Zukunftsorientierte Blasstahlerzeugung

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1 H2/301 D Stahlwerke Zukunftsorientierte Blasstahlerzeugung

2 Zukunftsorientierte Blasstahlerzeugung Allgemein SMS Demag Ein Begriff für führendes Know-how und zukunftsichere Lösungen für die gesamte Prozeßkette der Hüttentechnologie sowie der Stahlerzeugung. Planung, Projektierung, Konstruktion und Lieferung sowie Schulung des Betriebspersonals und Übermittlung von metallurgischem Know-how für einen optimalen Produktionsablauf von kompletten Hüttenwerken kennzeichnen die breite Palette des Angebots- und Leistungsumfangs der SMS Demag. Ständige Weiterentwicklungen von allen an der Stahlerzeugung beteiligten Komponenten und Verfahrensschritten bilden die Grundlage für die optimale Auslegung von Hüttenwerken, die sich in der Rentabilität der Investitionen niederschlägt. Umfangreiche Kontakte zu namhaften Anlagenbetreibern weltweit sowie Forschungsträgern im In- und Ausland tragen wesentlich zur Effektivität bei der erfolgreichen Bearbeitung dieser Aufgabenstellung bei. Erfahrene Ingenieure aus allen Fachrichtungen sind unter Ausnutzung der modernsten Techniken der Datenverarbeitung ständig damit beschäftigt, die während des Prozeßes erkennbaren Parameter in die optimale Auslegung der Anlagenkomponenten umzusetzen. Die Konverterstahlerzeugung z. B. stellt ein wichtiges Bindeglied in der Kette der miteinander kommunizierenden Produktionsabläufe bei der Stahlerzeugung und Weiterverarbeitung dar. Mit der Einführung des Sauerstoffaufblasverfahrens in den 50iger Jahren begann ein neues Zeitalter in der Stahlerzeugung. Die Grundlage des Verfahrens war das Aufblasen von reinem Sauerstoff auf die Badoberfläche einer Metallschmelze in einem Konverter. Der Erfolg beruhte auf der schnellen Stoff- und Energieumsetzung. Aus den Mitte der fünfziger Jahre gebauten 30 t Gefäßen wurden sehr schnell Produktionseinheiten mit bis zu 400 t Schmelzengewicht und einem Ausbringen von t/h. Optimierungen, Weiter- und Neuentwicklungen haben nicht nur zur Produktionssteigerung geführt, sondern haben auch entscheidend zu der Qualitätsverbesserung und der wirtschaftlichen Erzeugung von hochqualitativen Produkten beigetragen. Die Weltrohstahlerzeugung stieg entsprechend schnell von ca. 200 Millionen Tonnen auf einen Rekord von knapp 800 Millionen Tonnen gegen Ende des 20. Jahrhunderts. 2

3 Mio. t geschätzt Weltrohstahlerzeugung. 3

4 Konverter Bei den Konvertergefäßen und den Blasverfahren hat sich die dargestellte Entwicklung vollzogen. Thomaskonverter 1879 LD-Konverter 1948 QBM/Q-BOP 1968 AOD 1969 Kurze Bodenstandzeit Geringe Chargengröße Hoher N-Gehalt im Stahl Auswurf Verunreinigung Niedriger Schrottverbrauch Hohe Produktivität Niedriger N-Gehalt Geringe Verunreinigung Auswurf Fern von Gleichgewicht Stahl/Schlacke Geringe Produktivität Niedriger Gehalt an N, P, S, C, O Geringer Fe0-Gehalt in Schlacke Kein Auswurf Geringe Verunreinigung Niedrige Schrotteinsatzrate Geringer Gasgehalt Niedriger Schwefelgehalt Höheres Ausbringen Kombiniertes Blasen 1977 KMS-Konverter 1978 LD-CB 1981 MTBI (MWH) 1981 MRP 1983 Bodenblasend und aufblasend mit O 2 Kalkeinblasen Nachverbrennung Sehr hohe Schrotteinsatzrate Bodenblasend und aufblasend mit O 2 Kohleeinblasen bzw. Schrottvorwärmung Kalkeinblasen Nachverbrennung Sehr hohe Schrotteinsatzraten Große Menge an wertvollem Abgas Gesteigertes Ausbringen Einsparung an Ferrolegierung und Zuschlägen Verminderung von Einschlüssen Höheres Ausbringen Kein Auswurf Einsparung von Zusatzstoffen Hohe Mischenergie Geringer Kohlenstoffgehalt Niedriger Gasgehalt Sehr geringer Schwefelgehalt Weniger Einschlüsse

