用于确定氧气吹炼过程中的点火时间点的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于确定氧气炼钢过程中，特别是LD方法中的转炉中的点火时间的方法，其中确定氧气量值和排气温度值，以及对应的设备。

钢生产的目的是制造钢，换句话说，制造具有低碳含量和所需特性例如硬度、防锈性或可成形性的铁合金。

在吹炼过程中，生铁用氧气精炼。减少碳成分（精炼）的氧化过程在该方法中带来足够的热量以保持钢熔化，因此在转炉中不需要外部供热。吹炼过程可以再分为氧气炼钢过程和底吹过程。底吹过程包括Bessemer方法、Thomas方法、熟铁和早期高炉。最知名的氧气炼钢过程是LD方法。

在Linz-Donawitz方法（简称LD法）中，将金属废料和熔融生铁倒入LD转炉中，并加入成渣组分。通过喷枪将氧气吹到熔体上。在该过程中，不希望的伴随元素如硫，磷，碳等在钢中燃烧并进入烟道气或炉渣中。由于与燃烧相关的巨大的热产生，所添加的废金属被熔化和/或可以减少生铁的使用，并且通过添加废金属和矿石来冷却熔体。鼓风时间为10至20分钟，并且被选择为使得实现所需的脱碳和不期望的杂质的燃烧和期望的最终温度。通过将转炉容器倾倒入钢包内来出成品钢。首先，含铁浴在超过1600 的温度下通过出钢孔被排到钢包中，然后从转炉边缘上将渣倒出。

转炉可以被安装在具有滑动门的转炉壳体（“狗窝”）中，并且转炉壳体的任务是保护周围环境免受来自转炉的喷射以及将在转炉出口和排气冷却罩之间的气体浪涌引导到冷却罩中或者引导到二次气体提取中。赤铁矿板主要用作火侧衬里；某些区域接收耐火捣固，或者在柔性顶板的区域中还接收耐热钢板。

然而，转炉中的燃烧并不是在氧气最先被喷入时就立即开始，而是通常被延迟几秒到高达90秒后在不可预先确定的时间自发地开始。对于精确的点火时间的了解是非常重要的，因为氧气仅仅从此时与熔体反应，并且该反应的实际持续时间对于过程控制和钢的品质，特别是其碳含量是决定性的。与其它参数一起，点火时间使得能够从开始到结束地控制吹炼过程。通过精确地知道点火时间，可以提高钢的品质，并且不再需要重新喷入氧气（后吹）或重新渗碳（与进一步使用硫相关）。提高了吹炼过程的可重复性，这也对工艺链的进一步的步骤产生积极的影响，例如二次冶金。

当前采用的方法基于不是完全可靠的手动输入或自动化系统。到现在为止，点火时间由操作者通过观察转炉来确定，因此在过程控制系统中手动输入点火时间。然而，强烟和粉尘的形成损害操作者的明确的点火识别，就像操作者缺乏经验或任何不注意一样。然而，该方法与实际点火时间和点火时间的记录之间的几秒、经常高达30秒的时间延迟相关联。但是，点火时间的这种延迟确定对于过程控制是不利的。此外，回想起来不能精确地确定点火时间，而仅仅近似地确定。

喷枪头部中的热膨胀也可以用于确定点火时间（通过应变计）。然而，这需要相当多的技术开支并且仅能够实现点火时间的延迟确定。

例如，在狗窝打开时，操作人员可立即看到反应并识别点火时间。然而，一个打开的狗屋总会带来巨大的安全风险。因此，点火时间可以通过按下按钮手动设置。操作人员还可以通过安装的摄像机在监视器上跟随反应。

自动光学方法是将摄像机记录链接到分析摄影材料的评估系统，从而将点火时间自动地中继到过程模型。然而，具有录像摄像机的解决方案导致大量的安装费用，因为摄像机必须相应地被冷却，并且必须保证不会被污染的小孔，换句话说，转炉出口的无障碍观察。

