(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 12/11 EP B1 (13) (1) T3 Int.Cl. F27D 1/00 (06.01) F27D 17/00 (06.01) C21C /30 (06.01) C21C /46 (06.01) C21C 7/068 (06.01) (4) Tytuł wynalazku: Sposób regulacji ilości tlenku węgla powstającego przy metalurgicznym procesie wytopu (30) Pierwszeństwo: DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 09/38 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 12/08 (73) Uprawniony z patentu: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, München, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 THOMAS MATSCHULLAT, Eckental, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Teresa Szlagowska-Kiszko POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 80P29873PL00 EP B1 Opis [0001] Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji ilości tlenku węgla powstającego przy metalurgicznym procesie wytopu. W celu wytwarzania stali wysokiej jakości należy zredukować zawartość węgla (C) surowca wyjściowego. Surowiec wyjściowy może być przy tym pozyskiwany częściowo ze złomu, który najpierw topi się w agregacie, na przykład konwertorze lub piecu łukowym, a następnie odwęgla. W celu odwęgla- nia wdmuchuje się w roztopiony metal tlen (O 2 ), który utlenia zawarty w roztopionym metalu węgiel. Powstały w ten sposób tlenek węgla (CO) tworzy w roztopionym metalu pęcherze gazu, które wznoszą się ku jego powierzchni i przenikają przez żużel na powierzchni roztopionego metalu. W prze- 1 strzeni gazowej nad roztopionym metalem tlenek węgla może się utleniać częściowo do dwutlenku węgla lub może być utleniany całkowicie za pomocą zespołów dopalających. Zawierające CO, CO 2, a także H 2, H 2 O i N2 gazy odlotowe ulatniają się z agregatu przez wylot gazów odlotowych, zaś gaz pierwotny jest z reguły doprowadzany do instalacji odpylającej i instalacji filtracyjnej. [0002] Profil powstawania CO nie jest jednak zawsze proporcjonalny do wdmuchiwanej ilości tlenu, co należy tłumaczyć tym, że ciekły roztopiony metal jest w stanie, zależnie od 2 sytuacji w zakresie przepływu i temperatury, metastabilnie rozpuszczać, względnie zatrzymywać powstały CO. Niekiedy brakuje wymaganego impulsu do wznoszenia się gazowego CO zebranego w roztopionym metalu, zaś krytyczny punkt, w którym gaz się wznosi, jest osiągany dopiero przy odpowiedniej 30 wielkości pęcherzy gazowych lub jest wywoływany przez wtór-

3 2 ne oddziaływania (np. elementy płuczące). Gaz ulatnia się wówczas w przybliżeniu uderzeniowo. To niepożądane zjawisko, zwane boilingiem, może prowadzić do zagrożeń bezpieczeństwa i uszkodzeń agregatu oraz dołączonych urządzeń peryferyjnych, takich jak instalacja do odpylania gazu pierwotnego lub instalacji filtracyjna. [0003] JP ujawnia przykładowo sposób zapobiegania zjawiskom boilingu poprzez sterowanie doprowadzaniem tlenu. [0004] Zadaniem wynalazku jest wobec tego zaproponowanie sposobu regulacji ilości tlenku węgla powstającego przy metalurgicznym procesie wytopu, za pomocą którego to sposobu można zapobiec uderzeniowemu ulatnianiu się tlenku węgla, lub przynajmniej zmniejszyć jego intensywność. 1 [000] Zadanie to rozwiązano za pomocą sposobu według zastrzeżenia 1. W sposobie tym wyznacza się wartość rzeczywistą ulatniającego się ze stopionego metalu strumienia węgla i oblicza się wynikającą z doprowadzanej ilości tlenu i zawartości węgla w stopionym metalu przy uwzględnieniu ewen- tualnych innych reakcji wartość zadaną ulatniającego się 2 strumienia węgla, porównuje się ze sobą wartość rzeczywistą i wartość zadaną i w przypadku niedorównywania wartości rzeczywistej wartości zadanej doprowadza się do stopionego metalu węgiel dla zapobieżenia zjawiskom boilingu. Strumień węgla określa przy tym ilość węgla odprowadzanego w jednostce czasu w postaci CO i/lub CO 2, na przykład w kilogramach na sekundę. Jeżeli wartość rzeczywista pozostaje w tyle za wartością teoretyczną, wówczas jest to jasna wskazówka, że w stopionym metalu zachodzi gromadzenie się gazów 30 zawierających tlenek węgla, i pozwala to na przedsięwzięcie