5 Heat size [t] Height [mm] Für die Herstellung von Qualitätsstählen hat sich der LD-Konverter mit Sauerstoffaufblaslanze und Bodendüsen für die Inertgasspülung durchgesetzt. Edelstähle werden vorwiegend in MRP (Metal Refining Process)- oder AOD (Argon Oxygen Decarburisation)-Konvertern in Verbindung mit Elektroöfen und Vakuum-Entgasungsanlagen erzeugt Volume [m 3 ] Diameter [mm] LD Konvertervolumen. Je nach Art des Blasverfahrens, ob LD, AOD oder MRP, unterscheiden sich die Gefäßformen in schlanke, bauchige, mit symmetrischen oder unsymmetrischen Konverterhüten oder mit geschlossenen oder auswechselbaren Böden ausgestattete. Heat size [t] Height [mm] Bei der Auslegung der Konverter wird ein besonderes Augenmerk auf die Lebensdauer der Konvertergefäße und der Tragringe gelegt Die Materialien der Konvertergefäße unterliegen während des Prozeßes extrem starken thermischen Belastungen. Die Temperaturen in den Gefäßwänden erreichen dabei Werte bis zu ca. 420 C und in den Tragringen bis zu ca. 210 C. Hierbei erreichen die Belastungen Werte, die an die Streckgrenze heranreichen Volume [m 3 ] Diameter [mm] MRP Konvertervolumen. Heat size [t] 80 Height [mm] Volume [m 3 ] Diameter [mm] AOD Konvertervolumen. 5

6 Konverter SMS Demag setzt einen neuen, von einem deutschen Stahlhersteller entwickelten hochwarmfesten Feinkornbaustahl mit entschieden höherer Streckgrenze als z. B. die der deutschen Stähle 13 CrMo 4 5 bzw. 10 CrMo 9 10 oder der amerikanischen Stähle ASTM A387 grade 12 und grade 22 ein, mit dem die Lebensdauer der Konvertergefäße und der Tragringe wesentlich gesteigert wird. Die Streckgrenzen des neuen Werkstoffes im Vergleich zu herkömmlichen Stählen sowie die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften sind in den Diagrammen dargestellt. Gefäß 420 C 790 F 310 C 590 F 380 C 720 F 150 C 300 F Temperaturen in Konverterwand und Tragring. Tragring 180 C 360 F 210 C 410 F 125 C 240 F 180 C 360 F 0,2% Streckgrenze in N/mm XABO 690 Istwert XABO 690 Mindestwert P356NH CrMo CrMo Mo P275NH Temperatur in C Mindestdehngrenze bei hitzebeständigem Stahl je nach Temperatur Streckgrenzen. C Si MN P S Cr Ni Mo V (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 0,17 0,25 0,92 0,19 0,003 0,70 1,90 0,52 0,093 Chemische Zusammensetzung. 0,2% Dehngrenze Zug- Dehnung Kerbfestigkeit schlagarbeit in N/mm 2 in N/mm 2 in % in J Rt 400 C 500 C 550 C 600 C Rt Rt 20 C , Mechanische Eigenschaften.

7 Lamellenbefestigung. Spannelemente. Aufhängung für stationäre Konverter. Ein weiteres Kriterium für einen störungsfreien Betrieb ist die Aufhängung des Konvertergefäßes im Tragring. Hier haben sich im Laufe der Jahre zwei Befestigungssysteme bewährt: Die Lamellenbefestigung für stationäre Konverter. Die Spannelementbefestigung für Wechselkonverter. Das wesentliche Merkmal der Befestigungen ist die weitestgehend ungehinderte Ausdehnung der Gefässe. Durch diese Konstruktionen sind die Gefäße in jeder Kippstellung einwandfrei und ohne Spiel im Tragring zentrisch befestigt. Damit ist eine gleichmäßige Belastung des Tragrings sichergestellt. Aufhängung für Wechselkonverter. 7

8 Konverter Zu den weiteren hervorzuhebenden Komponenten der SMS Demag Konvertersysteme gehören der auswechselbare Boden, die Hutkühlung sowie der speziell entwickelte Antrieb mit 100%igem Momentenausgleich zwischen den Antriebssträngen und Spielfreiheit zwischen den Zahnflanken in der Arbeitsstellung des Konverters. Konverterantrieb. LD Konverter. MRP Konverter. AOD Konverter. 8

