CN104245966A - 运行真空熔融设备的方法和据此运行的真空熔融设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种运行用于冶金处理钢熔融物的真空熔融设备的方法和根据这种方法工作的真空熔融设备，其中，利用至少一个间接地或直接地声学耦合在容纳钢熔融物的锅(6)上的结构噪声接收器(30-1，30-2，30-3，30-4)接收在锅(6)内产生的声学信号，并且用来测定表征真空熔融设备的运行状态的量。

Description

运行真空熔融设备的方法和据此运行的真空熔融设备
技术领域
本发明涉及一种用于运行真空熔融设备的方法。此外，该方法涉及一种利用这种方法运行的真空熔融设备。
背景技术
在真空熔融设备中，例如在先前的步骤中在电光弧炉里产生的钢熔融物经历再处理，从而消除钢熔融物中仍然含有的、不希望存在的伴生元素。根据是仅仅使用一种惰性气体还是额外地还使用氧气作为过程气体，这类真空熔融设备被称为VD设备或VOD设备(Vacuum Decarburisation真空脱碳或Vacuum Oxygen Decarburisation真空氧气脱碳)。处理时长、也就是直到干扰性的伴随元素达到追求的含量之前的持续时间，主要与过程气体被吹入钢熔融物中的速率有关。输入速率过低可能导致钢熔融物的温度在干扰性的伴随元素还未达到追求的含量之前过度下降，以至于需要在锅内对钢熔融物再加热，或者对熔融物进行彻底的再处理。然而，高输入速率，特别是在利用氧气使真空新鲜时，可能导致熔融物沸溢或起泡外溢，这将伴随着高额的并且耗费时间的事后清洁工作。
在这里是手动设置过程气体输入钢熔融物的速率，为此，操作人员通过摄像头观察熔融物的表面图，并且借此观察锅内泡沫渣的高度，并相应地控制输入速率。与之相应地，流程的引导依赖于操作人员的经验和注意力，所以无法可靠地避免错误的或低效的流程引导。此外，错误的运行状态，就像例如因为真空设备的不密封性引起的那样，可能很难或者要很迟才被发现。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种运行用于冶金处理钢熔融物的真空熔融设备的方法，利用这种方法使处理流程可靠性得以提升。此外，本发明的目的还在于，提供一种利用这种方法运行的真空熔融设备。
就这种方法而言，所述目的利用具有权利要求1所述特征的方法得以实现。根据这些特征，利用至少一个间接地或直接地声学耦合在容纳钢熔融物的锅上的结构噪声接收器接收在锅内产生的声学信号，并且用来侦测真空熔融设备中的不密封性。
在此，本发明基于以下考虑，即，在真空熔融设备运行时，特别是在将过程气体吹入锅内时，形成的声学信号根据声波产生的形成位置及随之形成的直至声波接收器的传播途径具有许多标志性的特性，这些特性使得能够从声学信号中推导出关于真空熔融设备的运行状态的信息，并且能够迅速地发现并消除可能出现的不密封性。
如果这些声学信号此外还用来测定在锅内位于钢熔融物的溶液上的(泡沫)渣的高度或厚度，那么还能够及时发现熔融物沸溢的危险，并且相应地可能引入对策，例如减少或终止过程气体的输入，以防止沸溢。
泡沫渣的高度在下面要理解为泡沫渣相对于真空熔融设备的固定参照点的上水平。这例如可以是锅的底部和上水平之间的间距。泡沫渣的高度在此主要由它的厚度决定，因为真正的钢熔融物的高度实际上是恒定的。
微商特别是如果测定了泡沫渣的高度或厚度的时间上的微商时，就能够可靠地防止发生这种沸溢或起泡外溢。以这种方式及时发现泡沫渣的高度的快速上升。
在本发明的一种特别优选的构造方案中，测定的高度或厚度和/或其时间上的微商被用来通过控制过程气体向锅内的输入来调节泡沫渣的高度。以这种方式能够使得在真空设备中进行的整个再处理流程相应地稳定。
