CN111655398A - 气体净化塞、气体净化系统、用于表征气体净化塞的方法以及用于净化金属熔体的方法 - Google Patents

气体净化塞、气体净化系统、用于表征气体净化塞的方法以及用于净化金属熔体的方法 Download PDF

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Abstract

气体净化系统，包括气体净化塞(10)和用于冶金应用的气体净化塞(10)以及连接到气体净化塞(10)的气体供应管(30)，该气体净化塞(10)具有：陶瓷耐火体(10k)，具有第一端(10u)和第二端(10o)；第二端(10o)处于气体净化塞(10)与金属熔体(41)接触的安装位置；第一端(10u)至少部分地被金属盖(12.1)覆盖，该金属盖(12.1)包括开口(16)，气体供应适配器(20)任选地连接到该开口(16)；气体净化塞(10)被设计成使得经由气体供应管(30)供给至开口(16)的净化气体流过本体(10k)并在第二端(10o)处离开本体(10k)；并且其中，至少一个电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)与气体净化塞(10)接触，以检测机械振动(81)的振荡波形。该气体净化系统还包括数据处理单元(80)，用于获取由气体净化塞(10)的电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)检测到的机械振动(81)的振荡波形，并用于根据检测到的机械振动(81)的振荡波形来计算气泡指数信号(83)；控制单元(100)；其中，控制单元(100)被配置为：显示气泡指数信号(83)并且/或者根据气泡指数信号(83)来使通过气体供应管(30)的体积流量(102)变化，并且/或者当气泡指数信号(83)位于所定义的范围之外时产生警告信号(101)。

Description

气体净化塞、气体净化系统、用于表征气体净化塞的方法以及 用于净化金属熔体的方法
技术领域
本发明涉及气体净化塞、用于金属熔体的处理的气体净化系统、用于表征气体净化塞的方法以及用于利用电子传感器净化金属熔体的方法，该电子传感器用于检测机械振动的振荡。
背景技术
气体净化元件(也被称为气体净化塞)用于将气体或(如果适用的话)气体/固体混合物引入到待处理的熔体中，具体地，金属熔体/冶金熔体中。在净化过程期间，气态处理流体沿着具有直接孔隙(directed porosity)的气体净化塞中的相应通道/狭缝或沿着具有随机孔隙(random porosity)的气体净化塞中的相应不规则孔体积被引导。
这种气体净化塞通常包括：陶瓷耐火(防火)主体，具有第一端和第二端；第二端，在气体净化塞与金属熔体接触的安装位置处；第一端，被金属盖覆盖，该金属盖包括开口。气体净化塞被设计成使得经由金属盖的开口供应/进入的处理气体流过主体并在第二端处离开主体。这种气体净化塞可以是安装在各种类型的冶金容器(诸如钢包、转炉等)中，其中该气体净化塞用于将气体引入金属熔体，例如以便促进熔体的运动(也被称为搅拌)或引起冶金反应。惰性气体到金属熔体中的引入的一个示例性效果是由于非金属污染物到炉渣的输送和由于气体的减少，提高了钢的纯度(钢洁净度)(参见例如，“Einsatz und Verschleiβ von Spülsteinen in der
Figure BDA0002603013320000012
”,BerndGrabner,
Figure BDA0002603013320000011
Radex-Rundschau,Heft3,1983,page 179ff)。
在EP 1 101 825 A1或EP 2 703 761 B1中公开了示例性的净化塞。US2008/0047396 A1公开了一种方法，该方法包括：引入搅拌气体通过容器底部；通过固定到容器或其的支撑框架上的至少一个传感器来接收可测量的机械振动；通过几个滤波器对由此检测到的振动信号进行滤波；对所述响应进行排序；使每个序列经受时间移动均方(temporalmoving mean square)的计算；由此提取测量出的振动信号的总有效值RMS(为“均方根”)，其中，所述有效值用于控制供应至容器的搅拌气体流量。US6,264,716B1公开了一种用于搅拌贮存器中的钢水的方法，其中氩气被引入到贮存器中；测量所述贮存器引起振动的程度；与氩气进入到所述贮存器中的流速相对应地产生模拟信号；模拟信号被采样并转换成数字信号；数字信号通过使其经受快速傅里叶变换而变换；并且评估经变换的数字信号。
发明内容