9 Wechselkonverter-Anlagen Eine Alternative zu der Ausrüstung eines Stahlwerkes mit mehreren, fest installierten Konverteranlagen mit allen Zusatzeinrichtungen in dem jeweiligen Blasstand, wie z. B. Bunker, Entstaubung, Lanzenanlage, Pfannen- und Schlackentransportwagen bildet die Wechselkonverter- Anlage. Das Prinzip dieses Anlagentyps ist, daß bei verschlissener Ausmauerung eines Konverters, das Gefäß aus dem Tragring herausgenommen und durch ein, in einem separaten Ausmauerungsstand, neu zugestelltes Gefäß ersetzt wird. Die Wechselzeiten liegen hierbei zwischen 2 und 16 Stunden (ca. 6 Stunden im Durchschnitt). Da die Gefäßwechselzeiten während der geplanten Instandhaltungszeiträume durchgeführt werden ist die Jahreskapazität einer Wechselkonverter-Anlage gleichzusetzen mit einem konventionellen Eins-zwei- Betrieb. Die Investitionskosten für die bei diesem Anlagentyp notwendigen Einrichtungen wie Gefäßwechselwagen, Ausbrech- und Ausmauerungsstand sowie Absetzstand für neu zugestellte Konverter sind vergleichsweise gering gegenüber denen für einen zusätzlichen, komplett ausgerüsteten Blasstand. Wechselkonverter- Anlage HKM. Wechselkonverter- Anlage HKM. Illustration einer Wechselkonverter-Anlage. 9

10 Blaslanzen Sauerstoffblaslanzen beeinflussen entscheidend den Prozeß der Entkohlung. In dem Reaktionsraum unterliegen die Blaslanzen extremen Belastungen. Häufig tritt an den Lanzen Bärenbildung von Stahl und Schlacke auf. Durch die hohen Austrittsgeschwindigkeiten des Sauerstoffs an den Düsen in der Lanzenspitze tritt Verschleiß auf, der die Form des Sauerstoffstrahles negativ beeinflußt. Eine Folge ist die Notwendigkeit des Lanzenwechsels. Die herkömmlichen Lanzensysteme sind in der Regel derart ausgebildet, daß die Anschlußrohre für die Medien fester Bestandteil der Lanze sind. Zum Wechseln der Lanze muß eine große Anzahl von Flanschen gelöst, und die Schläuche der Medienzu- und abführungen separat abgehängt werden. Unter Berücksichtigung der Sicherheitsvorschriften, nach denen nur in Blaspausen im Bereich oberhalb des Konverters gearbeitet werden darf, waren Wechselzeiten von bis zu 6 Stunden keine Seltenheit. Chemische Reaktionen. Verschlissene Düsen. Lanzenspitze. 10

11 SMS Demag setzt bei ihren Blaslanzensystemen in Kooperation mit Thyssen Krupp Stahl AG ein automatisiertes System ein, mit dem die Wechselzeiten auf ein Minimum reduziert werden können. Kennzeichnend für das System ist die in den Lanzen-Fahrschlitten integrierte Kupplungsglocke mit festen Anschlüssen für die Medien und ein speziell gestalteter Kupplungskopf an der Lanze. Für den schnellen Lanzenwechsel sorgt ein gegenüber der Blaslanze angeordneter Manipulator, in den vor dem Lanzenwechsel eine neue Lanze eingesetzt wird. Ein solcher Lanzenwechsel wird z. B. im Oxygenstahlwerk der Ispat in durchschnittlich 10 Minuten durchgeführt. Illustration Schnellwechseleinrichtung. Sollte sich auf Grund der vorhandenen Stahlkonstruktion keine Möglichkeit zum Einbau eines Manipulators ergeben, kann sowohl der Aus- als auch der Einbau der Lanze mit dem C-Haken durchgeführt werden. Schnellwechseleinrichtung bei der Ispat Werk Ruhrort. 11

12 Slag splashing Das Bestreben, die Standzeiten der Konverterausmauerung zu erhöhen, führte über verschiedene Entwicklungsstufen wie z. B. Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Steine und dem Slag Coating der Mauerung mit der Restschlacke zu dem heute vielfach angewandten Verfahren,dem Slag Splashing. Bei diesem Verfahren wird die nach dem Abstich im Konverter verbleibende Schlacke durch hartes Aufblasen von Stickstoff derart an die Konverterwände gespritzt, daß sie dort anhaftet und eine Schutzschicht auf die Mauerung legt. Entscheidend für den Grad der Anhaftung ist selbstverständlich die chemische Zusammensetzung und die Verschleißfestigkeit der Ausmauerung. Ebenso spielt bei diesem Verfahren die Konsistenz der Schlacke eine große Rolle. In der Regel prüft der Schmelzer per Augenschein den Zustand der Schlacke und entscheidet über die Zugabe von Kalk oder Dolomit, um die Konsistenz anzupassen. Dies ist selbstverständlich auch durch entsprechende Schlackenbildung per Prozeßautomatisierung steuerbar. Nach den in den letzten Jahren hauptsächlich in den USA durchgeführten Versuchen schwankt die Zahl der mit einer Ausmauerung und zusätzlichem Slag Splashing erreichten Standzeit zwischen und Schmelzen. Zum Aufblasen des Stickstoffes wird die vorhandene Blaslanze benutzt, die an einen separaten Regelkreis für Stickstoff angeschlossen ist. Um die Blaslanze tief genug in den Konverter einfahren zu können, wird der Fahrweg entsprechend angepaßt. lllustration Slag Splashing. 12

