DE3806977A1

DE3806977A1 - Verfahren zum regeln des durchflusses beim einblasen eines gases durch einen bodenspuelstein waehrend des einschmelzens von metallen

Info

Publication number: DE3806977A1
Application number: DE19883806977
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Huetter; Walter Dr Ballandino; Dieter Lusch
Original assignee: Fuchs Systemtechnik GmbH
Current assignee: Veitsch Radex GmbH and Co OG
Priority date: 1988-03-03
Filing date: 1988-03-03
Publication date: 1989-09-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Verfahren dieser Art muß der Durchfluß des Gases - in der Regel ist dies Sauerstoff - durch den Bodenspülstein in Abhängigkeit von der sich stark verändernden ferrostati schen Säule oberhalb des Bodenspülsteins eingestellt wer den. Bei zu hohem Durchfluß bläst das Gas durch die Stahl säule hindurch, gegen den sich oberhalb der Flüssigsäule befindenden Deckel. Wird der Durchfluß zu niedrig einge stellt, so wird sich der Bodenspülstein innerhalb kurzer Zeit verschließen und funktionsunfähig.

Es bereitet keine Schwierigkeiten den geeigneten Gasdurch fluß für eine im Schmelzofen nach dem Abstich verbliebene Restschmelze bzw. einen minimalen Pegel der Schmelze einzu stellen, bevor das Chargiergut für den nächsten Einschmelz prozeß eingebracht ist und es bereitet auch keine Schwie rigkeiten, den geeigneten Gasdurchfluß zu ermitteln und einzustellen für die maximale Höhe des Schmelzspiegels, wenn das gesamte Chargiergut eingeschmolzen ist, da hier die Verhältnisse im Ofen gut beobachtet werden können. Nach dem Einbringen des Chargiergutes ist aber das Anwachsen der ferrostatischen Säule oberhalb des Bodenspülsteins prak tisch nicht mehr meßbar, da das Chargiergut die Sicht zu dieser Stelle versperrt.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise während des Einschmelzprozesses den Gasdurchfluß abhängig von der während dieser Zeit nicht unmittelbar meßbaren ferrostati schen Säule oberhalb des Bodenspülsteins zu regeln. Es soll hierbei einerseits ein zu großer Durchfluß, verursacht durch einen zu hohen Gasdruck, vermieden werden, der das Hochspritzen von flüssigem Material gegen die Decke des Schmelzofens zur Folge hätte, andererseits aber auch ein zu geringer Durchfluß bzw. Gasdruck, aufgrund dessen ein Zu setzen des Bodenspülsteins zu befürchten wäre.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter ansprüchen zu entnehmen.

Danach wird zunächst die Schmelzenergie ermittelt, die dem Schmelzofen zuzuführen ist, um eine Charge einzuschmelzen, das heißt vom festen in den flüssigen Zustand überzuführen. Wenn die gesamte Charge eingeschmolzen ist, ist der maxi male Schmelzspiegel erreicht, das heißt die maximale Höhe der auf dem Bodenspülstein auflastenden ferrostatischen Säule. Bei diesem Maximalwert des Schmelzspiegels erreicht auch der Gasdurchfluß seinen Maximalwert. Dieser wird der zum Erreichen des maximalen Badspiegels benötigten Schmelz energie zugeordnet, und als Richtwert für weitere Ein schmelzprozesse verwendet. Während des Einschmelzprozesses einer darauf folgenden Charge wird nun der Gasdurchfluß von dem Minimalwert bis zum genannten Maximalwert in Abhängig keit von der dem Schmelzofen zugeführten, auf die benötigte Gesamtschmelzenergie bezogene Energie hochgeregelt. Die Re gelung des Gasdurchflusses erfolgt also gemäß der Bedingung

wobei
Q _min = Minimalwert des Gasdurchflusses zu Beginn des Einschmelzprozesses bei minimalem Badspiegel (z. B. Restschmelze),
Q _max = Maximalwert des Gasdurchflusses am Ende des Einschmelzprozesses bei maximalem Badspiegel,
E _s = zum Einschmelzen einer Charge benötigte Schmelzenergie,
E = Energie, die während des Einschmelzprozesses bis zu dem betreffenden Zeitpunkt zugeführt worden ist,
Q = Gasdurchfluß während des Einschmelzprozesses.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß die während des Einschmelzens einer Charge nicht meßbare ferrostatische Säule mit ausreichender Näherung in Abhängigkeit von der dem Schmelzofen zugeführten, auf die Einschmelzenergie be zogenen Energie anwächst. Die Einschmelzenergie ist hierbei die Energie um die Charge aus dem festen Zustand in den flüssigen Zustand überzuführen.