本发明人已经认识到，为了有效地净化金属熔体，具体地，相对于非金属杂质的去除，知道并控制由净化塞引入的气泡的分布(例如，量和尺寸)是重要的。对于流过气体净化塞的不同的气体体积，将会达到不同的气泡分布。由于净化塞的磨损，引入到熔体中的气泡的分布可以(甚至在恒定的气体体积流量下)随时间变化。不同的气泡分布可以导致在金属熔体的净化期间产生不同的结果，具体地，相对于杂质的去除。此外，不同的净化塞由于产量差异在其气泡分布中可能具有差异。为了记录所生产的钢的质量，期望记录净化金属熔体的参数，具体地，相对于杂质的去除。还期望能够再现一定的气泡分布，以在钢的生产中达到恒定的质量。
因此，本发明的目的是提供一种气体净化塞、用于金属熔体的处理的气体净化系统、用于表征气体净化塞的方法以及用于净化金属熔体的方法，其允许在钢的生产期间，具体地，在钢的净化处理期间提高生产可靠性。
本发明的另一个目的是提供一种气体净化塞、用于金属熔体的处理的气体净化系统、用于表征气体净化塞的方法以及用于净化金属熔体的方法，其允许利用气体对金属熔体的可再现处理。
根据本发明，通过根据权利要求1所述的气体净化塞、根据权利要求4所述的用于金属熔体的处理的气体净化系统、根据权利要求9所述的用于表征气体净化塞的方法以及根据权利要求10所述的用于净化金属熔体的方法来实现目的。涉及该方法的优点和改进也同样适用于产品/实物，反之亦然。
本发明的核心思想基于一种发现，即由在主体的第二端处离开净化塞的主体的气泡所产生的结构承受振动(机械振动/振荡)可以通过与气体净化塞接触的电子传感器来测量。这允许检测并分析引入到金属熔体中的气体的气泡分布。
以下“机械振动的振荡波形”被理解为检测到的由机械振动引起的振荡的时间分布。从数学上讲，这是时间t的函数g(t)，或其在特定时间的离散值g(ti)。例如，值g(t)可以是加速度值、或者与能量成比例、或者只是与偏移(诸如位移)成比例。
以下“频谱”被理解为机械振动在频域中在特定时间间隔中振荡波形的表示。因此，这些是在特定时间间隔中构成机械振动的振荡波形的振荡系数(频率幅度值)。获得相应频率分量的频率幅度值G(fj)作为频率fj的函数，或它们的时间进程(G(t，fj))。
以下“体积流量”表示气体的体积流动速率(也常被称为气体体积流量)Q，该气体的体积流动速率是体积V在每单位时间t通过表面(例如，气体供应管的横截面积)的流量(以m3/s或l/s或l/min来测量；1l/min＝1.6x10-5 m3/s)。
在本发明的第一实施例中，通过提供一种用于冶金应用的气体净化塞来实现目的，包括：
a.)陶瓷耐火主体，具有第一端和第二端；
b.)第二端，处于气体净化塞与金属熔体接触的安装位置；
c.)第一端，(至少部分地)被金属盖覆盖，该金属盖包括气体供应适配器任选地连接到的开口；
d.)气体净化塞，被设计成使得经由开口供应的净化(处理)气体流过主体并在第二端处离开主体；
e.)以及至少一个与气体净化塞(机械地)接触的(可以安装在金属盖或气体供应适配器上的)电子传感器，以检测机械振动的振荡波形，并且，电子传感器是加速度传感器。
在第二实施例中，本发明涉及一种气体净化系统，包括用于冶金应用的气体净化塞和(经由开口或经由气体供应适配器)连接到该气体净化塞的气体供应管，该气体净化塞包括：
a.)陶瓷耐火主体，具有第一端和第二端；
b.)第二端，处于气体净化塞与金属熔体接触的安装位置；
c.)第一端，(至少部分地)被金属盖覆盖，该金属盖包括气体供应适配器任选地连接到的开口；
d.)气体净化塞，被设计成以这样的方式，使得经由气体供应管供应至开口的净化(处理)气体流过主体并在第二端处离开主体；
e.)以及至少一个(可以安装在金属盖或气体供应适配器上的)电子传感器，与气体净化塞(机械地)接触，以检测机械振动的振荡波形，其中，电子传感器是加速度传感器。
气体净化系统包括：
f.)数据处理单元，用于获取由气体净化塞的电子传感器检测到的机械振动的振荡波形，并且用于根据检测到的机械振动的振荡波形计算气泡指数信号；
g.)控制单元；
其中，控制单元，被配置成：
-显示气泡指数信号；
并且/或者
-根据气泡指数信号来改变通过气体供应管的体积流量；
并且/或者
-当气泡指数信号位于所定义的范围之外时，生成警告信号。
陶瓷耐火主体可以是多孔耐火材料(间接孔隙)或具有通道/狭缝的致密材料(直接孔隙)或其(间接和直接孔隙)的混合物。陶瓷主体可以具有各种形状(诸如截锥体、圆柱体、平截头棱锥体、长方体等)。
在安装位置，净化塞可定位在冶金容器的壁中，使得其第二端(上端或“内”端)与填充到冶金容器中的金属熔体接触。净化塞的主体的第一端(下端或“外”端)可以至少部分地被金属盖覆盖。净化塞的主体的第一端(下端)可以完全或部分地由包括开口的金属盖覆盖。
开口可以是简单的开口(例如，孔)，或者任选地，开口可以连接到气体供应适配器。气体供应适配器允许气体供应管的简化的安装和拆卸。优选地，气体供应适配器例如通过将气体供应适配器和金属盖焊接在一起，来刚性地(不可逆地)连接到净化塞的金属盖上。气体供应适配器可以形成金属盖的整体且不可分离的部分。
