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Arbeitsgebiete / Prozessautomatisierung Stahlerzeugung / BMBF-Verbundvorhaben LODYNKON
BMBF-Verbundvorhaben LODYNKON
  
Dr.-Ing. Bernd Kleimt • Tel: 0211 / 6707 - 385 • E-Mail: bernd.kleimt@bfi.de  
 

 


Titel:

Optimierte Prozessführung zur ressourceneffizienten Stahlerzeugung im Konverterprozess

 

Förderkennzeichen:

033R009 A-C

 

Laufzeit:

01.08.2009 - 31.07.2012

 

Verbundpartner:

Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH
Ehinger Straße 200
47251 Duisburg

   

VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH
Sohnstraße 65
40237 Düsseldorf

   

Bernt Messtechnik GmbH
Grunerstr. 133
40239 Düsseldorf

 

Ziel des Vorhabens: 

Das Ziel der Forschungsarbeiten ist im Wesentlichen die Optimierung der Prozessführung für den Konverterprozess auf der Grundlage von dynamischen Modellen und Steuerungsstrategien, unter Ausnutzung von innovativen messtechnischen Verfahren. Damit soll eine signifikante Erhöhung der Ressourceneffizienz hinsichtlich des metallischen Ausbringens, aber auch bezogen auf die Produktivität des Konverterprozesses erreicht werden. Im Zuge dieser Maßnahmen werden auch Einsparungen im Hinblick auf Energie (Sauerstoff), Hilfsstoffe (Feuerfestmaterial, Schlackenbildner) und Prozessgase (Argon, Stickstoff) erwartet.

 
 


Technologie:
Zur Optimierung der Prozessführung soll ein dynamisches Modell zur on-line Beobachtung des aktuellen Zustands im Konverterprozess, charakterisiert durch Gewicht, Temperatur und chemische Zusammensetzung von Stahlschmelze und Schlacke, entwickelt werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der kontinuierlichen Berechnung der Schmelzentemperatur, des Phosphor-gehalts sowie des Oxidationszustands der Schmelze.
In einer umfassenden Optimierung der Endpunktbestimmung für die Hauptphase des Blasvorgangs soll neben dem dynamischen Prozessmodell auch eine neuartige Abgasanalysetechnik ange-wendet werden, die es ermöglicht, schnelle Änderungen des Prozess-verhaltens in der Endphase des Blas-vorgangs verzögerungsarm zu detek-tieren. Dazu ist vorgesehen, eine laser-basierte, schnelle Abgasanalysetechnik für den LD-Konverter zu entwickeln und zu  implementieren. Ausgehend von aktuell gemessenen Abgasanalysewerten und dem modellseitig berechneten Zustand (Schmelzentemperatur und relevante Elementgehalte wie Kohlenstoff, Phosphor und Sauerstoff) soll das Behandlungsende bestimmt werden, zu dem die Zielvorgaben hinsichtlich Temperatur und Zusammensetzung der Schmelze bei gleichzeitiger Vermeidung unnötiger Ausbringungsverluste sicher erreicht sind.

Darüber hinaus soll innerhalb der nach-folgenden Endpunktberechnung eine Optimierung von Sauerstoffzufuhr, Heiz- und Kühlmitteln sowie Schlackenbildner-Zugaben erfolgen, um erforderliche Korrekturmaßnahmen bzgl. der Ziel-temperatur und der Zielgehalte bei minimiertem Ausbringungsverlust durchführen zu können. Dazu muss das dynamische Prozessmodell auch in der Lage sein, das zu erwartende Prozess-verhalten vorauszuberechnen, um für eine automatische schmelzenindividuelle Steuerung der Sauerstoffzufuhr und zur Sollwertberechnung für Heiz- und Kühlmittelzugaben eingesetzt werden zu können.

       

 bfi31_Blasstahlkonverter

 

Chargiervorgang Blasstahlkonverter

   

 

 bfi31_Blasstahlkonverter-Endpunkt

   

Optimierte Endpunkt-Bestimmung bzgl. C-Gehalt und Temperatur

 

 

 

Um das dynamische Prozessmodell an nicht abgebildete, zeitlich langsam veränderliche Betriebsbedingungen wie z.B. den Verschleißzustand des Konvertergefäßes anzupassen, ist es vorgesehen, ausgewählte Modell-parameter (z.B. Sauerstoff-Effizienz, Wärmeverlustrate über die Konverter-wand) auf der Basis entsprechender Abweichungen zwischen berechneten und gemessenen Größen (z.B. Kohlen-stoffgehalt,Schmelzentemperatur) automatisch und kontinuierlich zu adaptieren. Damit wird eine durch-gängige Optimierung der Modellgüte ermöglicht, die für die dynamische, modellbasierte Prozessführung essentiell ist.

Die dynamischen Modellrechnungen zur on-line Beobachtung des Prozess-verhaltens, sowie zur optimierten End-punktbestimmung und Steuerung von Sauerstoffzufuhr und Materialzugaben sollen innerhalb eines rechnergestützten Prozessführungssystems an einem Sauerstoff-Blaskonverter der Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH mit einem Abstichgewicht von 270 t implementiert werden. Im Zusammen-hang mit einer ebenfalls an diesem Konverter zu installierenden, laser-basierten Abgasanalysetechnik soll das Prozessführungssystem in umfang-reichen Betriebsversuchen getestet und optimiert werden. Abschließend soll die erzielte Steigerung der Ressourcen-effizienz hinsichtlich der Erhöhung des Ausbringens, Einsparungen in Material-, Energie- und Ressourcenverbrauch sowie einer Erhöhung der Produktivität erfasst und in einer Prozessbilanz quantifiziert werden.
                                                        .

 bfi31_Blasstahlkonverter-Modell

  Dynamisches Modell zur on-line Beobachtung des Prozessverhaltens  

  

   

     

bfi31_Laserabgasanalyse

   

   

Laser-basierte verzögerungsarme Abgasanalyse

 

  

Ansprechpartner:

     

Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH

Dr.-Ing. Matthias Weinberg
Ehinger Straße 200
47251 Duisburg
Telefon: 0203-999-2207
Telefax: 0203-999-4459
E-Mail: matthias.weinberg@hkm.de


VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

Dr.-Ing. Bernd Kleimt
Sohnstraße 65
40237 Düsseldorf
Telefon: 0211-6707-385
Telefax: 0211-6707-310
E-Mail: bernd.kleimt@bfi.de

    

Bernt Messtechnik GmbH
Dipl.-Ing. Peter Berg
Grunerstr. 133
40239 Düsseldorf
Telefon: 0211-631065
Telefax: 0211-626110
E-Mail: peter.berg@berntgmbh.de

  

 

BMBF: www.bmbf.de
Projektträger Jülich: www.fz-juelich.de/ptj
Förderschwerpunkt: www.r-zwei-innovation.de