VD/VOD-VERFAHREN
Das VD-Verfahren zählt zu den am weitesten verbreiteten Entgasungsverfahren. Dabei wird die gesamte Pfanne in einem hermetisch abgedichteten Vakuumgefäß abgestellt und während der Vakuumbehandlung über einen oder mehrere Spülsteine mit Inertgas gespült. Zur Erzeugung des für die Entgasung erforderlichen Unterdrucks kommen sowohl Dampfstrahlpumpen als auch mechanische Pumpen zum Einsatz. Ziel der Vakuumbehandlung ist eine Verringerung der Gehalte an Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff. Zusätzlich installierte Vakuumschleusen zur Legierungsaufgabe ermöglichen eine Feineinstellung der chemischen Zusammensetzung auch während der Vakuumbehandlung. Zu den wesentlichen Vorteilen der Pfannenentgasung zählen die hervorragende Homogenisierung sowie eine hohe Ausbringung an Legierungselementen.
Der VOD-Prozess ermöglicht die Erzielung tiefer Kohlenstoffgehalte bei gleichzeitig hohem Chromausbringen durch Sauerstoffeinblasen mittels Lanze während der Vakuumbehandlung.
Die meisten Produktionspläne erfordern heutzutage eine Kombination aus VD- und VOD-Betrieb, weshalb das Design sowie alle erforderlichen Komponenten dieser Anlagen für beide Betriebsarten ausgelegt sind.
Allgemein bietet die VD/VOD-Behandlung die folgenden Prozessvorteile:
- Einsatz günstiger Legierungselemente mit höherem Kohlenstoffgehalt
- Reduzierung der Produktionskosten
- Erhöhung der Produktqualität durch niedrige Gasgehalte
- Möglichkeit zur Produktion von ELC-Qualitäten mit minimiertem Chromverlust
- Einstellung enger Analysentoleranzen
- Hohes Ausbringen an Chrom
- Einzel- oder Doppelstandentgasung
- Schmelzengewicht bis 350t
- Einsatz von Dampfstrahlpumpen oder mechanischen Vakuumpumpen
- Legierungszugabe unter Vakuum
Die richtigen Nebenanlagen sind entscheidend für eine effiziente, hochwertige und sichere Produktion. Präzise Temperaturmessungen, automatische Probeentnahmen und robuste und hochtemperaturbeständige Komponenten wie der Gaskuppler erhöhen nicht nur die Qualität, sondern auch die Arbeitssicherheit. Darüber hinaus hilft INTECOs „Zero-Leackage“-Design Abpump- und Behandlungszeiten kurz zu halten und somit Betriebskosten zu senken. Ausgeklügelte Konzepte für Tankwägen und Pfannendeckel, runden das ganze ab.
Heute kommen bei Tankentgasungsanlagen meist mechanische Vakuumpumpen zum Einsatz. Durch Filter und Gaskühler ist sowohl ein VD- als auch VOD-Betrieb mit mechanischen Pumpen möglich. Natürlich können INTECO-Anlagen auch mit herkömmlichen Dampfstrahlvakuumpumpen (auch in Kombination mit Wasserringpumpen) geliefert werden.
Drahteinspulen ist die präziseste Methode, um kleine Mengen von Desoxidationsmitteln und Legierungen in die Schmelze einzubringen. INTECO liefert Drahteinspulmaschinen zusammen mit dem gesamten Drahtführungssystem vom Drahtbundlager zur Maschine.
Die wassergekühlte Sauerstofflanze wird auf die notwendige Blasrate ausgelegt und wird zum chemischen Heizen oder Entkohlen verwendet. Die patentierte Stopfbuchse ermöglicht einen reibungslosen Betrieb. Als Alternative können auch verzehrende Sauerstofflanzen zum Einsatz kommen.
