DE1803047A1 - Verfahren zur Regelung des Sauerstoffaufblasverfahrens zur Stahlherstellung und Anlage zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

General Electric Company, 1 River Road, Schenectnrly . N. Y..,* l/SA

Verfahren zur Regelung des SaucrstoffaufbloGverfahrons zur Stahlherstellung und Anlage zur Durchführung den Verfahrens.

Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung des Sauey^toff^ufblasverfahrens zur Stahlherstellung und auf eine ΑγΛάγ,ο zur DurchfUhrung dieser Regelung.

Im Besonderen bezieht sich üie Erfindung- auf ein tlyi.anrsrhei·» negfclyerfahren zur kontinuierlichen und dynamischen Kogrelunr oder Steuerung eines Sauerstoffblasofens während eines 8lar>vorc:anf,eSj un die Stahlherstellung während des Blas ens clerz-rt zn optimalisieren, daß die Stahltemperatur, der Kohlenstoffgehalt und der Sauerstoff gehalt am Ende des Blasvorf-.anpes innerhalb vorgegebener Grenzen liegen, sowie auf eine Anordnung zur Durchführung dieses Regelverfahrens.

Im Kittelalter wurde zur Stahlherstellung das Tiegelverfahren angewendet, nach dem man zur Stahlherstellung mehrere Tage benötig-

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te. Linen erheblichen- Fortschritt stellte dann dan Herdfrischverfahren dar j bei dem zur ■ Herstellung einer fertigen Charge noch acht bis zwanzig Stunden benötigt wurden. Heute wird, häufig das Sauerstoff aufblasverfahren angewendet, bei derr. die Blaszeit ' zur Stahlherstellung unter 2 S3 Ilinuten liof.t. Da die J υ al·. Ihers teilung nach dem Sauerstoffaufblasverfahren sehr rasch verlauft, müssen die gerade herrschenden Bedingungen in der Charge innerhalb von Sekunden gemessen und beurteilt v;erden, und die erforderlichen Maßnahmen müssen innerhalb von Sekunden ausgelöst werden, damit die Eigenschaften der fertigen Charge bestimmten vorgegebenen Sollwerten genügt. Dieses stellt an die Schmelzmeister außerordentlich hohe Anforderungen. Unter dem Ausdruck ''fertige Charge" soll das Endprodukt verstanden v/erden, das entsteht, wenn in flüssiges Roheisen, dem Schrott, Kalkstein, Erz und Spat als Zuschläge beigegeben sind, in einem Saue'rstoffblasofen mittels einer Sauerstofflanze nach einem bestimmten, die Blasgeometrie und die Sauerstoffmenge umfassenden Programm Sauerstoff eingcblasen wird. Der Ausdruck "Sauerstofflanze" soll dac Werkzeug bezeichnen, mit dem der Sauerstoff in die Schmelze innerhalb des Ofens eingeblasen wird. In dem Ofen, dessen Temperatur zwischen etv/a 1230^oC und l66O°C gehalten wird entsteht dadurch eine gewisse Menge von Stahl neben einer bestimmten Menge an Schlacke, Abgasen und Verlusten, und zwar weist der entstehende Stahl eine gewisse Endzusammensetzung und eine bestimmte Eruitemperatur auf. Die Geschwindigkeit, mit der eine fertige Charge entsteht, stellt an die Gchmelzmeister sehr hohe Anforderungen. Es erscheint daher

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erforderlich, die notwendigen Messungen und die notwendigen Eingriffe bei der Herstellung einer Charge in einem Sauerstoffaufblasofen zu automatisieren, damit eine fertige Charge entsteht, deren Endtemperatur, Kohlenstoffgehalt.und deren Sauerstoffgehalt vorgegebenen Endwerten entspricht.

Das Sauerstoffaufblasverfahren ist ein Verfahren, bei dem die Sauerstoffzufuhr geometrisch und der Menge nach so gesteuert wird, daß der eingeblasene Sauerstoff in vorbestimmter VJei se auf die verschiedenen im Ofen ablaufenden Oxydationsprozensc verteilt wird. Im Sauerstoffaufblasverfahrcn werden störende Verunreinigungen in dem Roheisen aus dem Hochofen entfernt. Die Oxydationnprozesse, die dabei ablaufen, erzeugen so viel V.'/Lrrrc, daß recht erhebliche Mengen an Schrott geschmolzen werden und daß die Torperatur der entstehenden Schmelze auf einen Wert von etwa 16^O⁰C angehoben wird. Bei allen chemischen Reaktionen, die während der Aufbereitung einer Charge in einem Sauerstoffaufblasofen ablaufen, spielen Oxydationen und Reduktionen eine.Rolle. Die Oxydationen erfolgen selektiv, und man kann die Aufbereitung einer Charge in drei klar zu unterscheidende Phasen einteilen. Die eine Pnase ist die Schlackenbildungsphase, die zweite ist die duren die Kohlenstoffverbrennung bedingte Kochphase, und die dritte Phase ist die Raffinierungsphase. Diese drei Phasen sind durch die Art bedingt, in der der Sauerstoff in den Hinsofen eingeblasen wird, da dadurch der Sauerstoff auf die verschiedenen Reaktionen verteilt wird, die während der Schlackenbildungsphase, der Kochphase und der Raffinierungsphase ablaufen. Um die Stahl-

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herstellunc so zu optimalisieren, daß die Produktion, die Qualität und die Ausbeute ^esteigert werden, ist es erforderlich, den Prozeß während jeder dieser drei Phasen dynamisch zu steuern.

Line bekannte Iiöf-lichkeit, das Sauerstoff aufblasverfahren zu steuern, ist die sogenannte Charp.enbercchnunf.. (Dieses ist aber keine dynamische Steuerung;), Bei dieser Chrrnonberechnunf; werden aus therrodynamischen Daten und den letzten 'ßctriebsinfornationen die Cev;ichte der verschiedenen Materialien berechnet, die in den Sauerstoffblasofen ein^eneben werden, und außeroen wird ein Sauerstoffblasprof;ranim bestirnt. Der Grund hierfür, ließt darin, daP die Charge thermodynamisch gesehen die bestmöglichste Zusammensetzung erhalten soll und daß die Llaszcit möglichst kurz werden soll. Das Ziel besteht darin, rein statistisch einen größeren Prozentsatz von Chargen auf vorr.efobene Spezifikationen hin aufzuarbeiten, und außerdem künnen die Abweichungen in der Temperatur und dem Kohlenstofff.eha.lt der Schmelze beim ersten Kippen vermindert werden. Unter der. "ersten Kippen" soll derjenige Punkt verstanden werden, an dem eier Blasofen gekippt wird, um eine Probe aus der Schmelze zu entnehmen. Der Erfolg dieser Charnenberechnung ist jedoch beschränkt, da die verwendeten Eingangsdaten und Informationen mit Fehlern behaftet sein können, und da bei mehreren aufeinander folrendon Blasvorgängen der Sauerstoff jeweils auf anderen V/cr.cn die Schmelze durchsetzt. Da bei der Charrenbercchnunr keine Rückführungen ancewendet werden, spricht die Charrenbcyechnurir, auf ünuerunpen im Prozeß selber nicht an, wenn also

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eine bestimmte Charge beispielsweise während dea Blr.sens spritzt oder überschwappt. Zur dynamischen Regelung des Sauerstoffauftrlasverfahrens ist daher die Chargenberechnung nicht geeignet.

Eine andere Möglichkeit zur Steuerung oder Regelung des Sauerstoffaufblasverfahrens ist die sogenannte dynamische Endpunktkontrolle. Steuerungen, die auf dieser Endpunktkontrolle beruhen, sind beispielsweise in den US-Patentschriften 3jl3l,3'^l3 und 3,236,630 beschrieben. Dei dieser dynamischen Endpunktkontrolle sind zur dynamischen Steuerung des Endkohlenstoff-Gchaltes und der Endtemperatur genaue Angaben über Eingangstemperatur und Eingangskohlenstoffwerte erforderlich, auf denen die erforderlichen Berechnungen und die logischen Entscheidungen beruhen. Die Angaben über den Eingangskohlenstoffgehalt und die Eingangstemperatur sollten zu irgendeinem Zeitpunkt in der iiilhe des Blasendes gewonnen werden. Wenn man zu einen: bestimmten Punkt während der Aufbereitung einer Charnc cien Kohlenstoff-/',ehalt und die Temperatur der Schmelze bestimmt hat, um. v;enri n.an den Zusammenhang zviischen dem Kohlenstoffgehalt und der Temperatur kennt, der bei einer bestimmten Charge auftritt, kann flor Blas Vorgang auf folgende V/eise beeinflußt werden: Wenn die V.'eiterverfolgung einer ursprünglichen Annahme über den Zusammenhang zwischen Kohlenstoffgehalt und Temperatur ufer (iie erste Probenentnahme hinaus auf eine fertige Charge führen würde, in der die Endtemperatur und/oder der Kohlenstoffgehalt

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zu niedrig sind, werden die Lanze ancehoben und der Sauerstoffdurchsatz erhöht. Dadurch werden die Temperatur und/oder der Kohlenotoff gehalt derart korrigiert, daß die_# fertiggestellte Charge v/ieder bestimmten End"spezifikationen genügen kann. \!enn andererseits der ursprünglich programmierte Zusammenhang sv.'ischcri Temperatur und Kohlenstoffgehalt auf eine Charge führt, in der bei der ersten Probenentnahme der Kohlenstoffgehalt und/ oder die Temperatur zu hoch sind, bewirken die Steuerkreise die Zugabe eines Kühlmittels, wie beispielsweise Kalk, Spat oder Schrott. Das entstehende neue Programm bezüglich des Zusr.nr.onru..ngs von Kohlenstoffgehalt und Temperatur senkt dann den Kohlenstoffgehalt und/oder die Temperatur so weit ab, daC die fertiggestellte Charge wieder vorgegebenen Endspezifikationen genügt. Drittens ist es auch möglich, daß aufgrund des programmierten Zusammenhangs zwischen Kohlenstoffgehalt und Terperatur diese beiden Größen bei der ersten Probenentnahme bereits den Sollwerten entsprechen.