4 3 we właściwym czasie odpowiednich środków zaradczych, aby zredukować uderzeniowe wznoszenie się pęcherzy gazowych, czyli niepożądany boiling, a nawet całkowicie je wyeliminować. Zwiększa to również bezpieczeństwo eksploatacji agregatu. [0006] Wymieniony sposób można stosować przykładowo w konwertorach, konwertorach AOD (Argon-Oxygen-Decarburisation, AOD), zwłaszcza zaś również w piecach łukowych. [0007] Wartość rzeczywistą strumienia węgla można wyznaczać z analizy składu gazów ulatniających się przez wylot gazów odlotowych. Przy tym zawartość tlenku węgla i dwutlenku węgla można wyznaczać przykładowo za pomocą chromatografii gazowej lub wspomaganej laserowo analizy gazowej. [0008] Wartość zadaną ulatniającego się strumienia węgla 1 można obliczać między innymi z ilości doprowadzanego do roztopionego metalu tlenu i zawartości węgla w roztopionym metalu. Można przy tym ewentualnie uwzględnić także ilość węgla doprowadzaną do pieca łukowego w celu regulacji spienionego żużla. [0009] Dla pracy agregatu szczególnie korzystny jest jak 2 najbardziej stały strumień węgla, które nie wykazuje szybkich wahań. Dzięki obliczeniu wartości zadanej strumienia węgla można na podstawie porównania z jego wartością rzeczywistą w każdej chwili stwierdzić, czy w roztopionym metalu znajdują się skupiska tlenku węgla. Analiza porównania pomiędzy wartością rzeczywistą i wartością zadaną umożliwia przedsięwzięcie we właściwym czasie środków zaradczych. Można przy tym zmniejszyć lub nastawić doprowadzanie tlenu do roztopionego metalu, lub doprowadzić dodatkowy węgiel. 30 Zmniejszenie doprowadzania tlenu zapobiega przede wszystkim

5 4 powstawaniu dalszego tlenku węgla. Dodatkowe wdmuchiwanie węgla może natomiast prowadzić do bezpośredniego tworzenia pęcherzyków tlenku węgla, co powoduje ewentualnie wznoszenie się dalszych skupisk gazu z roztopionego metalu. [00] Wynalazek zostanie teraz bliżej objaśniony z powołaniem się na załączone rysunki. Przedstawiają fig. 1 schematyczny szkic agregatu do metalurgicznego procesu wytopu, fig. 2 schemat działań do regulacji metalurgicznego procesu wytopu, oraz fig. 3 charakterystyki metalurgicznego procesu wytopu. [0011] Fig. 1 przedstawia schematyczny szkic agregatu 1 do metalurgicznego procesu wytopu. Agregat 1 może stanowić konwertor, konwertor AOD, piec łukowy lub porównywalne 1 urządzenie, zwłaszcza do wytwarzania stali. W zbiorniku 2 znajduje się stopiony do postaci roztopionego metalu 3 surowiec, który jest przykryty na górnej stronie 4 warstwą żużla. Przez rury nadmuchowe 6 do roztopionego metalu 3 można w pierwszym momencie (t 1 ) doprowadzać tlen lub węgiel. W praktyce znana jest przynajmniej doprowadzana ilość tlenu (m O ). W obszarze roztopionego metalu 3 węgiel i tlen reagują tworząc tlenek węgla: C + 1/2O 2 CO. Węgiel pochodzący ze stopionego surowca lub węgiel doprowadzany przez rury nadmuchowe 6 mogą być przy tym utleniane. Tlenek 2 węgla jest najpierw rozpuszczony w roztopionym metalu 3, względnie jest w nim zatrzymany w postaci drobnych pęcherzyków gazu i przechodzi przynajmniej częściowo w fazę gazową, przy czym pęcherzyki gazu wznoszą się do górnej strony 4 roztopionego metalu 3 i przenikają przez warstwę żużla