Temperaturmessungen, Messung des Wasserstoffgehalts und Probenahmen, die von Robotern oder Manipulatoren durchgeführt werden, gewährleisten konstante und reproduzierbare Ergebnisse. Darüber hinaus reduzieren automatische Probemanipulationssysteme notwendige manuelle Arbeitsschritte.
Die Vakuumschleuse ermöglicht die Legierungsmittelzugabe unter Vakuum.
Ein Hitzeschild sowie ein Pfannendeckel schützen den Vakuumdeckel vor Strahlungswärme sowie auch Stahl- und Schlackespritzern. Durch die wassergekühlte Ausführung kann auf Feuerfestmaterial verzichtet werden. Der Pfannendeckel dient als Freiborderhöhung und ermöglicht hohe Spülraten, die eine sehr effektive Entgasung gewährleisten.
INTECO bietet für jede Kundenanforderung die richtige Lösung: Je nach Kapazitätsanforderung und Platzangebot können Einzel- oder Doppelstand-Anlagen realisiert werden. Dabei kommen Tankwägen mit fixem Deckel oder Deckelwagen mit fixem Tank zum Einsatz.
INTECOs Gaskuppler sind hochtemperaturbeständig und speziell für den Einsatz im Vakuumtank konzipiert. Sie ermöglichen eine vollautomatische Verbindung mit der Spülgasregelstrecke und erhöhen die Arbeitssicherheit drastisch.
Ein Alleinstellungsmerkmal der INTECO VD/VOD-Anlage ist das konsequente „Zero-Leakage-Design“. Durch den Zentralstutzen erfolgen alle Operationen, wie Drahteinspulen, Temperaturmessung, Probenahme. Da nur eine einzige Arbeitsöffnung im Vakuumdeckel erforderlich ist, kann die Gefahr einer potenziellen Leckage dramatisch gesenkt werden. Daraus folgen sehr kurze Abpump- und Behandlungszeiten sowie niedrige Betriebskosten.
Digitalisierung und Smart Production sind die treibenden Kräfte für Entwicklung und Veränderung in der Stahlbranche. Bei INTECO bieten wir Ihnen nicht nur erstklassiges Engineering im Anlagenbau, sondern auch maßgeschneiderte digitale Lösungen, die den anspruchsvollen Anforderungen unserer Kunden gerecht werden. Überwachen Sie Ihre Produktion effizienter und nutzen Sie die gesammelten Informationen für Anpassungen und Fortschritt.
The oxygen model calculates the required amount of oxygen to achieve target decarburization, considering initial steel samples and current temperature that lead to a physically based oxygen quantity. It uses the basics of the thermochemical and thermodynamic approach and once the vacuum and/or oxygen blowing has started, the decarburization model tracks the oxidation of the elements involved. The chemical composition is updated through close interaction with the thermochemical model. The decarburization model reacts to the oxygen injection rate and oxidizes the steel according to the thermodynamic evaluations. The decarburization model constantly checks stoichiometric oxidation against kinetic reactions and the temperature gain is back-looped to the temperature model. The degassing model calculates the removal of hydrogen and nitrogen.
INTECO’s Material Handling System Automation offers precise and time-critical alloying for all secondary metallurgy plants. Its recipe-based approach serves various technologies such as positive and negative weighing, shuttles, weighing bands, or hoppers and integrates micro-dosing systems and wire feeding machines. Moreover, it provides fallback modes for redundant feeding lines as well as sequential dosing of materials or material groups to add slag builders and alloys in the correct order.
The smart process camera is a retractable and therefore well protected optical system that directly streams a high-resolution video to the control room to ensure safe low-manpower operation. The optional thermal imaging variant provides a clear view through smoke and dust and serves for automatic stirring adjustment. Additional generated process information such as slag height and stirring eye detection enhances metallurgical model accuracy and safety.
The thermochemical model calculates oxide and element activities based on current process conditions and events, current heat state and energy losses and gains. In this context, IMAS modeling includes a thermophysical property library, reaction enthalpies, coefficients for interactions providing the necessary parameters, and coefficients to determine and calculate the activities.