在氧气炼钢过程的背景下，从DE 10 2012 224 184 A1公开了记录多个运行参数并且通过关联所述运行参数确定运行的目标变量。要记录的运行参数包括排气组成、排气温度和转炉火焰的辐射功率等。指定的目标变量是最终的碳含量、温度和熔体的组成。

WO 2007/109 850 A1公开了在氧气高炉运行的背景下，通过感光元件确定排气组成并且在高炉运行期间考虑该组成。

从专利说明书AT 299 283B中已知通过光电池，换句话说是广义上的电子管测量火焰亮度以确定精确的点火时间。光电池根据AT 299 283B布置的，其光轴水平地在转炉出口的上边缘上方约10cm，使得当防火罩打开时，其检测发射到转炉出口的上边缘和防火罩（萃取器罩）的下边缘之间的辐射。现在调节光电池，使得其控制电流在大于约1100，优选约1200的目标反应气体的温度下发生，并由此描述点火时间。光电池的控制电流触发预定的“冶金”氧气量的测量。

AT 299 283 B的方法的缺点在于，这仅提供单个数据值，这样的值经常不足以用于氧气炼钢过程的可靠的点火识别。光电池还可以由一次性故障触发，例如，靠近光电池的单个火花，虽然氧气的实际点火还没有发生。

在AT 509 866 A4中，最早从氧气鼓风或达到一定的O₂流量开始，借助于CCD图像传感器记录转炉出口和萃取器罩之间的区域的多个按时间顺序的图像，基于由该传感器测量的辐射强度，随着时间的流逝确定辐射强度的进程，并且将实现预定辐射强度或辐射强度预定增加的时间作为点火时间。

因此，本发明的一个目的是详细说明一种允许可靠且冗余地确定点火时间的方法。第二个目的是公开一种特别适合于执行该方法的设备。

与该方法相关的目的通过公开一种用于确定在转炉中的氧气炼钢过程中，特别是LD方法中的点火时间的方法来实现，其中，确定顶吹氧气量的氧气量值和由于氧气炼钢过程产生的排气中的当前排气温度的排气温度值，并且同时达到所述氧气量的预定氧气阈值值和排气中的预定排气温度阈值值的时间被设定为点火时间。

与设备相关的目的通过公开一种用于确定氧气炼钢过程，特别是LD方法中的点火时间的设备来实现，包括用于注入氧气的转炉，其中，确定顶吹氧气量的氧气量值并且确定由于氧气炼钢过程产生的排气中的当前排气温度的排气温度值，并且同时实现氧气量的预定氧气阈值值和排气中的预定排气温度阈值值的时间可以被建立为点火时间。

在吹炼过程中，将氧气吹到液态金属熔体上。这种累积的、吹入的O₂量通过例如体积流量测量传感器测量并且与当前测量的排气温度值一起例如被中继到计算机系统。已经认识到，一旦发生点火，就可以建立排气温度值的增加。如果该值在可获得一定顶吹O₂量的同时超过预设阈值值，则可以断定实现点火。换句话说，通过O₂和温度条件的与关联，例如，以O₂量>270Nm3且温度>500的形式，产生非常鲁棒且可再现的点火条件，这使得操作者的相对不可靠的点火识别被淘汰。

本发明实现了可靠的自动点火识别。本发明还使得能够更精确地获得过程模型的目标值。减少后吹例行程序也是可能的，并且可以节省吹炼过程所需的O₂。根据本发明，现在可以产生可再现的钢品质。此外，如果已经存在O₂体积流量测量，则可以实现成本有效的实施。如果不存在这种测量，则安装这种测量的更新操作也是成本有效的。本发明能够最大限度地使用转炉气体，因为该气体可以通过气量计中的初级除尘被可靠地供给。通过二级除尘也可以获得由于过晚检测到O₂吹气过程的点火而导致的爆炸危险的降低。通过本发明，有利地可以产生被更好调节的过程模型，并且因此可以产生更好的钢品质。简单的实施也是有利的。