净化塞可以这样设计，即当净化(处理)气体经由开口(或经由任选的气体供应适配器)供应时，净化(处理)气体将流过净化塞的主体并在其的第二端离开主体，在该处净化(处理)气体将进入金属熔体。在净化塞的第二端与金属熔体之间的接口处，不同尺寸和不同速率的气泡将根据主体的微观结构和根据气体体积流量来形成。气泡在此接口处的某一时刻出现后，气泡将从本体的第二端脱离并完全迁移到金属熔体中。每个这种气泡迁移都对主体引起脉冲。所有这些脉冲传播到第一端和身体的金属盖。这种脉冲的重复(频率)涉及气泡尺寸，因为小气泡以高重复率(高频)迁移，而大气泡在接口处的停留时间较长并因此重复率较低(低频)。这种脉冲的强度在一定重复率(频率)下涉及离开主体的一定尺寸的气泡的数目(数量)。
传输的脉冲可以被测量为机械振动/振荡。因此，净化塞还包括与气体净化塞(机械地)接触的至少一个电子传感器，以检测机械振动的振荡，该机械振动从离开主体进入到金属熔体中的气泡中出现。电子传感器允许获取/检测机械振动的振荡波形。电子传感器与净化塞直接接触，使得可以检测由离开净化塞的主体的气泡引起的结构承受振动(structure borne vibration)。与气体净化塞的直接接触允许以非常高的质量(高电平信号)获取由从第二端出现的气泡产生的机械振动的振荡波形，且来自冶金容器的任何其它部分中引起的任何振动的影响非常小。
至少一个电子传感器可以安装在金属盖或气体供应适配器上，以检测机械振动的振荡波形。
至少一个电子传感器可以通过安装在金属盖上或在气体供应适配器外侧或气体供应适配器内侧而与气体净化塞接触。这些位置允许对源自进入金属熔体的气泡的机械振动的振荡波形的出色检测。在金属盖上的安装位置包括将传感器安装在金属盖的任一侧上，或者换句话说，安装在金属盖面向主体的一侧上或者金属盖向外侧方向上的一侧(即，其的外表面)。位于金属盖向外侧的方向上或气体供应适配器的外侧的安装位置允许良好的可达性和对传感器的维修。优选地，电子传感器安装在气体供应适配器内侧或金属盖面向主体的一侧上。在气体供应适配器内侧或金属盖面向主体的一侧的安装位置给出了对传感器的良好保护(例如，防止机械冲击)。
传感器优选地可以是振荡/加速度传感器。
传感器优选地可以是选自包括：激光振动计、压电加速度计、压阻传感器、应变计、电容式加速度传感器、磁阻式加速度传感器的组中的振荡/加速度传感器。通过使用这些加速度传感器中的一个，可以在很大程度上排除来自环境(诸如二次噪声；例如来自冶金容器)的声音影响。
传统的声音传感器(诸如麦克风)是不利的，甚至是不适合的，因为从环境中获得了许多背景噪声。
气体净化塞的电子传感器可以是加速度传感器，优选地是压电加速度传感器。通过使用压电加速度传感器，可以在很大程度上排除环境影响(诸如二次噪声)，并且同时可以实现净化塞的高再现性和寿命。
传感器检测由在第二端离开净化塞的气泡产生的机械振动的振荡波形，(即，从离开的气泡中出现的结构承受振动)。这是根据加速度测量的原理来做的。具体地，记录机械振动的振荡沿着净化塞的轴线的方向上的偏转。传感器因此通常以电值序列(功率或电位)作为时间函数的形式提供加速度值，该加速度值为与主体的第二端的表面垂直。
因此，优选地，传感器可以被配置成检测机械振动在与由主体的第二端所定义的区域垂直的方向上的振荡/加速度。这种传感器可以表现出≤5％或优选地甚至≤3％的所谓横向灵敏度。这种传感器配置大大降低了来自其它源的背景噪声。
加速度值例如可以被采样以形成机械振动的振荡波形g，该振荡波形g包括作为离散时间值t0、t1、t2的函数的离散值(g(t0)、g(t1)、g(t2)……值：与加速度成比例的电流或电压/电位)，并且然后在数据处理单元中进一步分析。
在另一个方面，传感器可以集成到围绕气体供应适配器的夹具中。这使得传感器易于互换。
气体净化系统还可以包括数据处理单元，以用于通过传感器获取/记录机械振动的振荡波形。
气体净化系统还可以包括控制单元。
数据处理单元、控制单元被理解为表示用于实现以下描述的相应方法步骤的一个或多个装置，并且为了此目的，该装置包括离散的电子元件以便处理信号，或者部分地或全部地被实现为计算机中的计算机程序。
例如，可以连接控制单元与数据处理单元，使得数据处理单元和控制单元可以交换数据。控制单元可以是数据处理单元的一部分，反之亦然。控制单元和数据处理单元可以通过软件在计算机中实现。
数据处理单元可连接至气体净化塞的电子传感器，并且可执行以下方法步骤：
传感器的信号(机械振动的振荡波形)可以被持续地监视(获取和处理)，并且这些信号可以被转换成频谱(频率幅度)。机械振动的振荡波形的获取优选地由电子装置完成，例如通过数字化来自传感器的电信号并随后将数字化数据数字化地存储在数据载体上或计算机的存储器中。
例如，可以通过傅里叶变换或快速傅里叶变换来完成机械振动的振荡波形到频率幅度的转换(变换)(即，频谱的计算(频率变换))。