Wenn für einen bestimmten Schmelzofen in dem pro Ein schmelzvorgang in der Regel immer etwa die gleiche Menge eingeschmolzen wird, einmal die Gesamteinschmelzenergie er mittelt worden ist, stellt sich mit ausreichender Genauig keit die eingeschmolzene Menge und damit die Badhöhe bzw. die ferrostatische Säule oberhalb des Bodenspülsteins dar als der bis zu dem betreffenden Zeitpunkt von der Gesamt einschmelzenergie eingebrachten Teilenergie.

Als Energiequellen kommen infrage elektrische Energie, Pri märenergie und die durch die Sauerstoffzufuhr beim Verbren nen des in der Metallschmelze gelösten Rohlenstoffes im Bad freigesetzte chemische Energie.

Falls diese verschiedenen Energiearten zeitlich sehr unter schiedlich eingebracht werden, ist es erforderlich, sämtli che dieser Energiezufuhren zu erfassen und zu berücksichti gen. In vielen Fällen reicht es aber auch aus, wenn nur die maßgebliche Energie erfaßt wird, wobei bei der Bezugnahme auf die Gesamteinschmelzenergie auch nur diese Energieart zu berücksichtigen ist. Bei einem Lichtbogenofen genügt es in der Regel, wenn die eingebrachte elektrische Energie er faßt und auf die für den gesamten Einschmelzprozeß erfor derliche elektrische Gesamtenergie bezogen wird. Eine sol che Vereinfachung ist insbesondere dann ausreichend, wenn aufeinanderfolgende Einschmelzprozesse jeweils in der glei chen Weise hinsichtlich dem Energieeinbringen der ver schiedenen Energiearten ablaufen.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand ei ner Figur näher erläutert.

Die Figur stellt schematisch das Verfahrensprinzip dar. Sie zeigt einen Lichtbogenofen 1 mit einer Elektrode 2 für die Zufuhr elektrischer Energie, einem Brenner 3 für die Zufuhr von Primärenergie und einem Bodenspülstein 4 zum Einblasen von Sauerstoff. Anstelle des Bodenspülsteins könnten auch die üblichen Unterbaddüsen verwendet werden. Im übrigen können in bekannter Weise mehrere Elektroden 2, mehrere Brenner 3 und Bodenspülsteine 4 bzw. Unterbaddüsen vorgese hen sein. Mit 5 ist das im Lichtbogenofen befindliche Schmelzbad bezeichnet. Die elektrische Energie wird aus ei ner nicht dargestellten Quelle über einen Hochstromleiter 6 der Elektrode 2 zugeführt. Im Hochstromleiter ist ein Elek troenergiemesser 7 angeordnet. Der Brenner 3 wird aus einer Primärenergieleitung 8 mit Primärenergie, wie Öl, Gas etc. sowie mit Sauerstoff oder Luft gespeist. Der Primärener gieleitung 8 ist ein Primärenergiemesser 9 zugeordnet.

Der Bodenspülstein 4 wird aus einer Gasleitung 10 gespeist. Es sind außerdem in bekannter Weise weitere, nicht darge stellte Leitungen für ein Schutzfluid vorhanden. In der Gasleitung 10 befindet sich ein Durchflußregler 11 sowie ein Durchflußmesser 12. An die Gasleitung sind über Schalt ventile 13 bis 16 wahlweise verschiedene Gase, wie Sauer stoff, Stickstoff, Methan oder Luft aus entsprechenden Quellen anschließbar.

Ein Rechner 17 empfängt die vom Elektroenergiemesser 7, vom Primärenergiemesser 9 und vom Durchflußmesser 12 geliefer ten Informationen, wobei die zuletzt genannte ein Maß für die beim Frischen im Metallbad 5 freigesetzte chemische En ergie ist. Der Rechner verarbeitet die zuletzt genannte In formation nur, wenn der Durchfluß von Sauerstoff oder Luft gemessen wird, also nur in Abhängigkeit vom Schaltventil 13 bzw. 16.

Dem Rechner 17 wird außerdem noch eine Vergleichsgröße zu geführt. Er steuert den Durchflußregler 11.