在从属权利要求中列出了其它有利的措施，这些措施可以根据需要彼此组合以实现其他优点。

在一个有利的实施例中，在排气烟道上记录排气温度值，特别是在排气烟道的垂直部分上或者在以流体技术的方式布置在蒸发冷却器进口前面的部分上。也可以在蒸发冷却器的蒸发冷却器进口处记录排气温度值。在那里温度的测量特别简单和/或测量装置的安装特别容易。

优选地，连续地确定氧气量值和排气温度值。一旦氧气的顶吹开始和/或在顶吹期间和/或在顶吹过程期间，也可以连续地确定氧气量值和排气温度值。可以通过更少的测量值来实现该方法的简化。然而，其他位置也是可以想到的。

在优选实施例中，氧气量值借助于体积流量测量传感器来确定。氧气通过喷枪吹入转炉中，其中喷枪通过阀连接到氧气源。优选地，氧气量值现在由安装在所述阀的区域中，特别是安装在所述阀上的体积流量测量传感器确定。在那里可以特别简单地确定氧气量值。

优选地，氧气阈值量值和/或排气温度值是凭经验确定的。也就是说，用于用信号通知点火的阈值值是凭经验确定的，例如基于测量结果系列。这些可以变化，例如，取决于转炉和转炉内容物。阈值值可以存储在数据库中。这些也可以以一定间隔更新。

优选地，当前测量的排气温度值和氧气量值被中继到计算单元。在优选实施例中，计算单元包括分析算法，所述分析算法至少将当前测量的排气温度值和氧气量值与排气温度值和氧气阈值量值进行比较。

优选地，分析算法在计算单元中直到氧气鼓风开始时才被激活。然而，分析算法只能在氧气鼓风期间在计算单元中被激活。在吹炼过程中，将氧气吹到液态金属熔体上。这种累积的、吹入的O₂量通过例如体积流量测量传感器测量并且与当前测量的排气温度值一起被中继到计算机系统。分析算法在计算机系统上运行。分析算法现在基于以下相关性：如果已经发生点火，则可以建立排气温度值的增加。如果在存在一定顶吹O₂量的同时该值超过预设的阈值值，则可以断定点火已经发生。通过来自当前进展中的过程阶段的反馈，可以激活与其相关的评估。因此，分析算法可以在装料、后吹、分离等期间不被使用，但在鼓风循环开始时被使用。

此外，可以提供在计算单元中的对温度升高与氧气量值之间的关系的监测。如果不发生这种关系，特别是如果不发生温度升高，则优选地可以发出警报。还可以提供警报系统和/或用户界面（HMI =人机界面系统）和/或多媒体设备，警报被中继到此。

警报系统然后可以首先将警报中继到用户界面（HMI =人机界面系统）和/或多媒体设备。由于温度升高和O₂浓度之间的关系是吹炼过程的典型特征，这同样可以由计算机系统监测。如果这种关系在足够长的时间之后不发生，则可以假定吹炼过程中存在问题。该警报可以被提供给警报系统，或者通过用户界面（HMI）或其他移动可视化设备被信号通知给操作人员。

还可以提供具有包含多个光电二极管的传感器的摄像机，优选具有CCD图像传感器，其中摄像机的光轴与转炉出口和萃取器罩之间的间隙对准，以及用于评估摄像机的图像的计算机，其中计算机被编程使得由于从传感器接收的辐射强度，该计算机确定辐射强度随时间的变化过程。最早（因为否则不是来自点火的其他火焰可能仍然在明亮地燃烧）开始于氧气鼓风（例如，在达到一定的氧气流量时），通过包含多个光电二极管的传感器记录在转炉出口和萃取器罩之间的同一区域的多个按时间顺序的图像，其中每个光电二极管对应于一个像素，优选地通过CCD图像传感器，基于由光电二极管测量的辐射强度确定辐射强度随时间的变化过程，并且将达到预定辐射强度或辐射强度的预定增加的时间确定为点火时间。这两种设备/方法也可以被关联以确定点火时间。关联这两种方法提供了点火时间的更好结果。

