Für die prozessbegleitende Beobachtung der  Erzeugung von hochchromhaltigen Stählen im  AOD-Konverter wurde ein modellbasiertes on-line System  entwickelt und an AOD Konvertern im Stahlwerk Bochum und Krefeld von ThyssenKrupp Nirosta installiert. Dieses System ermittelt dynamisch die Entkohlungsgeschwindigkeit basierend auf Messwerten für Abgasdurchfluss und Analyse, sowie, ausgehend von dem analysierten Startgehalt, durch eine Bilanz den aktuellen Kohlenstoffgehalt. Da diese Kohlenstoff-Bilanz zur Bestimmung des Endgehalts von 0,02 % bei einem gesamten Kohlenstoff-Abbrand von ca. 1,5 % zu ungenau ist, wurde für die Endphase der Entkohlung ein thermodynamisches Modell zur Berechnung des Kohlenstoffgehalts entwickelt. Mit Hilfe dieses Modells lässt sich der Kohlenstoffgehalt über die gesamte Behandlungsdauer hinweg auch ohne Abgasmesserte berechnen, was für die AOD-Konverter von TKN im Stahlwerk Krefeld erforderlich war.

Struktur des Prozessmodells und erforderliche Eingangsgrößen

Als wichtige Einflussgröße der Kohlenstoff- und der Stickstoffberechnung wird prozessbegleitend die aktuelle Schmelzentemperatur berechnet. Eine dynamische Energiebilanz berücksichtigt den Energieeintrag durch Entkohlung und Metallabbrand, sowie die Einschmelz- und Reaktionsenergien der während der Behandlung erfolgten Materialzugaben.

Genauigkeit des Prozessmodells
(Standdardabweichung des Modellfehlers)

Kohlenstoffgehalt Stickstoffgehalt	0,01 % 0,007 %
Temperatur	16 K

                                                                                            Bedienmaske zur on-line Beobachtung der AOD-Behandlung
 

Weiterhin wurde eine dynamische Steuerung für eine bedarfsgerechte Sauerstoffzufuhr zur Minimierung des Chromabbrands entwickelt. Das Bild zeigt die Verteilung der Sauerstoffzufuhr auf Entkohlung und Metallabbrand für eine dynamisch gesteuerte AOD-Schmelze. Die Steuerung setzt ein, wenn der Sauerstoffbedarf für die Entkohlung abnimmt und der Metallabbrand ansteigt. Die Sauerstoffzufuhr wird dann in Abhängigkeit der aus Abgasmesswerten beobachteten Entkohlungsgeschwindigkeit vorgegeben. Als zusätzliches Kriterium für die Steuerung muss auch das Erreichen einer schmelzenindividuellen Zieltemperatur am Ende der Entkohlung gewährleistet sein. Dazu ist es erforderlich, dass ein gewisser Metallabbrand, abhängig von der Unterschreitung der von dem dynamischen Beobachtermodell aktuell berechneten Schmelzentemperatur von der Zieltemperatur, zugelassen werden muss. Im Vergleich zu einer Schmelze mit stufenförmig gesteuerter Sauerstoffzufuhr lässt sich der Chromabbrand deutlich verringern und somit der Verbrauch an Silizium und Schlackenbildnern zur Reduktion des verschlackten Chroms vermindern.

AOD-Beispielschmelze mit dynamischer Steuerung der Sauerstoffzufuhr

On-line Anwendungen des Prozessmodells                                                            

• ThyssenKrupp Nirosta, Bochum                                                                    
• ThyssenKrupp Nirosta, Krefeld