6 , wobec czego tlenek węgla ulatnia się najpierw do przestrzeni gazowej 7 nad warstwą żużla. W przestrzeni gazowej 7 część tlenku węgla reaguje z tlenem, tworząc dwutlenek węgla: CO + 1/2O 2 CO 2. [0012] Na przestrzeni gazowej 7 umieszczony jest wylot 8 gazów odlotowych, przez który z przestrzeni gazowej 7 agregatu 1 ulatniają się m.in. gazy zawierające węgiel. Przez szczelinę 26 w wylocie gazów odlowych zasysany jest tlen (O 2 ), wskutek czego gazy odlotowe są dopalane. Mogą one być doprowadzane do tak zwanego (nieprzedstawionego) odpylania 1 gazu pierwotnego, a następnie do instalacji filtracyjnej.w wylocie 8 gazów odlotowych znajduje się przyrząd pomiarowy 9 do analizy składu gazów odlotowych ulatniających się z agregatu 1. Wyznacza się przy tym w szczególności w dowolnym momencie pomiaru (t mess ) ilości zawierających węgiel udziałów w gazach odlotowych, a stąd wartość rzeczywistą d[ C] (v Cist ) strumienia węgla. dt [0013] Na fig. 2 ukazany jest schemat działań przedstawionego sposobu. W etapie 11 sposobu oblicza się przykładowo z doprowadzonej w pierwszym momencie t 1 do roztopionego metalu ilości tlenu i zawartego w tym czasie w roztopionym metalu węgla pierwszy bilans węgla dla roztopionego metalu. 2 Z tego bilansu węgla w etapie 12 sposobu oblicza się wartość zadaną v Csoll ulatniającego się z roztopionego metalu d[ C] strumienia węgla. Uwzględnia się przy tym inne procesy, takie jak np. utlenianie żelaza i krzemu, i inne. dt Wartość zadaną v Csoll można zapisywać przykładowo w kilogramach na jednostkę czasu. Równolegle do wyznaczania wartości zadanej v Csoll w etapie 13 sposobu analizuje się wyznaczony 30 przyrządem pomiarowym 9 skład ulatniających się z agregatu

7 6 1 w momencie pomiaru t mess gazów odlotowych, zaś w etapie 14 sposobu oblicza się z tej analizy wartość rzeczywistą v Cist d C dt ulatniającego się z roztopionego metalu strumienia węgla [ ] Moment dokonania pomiaru t mess jest dobrany korzystnie, jeżeli następuje on po upływie - różnicy czasu Δt,8 od powstania tlenku węgla w roztopionym metalu 3 do wzniesienia się powstałych, zawierających węgiel gazów do przyrządu pomiarowego 9 w wylocie 8 gazów odlotowych i - przedziału czasu Δt 8 do odczytu i analizy składu gazów 1 odlotowych za pomocą przyrządu pomiarowego 9 w pierwszym momencie t 1. [0014] W etapie 1 sposobu porównuje się wartość rzeczywistą v Cist i wartość zadaną v Csoll przy uwzględnieniu przedziału czasu Δt,8 + Δt 8, jaki upłynął między pierwszym momentem t 1 i momentem dokonania pomiaru t mess. Jeżeli wartość rzeczywista v Cist jest mniejsza niż wartość zadana v Csoll, wówczas wskazuje to na skupisko tlenku węgla w roztopionym metalu. W etapie 16 sposobu analizuje się odchylenie pomiędzy wartością rzeczywistą v Cist i wartością zadaną v Csoll. Ewentualnie można również wyznaczyć wartość rzeczywistą m Cist i wartość zadaną m Csoll dla ilości węgla (C ges ), jaka ulotniła się od początku doprowadzania tlenu do czasu t 0. Jeżeli odchylenie pomiędzy wartością rzeczywistą v Cist i wartością 2 zadaną v Csoll przekracza wartość progową, wówczas w etapie 17 sposobu podejmuje się środki zaradcze. Przedział czasu Δt 8,4 potrzebny do przebiegu etapów 11 do 17 sposobu jest czasem reakcji, która jest wymagana do podjęcia środków zaradczych, obejmujących regulację ilości doprowadzanego tle-

