CN104245967A - 用于运行真空熔化设备的方法和根据该方法运行的真空熔化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行用于金属冶金地处理钢熔融物的真空熔化设备的方法和根据该方法运行的真空熔化设备，其中利用至少一个间接或直接地声学耦合到容纳钢熔融物的罐(6)上的结构噪声接收器(30-1，30-2，30-3，30-4)来接收罐(6)中产生的声学信号，并且该声学信号用于测定罐中位于钢熔融物的熔液(14)之上的泡沫渣(18)的高度(H)或厚度(d)。

Description

用于运行真空熔化设备的方法和根据该方法运行的真空熔化设备
技术领域
本发明涉及一种用于运行真空熔化设备的方法。此外，本发明还涉及一种利用这种方法运行的真空熔化设备。
背景技术
在真空熔化设备中，对于例如在先步骤中在电弧炉中产生的钢熔融物进行再处理，以便消除钢熔融物中还包含的不希望的伴生元素。根据是否使用仅仅一种惰性气体作为过程气体或者附加使用氧气，这种真空设备被称为VD设备或者VOD设备(Vacuum Decarburisation真空脱碳或者Vacuum Oxygen Decarburisation真空吹氧脱碳)。过程持续时间、即直到干扰的伴生元素达到计划含量的持续时间，主要取决于过程气体吹入到钢熔融物中的比率。过于微小的输送率可以导致钢熔融物的温度在伴生元素达到计划含量之前已经一直下降，直至需要再加热罐中的钢熔融物或者需要完全地再处理该熔融物。但是，特别在利用氧气真空精炼时，高输送率可以导致熔融物沸溢或起泡外溢，这导致可观且费时的额外清洗耗费。
在此，通过操作者借助照相机观察熔融物的表面图像并且从而观察罐中的泡沫渣高度并且相应地控制输送率，实现了手动地设定向钢熔融物输送过程气体的比率。相应地，过程管理取决于操作者的经验和注意力，因此不能可靠地避免错误或者无效的过程管理。此外，非常难以识别或者仅在极晚时才能识别出错误的运行状态、例如由于没有密封真空设备引起的错误运行状态。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于运行真空熔化设备以便金属冶金地处理钢熔融物的方法，利用该方法改进了过程安全性。此外，本发明的目的还在于，提供一种利用此方法运行的真空熔化设备。
关于该方法，上述目的利用一种具有权利要求1所述特征的方法来实现。根据这些特征，利用至少一个间接或直接声学耦合到容纳钢熔融物的罐上的结构噪声接收器接收在罐中产生的声学信号，并且该声学信号用于测定在罐中位于钢熔融物的熔液之上的泡沫渣的高度或厚度。
通过这种措施可以及时识别出熔融物沸溢的风险，并且可以相应地实施防止沸溢的针对措施、例如减少或者中断输送过程气体。
在此，本发明基于以下构想，即在运行真空熔化设备时，特别是在吹入过程气体时，在罐内产生的声学信号根据声产生的形成位置和因此经历的到声音接收器的发散路径而具有特征属性，该属性使得能从声学信号中推导关于真空熔化设备的运行状态的信息。
下面，将泡沫渣的高度理解为泡沫渣的上平面相对于真空熔化设备的固定参照点的位置。其可以例如是罐底部和上平面之间的距离。在此，泡沫渣的高度主要通过其厚度来确定，这是因为钢熔融物的真正高度实际是不变的。
当测定了泡沫渣的高度或者厚度的时间上的微商时，则可以特别可靠地避免这种沸溢或者起泡外溢。以这种方式及时地识别了泡沫渣高度的迅速上升。
在本发明的特别优选的设计方案中，测定的高度或者厚度和/或其时间上的微商用于通过控制过程气体到罐中的输送来调整泡沫渣的高度。以这种方式可以相应地稳定所有在真空设备中运行的再处理过程。
在其他的有利的实施方式中，声学信号还用于探测真空熔化设备中的不密封性。