频谱可以根据特定时间间隔的机械振动的振荡波形来计算。时间间隔在10毫秒到5秒的范围内。
参考频谱可以根据检测到的机械振动的振荡波形来预先(例如，在时间t＝0或可替代地在产生净化塞时)记录和计算。在机械振动的振荡波形涉及参考净化塞的情况下、或者涉及在参考测量中获取到的机械振动的振荡波形的情况下，机械振动的振荡波形被称为“参考信号”；在这种情况下，频谱被称为“参考频谱”。
可以根据检测到的机械振动的振荡波形来实时(在操作期间)计算实际频谱。在这种情况下，机械振动的振荡波形被称为“实际信号”。在这种情况下，频谱被称为“实际频谱”。
作为传感器的离散时间值t0、t1、t2的函数的机械振动的振荡波形g(g(t0)、g(t1)、g(t2)……值：电流或电压/电位)可以通过变换来转换成为作为离散频率fj的函数的频率幅度值G。变换(用于频率变换的FT)应用于特定时间间隔(例如，在时间ti处，其中i＝i0...i1)，其中，在时间t＝ti1处获得频谱(G(ti1，fj))。
G(ti1,fj)＝FT(g(ti0),…,g(ti1))
频率变换FT优选地是根据信号函数f的简谐振荡(信号中的谐波功率)计算功率谱的变换，即：
FT(f)＝X(f)X*(f)＝|X(f)|2
其中，X(f)＝FFT(f)＝FFT(g(ti0),…,g(ti1))是所谓的快速傅里叶变换，并且X*(f)是X(f)的共轭复数。
根据以这种方式获得的(参考和实际)频谱，可以通过在所定义的频率范围，对频率幅度值G(t，f)求和来计算气泡指数分量
Figure BDA0002603013320000091
Figure BDA0002603013320000092
具体地，至少一个气泡指数分量根据实际频谱来确定(例如，实际气泡指数分量BIn(t))来确定并且/或者至少一个气泡指数参考分量(例如，BIn(0))根据参考频谱通过对特定频率范围内的相应频率幅度值G(t，f)求和来确定。
优选地，至少一个气泡指数分量
Figure BDA0002603013320000093
例如第一气泡指数分量BI1，可以分别在根据实际和目标频谱的(a＝)20Hz到(b＝)1000Hz的fj的范围内计算。这个范围被发现用来描述大尺寸的气泡。
优选地，至少一个气泡指数分量
Figure BDA0002603013320000094
例如第二气泡指数分量BI2，可以分别在根据实际频谱和目标频谱的(a＝)1000Hz到(b＝)6000Hz的fj范围内计算。这个范围被发现用来描述中等尺寸的气泡。
优选地，至少一个气泡指数分量
Figure BDA0002603013320000095
例如第三气泡指数分量BI3，可以分别在根据实际频谱和目标频谱的从(a＝)6000Hz到(b＝)8000Hz的fj范围内计算。这个范围被发现用来描述小尺寸的气泡。
可选地(附加地)，气泡指数分量可以被计算为用于平滑信号
Figure BDA0002603013320000096
的移动平均(滑动平均)值。因此，例如
Figure BDA0002603013320000097
Figure BDA0002603013320000098
基于数据质量选择经由其可计算移动平均值的时间间隔的长度。移动平均值的计算表明短期或高频扰动对净化结果没有影响的效果。
可选地(另外地)至少一个气泡指数分量可以根据加速度均方根(accel.RMS)计算，例如根据：
Figure BDA0002603013320000101
或
Figure BDA0002603013320000102
可以使用实际和参考气泡指数分量中的至少一个或多个之间的偏差(差)的和(加权)来计算气泡指数信号BI(t)。
这可以例如受到个别或所有实际/参考气泡指数分量的差(偏差)的加权线性和以及/或者平方和的影响，该加权线性和以及/或者平方和分别具有权重因子an：
Figure BDA0002603013320000103
或者，可替代地，也通过实际和参考气泡指数分量的商形成，以及通过单个或所有实际和参考气泡指数商的商的线性和以及/或平方和，在每种情况下都具有加权因子an：
Figure BDA0002603013320000104
加权因子可以通过经验研究、通过模拟计算的数学模型或通过计算机辅助学习(例如，以神经网络的方式)来获得。
加权因子也可以通过使通过气体净化塞的体积流量变化和例如在水浴槽模型中对气泡分布的光学检查来获得。
相应的实际和参考气泡指数分量可以以类似的方式确定，例如使用相同的数学公式或算法。虽然实际气泡指数分量BIn(t)通常在操作期间确定，但参考气泡指数分量BIn(0)可以直接在气体净化塞生产之后或在参考操作中的净化操作开始时预先确定。这种参考运行可以示例性地在热金属熔体被填充到装备有根据本发明的气体净化塞/系统的容器中时开始。可以针对不同的气体体积流量的值来获得气泡指数参考分量BIn(0)。气泡参考分量BIn(0)可以存储在控制单元中或可从控制单元访问的任何存储装置上。可替代地，参考气泡指数分量BIn(0)也可以根据计算机模拟确定，或者值可以由操作者在目标函数的意义上定义。