就真空熔融设备而言，该目的根据本发明利用具有权利要求5所述特征的真空熔融设备得以实现。根据这些特征，真空熔融设备包括至少一个间接地或直接地声学耦合在锅上的结构噪声接收器，用于接收在锅内产生的声学信号，以及包括一个控制和评估装置，该控制和评估装置利用在其中应用的算法从由结构噪声接收器接收到的声学信号中侦测真空熔融设备中的不密封性。
当至少一个结构噪声接收器固定在锅上时，能够以高灵敏度记录特别是在锅内形成的声波信号。
在另一种有利的构造方案中，此外还在控制和评估装置中应用了一种算法，利用这种算法从声学信号中查出泡沫渣的高度H或厚度d，和/或高度H或厚度d的时间上的微商。
在其他的从属权利要求中给出了真空熔融设备的其他有利的构造方案。
附图说明
结合下面对结合附图详尽阐述的实施例的描述使得本发明的上述特征、特点和优点以及如何实现这些特征和优点的方式和方法更加清楚明白。
对本发明的进一步描述参考图中用示意性的原理简图示出的实施例。
具体实施方式
根据附图，真空熔融设备包括利用盖子4封闭的低压锅炉2。在这个低压锅炉2中装入了填充有钢熔融物的锅6，在锅的下侧上连接着多个用于输入过程气体P1的气体输入导管8，在图中出于清楚表示的原因仅示出了其中一个。相应地，低压锅炉2和盖子4构成一个包围着锅6的设备部分。
用虚线表示了所谓的VOD真空熔融设备的实施方式，其中，可以经由一个另外的气体输入导管10向锅6内导入氧气，作为另一种过程气体P2。在这种实施方式中，锅6额外地被保护盖12遮盖住，利用这个保护盖能够减少因为起泡外溢引起的渣外溢。
在锅6内有钢熔融物，钢熔融物由液体的溶液14和溶液上的泡沫渣18组成，溶液的液水平面16与锅6的底部距离为h，泡沫渣的厚度为d，使得泡沫渣的上水平20在锅6的底部上的高度H＝h+d处。
不仅在锅6的外壁上还有低压锅炉2的壁上以及在低压锅炉2的盖子4上都布置了结构噪声接收器30-1，30-2，30-3和30-4，利用这些接收器接收在锅6的内部和周围例如通过真空泵产生的声学信号。
优选地固定安装在低压锅炉2或盖子4上的结构噪声接收器30-3，30-4也可以布置在低压锅炉2内。这些接收器在声学上不是直接与锅6的壁耦合。更确切地说，是经由相应的支架将锅6内产生的声学信号传递到低压过滤2的壁上或盖子4上。
布置在锅6的外壁上的并且声学地直接耦合到锅6的壁上的结构噪声接收器30-1，30-2是可取下的，也就是说可松脱地固定在锅6上，并且仅仅在将锅6插入低压锅炉2中以后才利用快速锁合件耦合连接到锅6上。
已经由结构噪声接收器30-1，30-2，30-3和30-4分别提供的测量信号M1，M2，M3或M4被转发给控制和评估装置40，在其中进行评估，并且用来侦测真空熔融设备中的不密封性。
测量信号M1，M2，M3和M4在评估装置40中经历信号分析，并且在能自学的物理模型的额外帮助下及时发现因为不密封性、例如因为盖子4关闭不正确引起的运行状态的出现，并且相应地立即消除相应的缺陷。为此，在真正运行之间的学习阶段设置不同的运行状态，例如真空设备在盖子关闭正确和不正确时的运行状态，对泄漏的有意识的调节，并且接收相应的结构噪声信号。例如通过快速傅里叶变形产生的、在学习阶段获得的测量信号M1，M2，M3，M4的频谱被作为典型模式存放下来，所以通过将在真实运行时测得的频谱与存放的模式进行比较能够确定不密封性的出现和原因，也就是它的位置。
在锅6内因为向钢熔融物内吹入过程气体P1，P2而产生的声波在熔融物池14内和泡沫渣18内朝向壁传播扩散，其中，泡沫渣18有消减声波的效果。换句话说：连泡沫渣18的厚度d及其高度H或者说在锅6内的位置也显著影响特别是由布置在锅6的上部分区域内的结构噪声接收器30-1接收的声波信号。