关于真空熔化设备，根据本发明利用具有权利要求5所述特征的真空熔化设备实现该目的。根据这些特征，真空熔化设备包括至少一个间接或者直接声学耦合到罐上的结构噪声接收器以用于接收在罐中产生的声学信号，以及控制评估装置，控制评估装置具有在其中执行的算法，以便从结构噪声接收器接收的声学信号中测定在罐中超过熔液的泡沫渣的高度或者厚度和/或该高度或者厚度的时间上的微商。
当在罐上固定有至少一个结构噪声接收器时，可以利用高敏感性记录在罐的内部形成的声信号。
当在罐的上部区域中布置有至少一个结构噪声接收器时，此时可以实现特别准确地确定渣的高度或者厚度。
真空熔化设备的其他有利的设计方案在其他的从属权利要求中给出。
结合下面借助附图详细阐述的对实施例的说明会更清晰明确地理解上面描述的本发明的属性、特征和优势以及实现这些的方式和方法。
附图说明
参考以示意原理图示出的附图的实施例继续说明本发明。
具体实施方式
根据附图，真空熔化设备包括利用顶盖4闭合的低压炉2。在该低压炉2中安装了充满钢熔融物的罐6，在罐的底部连接了多个用于输送过程气体P1的气体输送导管8，在图中出于简明的原因仅示出该导管中的一个。低压炉2和顶盖4相应的构成了围绕罐6的设备部分。
虚线示出的是所谓的VOD真空熔化设备的实施方式，其中在罐6中通过另外的气体输送导管10可以导入氧气作为另外的过程气体P2。在这种实施方式中，附加地利用保护盖12遮盖罐6，利用该保护盖可以减少由于起泡外溢导致的喷出物。
钢熔融物位于罐6中，其由液态的溶液14和位于熔液之上的泡沫渣18组成，熔液的液面16与罐6的底部间隔距离h，泡沫渣具有厚度d，从而其上平面20位于罐6底部上面的高度H＝h+d处。
在罐6的外壁处也在低压炉2的壁上、以及在低压炉2的顶盖4上都布置结构噪声接收器30-1，30-2，30-3和30-4，利用这些结构噪声接收器接收在罐6的内部和周围、例如通过真空泵产生的声学信号。
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以及M4转发到控制评估装置40处，在该装置中分析信号并且用于测定泡沫渣18的高度H或者厚度d。
优选地固定安装在低压炉2处或者顶盖4处的结构噪声接收器30-3，30-4还可以布置在低压炉2的内部。其与罐6的壁不是直接声学耦合的。更确切地说，在罐6中产生的声信号通过相应的机架传输到低压炉2的壁上或者到顶盖4上。
布置在罐6的外侧壁上的且声学直接耦合到罐6的壁上的结构噪声接收器30-1，30-2是可拆除的，即其可松脱地固定在罐6上，并且仅仅在将罐6安装到低压炉2中之后利用快速闭合耦合到罐6上。
在罐6中由于将过程气体P1，P2吹入到钢熔融物中产生声，其在熔液14的内部和泡沫渣18的内部朝向罐壁传播，其中泡沫渣18起到消声的作用。换句话说，泡沫渣18的厚度d和其高度H或者说在罐6、内部的位置主要影响特别是由布置在罐6上部区域中的结构噪声接收器30-1所接收的声信号。
在评估装置40中进行对所产生的测量信号M1，M2，M3和M4的信号分析，并且在利用自学习的物理模型的情况下测定泡沫渣的高度。为此，对测量信号M1，M2，M3和M4例如进行快速傅里叶转换。以这种方式产生的频谱与以下这些频谱相比较，即这些频谱是在前面的学习阶段中在真空熔化设备的不同运行状态中、特别是在低压炉2内的不同压力下、过程气体P1，P2的不同输送率时以及利用照相机拍摄确定的泡沫渣的不同高度下测量的频谱。借助学习和模型辨认算法，通过将实际测量的频谱与在学习阶段中获得的频谱相比较可以测定泡沫渣18的高度H并且特别是其厚度d或者其时间的微商dH/dt或dd/dt，而不需要为此利用照相机来观察。
在控制评估装置40中，根据测定的高度H或厚度d并且优选地根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的输送率，以便将泡沫渣18的高度调整到固定值，又或者至少防止泡沫渣19的起泡外溢。
在示出的实施例中，在罐6处和在低压炉2处均设置多个结构噪声接收器。但是原则上，根据本发明的方法也可以利用惟一的、优选地布置在罐的上部区域中的结构噪声接收器30-1来进行。
