University of Oulu

Special measurements and control models for a basic oxygen furnace (BOF)

Saved in:
Author: Ruuska, Jari1,2
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Technology, Department of Process and Environmental Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 3.8 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514298028
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2012
Publish Date: 2012-05-01
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in Kuusamonsali (Auditorium YB210), Linnanmaa, on 11 May 2012, at 12 noon
Tutor: Professor Kauko Leiviskä
Reviewer: Professor Lauri Holappa
Doctor Matti Luomala
Description:

Abstract

The target in this thesis was to study selected special measurements in a basic oxygen furnace (BOF) and develop a model to predict the steel temperature at the end of the oxygen blow. Furthermore, the work aimed at increasing knowledge on measurements and phenomena in the converter and in this way improve the possibility of more efficient monitoring and control of the process.

Special measurements were investigated to obtain more knowledge about their usability in running the converter process. Analysing the measurement results also led to new process knowledge. The usage of a Radio Wave Interferometer (RWI) was seen as beneficial as it makes it possible to see the rising trend of the liquid surface level in advance and to perform some corrective actions to avoid excessive foaming and possible splashing out from the converter. Acoustic measurement could also detect trends in advance, but it was found to be sensitive to disturbing noise from the surroundings. Splashing measurement gives information about the current state of the slag but not advance information. Nevertheless, the measurements revealed several factors that usually increase splashing. It would be best to use the knowledge from two different measurements, for example RWI and splashing measurement, to predict increasing splashing, which causes significant iron losses.

The development of the models for end temperature prediction and additional materials provided a lot of knowledge about the factors affecting the temperature. Factors that were used in grouping were the BOF number, heat size and end carbon content. However, there were many heats that did not satisfy the target. Furthermore, there is a need for additional research into temperature progress and its control in BOF. It would also be useful to study the effect of additional materials more systematically.

There are other factors, such as the oxygen flow rate and lance height, which affect the temperature that are not included in the models. Some of the factors are measurable and some are not. There is still a need for more research in this area. This work strengthens the impression that the converter process is a complex one. It was noticed; as always in process development, that continuous monitoring and efforts are required to observe the changes in process conditions, raw materials or running practices. Otherwise, the benefit of the improvements and models will be lessened. However, it would be possible to set acknowledged routines and warnings into the improved monitoring system to help the operators notice the need for system tuning. A monitoring system would provide financial benefits in terms of having fewer reblowings, better yield and better quality of final product. Savings in raw materials can also be attained as the controllability of the process becomes better. As the monitoring system contains a database of guidelines, it would form a good basis for new employees to become familiar with the process and thus facilitate their training.

see all

Tiivistelmä

Tämän opinnäytteen tarkoitus oli tutkia teräskonvertterin valittuja erikoismittauksia ja kehittää malli ennustamaan teräksen lämpötilaa happipuhalluksen lopussa. Työn tarkoituksena oli lisätä tietämystä mittauksista ja ilmiöistä konvertterissa ja tällä tapaa lisätä mahdollisuuksia prosessin tehokkaampaan monitorointiin ja ohjaukseen.

Erikoismittauksia tutkittiin lisätietämyksen saamiseksi niiden käytettävyydestä konvertteriprosessin ajossa. Mittausten analysointi tuotti myös uutta prosessitietämystä. Radioaaltointerferometrin (RWI) käyttö koettiin hyödylliseksi, koska on mahdollista havaita kuonan pinnankorkeuden nousu ennakkoon ja suorittaa joitakin korjaavia toimenpiteitä liiallisen kuohumisen ja lopulta roiskumisen estämiseksi ulos konvertterista. Äänimittaus voi myös havaita trendin ennakkoon, mutta huomattiin sen olevan herkkä ympäristön häiriöäänille. Roiskemittaus antaa tietoa kuonan sen hetkisestä tilasta, mutta ei ennakkoon. Mittaukset toivat kuitenkin esiin useita tekijöitä, jotka yleensä lisäävät roiskumista. Olisi parasta käyttää kahden eri mittauksen tietoa, RWI ja roiskemittaus, ennustettaessa lisääntyvää roiskumista, joka aiheuttaa huomattavia rautahäviöitä.

Loppulämpötilan ennustamiseen kehitetyn mallin ja lisäainemallin kehittäminen antoi paljon tietoa tekijöistä, jotka vaikuttavat lämpötilaan. Tekijät, joita käytettiin ryhmittelyssä, olivat konvertterinumero, panoskoko ja loppuhiilipitoisuus. Mallin soveltamisesta huolimatta jäi edelleen useita sulatuksia, jotka eivät osuneet tavoitteeseen. On edelleen tarve teräskonvertterin lämpötilakäyttäytymisen ja sen hallinnan lisätutkimukselle konvertterissa. Myös lisäaineiden vaikutusta lämpötilaan olisi hyödyllistä tutkia systemaattisemmin.

On edelleen muita tekijöitä, esimerkiksi hapen virtausnopeus ja lanssin korkeus, jotka vaikuttavat lämpötilaan, mutta jotka eivät ole mukana malleissa. Osa näistä tekijöistä on mitattavia suureita ja osa ei. Lisätutkimukselle on edelleen tilaa tällä alueella. Tämä työ vahvistaa edelleen käsitystä, että konvertteriprosessi on monimutkainen. Huomattiin, kuten aina prosessikehityksessä, että jatkuvaa kehitystyötä pitää tehdä prosessiolosuhteiden, raaka-aineiden ja ajopraktiikoiden muutosten huomaamiseksi. Muuten parannusten ja mallien antama hyöty heikkenee. Monitorointijärjestelmään olisi mahdollista kehittää rutiineja ja varoituksia operaattorien avuksi, jotta he huomaisivat järjestelmävirityksen tarpeen. Monitorointijärjestelmä toisi taloudellista hyötyä, mm. lisäpuhallusten vähentymisen, lopputuotteen paremman saannon ja laadun muodossa. Raaka-ainesäästöjä voidaan saavuttaa prosessin ohjattavuuden parantuessa. Monitorointijärjestelmän sisältäessä sääntötietokannan, se luo hyvän pohjan uusille työntekijöille tutustua prosessiin ja näin heidän koulutuksensa onnistuisi helpommin.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-951-42-9802-8
ISBN Print: 978-951-42-9801-1
Issue: 417
Subjects:
RWI
RWI
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.