V/ie gut die eben beschriebene Endpunktkontrolle arbeitet, hringt von den zulässigen Toleranzen im Kohlenstoffendgehalt sowie von der Größe und Richtung der Abweichungen ab, die in der Charge auftreten, wenn der ursprünglich programmierte Zusammenhang zwischen Kohlenstoffgehalt und Temperatur bis zurr Ende des Diasvorganges weiter verfolgt wird. Schlief lieh ist noch wichtig, wie schnell bestimmte Kühlmittel, wie Kalk, Erz oder Schrott, an einem bestimmten Zeitpunkt während des Blasvorganges de'r Schmelze zugesetzt werden können. Wenn man diese dynamische

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Endpunktkontrolle anwendet, wird der Kohlenstoffgehalt der Schmelze während eines Blasvor£anr,s laufend dynamisch bestirnt, und zwar vrird der Kohlenstoff, der mit den Ablösen ο us dem Blasofen entweicht, vom ursprünglichen Kohlenstoffgehalt der Schmelze abf-.czocen. Die Integration des entweichenden ?iohlenstoffs vom Bepinn des Blasvorcanpes an scheint statistisch bestimmte Chargen mit hohem Xohlenstoffcohalt zu verbessern. Der Nachteil dieses Verfahrens liect jedoch darin, daf nor Fehler, der bei der Bestimmung des ursprünglichen Kohlenstof ff.ehaltes auftritt,.von der Gleichen Größenordnung wie der annestrebte EndkohlenstoffGehalt ist. Außerdem kann bei der Intenration den austretenden Kohlenstoffes, die auf einer Abgasanalyse beruht, ein Fehler unterlaufen. Schließlich ist es auch nicht nüf.lich, zu fiepjinn des iilasens Überschwappen oder Spritzen zu vermeiden, so daß Material verschwendet wird.

Die bishericen Höclichkeiten zur Steuerunp oder Rerelunr des Sauerstoffaufblasverfahrens können also aus einer Anzahl von Gründen nicht restlos zufriedenstellen. Erforderlich ist eine dynamische Steuerung, mit der die Qualität und die Produktions-[-.eschwindickeit jeder einzelnen Charge optinalisiert werden kann, während r.leichseitic die Arbeitskosten und die /losten für diis "Rohmaterial' durch die Vermeidung; von überschwappen und Spritzen r.esenkt v/erden können. Wenn man die Rohi.aterialbeschaffunn für ein Stahlwerk vereinfachen kann und wenn r.nn die Anzahl der Chargen verrinsern kann, die bei der ersten Probenentnahme vorpe^eb-enen Spezifikationen noch nicht f.enüfen, kann

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man die Produktivität eines Stahlwerks erhöhen. Da das überschwappen während eines BlasVorganges positiv verhindert wird und da der Eisenoxydgehalt in der Schlacke bei der ersten Probenentnahme sehr klein gehalten wird, v/erden die Ausbeuten erheblich erhöht. Das gesteuerte 31asen von Chargen auf einen vorgegebenen Kohlenstoff- und Sauerstoffendgehalt sowie auf eine Endtemperatur hin erfüllt die hauptsächlichen Qualitätsforderungen, die ein Stahlwerk stellt, und außerdem wird die Lebensdauer des Diasofens verlängert. Außerdem können dadurch der Stickstoff- und der Sauerstoffgehalt im Stahlbad möglichst klein gemacht v/erden. Die Steuerung des Sauerstoffgehaltes in der Schmelze am Punkt der ersten Probenentnahme erleichtert auch die weitere Verarbeitung des Materials, also beispielsweise das Gießen oder das Walzen. Die Erfindung beinhaltet eine dynamische Steuerung für das Sauerstoffaufblasverfahren, das die oben geforderten günstigen Eigenschaften aufweist.

Me Erfindung beinhaltet ein dynamisches Steuer- oder Kegelvcrfrhren für einen Sauerstoffblasofen, in dem der flüssigen Schmelze mittels einer Lanze Sauerstoff zugeführt wird, die gegenüber der Schmelze auf und ab bewegbar ist, um die Verteilung des der üchrelze zugeführten Sauerstoffes zu steuern. Während eines !-,lasVorganges werden erfindungsgenäf» kontinuierlich Bedingungen gemessen, die ein Maß für den Sauerstoffgehalt (^cr Schmelze sind. Aus den dabei gewonnenen V.eFergebnissen v/erden Steuersirnale Pl geleitet, ur die Verteilung des Sauerstoffes aus cer Lenze auf die verschiedenen in der Schmelze ablaufenden Reaktionen zu

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steuern. Diese Steuersignale v/erden über einen Rückführungsweg · geleitet, um den ganzen Blasvorgang dynamisch regeln zu können.

bei einer bevorzugten Ausführunpsform der Ürfindunr: sind die Bedincunpen, die laufend gemessen werden, das ILiauorstoffpotential der Ab case aus dein Ofen, iiierzu werden die Abgase ons Hen Ofen an einer Stelle analysiert, die noch vor den Gasaufbereituncsanlaf.en liegen, die in der. Absuf: des Ofens angeordnet sind. Aus den MeP-erfrebnissen v/erden Ausfan^^signale abfeleitet. ciie ein Maß für die Verteilunf: des sauerstoff es aus der Lanrie sind. Diese Aus^anr.ssicnale v/erden dann zurückgeführt und .steuern nie Einstellung der Sauerstofflanze und den Saucrstoffaurchspts durch die Lanze, so daß die Verteilunf; des Sauerstoffs unu ur.-rit das {;anze Sauerstoff auf blasverfahren optin:alioiert v/erden Urrin.

Im rollenden wird die Lrfindunc in Verbindunr r:it den Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

I'it.ur 1 zeigt scherratisch eine erfindungsgeräte Anlare zur Herstellung von Stahl nach den Sauerstoffaufblasverfahren.

Figur 2 ist eine schematische Aufstellung der chemischen Reaktionen, die während eines Ülasvorganges in dem Sauerstoffblasofen ablaufen.

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Fi£;ur -j ist eine idealisierte graphische Darstellung, i^fl (ier ein Faktor, der sogenannte Sauerstoffausnutzungsfaktor, über . der Zeit aufgetragen ist. Aus dieser Finur geht hervor, wie der Sauerstoff während der drei klar unterscheidbaren Phasen eines BlasVorganges ausgenutzt wird.

Figur '< ist ein Dlockschaltbild eines erfindungsgenäßen dyna- K mischen Regelsystems, und außerdem ist dargestellt, wie dieses oyster: in der Anlage nach Figur 1 eingesetzt v;ird.

Figuren [>, 6 und 7 sind graphische Darstellungen und zeiferi den öauerstoffdurchsatz durch die Lanze, die Lanzenhöhe, den Saucrstoffausnutzunc.sfaktor und den Holenbruch des Xohlerironoxydes innerhalb des Diasofens in Abhänpirkeit von der Zeit. Diese Grüßen sind für eine nicht spritzende Schmelze, eine schwach spritzende Schmelze und eine stark spritzende iiclireelzc

dargestellt.
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Figur 8 ist eine graphische Darstellung und seirt die ölaszeit, die gegenüber den: Kohlenstoffgehalt der Schmelze aufgetragen ist.

Figur 9 ist eine graphische Darstellung und zeigt drei Kurven, die den Zusammenhang zwischen dem- Kohlenstoffgehalt der Cchr;else und der Schmelzentemperatur darstellen. Diese Figur wird zur

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Lrlüuterung der Endpunktkontrolle bei fertiggestellten Chargen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet.

Figur 10 zeigt den Zusammenhang zwischen deir. Sauerstoffgehalt der Abgase und dem Kohlenstoffgehalt der Schmelze.

Figur 1 zeigt schenatisch eine Anlage zur Herstellung* von Stahl nach dein Sauerstoff aufblas verfahren. Ir. besonderen sind die verschiedenen Hauptbestandteile einer solchen Anlage dargestellt, die zur Durchführung der Erfindung suorxrcn irit einen Digitalrechner verwendet v.'crden. Die Anlage v/eist einen üblichen Geschlossenen Diasofen 11 auf, in den flüssiges Roheisen, Schrott usw., die mit 12 bezeichnet sind, eingefüllt sind. Die Beschickungsvorrichtungen sind schematisch bei 13 gezeigt. Es ist zwar ein geschlossener Blasofen dargestellt worden. Man l-:rnn die Erfindung aber auch auf einen offenen Blasofen anwenden, v;ie es noch beschrieben wird. Der Rauchfang, des Blasofens 11 ist rit einer. Abzuf; oder Kamin I^ verbunden, in den Kühl- und Keinir.unpsvorrichtunr.en l^cj für die Abgase eingebaut sind, so dal- die Abgase aus dem Blasofen zuerst gekühlt und gereinigt werden, bevor sie ins Freie gelangen. V/ie es bei Sauerstoffblasöfen üblich ist, ist innerhalb des Blasofens 11 eine Sauerstofflanze bewegbar angeordnet. Die Sauerstofflanze Io kann innerhalb des hlasofens 11 durch einen Schiebemechanismus 17 auf- und abbewegt werden. Die Steuervorrichtung für den Sauerstoff, der durch die Lanze 16 geblasen wird, ist bei 18 dargestellt.

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Um erfindungsgemäß einen Blasvorgang durchzuführen, müssen bestimmte Messungen durchgeführt werden, um den Sauerstoff- ■ gehall der Schmelze 12 innerhalb des Ofens 11 zu bestimmen. Die hierzu erforderlichen Heßgeräte sind schematisch bei 10 und bei 21 dargestellt. Diese Meßgeräte enthalten einen Gasanalysator, mit dem man Ausgangssignale erhält, die ein Maß für den Sauerstoffpartialdruck sind und mit den man den Molenbruch von Kohlendioxyd und/oder Kohlenmonoxyd im Gas messen * kann. Weiterhin ist ein Durchsatzmesser 21 für die Abgase vorhanden. Während eines bestimmten Punktes im Verlauf des blas vorgänge s ist es wünschenswert, die v/irkliche Ter.peratur·" der Schmelze 12 innerhalb des Ofens 11 zu messen. Für diesen Zweck ist bei 22 eine Vorrichtung dargestellt, mit der man ein aufbrauchbares Thermoelement in den Ofen einsetzen kann. Ausserden: kann es sich im Verlauf eines Blasvorgangcs als wichtig herausstellen, daß der Schmelze 12 in dem Ofen 11 Zuschläge beigegeben werden, wie beispielsweise Kalk, Spat oder Erz. Diese Zuschläge sind garn⁷, allgemein bei 23 dargestellt. Zum Transport der Zuschläge sind noch automatisch betriebene Förderbänder und Wiegevorrichtungen vorgesehen, die mit 2^1 bezeichnet sind. Diese Zuschläge können der Schmelze als Kühlmittel beigegeben v/erden, um die Temperatur der Schmelze zu senken und die Endtemperatur der Schmelze auf den Sollwert zu bringen.