根据本发明的方法和根据本发明的设备实现了可靠的自动点火识别。触发时间的精度也可以进一步提高。还可以实现潜在过程模型的目标值的更精确的实现和后吹例行程序的减少。有利地，也节省了在吹炼过程中所需的O₂。可靠的自动点火识别保证生产可重复的钢品质。换句话说，更好地调整后过程模型使得生产更好的钢品质成为可能。

由于过晚检测到O₂吹炼过程的点火导致的二级除尘中的爆炸风险的降低是特别有利的。方法和/或设备的成本有效的实施也是可能的，因为O₂体积流量测量容易安置。转炉气体的最大使用也是可能的，因为这可以通过在气量计中的初级除尘来可靠地控制。本发明还可以被成本有效地结合到现有的状态监测系统中。

本发明的附加特征、特性和优点将从以下参考附图的描述中显现。附图示出了图解视图：

图1：根据本发明的具有传感器的转炉的截面侧视图，

图2：该方法的图解视图。

虽然通过优选的示例性实施例更详细地示出和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例。本领域技术人员可以在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下推导出其变型。

图1示出了转炉1，其中有待精炼的承诺，即废金属和块状生铁2和熔融生铁3。排气烟道4布置在转炉出口上方，转炉1朝着烟道向上逐渐变细。这可以分为多个部分并且以流体技术的方式连接到蒸发器冷却器16。可以沿着双箭头6下降和/或升高的萃取器罩5围绕排气烟道4。它用于密封转炉出口并在精炼期间收集新鲜气体。可以提升和降低的喷枪7通过排气烟道4的孔8插入到转炉1中。

喷枪7从位置H₂被下降到操作位置H₁，在位置H₂中喷枪7以连续冲程被拉出并且氧气源尚未打开。在到达操作位置H₁之前不久，打开氧气源并释放吹炼所需的氧气9。喷枪7进一步被降低，同时氧气9从出口被释放，直到其到达操作位置H₁，其由点划线示出。一旦达到操作位置H₁，如果没有点火延迟，则应该立即发生点火。然而，如果点火被突出的废金属或类似物延迟，则一定量的氧气逸出，其不参与精炼反应并且必须被考虑。

如果发生点火，则主要包括一氧化碳（CO）的反应气体10从转炉1上升。然后，如图1所示，萃取器罩5打开，使得所谓的漏风11通过萃取器罩5和转炉1和/或其转炉出口之间的间隙流入。反应气体10的一氧化碳与空气燃烧。鼓风氧气与来自生铁的碳在点火时开始的燃烧产生明亮的白色火焰和/或气体。

在氧气炼钢过程中，在高压（高达12巴）下将氧气吹送到熔融金属浴上。在剧烈反应中，氧将铁氧化成氧化铁和将碳氧化成一氧化碳（CO），其中氧化铁立即将氧转移到伴随的元素。在反应的中心，即焦点处，温度为2500至3000，并且出现猛烈的、翻滚的沸腾，这在该过程期间将所述浴的尚未被精炼的部分带到所述焦点。

精确识别点火时间对于通过过程模型的精确过程控制是非常重要的。从这时起，由鼓风喷枪顶吹的O₂开始与液态金属熔体反应。如果这个时间未被正确识别，则其可能具有诸如例如过程模型的目标值的不精确实现的后果。也可能需要后吹例行程序。

作为“后吹”的结果，也可能发生增加的O₂消耗。作为不精确检测的时间的另一结果，也可能产生不可再现的钢品质。该过程产生的CO气体也不能使用-它被完全燃烧。

当可燃性气体通过袋式过滤器系统被进给时，还可能存在增加的二级除尘的爆炸风险。此外，当前使用的方法基于不是完全可靠的手动输入或自动化系统。

因此，在LD过程中与操作者的视觉点火识别相关的困难是众所周知的：可再现性差或不可能，需要有经验的坩埚司机，狗窝必须在吹炼阶段开始时打开，造成潜在的安全风险，等等。如果没有操作者方面的点火信号，则这可能导致排气烟道4的负载增加。在一些系统中，然后在足够长的时间之后自动产生点火信号，包括与实际点火时间相比显著延迟的信号。