13 Bodenspülen Das Bodenspülen zum Einsatz in Konvertern wurde Ende der siebziger/anfang der achtziger Jahre entwickelt. Bei der Stahlerzeugung in einem BOF- Konverter wird die Badbewegung im Wesentlichen durch die Energieeinbringung des Sauerstoffstrahles, der auf die Badoberfläche trifft sowie durch die Siedeenergie, unterstützt durch die Bildung von CO, erzeugt. Konverterboden mit Medienverrohrung. Im Bereich des Brennfleckes und seiner unmittelbaren Umgebung ist die CO-Bildung während der Hauptentkohlungsphase sehr hoch. In den Randbereichen gibt es jedoch sogenannte tote Zonen, in denen das Reaktionspotential geringer ist. Argon Nitrogen Konverter 1 N 2 Ar Konverter 2 Konverter 3 Um eine homogene Zusammensetzung und gleichmäßige Temperatur in der Schmelze zu erhalten, wird beim Bodenspülen Inertgas in Form von Argon oder Stickstoff durch den Konverterboden in die Schmelze geblasen. Hierdurch wird eine bessere Badbewegung erzeugt und in Phasen der schwachen CO-Bildung der Transport des Kohlenstoffs zur Brennstelle gewährleistet. Entsprechend der unterschiedlichen Prozeßphasen wird die Gasmenge variiert. Die Eisengehalte in der Schlacke können deutlich reduziert, und damit das Gesamtausbringen des Konverters erhöht werden. P&I Diagramm. Entscheidend in der modernen Prozeßtechnologie ist außerdem ein niedriger Phosphorgehalt der Schmelze am Ende des Blasprozeßes. Hierzu tragen das Bodenspülen während und ein Nachspülen am Ende des Prozeßes entscheidend bei. Illustration Bodenspülen. Zum Einführen von Sauerstoff und Inertgas werden spezielle Düsen eingesetzt, deren Durchfluß jeweils separat geregelt werden kann. Spülsteine. 13

14 Sublanzen Obwohl die Sublanzentechnologie seit den 80iger Jahren hinreichend bekannt ist und heute zum festen Bestandteil der automatisierten Blasstahlerzeugung gehört, sieht SMS Demag auch in diesem Bereich weiteres Potential zur Produktionssteigerung und Qualitätsverbesserung. Durch den Einsatz von Industrierobotern zur Sondenhandhabung haben sich die Zykluszeiten für aufeinanderfolgende Messungen am Blasende deutlich verkürzt. Die hohe Speicherkapazität der heutigen Robotersteuerungssysteme ermöglicht es, dem Roboter mannigfaltige Aufgaben zuzuteilen, die den gesamten Prozeßablauf hinsichtlich Probenahme und Probenauswertung positiv beeinflussen. Ein Beispiel hierfür ist die Komplettanalyse Vor-Ort der mittels Sublanzen genommenen Proben aus der Schmelze. Ein von SMS Demag entwickeltes System ermöglicht es, durch Einsatz eines Laser- Analyse-Gerätes die für die laufende Produktion wesentlichen Elemente der Schmelze in kürzesterzeit zu analysieren. Bei dieser Technologie wird die Probensonde nach dem Herausfahren aus dem Konverter durch den Roboter von der Sublanze abgezogen und einer Trennstation zugeführt, in der die Probe, welche sich noch innerhalb des Papprohres der Sonde befindet, von dertrenneinrichtung durchtrennt wird. Anschließend Roboter und Laseranalyse. 14 bringt der Roboter die Sonde mit der Schnittfläche der Probenhälfte zu dem Laseranalysegerät. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Art der Probenanalyse erübrigt sich bei diesem Verfahren die besondere Art der Probenvorbereitung zur Analyse. Mittels des Laserstrahles wird an der Oberfläche des Trennschliffes ein Plasma erzeugt, dessen Strahlung von einem Spektrometer erfaßt und daraus die chemische Zusammensetzung der Schmelze ermittelt wird. Durch die unterschiedliche Wellenlänge der Plasmastrahlung der einzelnen Elemente lassen sich zum Beispiel die Gehalte von Kohlenstoff, Chrom, Mangan, Aluminium, Kobalt, Kupfer, Molybdän, Nickel, Phosphor, Schwefel, Silizium und Titan ermitteln. Gegenüber der bisherigen Standardmethode mit Probenauspacken, Rohrpost-Transport zum Zentral-Labor, Probenvorbereitung und Spektralanalyse kann die Tap-to-Tap-Zeit mit Hilfe dieser Technologie um bis zu sieben Minuten verkürzt werden.