.■■ie der Blasofen 11 aufgebaut ist, ist bekannt. Ebenso sind die Leschickungsvorrichtungen 13, der Gaskühler 15 und der iiechanis-

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rcus bekannt, nit dcir die Sauerstofflanze auf- und abgeschoben wird. Auch die Vorrichtung zum Einsetzen des Thermoelements in den Ofen, die Transport- und Wiegevorrichtungen für die Zuschläge und auch die l/eise, wie der Sauerstoff durchsetz durch. die Lanze gesteuert wird, gehören zum Stand der Technik. Diese Bestandteile der Anlage sind entweder beschrieben worden oder sie sind bereits vorbenutzt, so daß es nicht erforderlich erscheint, ihren Aufbau und ihre Wirkungsweise im Einzelnen zu beschreiben.

iiei dem Sauerstoffaufblasverfahren findet eine selektive Oxydation und eine Verteilung des Sauerstoffs auf die verschiedenen im Ofen ablaufenden Reaktionen statt, wodurch störende Bestandteile im flüssigen Roheisen aus dem Hochofen beseitigt werden. V.'ährend des Diasvorganges werden durch die verschiedenen Oxydationen genügend Wärmemengen erzeugt, um einen recht erheblichen Anteil an Schrott zum Schmelzen zu bringen und um die x'ei::peratur der Schmelze auf einen Uert in der Gegend von 16¹JO⁰C zu bringen. Die Hauptreaktionen, die in dem lilasofen bei eier Aufbereitung einer Charge ablaufen, sind in der Figur 2 dargestellt. Wie man der Figur 2 entnehmen kann, spielen bei allen chemischen Reaktionen Oxydationen oder Reduktionen eine Rolle. Diese chemischen Reaktionen fallen in drei klar unterscheidbarc und leicht nachweisbare Phasen, die während eines BlasVorganges auftreten. Diese Phasen sind die ochlackenbildungnphase, die Kochphase und die Metallreinigungsphase. Diese Phasen sind durch die Art und Weise bedingt, auf die der Sauerstoff, der

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mit der Lanze in den Ofen eingeblasen wird, auf die verschie-· denen Reaktionen verteilt'wird, die in der Schlacke, in der Gasphase und im Metall ablaufen.

In der Figur 3 ist nun idealisiert ein Sauerstoffausnutzungsfaktor in Abhängigkeit von der Blaszeit aufgetragen worden. Der Sauerstoffausnutzungsfaktor wird noch näher definiert, und ebenso wird noch näher beschrieben, wie dieser Faktor gewonnen werden kann. Im Augenblick kann der Sauerstoffausnutzungsfaktor als ein MaJ?) dafür betrachtet werden, \>:ie sich der Lanzensauerstoff auf die verschiedenen Reaktionen verteilt, die während eines Diasvorganges im Ofen ablaufen. Beim hier vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Sauerstoffausnutzungsfaktor tatsächlich ein Maß dafür, wie der Lanzensauerstoff an den verschiedenen Reaktionen im Ofen teilnimmt, und er kann mit dem Kohlenstoffgehalt der Metallschmelze in Beziehung gesetzt werden. Man kann die Verteilung des Lanzensauerstoffs auf die verschiedenen Reaktionen durch Änderung der Lanzenhöhe und/oder des Sauerstoffdurchsatzes durch die Lanze in Abhängigkeit von dem gemessenen Sauerstoffpotential in den Abgasen selektiv steuern und dadurch den BlasVorgang optimalisieren, wie weiter unten noch erläutert wird.

V/ie man der Figur 3 entnehmen kann, wird während der ersten b bis 12 Minuten der Lanzensauerstoff in der Hauptsache dnsu verwendet, selektiv die Oxyde PeO, SiO₂, MnO usw. zu bilden.

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Diese Oxyde vereinifen sich nit den Flußrittel und bilden eine Schlacke. Für die Stabilität des Sauerstoff Masvcrfahrens und die Qualität der fertiggestellten Charge ist eine richtif oxydierte Schlacke wesentlich, also eine Schlacke, in der die eben angegebenen Oxyde in den richtif.cn Iienf.cn enthalten sind. Wenn die Schlacke zu stark oxydiert ist, kann überschwappen oder Spritzen auftreten (es kann also Schlackeaus den Blasofen ausgeworfen werden). Ist die Schlacke dagegen nicht genügend oxydiert worden, so ist es nicht inüf.lich, den Phosphor aus der Schmelze optimal zu beseitiren.

Wenn die Schlackenbildungsphase beendet ist·, wird der Lanzensauerstoff fast ausschließlich für die Oxydation des Kohlepstoffs verv/endet. Dabei entstehen Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd, die beide Gase sind. Der Überf.anf. von der Schlackenbildunpsphase zu dieser Kochphase dauert 2 bis k Minuten. Während der restlichen G bis 10 Minuten reagiert der Kohlenstoff in der Schmelze irit der. Lanzensauerstoff, so schnell wie der Sauerstoff in die Schmelze oinf.eblasen werden kann. Daraus resultiert ein hcftip.es Kochen, und von dieser Erscheinung ist auch der Uäme für die Kochphase abceleitet worden. Der Jauerstoffverbrauch während dieser Phase des Blasvorpanfes feht am besten aus Figur 3 hervor, in der darf.estellt ist, daß der Ausnutzuncsfaktor für den Sauerstoff während der Kochphase praktisch UuIl oder so^ar noch kleiner wird. Die Geschwindigkeit, mit der der Schmelze während der Kochphase der Kohlenstoff entzogen wird, ist nur durch die Zufuhr des Sauerstoffs

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zur Schmelze begrenzt. Während dieser Phase des Blasvorganges würde man der Schmelze also die größtmöglichste Sauerstoffmenge zuführen. Wenn nun der Kohlenstoff bereits stark vermindert ist und wenn seine Konsentration eine bestimmte untere Grenze unterschreitet, kann der Kohlenstoff nicht mehr schnell genug an die Stellen diffundieren, an denen der Sauerstoff mit dem Kohlenstoff reagiert. An diesem Punkt wird daher die Geschwindigkeit, mit der der Kohlenstoff aus der Schmelze entfernt wird, durch die Diffusion des Kohlenstoffs begrenzt.

Der übergang von der Kochphase zur Metallreinigungsphase ist ebenfalls durch eine deutliche Änderung der Sauerntoffverteilung gekennzeichnet. Wenn der Blasvorgang so we„it fortgeschritten ist, wird der Anteil des Sauerstoffs immer kleiner, der mit den Kohlenstoff reagiert. Der Sauerstoffausnutzungsfaktor wächst daher während der Iletallreinicungsphase mit demjenigen Teil des Sauerstoffs an, mit dem CO zu COp oxydiert wird, und mit dem FeO gebildet wird. Während dieser I'ietallreinigungsphase, die normalerweise noch keine 3 Minuten dauert, nüssen alle Verfahrensschritte durchgeführt werden, durch die die endgültigen Eigenschaften einer fertigen Charge bestimmt sind.

Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen Kurven, die aus reduzierten Daten gewonnen wurden. Diese Kurven beschreiben, wie sich bestimmte gemessene Proaeßvariable nebst dem Sauerstoffausnutzungs-

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faktor während eines BlasVorganges in einer halbneschloasenen Blasofen ändern, wie er schematisch in Fif.ur 1 dargestellt ist. Die Figur 5 gilt fü^r eine nicht spritsende Schneise, die Fipur für eine leicht spritsende Schneise und die Figur 7 f'ir eine stark spritsende Schmelze. Plan kann den Figuren 5, & unti ?\ ohne weiteres entnehmen, daß sich die verschiedenen Proseßvariablen bei spritzenden Schmelzen und bei nicht spritsenden Schreiben deutlich verschieden verhalten. Große Änderungen treten in Verhältnis vom Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd in den Gasen auf, die aus dem Ofen entweichen. Ebenso ist die Säuerst of frrenre ε us der Lanze großen Änderungen unterworfen, der während des Dlasvor-'ganges Kohlenstoff zu Kohlenmonoxyd und su Kohlendioxyd oxydiert. Demzufolge sieht man, daß es möglich sein ruß, unter Verwendung dieser Prozeßvariablen, einzeln oder in Kombination, das Sauerstoffaufblasverfahren dynamisch zu steuern oder su re-GeIn.

Theorie der Steuerung

Un eine dynamische Prozeßsteuerunp; durchführen zu können, nüssen Vorkehrungen getroffen sein·, um Daten zu sammeln, die Auskunft über den Prozeßablauf und die Pieaktionskinetik geben. VJenn man die Höhe der Sauerstofflanze und den Sauerstoffdurchsats auf fest vorgegebene Werte einstellt,'erhält man nur zufällige, und auch meistens nicht mehr zutreffende Daten,' da es nicht möglich ist, durch die Vorgabe dieser beiden Parameter vorher zu sagen,

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.wie sich der Lanzensauerstoff auf die verschiedenen ablaufenden Reaktionen verteilt. Ivine gerne benutzte Möglichkeit sur Gewinnung von Steuerinformationen besteht darin, den FluP· bei vorgegebenen (vorprogrammierten) Sauerstoffverteilungwerten (durch passende Einstellung der· Lansenhöhe über dem geschmolzenen Metall und des Sauerstoffdurchsatzes) zu regulieren und au bestimmen, wie sich der Prozeß ynter diesen vorgegebenen Verhältnissen verhält. Anschließend werden Korrelctursignale ab-

w geleitet und diese Korrektursignale werden dazu verwendet, die Aufteilung des Sauerstoffs auf die verschiedenen Reaktionen zu ändern. Durch eine Analyse der Gase, die während eines Diasvorganges aus dem Blasofen entweichen, erhält nan ein Istwertsignal, das ein Maß für die Aufteilung des Lanzensauerstoffes auf die verschiedenen Prozeße ist. ilun kann man den Prozeß durch Änderung der Lanzenhöhe und/oder des Sauerstoffdurchsatzes durch die Lanze derart steuern, daß die Aufteilung des Sauerstoffs auf die verschiedenen Reaktionen in vorausberechneter Weise vorsichgeht.