现在通过本发明避免了这些问题。

所提出的方法和/或设备是基于对与排气中的排气温度值相关的氧气量值，即累积的吹入O₂量的分析。这两个参数具有明确的关系，由此实现点火识别。

图2在图解视图中示出了所述方法。

根据本发明，确定顶吹氧气量的氧气量值110，并且确定由于氧气炼钢过程产生的排气中的当前排气温度的排气温度值20，其中同时达到所述氧气量的预定氧气阈值值和排气中的预定排气温度阈值值时的时间被建立为点火时间。

在吹炼过程中，将氧气吹到液态金属熔体上。氧气量值110，也被描述为吹入O₂量110，例如通过体积流量测量传感器测量并且与当前测量的排气温度值20一起被中继到计算机系统40。分析算法30在计算机系统40上运行。例如在蒸发冷却器进口15（图1）上记录排气温度值20。还可以在排气烟道4（图1）上记录排气温度值20，特别是在排气烟道4（图1）的以流体技术方式紧接在蒸发冷却器进口15（图1）前面的部分14上。还可以在排气烟道4（图1）的竖直部分17（图1）上记录该温度值。温度传感器18（图1）的安装在这些点处特别简单。

氧气量值110和排气温度值20可以连续地确定，或者在开始顶部吹氧之后和/或在顶吹期间连续地确定。其他排列也是可以想到的，只要它们实现它们的目的。

分析算法30现在基于以下关系：如果已经发生点火，则可以建立排气温度值20的增加。如果该排气温度值20超过预设的阈值值，同时存在一定的顶吹O₂量110，则可以断定点火已经发生。

根据本发明，O₂和温度条件的与关联导致非常鲁棒和可再现的点火条件，例如，以氧气量值>270Nm³与排气温度值>500的形式，其使得操作者的相对不可靠的点火识别被淘汰。可以基于测量结果系列凭经验确定要预先确定的氧气量的氧气阈值值和要预先确定的用于信号通知点火的排气温度阈值值。这些可以例如根据转炉而变化。然而，也可以使用用于建立阈值值的其他数学方法。

通过来自当前被使用的过程阶段50的反馈，可以激活对其其评估。因此，分析算法30可以在装料、后吹、分离等期间不被使用，但在吹风循环开始时是被使用。

由于温度升高和氧气量值之间的关系是吹炼过程的典型特征，这同样可以由计算机系统40监测。如果这种关系在足够长的时间之后不发生，则可以假设吹炼过程存在问题。该警报可以被提供给警报系统60，或者借助于用户界面（人机界面）70或另一个移动可视化设备80用信号通知操作人员。

所述设备尤其适合于执行根据本发明的方法。

本发明可以消除与点火识别相关的“人为不确定因素”，导致更高和/或更可再现产品品质。坩埚司机不再需要担心点火识别和/或过程控制被简化（节省了控制元件）。此外，可以增加安全性，因为狗窝不再需要在吹炼阶段开始时打开。

附图标记列表

1 转炉，尤其是钢转炉

2 废金属和块状生铁

3 熔融生铁

4 排气烟道

5 萃取器罩

6 萃取器罩5被降低和/或升高的方向

7 喷枪

8 喷枪7的孔

9 氧气

10 反应气体

11 漏风

14 排气烟道斜向下的部分

15 蒸发冷却器进口

16 蒸发冷却器

17 排气烟道的水平部分

18 温度传感器

20 排气温度值

30 分析算法

40 计算机系统

50 过程阶段

60 警报系统

70 用户界面（HMI=人界面系统）

80 多媒体设备

110 氧气量值

H₁喷枪7的操作位置

H₂喷枪7的位置，其中氧气源被打开。