15 Fe II nm C I nm Norm. Int. / a. U. *1E4 Fe II nm Carbon content: 1,527% 1,052 % 0,611% 0,302% 0,048% ,019% Wavelength/nm Typische Spektrallinien. Gesamtansicht Sublanzenanlage. Sublanze in Meßposition; Roboter in Wartestellung. Roboter mit Greifwerkzeug. 15

16 Abgasanalyse Die Abgasmessung gehört heute zum festen Bestandteil der meisten Prozeßführungssysteme bei der Blasstahlerzeugung. Ergänzend zu dem Statischen Modell für die Vorausberechnung des Prozesses ermöglicht die Abgasmessung zusammen mit der Sublanze im Dynamischen Modell die kontinuierliche Beobachtung und Steuerung des Prozesses. Die vor dem Behandlungsende abnehmende Entkohlungsgeschwindigkeit zeigt an, wann eine Sublanzenmessung vorzunehmen ist. Mit dieser Positionsbestimmung können Kohlenstoffgehalt und Temperatur sicher getroffen werden. Die auf der Sauerstoffbilanz aufbauende Berechnung der Verschlackung von Eisen, Mangan, Phosphor und Schwefel ermöglicht es, die meisten Schmelzen direkt abzustechen und zu Schema Abgasanalyse. Abgasanalyse CO, CO2, O2 Infrarotmessung Abgasstrom Belüfter Begrenzungsvorrichtung Thermodynamische Korr. Steuerung O 2, T, PCO Herkömmliche Messung Schwachpunkte Verzögerung (30 40 s) Zusätzliche Messungen für thermodynamische Korrektur Abgasstrommessung Nur C- und O 2-Abgleich Massenspektrometrie Abgasanalyse Schwachpunkte CO, CO2, O 2, Ar, N2, H2, He Verzögerung (30 40 s) Auftreten bis zu einem e/m-messung starken Ar-Strom Kurzes Wartungsintervall (1 2 Wochen) Abgasstrom Indirekt vom Indikatorgasstrom Nur C- und O 2-Abgleich (Ar, He) Dynamisches Prozeßmodell C, Cr, T, dc dcr dt dt dt dt ( )( )( ) vom O2 und E-Abgleich Abgas Hauptrohrleitung Begrenzungsvorrichtung Abgasrohrleitung Abgaseinlaß Prüfgaseinlaß Abgasprobe Prozessor Abgasprobe Meßkopf Förderpumpen Abgasanalyse Abgasaufbereitung CO CO2 O2 0,0% 0,0% 0,0% Volumen etwa 0,5 l Ansprechzeit: 0,5 s 0,5 s 0,5 s Transportzeit: 2 s Aufbereitungszeit: s Ansprechzeit: 1,5 s Verzögerung: 26,5 29,5 s Gaskühler Grobfilter Trockenfeinfilter Druckwandler Hauptpumpe Turbomolekularpumpe Abgasanalyse mit Massenspektrometer. Abgasanalyse mit Einzelkomponenten. legieren, ohne eine Kontrollprobe zu nehmen und deren Analyse abzuwarten. Die Abbrandgeschwindigkeit von Chrom kann durch die kontinuierliche Abgasanalyse beobachtet werden und durch automatische Eingriffe in den Blasprozeß beeinflußt werden. Dies ist insbesondere bei der Edelstahlerzeugung im MRP/AOD Konverter hinsichtlich der Chromverschlackung von großer Bedeutung. In der Auslaufphase der Entkohlung können die Durchflüsse von Sauerstoff und Inertgas durch die Blaslanze bzw. die Bodendüsen gemäß dem Sauerstoffbedarf der abnehmenden Entkohlungsgeschwindigkeit gesteuert werden. Terminal 1 Drucker Terminal 2 MRP/ VOD- Leitstand Anbindung an das Rechnersystem. Stahlwerksrechner Prozeßrechner und u. VAX II Kommunikationsrechner PLC Verbindung z. Laborrechner Verbind. z. Rechner d. EAF-Ofens Rechnerraum Systemterminal Magnetband Festplatte Diskette Systemdrucker Stahlwerks- Planungssystem Ebene 3 Prozeßführung Ebene 2 Grundautomatisierung Ebene 1 Datenmanagement Meß- und Leitsystem 16