Aufbau der Steuerung

In der Figur 4 ist ein Blockschaltbild einer dynamischen Prozeßsteuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aargestellt ι In der Figur h ist der Blasofen 11 dargestellt, in dem sich eine Metallschmelze 12 befindet, die während des Blas-

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vorganges aufbereitet vierden soll. Weiterhin sind die Sauerstofflanze l6, der Abzuc Ι'¹ £&^Γ die Abgase aus den; Ofon 11 und die Gasreinigungsanlage 15 dargestellt. Die Vorrichtungen zur Einstellung der Lansenhöhe und dec Sauerstoffdurchsatzes sind mit 17 und l8 bezeichnet. Weiterhin ist ein digitaler Prozeßrechner 25 vorgesehen. Der Prozeßrechner 25 v/eint analog zu digital und digital zu analog Umwandler auf, von denen ein Teil dazu dient, analoge Heßsignale in digitale Werte umzusetzen, die der Rechner verarbeiten kann, und von denen ein nnderer Teil die errechneten Digitalwerte in arialore Signale umwandelt, die zur Durchführung der gerade in Frage kommenden Steuerfunktion brauchbar sind. Dem Rechner 25 v/erden nicht nur die Lanzenhöhe und der Sauerstoffdurchsatz als Eingangsinformation zugeführt, sondern er erhält auch als Eingangsinformation die Heßergebnisse des Gasanalysators 19 (der noch näher beschrieben wird), die Temperaturinformation von dem Thermoelement 22 und, soweit nicht mit konstantem Abgasdurchsatz gearbeitet v/ird, die HePergebnisse des Abgasdurchsatzmessers 21.

L-ic Eingangsdaten aus den verschiedenen Meßgeräten werden im nceimer zu Stellsignalen für die Lanzenhöhe und den Sauerstoff-Qurchsatz verarbeitet. 'Wie dieses iir. Einzelnen durchgeführt wird, wird noch näher beschrieben. Wenn die Anlage voll automatisiert werden soll, kann man eine Steueranordnung 26 vorsehen, durch die der Schmelze im Ofen 11 zum gewünschten Zeitpunkt während aes ulasVorganges die Zuschläge beigegeben werden. Außerdem kann ran das Kippen des Ofens automatisieren, wenn man die

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fertig gestellte Charge in Tiegel oder Gußformen ausgiefen will, hierfür ist in der Figur ^l\ eier Block 27 vorgesehen. Schließlich kann noch eine automatische Beschickungssteuerung 28 vorgesehen sein, die auf entsprechende Steuersignale aus dem Rechner 25 dafür sorgt, daß der Blasofen automatisch rit einer neuen Charge beschickt wird. Alle diese zuletzt genannten Steueranordnungen gehören im Eisenhüttenwesen zum Stand der Technik. Sie benötigen aber Steuersignale aus einem Rechner. Un nun beim Sauerstoffblasverfahren auch diese an sich bekannten Steuerungsmöglichkeiten zum richtigen Zeitpunkt auslösen zu können, ist eine dynamische Prozeßsteuerung erforderlich, und eine solche dynamische Prozeßsteuerung wird durch die Erfindung geschaffen.

Grundlagen der Prozeßsteuerung.

Wie bereits erwähnt wurde, v/erden beim Sauerstoffaufblasverfahrcn Metalle mit Sauerstoff raffiniert oder aufbereitet. Bei einem solchen Raffinierungsproseß sollte Folgendes erreicht werden:

I. Es sollten sowohl im geschmolzenen Metall als auch in der Schlacke bestimmte vorgegebene Endwerte erreicht werden, und zwar bezüglich

a) des Kohlenstoffgehaltes,

b) der Badtemperatur,

c) des Sauerstoffgehaltes

d) des Mindestgehaltes an PeO in der Schlacke.

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II. Spritzen oder Auswurf von Material aus dem Ofen

sollte vermieden werden.
HI. Der Funkenflug sollte möglichst gerinn sein.

IV. i-Joch nicht geschmolzener Schrott sollte nachgewiesen werden.

V. Der Sauerstoff sollte optimal ausgenutzt v/erden.

Diesen eben aufgeführten Forderungen kann man am besten dadurch genügen, wenn man mittels einer dynamischen Steuerung den Sauerstoff aus der Lanze richtig auf die verschiedenen Reaktionen verteilt, die beim Sauerstoff aufblasverfahren ablaufen. Eine .solche dynamische Prozeßsteuerung kann man nur durch eine direkte Prozeßregelung erreichen, und für eine solche Regelung ist Folgendes notwendig:

I. Es muß aus dem Prozeß ein Signal abgeleitet werden, das Auskunft darüber gibt, wie der Lanzensauerstoff an den verschiedenen Reaktionen teilnimmt. II.. Die Aufteilung des Sauerstoffes auf die verschiedenen Reaktionen muß zwecks Optimalisierung des Prozesses beeinflußt werden.

Bei der hier vorliegenden Ausführungsform der Erfindung werden diese Forderungen wie folgt erfüllt:

I. Es v/iru das Sauerstoffpotential in den Abgasen r*e~ messen und dieses Sauerstoffpotential v:ird mit der Aufteilung des Sauerstoffes aus der Lanze und dem Kohlenstoffgehalt der Metallschmelze korreliert.

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II. Die Aufteilung, des Sauerstoffes aus der Lanze auf die verschiedenen Reaktionen wird durch Veränderung der Lanzenhöhe und/oder des Sauerstoffdurchsatzes durch die Lanze beeinflußt.

III. Es wird eine integrierte Wärmebilans aufgestellt, die auf der Sauerstoffausnutzung und der Temperatur des eingesetzten flüssigen Roheisens beruht, und diese Wärmebilanz wird mit der Isttemperatur der Metallschmelze verglichen, die an einem bestimmten Zeitpunkt mit einem Thermoelement gemessen wird. Aus dem Ergebnis dieses Vergleichs kann festgestellt werden, ob noch Schrott vorhanden ist, der noch nicht geschmolzen ist, und dieses kann als zusätzliche Prüfung der dynamischen Steuerung verwendet werden.

IV. Falls erforderlich, können zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Blasvorganges Zuschläge (Kalkstein, Erz, Spat, Schrott u.s.w.) beigegeben v/erden, um die gewünschten Endbedingungen zu erreichen.

V. Der Lanzensauerstoff wird automatisch abgestellt, so daß ein vorgegebener Kohlenstoffgehalt erreicht wird, und der Ofen wird automatisch gekippt, wenn die Charge die gewünschten Eigenschaften aufweist.

Instrumentierung der Prozeßsteuerung.

Um einen Teil der unter I.) aufgeführten Maßnahnen durchzuführen; sind die Steuerblöcke 17 und 18 für die Lanzenhöhe und den

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Sauerstoffdurchsatz durch die Lanze (Figur -¹O vorr,or,ehen. Die Vorrichtung sum Einstellen der Lanzenhühe kann eine Seiltrommel und eine Vielle aufweisen, v/ie sie von der Firma "Kaiser Engineers" in Lins, uesterreich hergestellt und vertrieben wird. Diese Geiltroimel kann mit einer elektromotorischen Stellantrieb versehen sein, mit der. sich die Lansenhöhc auf plus oner minus 1,25 cm genau einstellen läßt. Die Sollwerte für diesen Stellantriebsollten vom Rechner 2b vorneneben werden künnen. Urs Meßgerät für den Sauerstoffdurchsats kann ein üblicher Strömungsmesser sein, wie er beispieisv:eise von der Firma "Republic Engineering Corporation" vertrieben wird. Zur Steuerung der. Sr= ucrstoffdurchsatzes kann man irgendwelche passenden Ventile verwenden. Es ist jedoch notwendig, daß die Sollwerte für den Säuerst of i'durchnatz voia Rechner vorgegeben werden können. Bei Bedarf kann man zur Messung der Abgasmengen ebenfalls einen üblichen Gtrerungsmesser 21 verv;enden, der mit einer Hündunpsplatte arbeitet und bei dem der Druckabfall an dieser Mündunpsplatte r.encssen wird.

Zur Bestimmuno des Saucrstoffpotentials in den Abgasen wird der Abcasanalysator 19 verwendet. Dieser Abf.asanalysator 19 weist mehr als nur ein lief·instrument auf, da mit den Abrasanalysator nicht nur der Sauerstoffpartialdruck (!Op) gemessen wird, sondern auch der prozentuale.Gehalt an CO und COp in den Abgasen. Zur Best immune des Sauerstoffpartialdruckes (P ~) wird ein Sauerstoffsensor verwendet, der von der Firma General Electric Company unter der Bezeichnung "Oxysensor"-Ilark I kommerziell vertrieben

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wird. Dieser Sauerstoffsensor ist ein industrielles Meßgerät, mit der das Sauerstoffpotential einer Gasförmigen Atmosphäre · kontinuierlich gemessen werden kann. Die Eigenschaften dieses Meßgerätes sind die Folgenden: a) Das Ausgangssignal des Meßgerätes steigt mit linear abfallendem Sauerstoffpartialdruck logarithmisch an; b) Außerordentlich geringe Arbeitspunktverschiebungen; c) Die Ansprechgeschwindigkeit ist in allen Bereichen hoch; d) Dieses Meßgerät kann ohne Beeinträchtigung der Empfindlichkeit in korrodierenden Atmosphären und in staubhaltigen Gasen _t arbeiten.

Diese Sauerstoff sensoren beruhen darauf, daß sich zwischen zwe'i Elektroden eine Spannung ausbildet, wenn die beiden Elektroden von Gasen mit unterschiedlichem Sauerstoffpartialdruck umspült werden. Die beiden Gase sind hierbei durch einen ka.lziumstabili~ sierten Zirkonoxydelektr'olyten voneinander getrennt, in den Stromtransport über Säuerst of fionenleitung stattfindet. Der Zunatnmen- ) hang zwischen der elektromotorischen Kraft zwischen den beiden Elektroden und den Sauerstoffpartialdrucken in den beiden Gasen wird durch die Nernst'sehe Gleichung beschrieben. Die Temperatur des Säuerstoffsensors ist vorgegeben, und der Sauerstoffpartialdruck in dem einen Gas ist bekannt. Wenn man daher die EMK des Sauerstoff sensors mißt, kann der Sauerstoffpartialdruck in der. zu messenden Gas nach der Hörnst'sehen Gleichung ausgerechnet werden. Dieser gemessene Sauerstoffpartialdruck steht mit der Sauerstoffkonzentration und der chemischen Zusammensetzung des zu untersuchenden Gases direkt in Beziehung. Diese Sauerstoff-

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sensoren sind so ausgelegt und konstruiert, daß sie selbst in Industrieabgasen mit einem sehr geringen Filteraufwand arbeiten können und ihre eigenen Filter und Gastrockner sowie ihre eigene Umwälzpumpe für die Gase aufweisen. Außerdem sind diese »Sauerstoffsensoren mit einem Nadelventil und einem Strömungsmesser zur Einstellung und zur Messung des Gasdurchsatzes versehen. Die Temperatur der eigentlichen Iießzelle wird von einem in Festkörperbauweise ausgeführten Proportionalregler auf 850 C plus oder minus 5°C gehalten. Die Ausgangsspannung der eigentlichen lief:- zelle wird in einem eingebauten Verstärker verstärkt, so daß die Ausgangsspannung entweder abgelesen oder an andere Elemente wie beispielsv/eise an den Rechner oder an einen Schreiber weitergeleitet v/erden kann. Da solche Sauerstoffsensoren kommerziell erhältlich 3ind, werden sie nicht näher beschrieben.