Als dem Rechner 17 zuzuführende Vergleichsgröße dienen der Minimalwert Q _min des Gasdurchflusses zu Beginn des Ein schmelzprozesses bei minimalem Badspiegel - dies kann z.B. der Badspiegel der Restschmelze bei der sogenannten Sumpf fahrweise sein - und der Maximalwert Q _max des Gasdurchflus ses am Ende des Einschmelzprozesses bei maximalem Badspie gel, wie er in der Figur dargestellt ist. Als Vergleichs größe dient außerdem die Gesamteinschmelzenergie E _s, die benötigt wurde, um die gesamte Charge eines Schmelzprozes ses vom festen in den flüssigen Zustand überzuführen. Q _min und Q _max werden so bestimmt, daß bei den betreffenden Bad höhen und damit bei der betreffenden Höhe der ferrostati schen Säule oberhalb des Bodenspülsteins 4 weder die Gefahr eines Zusetzens des Bodenspülsteins noch die Gefahr eines Hochspritzens des flüssigen Metalls besteht. Im Hinblick auf einen maximal möglichen Gasdurchfluß werden Q _min und Q _max so eingestellt, daß bei den betreffenden Badhöhen ein Hochspritzen des flüssigen Metalls gerade vermieden wird.

Der Rechner 17 berechnet aus den als Vergleichsgröße einge gebenen Werten Q _min, Q_max und E _s sowie aus den von den En ergiemessern 7 und 9 sowie dem Durchflußmesser 12 geliefer ten Informationen für die zu einem bestimmten Zeitpunkt des Einschmelzvorganges eingebrachte Gesamtenergie E den Wert für den Gasdurchfluß Q gemäß der Bedingung

Der errechnete Wert Q wird dann durch den Durchflußregler 11 eingestellt.

Diese Einstellung gilt selbstverständlich nicht nur für die Regelung des Sauerstoffdurchflusses, sondern auch für die Regelung der anderen Gase, wenn beispielsweise bei minima lem Badspiegel inertes Gas oder ein anderes Gas eingeblasen wird.

Anstelle einer Regelung des Gasdurchflusses könnte auch die Regelung über den Gasdruck erfolgen.

Bei der obigen Beziehung ist aus Gründen der Einfachheit eine lineare Abhängigkeit der Gasdurchflußmenge Q von der eingebrachten Gesamtenergie E angenommen worden. Da zu Be ginn des Einschmelzprozesses die eingebrachte Energie zum Teil zum Aufheizen der Charge verbraucht wird, d.h. für den Verflüssigungsprozeß nicht voll zur Verfügung steht, wird der Badspiegel bis zu einem mittleren Wert des Energieein bringens nicht linear mit diesem Ansteigen, sondern weniger stark. Dies kann durch eine dem Rechner als Vergleichsgröße zugeführte Charakteristik berücksichtigt werden.

Bei dem beschriebenen Beispiel ist die Gesamteinschmelze nergie als Vergleichsgröße benutzt worden.

In vielen Fällen reicht es jedoch aus, wenn nur das Ein bringen der wesentlichsten Energieart, im vorliegenden Fall der elektrischen Energie zur Steuerung des Gasdurchflusses herangezogen wird. In diesem Fall wird dem Rechner 17 als Vergleichsgröße die für den Einschmelzprozeß erforderliche elektrische Energie zugeführt und außerdem nur die Informa tion vom Elektroenergiemesser 7.

Claims

1. Verfahren zum Regeln des Durchflusses beim Einbla sen eines Gases durch einen Bodenspülstein oder eine Unter baddüse während des Einschmelzens einer Charge aus Metall, insbesondere aus Stahlschrott, in einem Schmelzofen, dem Wärmeenergie in Form von elektrischer Energie und/oder Pri märenergie zugeführt wird, wobei der Gasdurchfluß zu Beginn des Einschmelzprozesses auf einen Minimalwert und am Ende des Einschmelzprozesses auf einen Maximalwert eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Einschmelzen einer Charge benötigte Schmelz energie ermittelt, dieser Größe der Maximalwert des Gas durchflusses zugeordnet und während des Einschmelzprozesses der Gasdurchfluß von dem Minimalwert in Abhängigkeit von der dem Schmelzofen zugeführten, auf die Schmelzenergie be zogenen Energie bis zum Maximalwert hochgeregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einstellung des Minimalwertes die Badhöhe einer zu Beginn des Einschmelzprozesses im Schmelzofen vorhan denen Restschmelze und für die Einstellung des Maximalwer tes die Badhöhe am Ende des Einschmelzprozesses maßgebend sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalwert und der Maximalwert des Gasdurchflusses so eingestellt werden, daß bei den betreffenden Badhöhen ein Hochspritzen des flüssigen Metalls gerade vermieden wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der Gasdurchfluß in Abhängigkeit von der zugeführten Gesamtenergie geregelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der Gasdurchfluß in Abhängigkeit von der Zufuhr der für den Einschmelzprozeß maßgeblichen Energie geregelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß während des Einblasens von Sauer stoff der Gasdurchfluß des Sauerstoffs als ein für einen Teil der Energiezufuhr charakteristischer Meßwert verwendet wird.