17 Schallmessung DurchdieMessungdesSchallpegelsbeim Konverterprozeß wird die Schlackenbildung während des Blasprozeßes überwacht, um die Produktion zu vereinfachen und das Ausbringen durch Vermeidung von Auswurf (Überkochen) zu steigern. Dieser Schallpegel wird während des Blasprozeßes beeinflußt durch: Schlackenbildung während der Entsiliziierung Das Einsetzen der CO-Bildung bei Beginn der Hauptentkohlung Den Abfall der CO-Formation am Ende der Hauptentkohlung Das Prinzip des Sonicmeters besteht darin, die Standardkurve des Schallpegels mittels Hüllkurven mit Minimum/ Maximum Auslegung einzugrenzen. Diese Eingrenzung wird mit Hilfe speziell entwickelter Software überwacht. Bei Über- oder Unterschreitung der Grenzwerte wird die Lanzenstellung korrigiert und die Schlackenbildung beeinflußt. Ist das Schlackevolumen im Konverter zu groß, wird die Lanze abgesenkt. Ist das Schlackevolumen zu gering, wird die Lanze angehoben. Normalisierter Schall (db%) Starke Schlackenbildung, möglicher Auswurf Schallpegelmessung. Anfahrfenster Sauerstoff (Ncbm) Zur Ermittlung des optimalen Frequenzbandes für die Schallpegelmessung sind Voruntersuchungen des Schalls bei blasendem Konverter Grundvoraussetzung. Die Tests stellen sicher, daß Fremdgeräusche in der Konverterumgebung die Schallmessung nicht verfälschen und daß das in einem Schallrohr installierte Mikrophon optimal positioniert werden kann. Voraussichtl. Schallpegel Schall normal Schall Ø, schwankend Untergrenze Obergrenze Blasleitsystem BloCon (Blowing control system) Normalisierter Schall Hartblasen, möglicher Funkenwurf Obergrenze Untergrenze Sublanzenmessung Endpunktblasen Durch den Einsatz der Schallpegelmessung können Si-Gehalt (als Indikator für die im Prozeß gebildete Schlackenmenge) und die Blaslanzenhöhe über dem Bad an die sich ändernden Betriebszustände gesteuert und angepaßt werden. 17

18 Automatisierung Die Automatisierung bei der Stahlerzeugung bezieht sich längst nicht mehr nur auf die Prozeßsteuerung und die Prozeßkontrolle. Zur Hauptzentrale und zum Labor Hohe Anforderungen an Stahlqualität und wirtschaftliche Stahlerzeugung machen den Einsatz von Systemen zur Optimierung der Prozesse und der Abläufe notwendig. Hauptleitstand Entwicklungsstation Hierarchisch gliedern sich diese Systeme in folgende Ebenen: Ebene 0 Feldequipment Ebene 1 MSR-Einrichtungen einschließlich Visualisierung Ebene 2 Prozeßoptimierung mittels Prozeßmodellen Ebene 3 Produktionsplanung und -lenkung Ebene 4 und höher administrative Funktionen SMS Demag deckt mit ihren Automatisierungssystemen alle diese Bereiche ab. In der Ebene 2 steht für die Stahlherstellung nach dem LD-Verfahren das Blasmodell BloCon zur Verfügung. Konverter Lanze Sublanze Zuschlagstoffe Kühlung Tagesbunker Entstaubung Beispiel eines integrierten Automatisierungssystems Ebene 1+2. Dem BloCon-Modell liegt die metallurgische Beschreibung des Blasprozeßes eines LD-Konverters zugrunde. Es berechnet den Massen- und Wärmeabgleich mit Hilfe eines Optimierungsalgorithmus. Der Aufbau des Modells beinhaltet die Möglichkeit der Berechnung aller für den Prozeß notwendigen Einsatzstoffe. BloCon unterstützt sämtliche bei einem neuzeitlichen LD-Konverter eingesetzten Technologien wie Bodenspülen, Schallmessung, Abgasanalyse und Sublanzenmessung. Bei der Edelstahlherstellung im AOD/ MRP-Konverter setzt SMS Demag das eigen entwickelte metallurgische Modell SecMet ein, welches die Besonderheiten bei der Herstellung von niedrig gekohlten Austeniten und Ferriten berücksichtigt. Statistiken über Schmelzendaten, Abstichtemperaturen, Analysen, Materialverbräuche usw. müssen erstellt und kurzfristig abrufbar sein, um schnellstmöglich auf geänderte Verhältnisse reagieren zu können. Kundenspezifische Wünsche hinsichtlich Stahlqualitäten und Losgrößen erfordern eine übergeordnete Produktionsplanungsebene, durch die die einzelnen Prozeßabläufe und die Schmelzenabfolge gesteuert werden. Diese reicht von der Bereitstellung des Roheisens bis zur Sequenz der Stranggießanlagen. SMS Demag bietet dazu als wesentliches Hilfsmittel ein gezielt für diese Aufgaben im Stahlwerk entwickeltes Produktionsplanungs- und Steuerungssystem (PPS) an. 18

