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Arbeitsgebiete / Prozessautomatisierung Stahlerzeugung / Prozessführung Lichtbogenofen
Modellbasierte Prozessführung von Lichtbogenöfen
  
Dr. rer. nat. R. Pierre • Tel: 0211 / 6707 - 898 • E-Mail: ralf.pierre@bfi.de
 

Die modellbasierte Prozessführung des Lichtbogenofens umfasst die on-line Beobachtung des aktuellen Prozesszustands, und die Steuerung von elektrischer und chemischer Energiezufuhr sowie der kontinuierlichen Zugabe von Materialien wie DRI oder HBI.

 

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                                                Struktur des dynamischen Massen- und Energiebilanzmodells
  

Die Prozessbeobachtung berechnet den aktuellen Zustand der Schmelze, d.h. Temperatur sowie Gewicht und Zusammensetzung von Stahl und Schlacke. Sie beginnt mit dem Zustand des flüssigen Sumpfes, der nach Abstich der vorherigen Schmelze aus dem gemessenen Abstichgewicht abgeschätzt wird. Die aktuelle Badtemperatur wird im Rahmen einer Energiebilanz berechnet. Sie berücksichtigt die erforderliche Einschmelzenergie aller chargierten und kontinuierlich geförderten Materialien, Energieverluste durch Strahlung, Abgas, Kühlwasser sowie die elektrischen Verluste, und den Energieeintrag durch die elektrische Energiezufuhr, Erdgas-Brenner und den Blas-Sauerstoff. Ggf. wird die Energiezufuhr durch eine Schrottvorwärmung, z.B. in einem Schachtofen, erfasst. Gewicht und Analyse von Stahl und Schlacke werden im Rahmen einer Materialbilanz ermittelt. Die Auswirkung aller Stoffzugaben wird aufgrund ihrer Analyse und ihres Ausbringens bestimmt, wobei relevante metallurgische Reaktionen berücksichtigt werden.                         

                                                                                  

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Ergebnis der Energiebilanz für eine Beispielschmelze

    
 

Die automatische Prozesssteuerung berechnet die Sollwerte für Energiezufuhr und Materialzugaben nach den in den Qualitätsdaten festgelegten Zielvorgaben für Analyse und Temperatur der Schmelze, unter Berücksichtigung von Restriktionen und Regeln aus den Verfahrensvorschriften. Die elektrische Energiezufuhr und der Energieeintrag durch Erdgasbrenner werden anhand der spezifischen elektrischen Energiezufuhr über Fahrdiagramme gesteuert, in denen Arbeitspunkte für mehrere Leistungsstufen definiert sind. Im Falle einer thermischen Überlastung der wassergekühlten Wandelemente wird die elektrische Leistung automatisch verringert.

Die Förderrate von kontinuierlichen Materialzugaben wie DRI oder HBI wird dynamisch aus einer spezifischen Förderrate und der aktuellen Leistungszufuhr berechnet. Dadurch spiegelt die Förderrate die Schwankung in der Energiezufuhr wieder, womit die Bildung von " Eisbergen " vermieden wird.

Modellstruktur_LBO

Struktur der modellbasierten Prozessführung mit Stammdaten, Messwerten der Basisautomatisierung und Sollwerten zur Prozesssteuerung 

Temperaturverlauf_MH

Beispiel: On-line Beobachtung zur Berechnung der Schmelzentemperatur

 

On-line Anwendungen des Prozessmodells                                                                    
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  • Alexandria National Steel, Ägypten
  • Megasteel, Kuala Lumpur, Malaysia
  • Marienhütte, Graz
  • Saarschmiede, Völklingen
  • Benteler, Lingen