Der prqzenzuale Anteil von COp und CO in den Abgasen kann mit einem üblichen Infrarotgerät gemessen werden, wie es beispielsweise von der Firma "Leeds and Morthrup Company¹' hergestellt und vertrieben wird. Als besonders geeignet zur Messung dieser Parameter hat sich das Gerätemodell No 7δθ'»-Λ6-Α5 Infra-Red Analyzer dieser Firma erwiesen.

Bestimmung des ßauerstoffpotential in den Ofenabgasen.

Das Sauerstoffpotential der Abgase aus dem Diasofen, die während eines BlasVorganges entweichen, kann in Ausdrücken des Sauerstoff ausnutzungsfaktors beschrieben werden. Da dieser Faktor ein

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Maß für das Sauerstoffpotential in den Abgasen des Blasofens ■ *

ist, gibt er daher Gleichzeitig die Bereitsschaft dieser Gase an, mit dem geschmolzenen Metallbad zu reagieren, und daher ist * dieser Faktor auch ein Maß für den Sauerstoffgehalt der Schmelze. Dieser Beziehungen wegen kann der Sauerstoffausnutzungsfaktor mit der Aufteilung des verfügbaren' Sauerstoffes auf die verschiedenen Reaktionen korreliert werden, die sich beim BlasVorgang im Ofen abspielen. Außerdem kann der Sauerstoffausnutzungsfaktor h mit dem Kohlenstoffgehalt der Metallschmelze korreliert werden. Dieser Tatsachen wegen kann der Sauerstoffausnutzungsfaktor als Prozeßsignal verwendet werden, das Auskunft über die Aufteilung des Sauerstoffs aus der Lanze auf die verschiedenen Reaktionen gibt, und daher kann dieser Faktor auch dazu verwendet v/erden, zwecks Optimalisierung des Prozesses die Aufteilung des Sauerstoffes aus der Lanze auf die verschiedenen ablaufenden Reaktionen dynamisch zu steuern.

In einer Anlage mit einem geschlossenen Blasofen, wie sie in der Figur 1 dargestellt ist, ist in den Abgasen nicht genügend Sauerstoff vorhanden, um das gesamte Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd zu oxydieren. Das resultierende Sauerstoffpotential steht daher mit dem Verhältnis CO/COp im Gleichgewicht und wird kontinuierlich mit einem der oben beschriebenen Sauerstoffsensoren gemessen. Anschließend werden das Kohlenmonoxyd und/oder das Kohlendioxyd mit einem Infrarotmeßgerät oder mit anderen zweckmäßigen Sensoren ■ gemessen, und außerdem werden die Durchsatzmengen für die Abgase

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und für den Lanzensauerstoff bestimmt. Unter Verwendung diener Messungen kann man nun den Sauerstoffausnutzungsfaktor für ein System mit einen geschlossenen Diasofen anhand der folgenden Beziehungen bestimmen:

Die Gasdurchsatzbilanz ist durch folgende Gleichung gegeben:

^RV ^{+ R}A ^{S R}sg ⁺ ν^Λο2^{} (1)}

Die Sauerstoffbilanz ist gegeben durch ^Rsg^{(1/2 S}co ^{+ 2}CO₂) = ^RA^(Ao2> ^{+ R}V^(Vco2 ^{+ 1/2 V}co>. ⁽²⁾

Die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors wird nach fol gender Beziehung verarbeitet:

-- ^Soo2^/Soo

Die Kohlenstoffbilanz ist gegeben durch V^Sco ^{+ 5}CO₂) -- ^RV

Der Kohlenstoff aus dem Blanofen ist gegeben durch

co

Die Stickstoffbilanz ist gegeben durch

Der Sauerstoffausnutzung faktor ist gegeben durch

V 1/2 V₀₀ + V_co2) ■ . '

α _L_ (7)

Die einzelnen, in den Gleichungen verwendeten Syr.tole haben

die folgende Bedeutunf:

1Ί = Durchsatz von trockenem Abj^as (gei-essen in Kubikfuß

Sf,

pro Minute unter Normalbedinpunnen). " K_v = Gasdurchsatz vom Ofen (in Kubikfuß) R- = Sauerstoffdurchsatz durch die Lanze (in.Kubikfuß) Ap = Sauerstoffmolenbruch in trockener Luft (0,21) S_n = Sauerstoffmolenbruch im trockenen Abras

Oc

R. = Luftdurchsatz (in Kubikfuß pro Minute)

A.-2 = Stickstoffmolenbruch in trockener Luft (7GT') S = Molenbruch des Kohlenmonoxydes im trockenen Abgas

C O

ο ρ = Molenbruch des Kohlendioxydes im trockenen Abf-as

o._J2 = Molenbruch des Stickstoffes im trockenen Abfas

K. = Rechonparameter aus Messungen ndt dem Sauerstoffsensor

Kp = Rechenpararneter aus Messungen mit dem i'auerstoffsensor

V = Molenbruch des Kohlenironoxydes in Blasofenpas

V ρ = Molenbruch des Kohlendioxydes im Blasofenpas F = 96,501 R = 8,31298 (O₀. ) = Sauerstoffpartialdruck im bekannten Normras

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E = Spannung der Sensorelektrode, die mit dem zu messenden Ga3 in Berührung steht, im Hinblick auf die Span-. nung der Elektrode, die mit dem bekannten IJormgas in Berührung steht.

ΐ = Elektrolyttemperatur in ⁰K

Bei dieser Berechnung des Sauerstoffausnutzungsfaktors für ein System mit einem geschlossenen Blasofen ist angenommen worden, daß die Gleichgewichtskonzentration an freiem Sauerstoff in den Gasen im Blasofen vernachlässigt werden kann.

In der Figur 3 ist nun idealisiert dargestellt, wie sich der Sauerstoffausnutzungsfaktor während eines Blasvorganges in Abhängigkeit von der Zeit ändert. In der Figur 5 ist dagegen dargestellt, wie dieser Verlauf des Sauerstoff ausnutsungsfalctors dazu benutzt werden kann, die Lanzenhöhe (LH) und den Sauerstoffdurchsatz durch die Lanze zu steuern (L „),so daß dadurch die Verteilung, des Lanzensauerstoffes auf die verschiedenen Reaktionen optimal geregelt wird. Wenn man den Verlauf des Sauerstoffausnutzungsfaktor nach Figur 5» der bei einer nicht spritzenden Charge auftritt, mit den Kurven nach Figur G oder Figur 7 vergleicht, die den Verlauf des Sauerstoffausnutzungsfaktors für eine schwach spritzende und für eine stark spritzende Charge darstellen, so sieht man, daß man das,diesen Ausnutzungsfaktor darstellende Signal dazu verwenden kann, an.bestimmten Punkten während des Blasvorganges die Lanzenhöhe und/oder den Sauer-

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stoffdurchsatz zu korrigieren, so daß der Prozeßablauf optimalisierb werden kann. So kann man diesen Figuren beispielsweise . . entnehmen, daß es beim übergang von der Schlackenbildungsphase zur Auskochphase, also etwa nach acht Minuten nach Blasbeginn, wünschenswert erscheint, die Lanze, weiter in das geschmolzene Metall einzutauchen und den Säuerstoffdurchsatz stark zu erhöhen. Dadurch wird dem erhöhten Sauerstoffverbrauch Rechnung getragen, der während der Auskochphase auftritt. Das wurde aber bereits erwähnt. Man sieht also, daß es durch die Erfindung möglich ist, die Aufteilung des Sauerstoffes auf die verschiedenen Reaktionen im Blasofen dynamisch zu regeln, und zwar dadurch, daß im Rechner 25 aus dem Sauerstoffausnutzungsfaktor passende Signale abgeleitet v/erden, mit denen man die Lanzenhöhe und den Sauerstoffdurchsatz ändern kann, die also den Blöcken 17 und 18 zugeführt worden.

In einen System mit einem offenen Blasofen steht so viel Sauer- ) stoff durch die von den Abgasen angesaugte Luft zur Verfügung, daß in den Abgasen das gesamte Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd oxydiert werden kann. Es wird der freie Sauerstoff gemessen, der nach der Verbrennung von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd in den Abgasen vorhanden ist, und ebenso das resultierende Kohlendioxyd, der Abgasdurchsatz und der Sauerstoffdurchsatz durch die Lanze. Aus diesen Messungen kann der Sauerstoffausnutzungsfaktor anhand der nachfolgenden Gleichungen berechnet werden,

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Dio Gaadurchsatzbilanz ist gegeben durch
^RV ^{+ R}A ^{= R}se ^{+ R}V^{(1/2 ν}οο^}

Die Sauerstoffbilans ist gegeben durch

^Rsg^(Sco2^{+ 8}O₂) = ^RA^(Ao2> ⁺ V^{1/2 V}co ⁺ Λο2>

Die Kohlenstoffbilanz ist gegeben durch

Der Molenbruch des Sauerstoffes in den Abgasen leitet
sich aus den Messungen mit dem Sauerstoffsensor wie
folgt ab:
log S = log(0 ) + -Tf₁₅K- (11)

Der Kohlenstoff aus dem Diasofen ist gegeben durch

V +V₀=I (I₂)

CO CO₂ ^ '

Die Stickstoffbilanz ist gegeben durch

V⁸IiZ* ⁼ VW ⁽¹³⁾

Der Sauerstoffausnutzungsfaktor ist gegeben durch

¹ '*» \₂ ^W)

Wenn man v;ährend eines Blasvorganges den Sauerstoffausnutzungsfaktor überwacht und diesen Faktor durch Änderung der Lanzenhühe und/oder des Sauerstoffdurchsatzes durch die Lanze regelt, wie

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es bereits beschrieben wurde, kann die Aufteilung des Sauerstoffes auf die verschiedenen, während eines Blasvorganges ablaufenden Reaktionen gesteuert werden.