19 Lanzenhöhe über Badspiegel in cm Kalk 5040 Erz Dolomit 34 Dolomit a) Dolomit Sublanze Hauptlanze Dolomit Dolomit Sauerstoffdurchsatz in Nm 3 /min In einem Gantt-Diagramm werden die in einem Stahlwerk zu bearbeitenden Aufträge (Schmelzen) dargestellt. Einbezogen sind alle vorhandenen Bearbeitungsstationen (Konverter, Legierungsstationen und Stranggießanlagen) mit vorgegebenen Reihenfolgen und Bearbeitungszeiten. Die Diagramme werden dynamisch durch Prozeßstatusmeldungen der Level 2-Systeme aktualisiert. Der zentrale Koordinator kann von Hand umplanen und neue Planungsrechnungen starten. Typische Blasmuster. Blaszeit in s Ohne eine flexible Automation ist aus heutiger Sicht kaum noch eine Stahlproduktion möglich, die den Anforderungen an Qualität und wirtschaftlicher Erzeugung entspricht. Lanzenhöhe über Badspiegel in cm Bodenspülen mit Stickstoff 4000 Lanzenhöhe über Badspiegel Bodenspülen mit Argon Sublanzenmessung während d. Blasens Blasende Sauerstoff in Nm Spülgas in Nm 3 /min Argondurchsatz Stickstoffdurchsatz Lanzenhöhe Sauerstoffdurchsatz Sublanzenmessung Typische Blasmuster. Es wird eingebunden in das unternehmensweite Managementund Informationssystem mit Schnittstellen zu Verkauf, Beschaffung, Materialwirtschaft, Logistik und zu den unterlagerten Prozeßrechnersystemen des Level 2. Ziel der Produktionsplanung und -Steuerung ist es, auf Basis des Absatzplans bzw. der vorliegenden Kundenaufträge für Fertigprodukte, die Produktion in allen Bereichen eines Stahlund Walzwerkes zu planen und zu steuern, um die mit dem Kunden vereinbarten Mengen, Qualitäten und Liefertermine zu sichern. Gantt-Diagramm. Nutzen für den Kunden: Der Nutzen eines Produktionsplanungs- und Steuerungssystems zeigt sich im Folgenden: Produktion gemäß Auftrag (auch bei kleinen Losgrößen), Produktion auf den Liefertermin hin ( on time ), Flexibilität mit Blick auf kurzfristige Aufträge, Sicherung der Qualitätsanforderungen bei den Gieß-, Walz- und Schmelzensequenzen, koordinierter Ablauf im Stahlwerk zur Sicherung der Gießsequenzen, effiziente Unterstützung des Personals bei Störungen. Diagramm mit Detailangaben für die Bearbeitungs-, Neben- und Transportzeiten. 19

20 Schlackenrückhaltevorrichtungen, Bodeneinsetzvorrichtungen, Ausmau Schlackenrückhaltevorrichtung Prozeßschlacken haben bei der Stahlerzeugung im Allgemeinen die Aufgabe, unerwünschte Begleitelemente aufzunehmen, nichtmetallische Einschlüsse, die sich aus der Schmelze abscheiden, stabil abzubinden sowie erhöhte Wärmestrahlungsverluste der Metallschmelze zu verhindern. Innerhalb der einzelnen Prozeßstufen sind die Schlacken mit speziellen Eigenschaften und Zusammensetzungen unverzichtbar. Sollte jedoch Schlacke in den nächsten Prozeßschritt mitfließen, wirkt sich dieses nicht nur auf den zeitlichen Ablauf der weiteren Prozeßschritte aus, sondern erhöht auch die Produktionskosten. Schlackenrückhaltevorrichtung Bauweise Hängend. SMS Demag setzt für die Schlackenrückhaltung sowohl speziell entwickelte Schwimmkörper als auch Verfahren mit Ultraschall bzw. Lasermessung ein. Die Schwimmkörper verzögern die Bildung des Ausströmwirbels und verschließen selbsttätig den Abstich. Die zum Einsetzen der Schwimmkörper erforderlichen Einrichtungen werden entsprechend den Platzverhältnissen im Konverterbereich auf der Bühne verfahrbar, hängend oder schwenkbar ausgeführt. Schlackenrückhaltevorrichtung Bauweise Verfahrbar. Schlackenrückhaltevorrichtung Bauweise Schwenkbar. 20 Schlackenrückhaltevorrichtung beim Einsetzen des Schwimmstopfens.