因此数据处理单元可以通过在所定义的频率范围内对来自参考频谱的频率幅度值求和来确定参考气泡指数分量BIn(0)。
数据处理单元还可以通过在所定义的频率范围内对来自实际频谱的频率幅度值求和来确定实际气泡指数分量BIn(t)。
数据处理单元可以通过实际气泡指数分量BIn(t)和参考气泡指数分量BIn(0)之间的差或商的加权和来确定气泡指数信号BI(t)。
控制单元还可以被配置成例如在净化塞的操作期间至少显示气泡指数信号BI(t)。
控制单元可以被配置成根据气泡指数信号来使通过气体供应管的体积流量Q变化。
控制单元可以被配置成当气泡指数信号位于所定义的范围之外时，例如如果BI(t)超过预定义的限值时，生成警告信号。警告信号可以是声学(发出声音)、光学(例如，通过警告灯或屏幕上的显示)。警告信号也可以被馈送到另一控制单元，具体地，警告信号可以触发警告以在操作之后用新的净化塞替换净化塞。
控制单元还可以包括控制阀，以控制通过气体供应管的净化气体的体积流量。控制阀可以是电控阀(诸如例如，电控针阀(electrically controllable needle-valve))。控制单元可以包括控制阀，并且可以被配置成根据气泡指数信号来使通过气体供应管的体积流量变化。
控制单元还可以包括流量计，以测量通过气体供应管供应的净化气体的体积流量。流量计可提供关于可在控制单元中/由控制单元进一步处理的净化气体的体积流量的数据。
控制单元也可任选地包括压力计，以测量气体供应管中的压力。压力计可提供关于可在控制单元中/由控制单元进一步处理的净化气体的压力的数据。
在本发明的另一方面中，通过提供一种利用气体净化冶金容器中金属熔体的方法来实现目的，包括以下步骤：
-设定通过净化塞的气体的实际体积流量为初始体积流量的预定值；
-通过与气体净化塞直接接触的至少一个电子传感器来获取实际体积流量下的机械振动的振荡波形，其中，电子传感器是加速度传感器，优选地是压电加速度传感器；
并且：
-通过气体供应管的体积流量的变化取决于获取到的机械振动的振荡波形；
并且/或者
-根据获取到的机械振动的振荡波形生成警告信号。
在本发明的另一方面中，通过提供一种用于利用气体净化冶金容器中的金属熔体的方法来实现目的，包括以下步骤：
-设定通过净化塞的气体的实际体积流量为初始体积流量的预定值；
-根据实际体积流量通过气体供应管下获取到的(测量出的)机械振动的振荡波形来计算气泡指数信号；
并且进一步：
-如果气泡指数信号位于预定义的气泡指数范围之外，则生成警告信号；并且/或者
-通过气体供应管的体积流量的变化作为气泡指数信号。
该方法优选地使用根据本发明的气体净化塞。该方法优选地使用根据本发明的气体净化系统。
优选地，该方法在第一步骤中(即，在计算气泡指数信号BI(t)之前)确定以下组中的至少一个值的预定义的值：参考气泡指数分量BIn(0)、通过气体供应管的初始体积流量Q0、气泡指数范围ΔBI、目标/最大气体体积VMAX。这些值例如可以从计算机的存储器或由用户输入来加载。在(一个或多个)参考气泡指数分量BIn(0)的情况中，值例如在电子数据表的意义上可以与气体净化塞一起供应。该值可以加载到数据单元中。
在该方法的第一步骤期间，通过气体供应管的净化气体的体积流量可以被设定为初始体积流量的预定义的值(Q＝Q0)。优选地，控制单元可以调整电控阀，使得达到初始体积流量。
体积流量的变化的步骤可以包括在气泡指数信号BI(t)位于预定义的气泡指数范围ΔBI内的情况下，(例如通过电控阀)增加通过气体供应管的净化气体的体积Q(t)流量。可以通过对体积流量Q(t)增加ΔQ的离散值来完成增加，使得Q(t+1)＝Q(t)+ΔQ。优选地，控制单元可以调整电控阀，从而达到新的体积流量Q(t+1)。这允许以非常高的净化率(短时间)进行非常有效的净化。
可替代地，体积流量的变化的步骤可以包括在气泡指数信号BI(t)位于预定义的气泡指数范围ΔBI内的情况下，使通过气体供应管的净化气体的体积流量Q(t)保持恒定，使得Q(t+1)＝Q(t)。这允许了随着时间的推移的非常统一且明确的净化处理。
体积流量的变化的步骤可以包括在气泡指数信号BI(t)位于预定义的气泡指数范围ΔBI之外的情况下，(例如通过电控阀)减小通过气体供应管的净化气体的体积流量Q(t)。可以通过对体积流量Q(t)减小为ΔQ的离散值来完成减小，使得Q(t+1)＝Q(t)-ΔQ。优选地，控制单元可以调整电控阀，从而达到新的体积流量Q(t+1)。
体积流量的变化的步骤可以包括用于搜索显示出某个预定义的气泡指数信号的最大可能体积流量的算法。因此，可以预先定义某个目标气泡尺寸分布，并且该算法持续地优化气体体积流量以便实现最优的目标气泡尺寸分布。