因此，通过分析声学信号也可以查出泡沫渣的高度H或厚度d。为此，也在这种应用中将测量信号M1，M2，M3和M4的频谱与以下频谱进行比较，这些频谱是在先前的学习阶段中在真空熔融设备的不同运行状态下测得的，特别是在过程气体P1，P2的输入速率不同时、以及通过摄像机拍摄确定的泡沫渣的高度不同时测得的。在学习及模式识别算法的帮助下，就可以通过将真正测得的频谱与在学习阶段获得的频谱进行比较测定泡沫渣18的高度H和特别是厚度d微商或者说其时间上的微商dH/dt或dd/dt，而不需要为此用摄像机进行观察。
在控制和评估装置40中，依据测定的高度H或厚度d微商并且优选地依据测定的微商产生控制信号S1和S2，利用这些信号控制过程气体P1，P2的输入速率，从而将泡沫渣18的高度调到恒定的值，或者至少防止泡沫渣18起泡外溢。
在所示实施例中，不仅在锅6上而且在低压锅炉2上设置了许多的结构噪声接收器。然而，根据本发明的方法原则上也可以利用一个唯一的、优选地布置在锅的上部分区域内的结构噪声接收器30-1完成。
尽管通过优选的实施例详尽阐述并描述了本发明的细节，但是本发明不受到公开的例子的局限，并且专业技术人员可以从中推导出其他的变化方案，而不离开本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种运行用于冶金处理钢熔融物的真空熔融设备的方法，其中，利用至少一个间接地或直接地声学耦合在容纳所述钢熔融物的锅(6)上的结构噪声接收器(30-1，30-2，30-3，30-4)接收在所述锅(6)内产生的声学信号，并且用来侦测所述真空熔融设备中的不密封性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述声学信号被额外地用来测定在所述锅内位于所述钢熔融物的溶液(14)上的泡沫渣(18)的高度(H)或厚度(d)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，测定所述高度(H)或所述厚度(d)的时间上的微商。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，测定的所述高度(H)或所述厚度(d)和/或所述高度或所述厚度的时间上的微商被用来控制过程气体(P1，P2)向所述锅(6)内的输入。
5.一种用于冶金处理锅(6)内的钢熔融物的真空熔融设备，具有至少一个间接地或直接地声学耦合在所述锅(6)上的结构噪声接收器(30-1至30-4)，用于接收在所述锅(6)内产生的声学信号，以及包括控制和评估装置(40)，结构噪声所述控制和评估装置利用在其中应用的算法从由所述结构噪声接收器(30-1至30-4)接收到的所述声学信号中侦测所述真空熔融设备中的不密封性。
6.根据权利要求5所述的真空熔融设备，其中，至少一个所述结构噪声接收器(30-1，30-2)固定在所述锅(6)上。
7.根据权利要求6所述的真空熔融设备，其中，至少一个所述结构噪声接收器(30-1)布置在所述锅(6)的上部分区域内。
8.根据权利要求5、6或7所述的真空熔融设备，其中，至少一个所述结构噪声接收器或者至少一个另外的结构噪声接收器(30-3，30-4)固定地安装在包围住所述锅(6)的设备部分(2，4)上。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的真空熔融设备，其中，此外还在所述控制和评估装置(40)中应用了一种算法，利用所述算法从所述声学信号中测定所述泡沫渣(18)的所述高度(H)或所述厚度(d)和/或所述高度(H)或所述厚度(d)的所述时间上的微商。
10.根据权利要求9所述的真空熔融设备，其中，所述控制和评估装置(40)设置用于通过依据所述泡沫渣(18)的所述高度(H)或所述厚度(d)和/或所述高度(H)或所述厚度(d)的所述时间上的微商控制过程气体(P1，P2)的输入速率来调节所述泡沫渣(18)的所述高度(H)或所述厚度(d)。
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