The temperature model accounts for the temperature losses due to radiation and convection as well as the changes in temperature due to purging, material addition and heating. Temperature changes due to reactions are also taken into account and are therefore coupled with the basic thermochemical model. Both are not only used to calculate the actual heat state but also to predict take-over time and temperature.
The degassing model calculates the reduction of hydrogen and nitrogen in the VD system.
The IPAS off-gas measuring system/device for VOD applications includes a gas extraction system, an off-gas analyzer and a flow measurement device. The off-gas analyzer measures CO and CO2 using an infrared photometer, H2 using thermal conductivity and O2 using electromagnetic force measurement. The flow meter works based on ultrasound measurements or hot-wire anemometer and is supplied with temperature and pressure data for normalization to standard cubic meters per hour. The IPAS system is self-calibrating and works with online process models for hybrid decarburization and degassing modelling.
IMAS-PA-VD/VOD provides advanced top-down process guidance through dynamic or static treatment planning and integrated optimization tools. Process supervision is massively improved by the cockpit view and integrated real-time process models. IMAS provides instant real-time information and alerts, based on which the operators can control and steer the process just-in-time. The heat-based data recording stores sensor data, including complex information such as video streams, allowing observation of real-time data for quality assurance and process improvement.
Das Sauerstoffmodell berechnet die erforderliche Sauerstoffmenge für die Entkohlung des Stahls auf den Zielgehalt. Die erste Stahlprobe sowie die Berücksichtigung der aktuellen Temperatur führen zu einer physikalisch basierten Sauerstoffmenge. Das Sauerstoffmodell verwendet die Grundlagen des thermochemischen und thermodynamischen Ansatzes. Sobald das Vakuum und/oder das Sauerstoff-Ausblasen begonnen hat, verfolgt das Entkohlungsmodell die Oxidation der beteiligten Elemente. Durch enge Interaktion mit dem thermochemischen Modell wird die chemische Zusammensetzung aktualisiert. Das Entkohlungsmodell reagiert auf die Sauerstoffeinspritzrate und oxidiert den Stahl entsprechend den thermodynamischen Bewertungen. Aufgrund der hohen Komplexität des Systems prüft das Entkohlungsmodell permanent die stöchiometrische Oxidation im Vergleich zum kinetischen Ansatz. Der Temperaturanstieg aufgrund der Reaktionsenthalpien wird an das Temperaturmodell zurückgesendet.
Die kostenoptimierte Legierungsberechnung von INTECO ist in IMAS enthalten und funktioniert perfekt mit der Material Handling System Automation von INTECO. Die Legierungsberechnung unterstützt den Bediener bei der Berechnung der genauen kostenoptimierten Legierungsmenge, um die Zielanalyse für den jeweiligen Produktionsschritt zu erhalten. Das Modell kann jederzeit bei Bedarf während des Prozesses verwendet werden, wenn ein gültige Stahlprobe verfügbar ist. Darüber hinaus funktioniert es perfekt mit den Ergebnissen thermochemischer Modelle.
Material Handling System Automation von INTECO ist die beste Lösung für die genaue und zeitkritische Legierung in allen sekundären metallurgischen Anlagen. Die rezeptbasierte Betriebsphilosophie unterstützt alle verschiedenen Technologien wie etwa positives und negatives Wiegen, Pendelvorrichtungen, Wiegebänder oder Aufgeber, und integriert Mikrodosierungssysteme und Drahtzufuhrmaschinen. Das integrierte Management von Materialien und der damit verbundenen Parameter ermöglicht die Nutzung mit und ohne übergeordnete(n) Systeme(n). Neben den Zeitoptimierungs- und Rückfallmodi im Fall redundanter Nachspeiseleitungen bietet es außerdem eine sequentielle Dosierung von Material oder Materialgruppen, um sicherzustellen, dass Legierungen zugeführt werden, bevor sich Schlacke aufbaut.