该方法还可以包括步骤，其中当通过管的净化气体的总体积流量Qtotal达到预定义的目标气体体积(VMAX)时，例如当Qtotal≥VMAX时，停止气体净化。总体积流量Qtotal由流量计测量计算或根据实际体积流量值计算，该实际体积流量值随时间相加(或可替代地积分)：
Figure BDA0002603013320000141
优选地，控制单元可以通过调整电控阀来停止气体流量，使得净化气体的体积流量在通过管的净化气体的总体积流量Qtotal达到(或超过)预定义的目标气体体积(VMAX)时为零。
该方法可以有利地应用于净化冶金容器中的金属熔体的操作期间。
可替代地，该方法可应用于表征气体净化塞。这可以例如在气体净化塞的生产之后，例如在水浴槽试验中完成。这也可以例如在测试试验中完成。在这种表征气体净化塞期间中，可以针对不同的体积流量(Q(t))获得并存储参考气泡指数分量BIn(0)的值。在这种水浴槽试验中，不同的气泡指数分量可以涉及由光学手段获得的实际气泡尺寸。
在本发明的另一方面，通过提供一种用于表征气体净化塞的方法来实现目的，包括以下步骤：
-设定通过净化塞的气体的实际体积流量(例如，为初始体积流量的预定义的值)；
-通过与气体净化塞直接接触的至少一个电子传感器来获取实际体积流量下的机械振动的振荡波形，其中，电子传感器是加速度传感器，优选地是压电加速度传感器；
-根据在实际体积流量下获取到的(测量出的)机械振动的振荡波形来计算至少一个气泡指数分量；
-例如在计算机的存储器中存储气泡指数分量(作为参考气泡指数分量)的至少一个值。
附图说明
通过图示更详细地说明了本发明的示例性实施例：
图1示出根据本发明的气体净化塞的实施例的示意图，
图2示出根据本发明的气体净化系统的实施例的示意图，
图3示出根据本发明的方法的实施例的示意性顺序，
图4示出根据本发明的方法的实施例的示意性顺序，
图5和图6示出气泡指数分量的说明图。
具体实施方式
图1示出本发明的第一实施例(即，用于冶金应用的净化塞(10))，包括：陶瓷耐火主体(10k)，具有第一端(10u)和第二端(10o)；第二端(10o)，处于气体净化塞(10)与金属熔体(41，图1中未示出)接触的安装位置；第一端(10u)，被金属盖(12.1)覆盖，该金属盖(12.1)包括开口(16)，气体供应适配器(20)连接到该开口(16)；气体净化塞(10)，被设计成使得经由气体供应适配器(20)供应至开口(16)的净化(处理)气体流过主体(10k)并且在第二端(10o)处离开主体；以及至少一个电子传感器(70，70.1，70.2，70.3)(这里使用了压电加速度传感器：ICP加速度计，型号352C33)，与气体净化塞(10)机械接触，以检测机械振动的振荡。在金属盖(12.1)与主体(10k)的第一端(10u)之间的可选中空空间(14)允许在净化(处理)气体经由主体的第一端(10u)进入到主体(10k)中之前的净化(处理)气体的分布。可选金属套(12.2)(至少部分地)围绕主体(10k)，该金属套(12.2)以气密的方式(例如通过将金属套(12.2)与金属盖(12.1)焊接在一起)连接到金属盖(12.1)。
在第一可替代实施例中，传感器(70，70.1)安装在金属盖(12.1)的外侧。传感器(70，70.1)被配置为检测机械振动在与主体(10k)的第二端(10o)垂直的方向上的振荡/加速度。
在第二可替代实施例中，传感器(70，70.2)安装在气体供应适配器(20)的外侧。传感器集成到可移除的夹具(未示出)中，该夹具可附接到气体供应适配器(20)上。传感器(70，70.2)被配置为检测机械振动在与主体(10k)的第二端(10o)垂直的方向上的振荡/加速度。
在第三可替代实施例中，传感器(70，70.3)安装在气体供应适配器(20)的内侧。传感器(70，70.3)被配置为检测机械振动在与主体(10k)的第二端(10o)垂直的方向上的振荡/加速度。
在第四可替代实施例中，传感器(70，70.4)安装在金属盖(12.1)的内侧。传感器(70，70.4)被配置为检测机械振动在与主体(10k)的第二端(10o)垂直的方向上的振荡/加速度。
图2示出本发明的第二实施例，即，包括用于冶金应用的气体净化塞(10)和经由气体供应适配器(20)连接到气体净化塞(10)的气体供应管(30)的气体净化系统。该体净化塞(10)包括：陶瓷耐火主体(10k)，具有第一端(10u)和第二端(10o)；第二端(10o)，处于气体净化塞(10)与金属熔体(41)接触的安装位置；第一端(10u)，被金属盖(12.1)覆盖，该金属盖(12.1)包括开口(16)，气体供应适配器(20)连接到开口(16)；气体净化塞(10)，被设计成使得经由气体供应管(30、经由气体供应适配器(20)供应到开口(10)的净化气体流过主体(10k)并在第二端(10o)处离开主体(10k)；以及具有至少一个电子传感器(70，70.1，70.2，70.3单元)。