Steuerung von Kohlenstoffendgehalt und-Endtemperatur.■

Wenn man die Figur 3 betrachtet, so sieht man, daß nur wenig Zeit zur Verfügung steht , um xiährend der Raf finierungsphase den Kohlenstoffgehalt und die Temperatur bei Abweichungen zu korrigieren, um eine bestimmte Charge auf einen vorgegebenen Kohlenstoff endgehalt und auf eine vorgegebene Endtemperatur zu bringen. Diese Zeitspanne wird noch kürzer, wenn es sich um Chargen mit einem hohen Kohlenstoffendgehalt handelt. Um von praktischem Wert zu sein, muß die Ansprechgeschwindigkeit einer dynamischen Steuerung für das Sauerstoffaufblasverfahren mehrere Male größer als die kurzen Zeitspannen sein, die zur Korrektur des Kohlenstoffgehaltes selbst in Chargen mit einem hohen Kohlenstoffendgehalt zur Verfügung stehen, da man sonst nicht in der Lage ist, bei der fertigen Charge vorgegebene Spezifikationen einzuhalten. Die Blaszeiten, die erforderlich sind, um während der Raffinierungsphase die Kohlenstoffkonzentration um bestimmte Prozentsätze herabzusetzen, ist in Figur 8 über dem Kohlenstoffgehalt der jeweiligen Charge aufgetragen worden. Wie man der Figur 8 entnimmt, muß die Ansprechzeit der dynamischen Steuerung um so kürzer 3oin, je höher der vorgegebene Kohlenstoffendgehalt und je kleiner die zulässigen Abweichungen sind.

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INSPEQTED

iFür die dynamische Steuerung des Kohlenstoffendgehaltes und der Endteir.peratur sind Bezugswerte für die Temperatur und den Kohlenstoffgehalt erforderlich, auf denen die Berechnungen für die dynamische Steuerung beruhen. Es ist am günstigsten, wenn man diese Bezugswerte für die Temperatur und den Kohlen-

„ stoffgehalt gegen das Ende des Blasvorganges hin gewinnt. In der Figur 9 sind für drei verschiedenen Chargen A, B und C der Kohlenstoffgehalt über der Temperatur der Schmelze aufgetragen worden. Die Umhüllende, die in der Figur ? durch die punktierten Linien dargestellt ist, definiert die zulässigen Endtoleranzen für die in Frage kommenden Chargen. Wenn der Kohlenstoffgehalt und die Temperatur bestimmt worden sind (v;as noch im einzelnen beschrieben wird), und wenn man den Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Temperatur kennt, der

, für eine bestimmte Charge gilt, kann man die Fertigstellung der einzelnen Chargen auf folgende Weise steuern. Wenn im Falle der Charge A der ursprünglich programmierte' Zusammenhang zwischen Kohlenstoffgehalt und Temperatur über die erste Probeentnahme hinaus weiter verfolgt wurde, würden die Temperatur und/oder der Kohlenstoffgehalt zu niedrig sein. Bei dieser Charge würde die dynamische Steuerung-die Lanze anheben und den Sauerstoffdurchsatz erhöhen, so daß der Zusammenhang zwischen Kohlenstoffgehalt und Temperatur durch die gestrichelte Linie A-D beschrieben würde. Auf diese Weise könnte der Bla3-

Vorgang am Punkt D beendet werden, da die dann fertiggestellte Charge die vorgegebenen Toleranzen für die Endspezifikation

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■ erfüllt. Die Charge B erreicht dagegen die vorgegebene Endspezifikation, wenn der ursprünglich programmierte Zusammenhang zwischen Kohleristoffgehalt und Temperatur weiter verfolgt wird und der Blasvorgahg beim Erreichen des Punktes E beendet wird. Bei der Charge C würde die Weiterverfolgung des ursprünglich programmierten Zusammenhangs zwischen Kohlenstoffgehalt und Badtemperatur bei der ersten Probeentnahme auf einen au hohen Kohlenstoffgehalt und/oder auf eine zu hohe Temperatur ψ führen. Die dynamische Steuerung würde dann die Beigabe von Kühlmitteln, wie beispielsweise von Kalk oder Schrott, sur Charge auslösen. Der neue Verlauf zwischen Kohlenstoffgehalt und Temperatur würde dann der gestrichelten Linie C-F folgen, und der Blasvorgang würde innerhalb der Spezifikationen am . Punkt F beendet sein.

Was sich mit der eben beschriebenen Endpunktkontrolle erreichen läßt, hängt im wesentlichen von drei Faktoren ab. Einmal kommt _k es auf die zulässigen Toleranzen für den Kohlenstoffendf.chalt und die Endtemperatur an. Zum zweiten sind die Größe und die Richtung der Abweichungen von den vorgegebenen Endwerten von Bedeutung, die auftreten, wenn der ursprünglich programmierte Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffgehalt und' der Temperatur weiter verfolgt würde. Drittens ist es von Bedeutung, wie rasch die verschiedenen Zuschläge, wie Kalkstein, Erz oder Schrott, dem Blasofen zugeführt v/erden können.

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Aus den Ficuren 8 und 9 kann man entnehmen, daß während der Raffinierungsphase nur eine kurze Zeitspanne zur Verfugung steht, um Abweichungen im Kohlenstoffgehalt und in der Temperatur der Chargen zu korrigieren. Diese Zeitspannen sind noch kürzer, wenn es sieh um Chargen mit einem hohen Kohlenstoffendgehalt handelt. Die dynamische Steuerung muß somit eine Ansprechzeit aufweisen, die mehrere Male kürzer als die für die Korrekturen zur Verfügung stehenden Zeitspannen ist, um in einer Charge vorgegebene Endspezifikationen einhalten zu. können. In der Figur 8 ist die Blaszeit in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt einer Charge aufgetragen worden, die erforderlich ist, um diesen Kohlenstoffgehalt um bestimmte Prosentsätze zu ändern. Die Ansprechzeit muß für einen vorgegebenen Dereich des Kohlenstoffendgehaltes um so kürzer sein, je höher dieser Kohlenstoffendgehalt ist. Der Temperaturanstieg während dieser Zeitspanne ist etwa konstant und zwar wird während dieser Zeitspanne normalerweise mit einem.Sauerstoffdurchsats durch die Lanze von 100 scfm/to Fe gearbeitet. Für Xohlenstoffendgehalte von mehr als 0,5JS hat die Änderung der Sauerstoffverteilung auf die verschiedenen Reaktionen, die am Ende der Auskochphase auftritt, noch nicht stattgefunden. Man muß daher andere Methoden anwenden, um Kohlenstoffbezugsdaten zu korrigieren. Wenn der Kohlenstoff endgehalt zwischen 0,5 und 0,355 liegen soll, und wenn die Temperatur der Charge etwa 6 bis 7°C zu niedrig liegt, ist die Zeit zu kurs, um diese Temperatur zu korrigieren und trotzdem den Kohlenstoffendgehalt auf plus oder minus Ο,Οί'¹ genau zu erreichen.

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V/enn der Kohlenstoffendgehalt unter etwa 0,3% liegen soll, kann man die Steuerung auf der Grundlage nach Figur 8 durchführen. Um diese Grundlagen jedoch heranziehen, zu können, muß der Gasanalysator in spätestens 15 Sekunden nach einer Änderung der Reaktion im Blasofen ein brauchbares Signal abgeben. Dieses ist der Grund, warum der Sauerstoffsensor des Abgasanalysators 19 im Abzug vor der Gasreinigungsanlage und nicht hinter der Gasreinigungsanlage angeordnet ist, wie es in der * Figur k dargestellt ist.

Es wurde bereits bemerkt, daß die Bestimmung des augenblick*¹ liehen Kohlenstoffgehaltes einer Charge durcH Subtraktion des Kohlenstoffs, der den Blasofen durch den Abzug verläßt, von dem ursprünglichen Kohlenstoffgehalt der eingesetzten Charge nachweislich nicht zufrieden stellt. Einmal kann der Fehler ..' bei der Bestimmung des ursprünglichen Kohlenstoffgehaltes des

eingesetzten flüssigen Roheisens von der gleichen Größenordk nung wie der geforderte Kohlenstoffendgehalt sein. Zweitens ist die Integration des Kohlenstoffs, die auf einer Abgasanalyse beruht, selbst mit Fehlern behaftet. Durch die Integration des KohlenstoffVerlustes von Beginn eines Blasvorganges an, kann man somit offensichtlich nur statistisch die Toleranzen verbessern, mit denen sich die Endspezifikationen von fertiggestellten Chargen mit hohem Kohlenstoffgehalt (mehr als etwa Oy^l\%) erreichen lassen.

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Nun kann man erfindungsgemäß wesentlich verbesserte Kohlenstoffdaten aus dem Verlauf des Signales erhalten, durch das der Sauerstoff ausnutzungs faktor beschrieben wird, eier seinerseits wieder Rückschlüsse auf die Verteilung des Sauerstoffs auf die verschiedenen im Blasofen ablaufenden Reaktionen zuläßt. Die Figur 10 ist eine graphische Darstellung und zeigt den Zusammenhang zwischen dem prozentualen Kohlenstoffgehalt der Charge am Ende des Blasvorganges und dem Sauerstoffgehalt in den Abgasen einige 10 Sekunden vor dem Abschalten des Sauerstoffs. Aus dieser Figur 10 geht hervor, daß zwischen dem Sauerstoff in den Abgasen und dem Kohlenstoffgehalt "der Charge eine Korrelation besteht. Durch die lineare Anpassung von Sauerstoffmeßdaten in den Abgasen und dem Kohlenstoffgehalt der Charge am Ende des Blasvorgangs wurde ein Korrelationsfaktor von 0,93 ermittelt. Man sieht also, daß das Sauerstoffpotential der Abgase, wie es von dem Abgasanalysator gemessen wird, einen zuverlässigen Bezugswert für den voraussichtlichen Kohlenstoffendgehalt darstellt, auf den die Berechnung und die logischen Entscheidungen für die dynamische Steuerung gestützt werden kann. Diese Information wird im Rechner verarbeitet, und der Rechner leitet daraus den genauen Zeitpunkt ab, an dem der Lanzensauerstoff am Ende eines Blasvorgangs abgestellt wird.

Es gibt heute Thermoelemente, die man in einen senkrecht stehenden Blasofen hineinwerfen oder einsetzen kann, ohne die Charge

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au unterbrechen. Ein solches Thermoelement wird beispielsweise von der General Electric Company unter der Bezeichnung "Jet DOD" hergestellt und vertrieben. Mit diesem Thermoelement kann man einen Temperaturwert innerhalb 3 bis 5 Minuten vor dem voraussichtlichen Ende des BlasVorganges gewinnen. Zu diesem Zeitpunkt sollte der Schrott im Diasofen bereits vollständig geschmolzen sein. Wenn der Schrott wirklich geschmolzen ist, stimmt die vom Thermoelement gemessene Temperatur recht gut mit einer vorhergesagten Endtemperatur überein, die auf einer seitlichen Integration der Anfangstemperatur der Charge und der Sauerstoffmenge beruht, die dem Ofen während des Blaavorganges zugeführt wurde. Dieses ist eine zusätzliche Prüfung dafür, daß der gesamte eingesetzte Schrott bereits geschmolzen ist. Jeder Unterschied zwischen dem Wert dieser integrierten Würmebilanz und der Temperatur des geschmolzenen Metalls , die mit dem Thermoelement gemessen wird, zeigt an, daß Korrekturen erforderlich sind, und zwar auf den Grundlagen nach Figur 9.