21 erungsvorrichtungen Konverter-Ausmauerungsvorrichtung Für die Neuzustellung von Konvertern bietet SMS Demag verschiedene Systeme an. Bei Konvertern mit geschlossenen Böden wird eine Plattform mittels Seilwinden von oben in das Gefäß herabgelassen. Bei Ausführungen mit Wechselboden wird die Arbeitsplattform von unten in den Konverter eingefahren. Hierzu sind Systeme mit Hydraulikzylindern bzw. Spindelantrieb vorhanden. Die Nachführung der Steine erfolgt über einen Förderkorb in der Mitte der Vorrichtung. Roboter-Einsätze zur Erleichterung der Steinverlegung bei der Ausmauerungstätigkeit sind in der Entwicklung. Bodeneinsetzvorrichtung Bei Konvertern mit Wechselböden werden die Böden in einem separaten Stand mit den Bodensteinen zugestellt. Die je nach Konvertergröße bis zu 4 Meter im Durchmesser großen und bis zu 60 t schweren Wechselböden werden einfach und schnell mit Hilfe von hydraulischen Bodeneinsetzvorrichtungen gewechselt. Konverterausmauerung mit einer an 4 Seilen (2 Seiltrommeln) hängenden heb- und senkbaren Ausmauerungsbühne. Schema I: Ausmauerungsvorrichtung mit heb- und senkbarer Arbeitsbühne von oben. Schema Wechselboden und Einsetzvorrichtung. Einsetzen eines Konverterbodens für ein 80 t LD Wechselgefäß. Schema II: Ausmauerungsvorrichtung mir Hydraulikzylindern. Schema Ausmauerungsvorrichtung mit Roboter. Bodeneinsetzvorrichtungen. Ausmauerungsvorrichtung mit Spindeltrieb. 21

22 Entstaubung, Gasreinigung und Gasrückgewinnung Die Blasstahlerzeugung wird begleitet von sehr hohen Staub-Emissionen. Durch eine optimale Anpassung und Auslegung der Absaug-und Reinigungsanlagen sowie gegebenenfalls einer Gasrückgewinnungsanlage kann ein Oxygenstahlwerk optimal betrieben werden. SMS Demag bietet auch hier eine große Palette von Verfahren und Einrichtungen an, um dieser Forderung Rechnung zu tragen. Für die Behandlung der Primär-/Prozeßgase stehen Hochleistungs-Venturiwäscher oder Trockenelektrofilter nach dem LT-Verfahren (Lurgi-Thyssen) zur Verfügung. Die Behandlung der Sekundärgase kann entweder mit Gewebe- oder Elektrofilter durchgeführt werden. Sowohl mit dem Demag-Baumco-System als auch mit dem LT-Verfahren für Gasreinigung und -rückgewinnung kann ein großer Teil der Energie, die sich in Form von Kohlenstoff in der Schmelze befindet, als Kohlenmonoxyd-(CO)-Gas beim Konverterprozeß zurückgewonnen werden. Mit der Gasrückgewinnung und dem gezielten Einsatz des CO-Gases amortisieren sich die Investitionen für das gesamte System in kürzester Zeit. T Schema der Entstaubungsanlage: T 1 LD-Konverter 2 Kühlkamin mit Stellring 3 Kühlkamin 4 Venturi-Waschturm 5 Gebläse 6 Reingaskamin mit Fackel 7 Umschaltstation 8 Gasbehälter 3 Δp T 6 V 8 NV P T Δp T M 4 V M M P M M T 7 NV R V V 5 M 2 NV NV ph R 1 22

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24 Montage und Inbetriebnahme Die Montage und Inbetriebnahme von einzelnen Stahlwerkseinrichtungen bis hin zu schlüsselfertigen Gesamtanlagen komplettieren die Angebotspalette der SMS Demag. Unter Berücksichtigung der länderspezifischen Infrastrukturen, der lokalen Fertigungsmöglichkeiten und der Verfügbarkeit von qualifiziertem Montagepersonal wird die Vormontage und der gesamte Montageablauf geplant. International erfahrene Montageinspektoren und Richtmeister überwachen die termingerechte und qualitative Ausführung. Unsere Metallurgen übermitteln weltweit anerkanntes Know-how während der Inbetriebnahme. Montage eines MRP-L Konverters mit Sekundärentstaubung und Lanzenanlage. MRP-L Konverter mit teilweise installierter Einhausung und Pfannentransportwagen unterhalb der Konverterbühne. 24

25 Blick in die Konverterhalle, im Vordergrund ein 100 t Pfannenofen. Vormontage eines 300 t Konverters. Transport eines komplett vormontierten 300 t Konverters. 25

26 SMS Demag-Konvertereinrichtungen Weltweite Referenzen 1969 bis Entstaubungs-, Gasreinigungs- und Gasrückgewinnungsanlagen. 85 Sauerstoffblaslanzenanlagen. 33 Sublanzenanlagen. 8 Wechselkonverteranlagen. 26

27 66 Bodenspülanlagen. 29 Bodeneinsetz- und Konverterausmauerungsvorrichtungen. 218 Konverter. 49 Schlackenrückhaltevorrichtungen. 27

28 SMS Demag Aktiengesellschaft Eduard-Schloemann-Straße 4 D Düsseldorf Postfach D Düsseldorf Tel. ( ) Fax ( ) Deutschland Geschäftsbereich Stahlwerke Wolfgang-Reuter-Platz Duisburg Postfach Duisburg Tel. ( ) Fax ( ) thiv@sms-demag.de Deutschland Internet: /07/2000 PP Printed in Germany