此外，通过分析声学信号可以及时识别所出现的由于不密封、例如未正确闭合顶盖4引起的运行状态，并且从而顺利消除相应的缺陷。在这种情况中，也设定了实际投入运行之前的学习阶段中的不同运行状态并且接收了相应的结构噪声信号，运行状态例如是运行具有正确和不正确闭合的顶盖的真空设备、已知的对泄漏量的设定。在学习阶段获得的测量信号M1，M2，M3，M4的频谱存储为典型样本，从而通过将实际运行中测量的频谱与存储的样本相比较可以确认出现了不密封并且确定不密封的原因、即地点。
尽管通过优选实施例在细节上详细描述并说明了本发明，本发明并不局限于所公开的实例并且本领域技术人员可以从中推到住其他变体，而不离开本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于运行真空熔化设备的方法，所述真空熔化设备用于金属冶金地处理钢熔融物，其中，利用至少一个间接或者直接地声学耦合到容纳所述钢熔融物的罐(6)上的结构噪声接收器(30-1，30-2，30-3，30-4)来接收所述罐(6)中产生的声学信号，并且所述声学信号用于测定所述罐中位于所述钢熔融物的熔液(14)之上的泡沫渣(18)的高度(H)或厚度(d)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，测定所述高度(H)和所述厚度(d)的时间上的微商。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，测定的所述高度(H)或者所述厚度(d)和/或所述高度或所述厚度的所述时间上的微商用于控制过程气体(P1，P2)到所述罐(6)中的输送。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述声学信号附加地用于探测所述真空熔化设备中的不密封性。
5.一种用于金属冶金地处理罐(6)中的钢熔融物的真空熔化设备，所述真空熔化设备具有：至少一个间接或者直接地声学耦合到所述罐(6)上的结构噪声接收器(30-1至30-4)，所述结构噪声接收器用于接收所述罐(6)中产生的声学信号；以及控制评估装置(40)，所述控制评估装置具有在所述控制评估装置中执行的算法，所述算法用于从所述结构噪声接收器(30-1至30-4)接收的一个或多个所述声学信号中测定泡沫渣(18)的高度(H)或者厚度(d)和/或所述高度(H)或所述厚度(d)的时间上的微商。
6.根据权利要求5所述的真空熔化设备，其中，在所述罐(6)处固定有至少一个所述结构噪声接收器(30-1，30-2)。
7.根据权利要求6所述的真空熔化设备，其中，在所述罐(6)的上部区域中布置有至少一个所述结构噪声接收器(30-1)。
8.根据权利要求5，6或7所述的真空熔化设备，其中，在围绕所述罐(6)的设备部分(2，4)处固定安装有至少一个或者至少一个另外的所述结构噪声接收器(30-3，30-4)。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的真空熔化设备，其中，所述控制评估装置(40)设置用于，通过根据所述高度(H)或者所述厚度(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)到所述罐(6)中的所述输送，来调整所述泡沫渣(18)的所述高度(H)或者所述厚度(d)。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的真空熔化设备，其中，在所述控制评估装置(40)中执行算法，利用所述算法从所述声学信号中探测所述真空熔化设备中是否存在不密封性。
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