Wenn aus dem Meftergebnis dos Thermoelementes hervorgeht, daß die Endtemperatur und/oder der Kohlenstoffgehalt einer fertigen Charge zu hoch v/ürden, kann die dynamische Steuerung den Block 26 ansteuern, so daß der Charge Zuschläge wie Kalk, lJrz~ oder Schrott beigegeben werden, um die geforderten Endspezifikatio'nen zu erreichen. Sollte sich herausstellen, daß die Endtemperatur und/oder der Kohlenstoffendgehalt zu niedrig werden, so kann der Sauerstoffdurchsatz erhöht werden.·

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Au5 der Beschreibung r,eht also hervor, daß die Erfindung ein dynamisches Regelverfahren und eine Anlage zur Regelung oder Steuerung der Stahlherstellung nach dem Sauerstoffaufblasverfahren beinhaltet, durch das durch Messungen in den Abgasen ein bevorstehender Auswurf von Material aus dem Blasofen bzw. ein Spritzen innerhalb des Blasofens bereits nachgewiesen v/erden kann, bevor diese Erscheinungen außerhalb des Blasofens bemerkt werden können.' Diese Bedingungen können durch die dynamische Prozeßsteuerung durch Einstellung der Lanzenhöhe, des oauerstoffdurchsatzes und der möglichen Beschickunr des Blas- ' ofens mit Zuschlagen wie Kalk beseitigt werden, da dadurch die Bildung einer richtigen Schlacke bewirkt werden kann. Wenn ein , Blasvorgang seinem Ende zugeht, wird ein Thermoelement in den Ulasofen geworfen oder in ihn eingesetzt, und dieses Thermoelement liefert einen weiteren Eingangsparameter für die Prozeßsteuerung. Die Information über die Isttemperatur der Schmelze plus Informationen über den Kohlenstoffgehalt der Schmelze, die durch laufende Sauerstoffmessungen in den Abgasen erhalten werden, werden zur Einstellung der Endtemperatur und des Kohlenotoffendgehaltes einer Charge verwendet. Der digitale Prosenrechner 2^lj kann zusätzlich zu seinen Aufgaben in den dynamischen Regelschleifcn noch andere wichtige Aufgaben übernehmen, wie sie bei der Vorbereitung eines Blasvorgangos auftreten. Ijr kann beispielsweise zur Berechnung der einzusetzenden Charge verwendet werden. Außerdem kann der Rechner dazu verwendet werden,

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-HO-Daten zu sammeln und zu speichern, die zur Verfeinerung des der dynamischen Steuerung bzw. Regelung zugrunde liegenden Modells erforderlich sind.

Die Erfindung ermöglicht also eine dynamische Regelung oder oteuorunf,, mit der unter gleichzeitiger Senkung von Haterial- und Arbeitskosten die Produktivität und die Qualität erhöht werden können. Durch Vereinfachung der Rohnaterialbeschaf-

w fung für die Stahlherstellung und durch die Verrinr.crunr. der Anzahl der Chargen, die beim ersten Blasvorr.ang vorgegebene Endspezifikationen nicht erreichen, kann der Produktionsaus-. Gtof. eines Stahlwerkes erheblich vergrößert werden. Außerdci.: v;erden durch das erfindungsgemäße Verfahren die Ausbeuten grüsser, da aus dem Ofen während des BlasVorganges ,kein Material n.ohr ausgeworfen wird, und da die Schlacke am Ende des Blasvorganges nur noch ein Mindestmaß an Eisenoxyd enthält. Da sich durch die Erfindunn in einem Blasvorcanr, Chargen i:it einen vorgegebenen Kohlenstoffendnehalt und mit einer vorperobcnen Enntempcratur herstellen lassen, v;erden zwei Ilauptforderunccn erfüllt, die bei der otahlherstellunp; nach dem Sauerstoffaufblasverfahren gestellt v/erden. Da einmal der Sauerstoffdurchsatz optimalisiert v/erden kann, wird die Lebensdauer eier Lilan-"fen vergrößert, und außerdem wird der Überschuß an Stickstoff und an Sauerstoff in der Schmelze klein r.emacht. Ebenso kann man auch den Sauerstoffgehalt der Schmelze am Ende des lilasvorganges steuern, und dadurch werden die nachfolgenden Lear-

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beitun£Bstufcn erleichtert und die entstehenden I'etallprodukte sind sauberer.

Man sieht also, daß die Erfindung ein dynamisches Ref-elverfahren zur automatischen und kontinuierlichen Rerelunr oder Steuerung eines oauerstoffblasofens beinhaltet, durch das das .'Jauerstoffblasverfahren so optimalisiert werden kann, daß im Laufe eines Blasvorcanfies Stühle mit einer vorgegebenen Lndtemperatur sowie mit einem vorgegebenen Kohlenstoff- und Jauerstoffenu^ehalt erschmolzen werden können, und daß die Erfindunc die hierzu erforderlichen Vorrichtungen und Anordnungen anpibt.

OHiQlNAL 909840/089 S

Claims (1)

1. -I₁₂-

   Patentansprüche:

   1. Anordnung zur Steuerung odor Regelung den Cauorstoi'faufblasverfahrens :;ur Stahlherstellung, nach den einer in einer, ulasofen befindlichen Metallschmelze mittels einer sauerstofflanze Sauerstoff zuführbar ist, die zur Beeinflussung'der Verteilung des Sauerstoffes auf die verschiedenen, im Blasofen ab-

   ψ laufenden Reaktionen gegenüber der Metallschmelze hühenverstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, u a ί^: ein Meßgerät zur Gewinnung eines Signals vorgesehen ist, uas ein I-'.aß für den Sauerstoffgehalt der Metallschmelze ist, und ei a P-dieses Signal über einen Rückführungsweg einer dynarischen Refcl- - schleife zuführbar ist, mit der die Verteilung des Sauerstoffes aus der Lanze auf die verschiedenen, im Blasofen ablaufenden Reaktionen steuerbar ist.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c Ii f e k e η η zeichnet, daß in dem Eückführunrsv.'ef, ein Rechner vorcesehen ist, in dem aus dem Signal des ilei-.f-;erätes eine Information über die Aufteilung des Sauerstoffes auf die verschiedenen im Blasofen ablaufenden Informationen abgeleitet ist, und daß aus dieser Information ein Steuersignal zur automatischen uiiü kontinuierlichen Steuerung der Lanzenhöhe und des onuerstoffaurchsatzes durch die Lanze gewonnen ist.

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   5. Anordnung nach Anspruch 2, u au u r c Ii r e k e η η zeichnet, daß eine oteuervorrichtunr. zur anfänglichen beschickung aes Blasofens Mit einer Aur.fp.nrscharre bekannter Zusammensetzung und bekannten Zustanden vorfcsehen ist, die zur Automatisierung der Beschickung vom Rechner anfosteuert ist.

   ¹J. Anordnunf. nach Anspruch 2 ₃ dadurch r, e 1: e η η zeichnet, daß eine oteucrvorrichtunf, zur i3eif,abe von als Kühlmittel dienenden Zuschlägen vorfeschen ist, die von dem Rechner anfcsteuert ist, so da" die Beifnbe eier .'luschläfe zur ochi;;elze in blasofen automatisch und zu einen: ranz bestimmten Zeitpunkt während eines iilasvorf.anf.es durchführbar ist.

   ■j. Anoi'dnunf nach Anspruch 2, dadurch f- e k e η η zeichnet, daß zum Kippen des Ii las ofens und zur. Ausficßen des feschnolzenen Iletalles eine weitere .'.'»teuervorrichtunf vorf.esehen ist, die zur Autoniatisierunf dieser Vor-" fyinf.e vom Rechner angesteuert ist.

   υ. Anoi'dnunf. nach Anspruch 2, dadurch f e k c η η zeichnet, d a Ji eine Steuervorrichtunc zur anfänflichen heachickunf des Blasofens nit einer Ausfanfscharfe bekanr.tei' Zusar::i::ensctzunf, und bekannten Zustandes vorf.eschen ist, <:■:, weiterhin eine oteuervorrichtunr. sur jicifabe von als K'ihli..ibtel uiuiieiiden Zuschläfcn vorf.esehen ist, (\pfr sun Kippen des :,Insofeiis u:id zun Ausfießen des flÜGsif,en I'.etalles eine dritte

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   Steuervorrichtung vorgesehen ist, und daß alle diese Steuervorrichtungen zwecks Automatisierung der Vorgänge und zur Durchführung der Vorgänge zu den richtigen'Zeitpunkten von dem Rechner angesteuert sind. ■

   7· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hefgerät einen Abgasanalysator aufweist, der im Ofenabzug noch vor der Gasreinigungsanlage angeordnet ist und dessen Ausgangssignal ein Maß für das Sauerstoffpotential der Gasatmosphäre im Blasofen und für die Verteilung des Sauerstoffes aus der Lanze auf die verschiedenen im Blasofen ablaufenden Reaktionen ist, und daß in dem Rückführungsweg ein Rechner vorgesehen ist, in dem aus den Ausgangssignalen des Abgasanalysators Korrektursignale errechnet sind, mit denen zwecks Steuerung der Verteilung des Lansensauerstoffes auf die verschiedenen im Blasofen ablaufenden Reaktionen während eines Blasvorganges die Lanzenhöhe.und der Sauerstoffdurchsatz durch die Lanze kontinuierlich und dynamisch gesteuert werden.

   8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ließgerät Einrichtungen zur Bestimmung der Lanzenhöhe, des Sauerstoffdurchsatzes durch die Lanze und des Abgasdurchsatzes aufweist, daß der Abgasa:ir^;lysatoreinen Sauerstoffpartialdruckmesser aufweist, n:it deir. der Sauerstoffpartialdruck in den Abgasen messbar ist, und ein:"

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   -i\5-

   Meßeinrichtunken zur Bestimmung des Molenbruchs von Kohlenmonoxyd und des fiolenbruchs von Kohlendioxyd in den Abgasen vorgesehen sind j so. daß alle so gewonnenen Meßerf.ebnisse ein Haß für das .Sauerstoffpotential der Blasofenatmosphärc und damit für den ' Sauerstoffgehalt der Schmelze sind.