Die intelligente Prozesskamera für VD und VOD ist eine feste vakuumdichte Lösung für die Integration in den oberen Behälter. Beide Optionen – die optische und die Wärmebildvariante – liefern eine automatische Überkocherkennung sowie Stahloberflächenerkennung für die automatischen Anpassung des Rührvorgangs. Dies ermöglicht höchste Produktionsraten bei minimiertem Risiko und unterstützt eine hochautomatisierte Produktion. Beide Lösungen können so integriert werden, dass sie ihren Videostream zeitsynchronisiert mit anderen Messwerten in dem zentralen Datenspeicher für die spätere Analyse aufzeichnen. Zusätzlich generierte Prozessinformationen werden darüber hinaus in metallurgischen Modellen zur Verbesserung der Genauigkeit verwendet.
Das thermochemische Modell berechnet die Oxid- und Element-Aktivitäten auf der Grundlage der vorherrschenden Prozessbedingungen und Ereignisse sowie des aktuellen Status der Heiz- und Systemtemperatur. Die IMAS-Modellierung beinhaltet in diesem Zusammenhang die Bibliothek der thermophysikalischen Eigenschaften, Reaktions-Enthalpien, Koeffizienten für Wechselwirkungen, die die notwendigen Parameter liefern und Koeffizienten für die Bestimmung oder Berechnung der Aktivitäten.
Das Temperaturmodell berücksichtigt sowohl die Temperaturverluste durch Abstrahlung und Konvektion, als auch die Temperaturveränderungen aufgrund spezifischer Ereignisse wie etwa Spülen, Materialzugaben und Erhitzung. Temperaturveränderungen aufgrund der vorgenannten Reaktionen werden ebenfalls berücksichtigt und sind daher mit dem grundlegenden thermochemischen Modell verbunden. Beide werden nicht nur für die Berechnung des tatsächlichen Wärmezustands, sondern auch zur Optimierung der Vorhersage der Übergabezeit und der Temperatur verwendet.
Das Entgasungsmodell berechnet die Entfernung von Wasserstoff und Stickstoff in dem VD-System.
Die IPAS-Abgasmessung für VOD-Anwendungen besteht aus einem Gasabsaugsystem, dem Abgasanalysator und einer Durchflussmesseinrichtung. Der Abgasanalysator übernimmt die Online-Messung von CO und CO2 durch ein Infarot-Photometer sowie von H2 durch Wärmeleitfähigkeit und O2 durch die Messung der elektromagnetischen Kraft. Die Funktion des Durchflussmessers basiert auf Ultraschallmessungen und einem Heißdraht-Anemometer und wird mit Temperatur- und Druckdaten für die Normalisierung der Standard-Kubikmeter je Stunde versorgt. Das IPAS-System ist selbstkalibrierend. Darüber hinaus ermöglicht es in Kombination mit Online-Prozessmodellen einen hybriden Entkohlungs- und Entgasungs-Modellierungsansatz.
IMAS-PA-VD/VOD bietet eine optimale Prozesssteuerung durch dynamische oder statische Behandlungspläne und integrierte Optimierungswerkzeuge. Die Prozessüberwachung profitiert durch die Cockpit-Ansicht und integrierte Echtzeit-Prozessmodelle. IMAS liefert Echzeitinformationen und Warnungen, anhand derer die Bediener den Prozess in optimal steuern können. Die chargenbasierte Datenaufzeichnung speichert Sensordaten, einschließlich komplexer Informationen wie Videodaten und ermöglicht eine genaue Analyse zur Qualitätssicherung und Prozessverbesserung.
Projekte
Nucor Darlington
Type: 110t VD
Taewoong Special Steel
Type: 150t VD/VOD
Grupo FRISA
Type: 50t VD
Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel
Type: 130t VD/VOD
Taigang Stainless Steel
Type: 45t VD/VOD