8 7 nu lub dodatkowego węgla do roztopionego metalu 3 przez rury nadmuchowe 6. [001] Na podstawie charakterystyk 18 do 21 wykresów 22 i 23 na fig. 3 uwidoczniona jest zasada działania sposobu. Na wykresie 22 przedstawiona jest w czasie t w postaci charakterystyki 18 wartość zadana v Cist, zaś w postaci charakterystyki 19 wartość rzeczywista v Csoll strumieni węgla. Począwszy od momentu t 0 rozpoczęcia doprowadzania tlenu do roztopionego metalu 3 można obliczać wartość zadaną v Csoll. Do chwili, gdy z wartości pomiarowych przyrządu pomiarowego 9 w wylocie 8 gazów odlotowych zostanie wyznaczona ilość węgla zawartego w ulatniających się gazach odlotowych, upływa przedział czasu Δt,8 + Δt 8. Charakterystyka 18 uwidacznia wymagane stałe ulatnianie się węgla przy oczekiwanej, w 1 przybliżeniu stałej lub lekko malejącej wartości zadanej v Csoll strumienia węgla. W idealnym przypadku wartość rzeczywista v Cist powinna podążać z opóźnieniem Δt,8 + Δt 8 za przebiegiem wartości zadanej. W rzeczywistości węgiel nie ulatnia się tak równomiernie z roztopionego metalu. Prowadzi to do odchylenia charakterystyki 19 dla wartości rzeczywistej v Cist od charakterystyki 18, przy czym tolerowane jest wahanie wokół przebiegu charakterystyki 18 w ramach wartości progowych. Jeżeli obliczy się całkę ze strumienia węgla w czasie, wówczas można stąd wyznaczyć wartość rze- 2 czywistą m Cist i wartość zadaną m Csoll dla ilości węgla C ges, jaka ulotniła się z roztopionego metalu od momentu t 0. Charakterystyka ukazuje przebieg korespondującej z charakterystyką 18 wartości zadanej m Csoll, zaś charakterystyka 21 wartości rzeczywistej m Cist koresponduje z charakterystyką Począwszy od momentu t 2, widoczne jest spłaszczenie 24

9 8 charakterystyki 21 wartości rzeczywistej m Cist ilości węgla C ges. Wskazuje to na to, że w roztopionym metalu zebrany jest tlenek węgla. Jeżeli nie przeprowadzi się regulacji, wówczas w późniejszym, niemożliwym do przewidzenia momencie t 3 może nastąpić uderzeniowe wzniesienie się zebranej ilości w dużym pęcherzu gazowym, co przedstawiono na charakterystyce 21 w postaci przewyższenia 2. Sposób według wynalazku umożliwia rozpoznanie takiego spłaszczenia 24 chaakterystyki 21 na podstawie analizy wartości rzeczywistej v Cist i wartości zadanej v Csoll strumienia węgla i służy do podjęcia odpowiednich środków zaradczych celem zapobieżenia zjawiskom boilingu. SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Pełnomocnik:

10 80P29873PL00 EP B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób regulacji ilości CO powstającego przy wytwarzaniu stali, w którym to sposobie do roztopionego metalu (3) doprowadza się tlen (O 2 ) celem usunięcia zawartego węgla (C), wyznacza się wartość rzeczywistą (m Cist ) ulatniającego się z roztopionego metalu strumienia węgla, oblicza się wynikającą z doprowadzanej ilości (m O ) tlenu i zawartości węgla w roztopionym metalu przy uwzględnieniu ewentualnych innych reakcji wartość zadaną (m Csoll ) ulatniającego się strumienia węgla i porównuje się ze sobą wartość rzeczywistą i zadaną, znamienny tym, że w przypadku niedorównywania wartości rzeczywistej wartości zadanej doprowadza się do roztopionego metalu węgiel jako środek do zapobiegania zjawiskom boilingu. 2. Sposób według zastrz. 1, w którym jako środek stosuje się sterowanie doprowadzaniem tlenu do roztopionego metalu. 3. Sposób według zastrz. 2, w którym redukuje się doprowadzanie tlenu. SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Pełnomocnik:

11

12

13