für die ausgewählte Stahlgüte wird aus entsprechenden Tabellen eine
Liquidustemperatur von 1491°C abgelesen. Mittels der bekannten Temperaturzuschläge
wird eine Soll-Konverterabstichtemperatur von 1700°C ermittelt. (In diesem Beispiel
ist der Temperaturzuschlag für Abstich und Reserve z. B. auf Grund aufwendigerer
sekundärmetallurgischer Behandlung der Schmelze um 31°C höher als beim ersten
Rechenbeispiel.
Für das Einstellen der Zielanalyse wird für die ausgewählte Stahlgüte
aus Tabellen eine Zusatzsauerstoffmenge von 400 Nm3/250tStahl
abgelesen. Auf Grund von Untersuchungen ist es bekannt, daß, bezogen auf ein Schmelzgewicht
von 250t, 1000 m3 verblasene Sauerstoffmenge beim Endpunktblasen einem
Temperaturanstieg von 65°C entspricht. Somit ergibt 400 Nm3 ×
0,065°C/Nm3 = 26°C. Zieht man diesen Temperaturanstieg von der
ermittelten Soll-Konverterabstichtemperatur ab, so wird bei der In-Blow-Messung
eine Temperatur 1700°C – 26°C = 1674°C erwartet. Bei dieser Ausgangssituation
müssen nachfolgend drei Fälle unterschieden werden.
a) Die In-Blow-Messung ergibt eine Temperatur um 1674°C. In diesem Fall
ist nichts zu veranlassen. Die Schmelze wird mit den zur Einstellung der Zielanalyse
nötigen 400 Nm3 Sauerstoff planmäßig auf die ursprünglich kalkulierte
Abstichtemperatur von 1700°C zu Ende gefrischt.
b) Die In-Blow-Messung ergibt eine Temperatur oberhalb von 1674°C. Dann
muß die Schmelze heruntergekühlt werden, üblicherweise durch Zugabe von Kühlmitteln
wie z.B. Erz, Sinter, Schlacke, Schrott oder dergleichen.
c) Die In-Blow-Messung ergibt eine Temperatur unterhalb von 1674°C, beispielsweise
1640°C. Dies bedeutet, daß diese 34°C unterhalb des Erwartungswertes von
1674°C liegt. Es müssen daher 34°C/0,065°C/Nm3 = 523 Nm3
Sauerstoff zusätzlich zu den zur Einstellung der Zielanalyse nötigen 400 Nm3
Sauerstoff eingeblasen werden. Dabei geht zusätzlich Sauerstoff in Lösung bzw. wird
an Eisen gebunden, was bei der späteren Desoxidation in der Gießpfanne zu einem
zusätzlichen, nicht geplanten Temperaturgewinn durch Abbrand von Desoxidationsmitteln
führt. 1000 Nm3/250 tStahl, zusätzlicher Blassauerstoff verursachen
einen zusätzlichen Aluminiumabbrand von ca. 250 kg, der zu einem Temperaturanstieg
der Schmelze von ca. 30°C führt. 523 Nm3 zusätzlicher Blassauerstoff
ergeben so einen Temperaturanstieg von 0,03°C/Nm3 × 523 Nm3
= 16°C. Erfindungsgemäß werden die 16°C, die bei einer korrekten Wärmebilanz,
also einer In-Blow-Messung von 1674°C nicht als späterer Temperaturgewinn bei
der Desoxidation auftreten würden, von der ursprünglichen Soll-Konvertertemperatur
von 1700°C abgezogen. Die neue Soll-Konvertertemperatur beträgt nun 1700°C
– 16°C = 1684°C. Vorteilhaft ist eine rechnerische Feinkorrektur dieses
Wertes in zwei bis drei Iterationsschritten.
Anspruch[de]
Verfahren zur Erzeugung von Stahl aus Roheisen, Schrott sowie Zuschlägen
in einem Konverter, bei dem über eine Lanze Sauerstoff in das Roheisen geblasen
wird und nach Einstellung von Zielanalyse und Zieltemperatur der Stahl in eine Gießpfanne
abgestochen wird und bei dem zur Ermittlung der Solltemperatur für den Abstich des
Stahles in die Gießpfanne ausgehend von der Liquidustemperatur der zu erzeugenden
Stahlgüte fest vorgegebene oder ermittelte Temperaturzuschläge für die Soll-Verteilertemperatur,
die Soll-Gießpfannentemperatut unter Berücksichtigung eines zu ermittelnden Temperaturzuschlages
für den Legierungswärmeverlust und für den Abstich addiert werden, dadurch gekennzeichnet,
dass der Desoxidationsmittelabbrand und somit die erforderliche Des oxidationsmittel
Menge und/oder der aus dem Des oxidationsmittel Abbrand resultierende Temperaturgewinn
in der Sekundärmetallurgie ermittelt wird in Abhängigkeit von der, ab einem Referenzzeitpunkt
kurz vor Blasende, zur Erreichung der Zielanalyse und/oder Zieltemperatur noch zusätzlich
einzublasenden Sauerstoff menge, und/oder in Abhängigkeit von der Liegezeit, wobei
die Liegezeit die Zeit vom Blasende bis Abstichbeginn ist, und der aus dem Desoxidationsmittelabbrand
resultierende Temperaturgewinn in der Sekundärmetallurgie bei der Ermittlung der
Soll-Konverterabstichtemperatur in Anrechnung gebracht wird, wobei der Kalkulation
der Desoxidationsmittelmenge der ermittelte Desoxidationsmittelabbrand in
Anrechnung gebracht wird und der Referenzzeitpunkt für die zusätzlich noch einzublasende
Sauerstoffmenge durch einen definierten CO-Gehalt im Abgas festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlag
für die Abstichtemperatur so gewählt wird, dass er dem zwischen dem niedrigsten
für hohe Sauerstoffmengen und dem höchsten für niedrige Sauerstoffmengen geltenden
Zuschlag vom eingebrachten Sauerstoff abhängigen Abbrand des Desoxidationsmittels
entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche
Desoxidationsmittelmenge als ein auf das Schmelzgewicht bezogener Mengenwert in
Kg/t ermittelt wird und direkt der verblasene Sauerstoff der Kalkulation zugrunde
gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Desoxidation
mit einer Mischung aus verschiedenen Desoxidationsmitteln vorzugsweise Al, Si, C
über eine für jedes eingesetzte Desoxidationsmittel gesteuert durchzuführende Wärmebilanzierung
der sich ergebende Temperaturgewinn ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Reaktion des Desoxidationsmittels mit dem an verschiedene Elemente, insbesondere
Eisen, gebundenen Sauerstoff aus mitlaufender Konverterschlacke bei der ermittlung
des Abbrandes berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass bei verlängerter Liegezeit ein dieser angemessenes Nachblasen erfolgt.