气体净化系统还包括：数据处理单元(80)，该数据处理单元(80)用于获取由气体净化塞(10)的电子传感器(70，70.1，70.2，70.3)检测到的机械振动(81)的振荡波形，并用于根据机械振动(81)的振荡波形来计算气泡指数信号(83)。气体净化系统还包括控制单元(100)，其中，该控制单元(100)被配置成显示气泡指数信号(83)，并且根据气泡指数信号BI(t)(83)来变换通过气体供应管(30)(并从而通过气体净化塞(10)的主体(10k))的体积流量(102)。(图4所示)可替代地，当气泡指数信号BI(t)(83)位于所定义的范围ΔBI(85)之外时，生成警告信号(101)。在操作过程中，气体净化塞(10)安装在冶金容器(40)的壁中。净化(处理)气体从储气罐(未示出)通过控制单元(100)的控制阀(100a)、流量计(100b)以及压力计(100c)经由气体供应管(30)供应至气体供应适配器(20)、通过开口(16)供应至气体净化塞(10)，其中气体从主体(10k)的第一端(10u)经过第二端(10o)进入到金属熔体(41)中。金属熔体内侧的气泡构成了净化气体处理(42)。传感器(70)通过记录结构承受振动来检测气体净化塞(10)处的机械振动的振荡，该结构承受振动在气泡在本体(10k)的第二端(10o)处离开本体(10k)进入到金属熔体(41)中时生成。
如图3所示，传感器将检测到的机械振动的振荡值(作为电子信号)传输到数据处理单元(80)。检测到的机械振动的振荡值被数据处理单元(80)数字化，并构成机械振动(81)的振荡波形g(t)。执行傅里叶变换，该傅里叶变换将机械振动(81)的振荡波形g(t)变换为包括频率幅度值G(f)(82a)的频谱(82)。气泡指数分量BIn(t)可以根据频谱(82)的频率幅度值G(f)(82a)例如通过在特定时间对一定频率范围内的频率幅度值(82a)求和来计算。因此，数据处理单元(80)通过在所定义的频率范围内对来自频谱(82)的频率幅度值(82a)求和来确定气泡指数分量(86.1、86.2)。
在另一个实施例中，该系统可以用于执行用于表征气体净化塞(10)的以下方法，包括以下步骤：
-设定通过净化塞(10)的气体的体积流量(300)，例如设定为初始体积流量(102)的预定值；
-获取在实际体积流量(102)处的机械振动(81)的振荡波形；
-根据在实际体积流量(102)处获得的机械振动(81)的振荡波形来计算至少一个气泡指数分量(301)；
-存储至少一个气泡指数分量(302)的值作为参考气泡指数分量(86.1)。
以这种方式，气泡指数分量(86.1)的几个值可以被存储，例如作为通过气体净化塞(10)的体积流量(102)的函数。这些值可供以后参考。这些值可以例如在气体净化塞(10)在水浴槽(未示出)中操作期间或在试操作/校准操作的冶金容器40操作期间(在图2中示例性示出的设置中)被记录。
在图4所示的另一实施例中，该系统可用于执行用于利用气体净化冶金容器(40)中的金属熔体(41)的以下方法，包括以下步骤：
-加载预定值(400)，针对：参考气泡分量BIn(0)(86.1)、通过气体供应管(30)的初始体积流量Q0(102)、气泡指数范围ΔBI(85)、目标气体体积VMAX(103)。
-将通过净化塞(10)的气体的体积流量(401)设定为初始体积流量Q(t)＝Q0(102)的预定值；
-通过确定气泡指数信号BI(t)(83)，根据在实际体积流量Q(t)(102)处测量出的机械振动(81)的振荡波形g(t)来计算气泡指数信号(402)BI(t)(83)，其中，气泡指数信号BI(t)(83)通过实际气泡指数分量BIn(t)(86.2)与参考气泡指数分量BIn(0)(86.1)之间的差或商的加权和来计算，并且
-通过气体供应管(30)的体积流量(404)Q(t)(102)根据气泡指数信号BI(t)(83)而变化。
体积流量(404)Q(t)(102)的变化包括：
-因此当|BI(t)|≤ΔBI时，在气泡指数信号BI(t)(83)位于预定义的气泡指数范围ΔBI(85)内的情况下，使通过气体供应管(30)的体积流量(404a)Q(t)(102)增加或保持恒定；
-因此当|BI(t)|>ΔBI时，在气泡指数信号BI(t)(83)位于预定义的气泡指数范围ΔBI(85)之外的情况下，使通过气体供应管(30)的体积流量(404a)Q(t)(102)减小。
可替代地/附加地，因此当BI(t)>ΔBI时，如果气泡指数信号BI(t)(83)位于预定义气泡指数范围ΔBI(85)(图中未示出)之外，则可以生成警告信号(403)。
此外，一旦总体积流量(Qtotal＝∑Q(t)或者∫Q(t))达到预定义的目标气体体积VMAX，则气体净化(405)可以停止。