   9· Anordnung nach Anspruch 7₃ dadurch pelcennkennzeichnet, daß in dem Rechner die Korrektur-Signale durch die Lösung der folgenden Gleichung gewonnen sind: _T , ^{tl/2 V}co ^{+ V}co₂'^RV

   viobei ^:'x" den Sauerstoffausnutsunncfaktor der r.lasofcmitrcosph-'lrc bedeutet und ein Haß für das Sauerstoffpotential (ier üfer.rtrroaphäre, dei' Verteilunc des Lanzensauerstoffes auf uLo verschiedenen im Blasofen ablaufenden Reaktionen und somit ein Haß für doii ,Jauerstof fcehalt der Schmelze ist, und wobei V don Mo lonbruch des vom Lanzensauerstoff in den Abgasen erzeugten Kohlenluouoxyoes "ist, V _? der Holenbruch des vom Lanzensauerstoff erzeugten Aüiilendioxydes in den Abpasen und R._r den Abr.asdurchsatz vom Blasofon.

   Iu. Anordnuno nach Anspruch 9, dadurch π e k e η η zeichnet, daß in dem Rechner der voraussichtliche Verlauf des öaucrstoffausnutzunr.sfaktors während eines Blasvor[:anf-es pronramrniert ist, daß der aus den'laufenden Meßorf.eb-

   9098A0/0895 ^AD ORIGINAL·'

   -Ί6-

   niesen errechnete Sauerstoffausnutzungsfaktor mit den programmierten Uerten des Sauers't-offausnutzungsfaktors in Rechner verglichen ist, und daß aus diesem Vergleich Korrektursignale zur iJachstellung der Lanzenhöhe ,und des Sauerstoffdurchsatzes durch die Lanze gewonnen sind, so daß während eines Blasvorganges die Verteilung des Sauerstoffes auf die verschiedenen im Blasofen
   ablaufenden Reaktionen kontinuierlich und dynamisch -steuerbar
   ist.

   11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß' eine Steuervorrichtung zur anfanglichen Beschickung des Diasofens mit einer Ausgangscharge bekannter Zusammensetzung und bekannten Zustandes vorgesehen ist, die zur Automatisierung der Beschickung vom Rechner angesteuert ist.

   12. Anordnung nach Anspruch 1O₃ dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung zur Beigabe
   von als Kühlmittel dienenden Zuschlagen vorgesehen ist, die von dein Rechner angesteuert ist, so daß die Beigabe von Zuschlagen zur Schmelze im Blasofen automatisch und zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt während des Blasvorganges durchführbar ist.

   13- Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, d a P' zum Kippen des Blasofens und zum
   Ausgießen des geschmolzenen Metalles eine weitere Steuerv.or-

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   richtung vorgesehen ist, die zur Automatisierung dieser Vorgänge vom Rechner angesteuert ist.

   14. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet , daß eine Steuervorrichtung zur anfänglichen Beschickung des Blasofens mit einer Ausgangscharge bekannter Zusammensetzung und bekannten Zustandes vorgesehen ist, daß weiterhin eine Steuervorrichtung zur Beigabe von als Kühlmittel dienenden Zuschlägen vorgesehen ist, daß zum Kippen des iilasofeno und zum Ausgießen des flüssigen Metalles eine dritte . Steuervorrichtung vorgesehen ist, und daß alle diese Steuervorrichtungen zwecks Automatisierung dieser Vorgänge und zur Durchführung dieser Vorgänge zu den richtigen Zeitpunkten von dem Rechner angesteuert sind.

   15· Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis l'l, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rechner ein Signal errechnet ist, das ein Haß für die voraussichtliche Lndtemperatur der Schmelze ist und dessen Berechnung auf einer seitlichen Integration der anfänglichen Temperatur der Schmelze, dem Sauerstoffdurchsatz durch die Lanze und der bereits verstrichenen Blaszeit beruht, daß weiterhin eine Vorrichtung vorgesehen ist, mit der kurz vor Beendigung des Blasvorganges ein Thermoelement in die Schmelze einsetzbar ist, daß der mit dem 'i'hornoelemcnt gemessene Temperaturwert der Schmelze mit dem errechneten Wert über die voraussichtliche Endtemperatur der S chisel ze verglichen ist, und daß aus diesem Vergleich zwischen

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   BAD ORIGINAL,

   -H8-.

   dem errechneten Wert über die voraussichtliche Endtemperatur der Schmelze und dem mit dem Thermoelement gemessenen Temperaturwert Korrektursignale abgeleitet sind, mit denen die sur Erreichung einer vorgegebenen Endtemperatur erforderlichen Korrekturen durchführbar sind.

   16. Verfahren zur Steuerung oder Regelung des Sauerstoffaufblasverfahrens zur Stahlherstellung, nach dem einer in einem * Diasofen befindlichen Metallschmelze mittels einer Sauerstoff- , lanze Sauerstoff zugeführt wird, die zur Beeinflussung der Verteilung des Sauerstoffes auf die verschiedenen, in dem Blasofen

   ablaufenden Reaktionen höhenverstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich eine Größe gemessen wird, die ein Haß für den Sauerstoffgehalt der Schmelze während eines Blasvorganges ist, daß aus dieser genossenen Größe Steuersignale abgeleitet werden, die ein Maß für die gewünschte Verteilung des Lanzensauerstoffes auf die verschiedenen im Blasofen ablaufenden Reaktionen sind, und daß diese Steuersignale zur dynamischen Regelung oder Steuerung des Blasofcns·· während eines Blasvorganges zurückgeführt werden.

   17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale zur kontinuier-■ liehen Einstellung der Lanzonhöhe und des Sauerstoffdurchsatzes durch die Lanze verwendet werden.

   909840/0895 BAD orjginai.

   lo. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasofen automatisch und zu ganz bestimmten Zeiten mit einer Anfangscharge bekannter Zusammensetzung und bekannten Zustandes beschickt wird.

   19. Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß an einem bestimmten Punkt während des Blasvorganges der Schmelze Zuschläge beigereben v/erden, und daß diese Beigabe der Zuschlüge automatisch gesteuert wird.

   2U. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche l6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß 'der iiiasofen zwecks Ausgießens des Metalles automatisch gekippt wird

   21. Verfahren na.ch einem oder mehreren der" Ansprüche 1β bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als die kontinuierliche Große, die ein Maß für den Sauerstoffgehr.lt der Schmelze während des Blasvorganges ist, das Sauerstoffpotential der aus dem Blasofen entweichenden Abgase gemessen wird.

   c2, Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Grüße, die ein Maß für den öauei'ütoffgehalt der Schmelze währ'end des Blasvorgangcs ist, an einer Stelle gemessen v/ird, die im Ofenabzug noch vor der Abgasreinigungsanlage angeordnet ist.

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   BAO ORIGINAL

   23· Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß' während eines BlasVorganges laufend Signale über die Lanzenhöhe, den Sauerstoffdurchsatz durch die Lanze und den Abgasdurchsatz, gewonnen werden, und daß in den Ablasen des Ofens kontinuierlich der Sauerstoffportialdruck, der Kolenbruch des Kohlenmonoxydes und der Holenbruch des Kohlendioxydes gemessen werden, so daß alle so gewonnenen Meßergebnisse zusammen ein Maß für das Sauerstoffpotential der Gasatno- W Sphäre im Ofen und damit ein MaPj für den Sauerstofffehalt der .Schmelze sind.

   2k. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektursignale durch die . Lösung der folgenden Gleichung gewonnen werden:

   (1/2 V +V ~)R,_r

   „ _ _Λ co co2' V

   ^Lo2

   wobei "x". den Sauerstoffausnutzungsfaktor der Blasofenatmo-Sphäre boieutet und ein Maß für das Sauerstoffpotential der Ofenatmosphäre, der Verteilung des Lanzensauerstoffes auf die verschiedenen im Blasofen ablaufenden Reaktionen und somit ein

   Maß für den Sauerstoffgehalt der Schmelze ist, und wobei V

   ^J co

   der Molenbruch des vom Lanzensauerstoff in den'Abgasen erzeugten Kohlenmonoxydes ist, V_cq2 der Molenbruch des von Lanzensauerstoff erzeugten Kohlendioxydes in den Abgasen und R„ der Ahgasdurchsatz vom Blasofen.

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   25· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch nc kennzeichnet, daß zu Beginn der voraussichtliche Verlauf des Sauerstoffausnutzungsfaktors während eines Blasvorganges programmiert wird, daß der aus den laufenden Hessungen errechnete Wert des Sauerstoffausnutzungsfaktors mit den programmierten Werten für diesen Faktor verfluchen wird, und daß aus diesem Vergleich Korrokturcignale nur liachstollunf der Lanzenhöhe und des Sauerstoffdurchsatzen rurch din V:r.zc fe~ wonnen werden, so daß während eines Blasvorcanf*,es <·'*"-<-· Verteilung des Lansensaueretoffes auf die verschiedenen iir. Blasofen ablaufenden Reaktionen kontinuierlich und dynamisch cesteuert wird.

   2C. Verfahren nach Anepruch 25, dadurch f;e kennzeichnet, daß aus der Ausgancstempcratur der Charge, dem Sauerstoffdurchsatz durch die Lanze und aus der seit Üeginn des Blasvorcanges vergangenen Zeit eine voraussichtliche Endtentperatur der Schmelze errechnet wird, dai³· kurz vor Beendigung des BlasVorganges ein Thermoelement in die Schmelze eingeoetat wird» daß die errechnete voraussichtliche Endtemperatur mit der vom Thermoelement gemessenen Temperatur verglichen wird, und daß aus dieeem Vergleich Korrektursignale abgeleitet werden, mit denen die zur Erreichung der vorgegebenen Endtemperatur der Schmelze erforderlichen Korrekturen durchgeführt werden.

   BAD OBlQINAl, 909840/0891

   27· Verfahren nach Anspruch 26, dadurch ge kenn· zeichnet, daß zu Beginn der voraussichtliche Zusammenhang zwischen dem Sauerstoffausnutzungsfair :r und dem Kohlenstoffgehalt der Schmelze programmiert wird, dar der aus den 'gemessenen Werten laufend errechnete Sauerstoffausnutzungsfaktor mit den programmierten Werten verglichen wird, und daß aus diesem Vergleich ein Signal zum Abschalten des Sauerstoffes am Ende eines BlasVorganges gewonnen wird.

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   L e e r s e i t e