图5示出了在水浴槽中的根据具有为20cm的直径的多孔主体的净化塞获得的示例性结果。在本示例中，气泡指数分量BIn根据BIn＝Gn(t)＝j＝abGt,fj通过在从a到b开始的频率范围内的求和来计算，如下所示：
BI0:a＝20Hz…b＝1000Hz
BI1:a＝1000Hz…b＝6000Hz
BI2:a＝6000Hz…b＝8000Hz
图5示出气泡指数分量BI0、BI1、BI2作为体积流量Q(以升每分钟(l/min)测量)的函数。BI0涉及大尺寸气泡、BI1涉及中等尺寸气泡、并且BI2涉及小尺寸气泡。y轴示出了相应气泡指数分量BIn对整个分析信号的相对贡献率(百分比)。因此可以看出，信号BI0接近于0直到大约80升每分钟的体积流量，因此达到该体积流量的大气泡量非常低。从大约80升每分钟的体积流量开始，信号BI0上升，示出了大气泡从80升每分钟及以上的贡献率增加。例如，信号BI0在120升每分钟时达到约20％的贡献率。从信号BI2可以看出，涉及小气泡的信号在从大约50升每分钟到大约120升每分钟的范围内相对恒定且较高。信号BI1表示中等尺寸的气泡的贡献率，该气泡在50至120升每分钟的范围内轻微且持续地减小。总体上可以看出，该净化塞在净化气体流过主体的体积流量的50至约120升每分钟的范围内显示出良好的气泡分布。
图6示出对涉及不同净化塞的信号BI0(a＝20Hz…B＝1000Hz)的比较。BI0-20示出了图5的净化塞、BI0-12示出了具有直径为12cm的多孔主体的净化塞，并且BI0-12b示出了具有具有较少气孔的主体(例如，许多堵塞的气孔)的直径为12cm的多孔主体的净化塞。如图5所述，具有信号BI0-20的净化塞示出由高达约120升每分钟的大气泡产生的低信号，其中由大气泡产生的信号BI0-20达到20％的贡献率。具有信号BI0-12的净化塞在大约85升每分钟的体积流量下已达到与(由大气泡产生的)信号相同的20％的贡献率。因此，对于该净化塞，与具有高达120升每分钟的范围的图5的净化塞相比，针对良好的气泡分布的体积流量的范围减小到85升每分钟。信号为BI0-12b的净化塞(气孔少/堵塞的气孔)示出由大气泡在非常低的体积流量下产生的贡献率较高(例如，在5升每分钟时，由大气泡产生的信号的贡献率已显示出约40％的贡献率)。因此，该净化塞针对任何体积流量未显示出良好的气泡分布，该方法将发出警告信号(101)，例如要求替换净化塞(10)。
根据本发明的方法的简单实现可以如以下示例所示：
-加载预定值(400)，针对：参考气泡分量BI0(0)＝0(86.1)(例如，目标不具有或具有至少低贡献率的大尺寸气泡，BI0：a＝20Hz…b＝1000Hz)、通过气体供应管(30)的初始体积流量Q0＝80升每分钟(102)、气泡指数范围ΔBI＝20％(85)、目标气体体积VMAX＝1200升(103)。
-将通过净化塞(10)的气体的体积流量(401)设定为初始体积流量Q(t)＝Q0＝80升每分钟(102)的预定值；
-通过确定气泡指数信号BI(t)(83)，根据在实际体积流量Q(t)(102)处测量出的机械振动(81)的振荡波形g(t)来根据BI(t)＝BI0(t)-BI0(0)＝BI0(t)(83)计算气泡指数信号(402)，其中，气泡指数信号BI(t)(83)根据实际气泡指数分量BI0(t)(86.2)与参考气泡指数分量BI0(0)＝0(86.1)之间的差或商的加权和来计算，并且
-通过气体供应管(30)的体积流量(404)Q(t)(102)根据气泡指数信号BI(t)(83)而变化。
体积流量(404)Q(t)(102)的变化包括：
-将通过气体供应管(30)的体积流量(404a)Q(t)(102)增加到Q(t)＝120升每分钟，其中气泡指数信号BI(t)(83)位于预定义的气泡指数范围ΔBI＝20％内，直到满足|BI(t)|≤ΔBI(85)，并且
-当通过管(30)的总体积流量Qtotal＝∑Q(t)(102)达到预定义的目标气体体积VMAX＝1200升(102)时，停止气体净化(405)，该目标气体体积Vmax＝1200升(102)在稍多于10分钟的气体净化时实现。
在第二实施例中，除了初始体积流量被加载为Q0＝150升每分钟(102)之外，使用与先前实施例中相同的值。现在体积流量(404)Q(t)(102)的变化包括：
-只要气泡指数信号BI(t)(83)位于预定义的气泡指数范围ΔBI＝20％(85)之外，就减小通过气体供应管(30)的体积流量(404b)Q(t)(102)，所以只要|BI(t)|>ΔBI，该情况就直到体积流量减小到Q(t)＝120升每分钟。
-当通过管(30)的总体积流量Qtotal＝∑Q(t)(102)达到预定义的目标气体体积VMAX＝1200升(102)时，停止气体净化(405)，该预定义目标气体体积VMAX＝1200升(102)在稍少于10分钟的时间内实现。
在实施例中使用的净化塞在净化期间劣化的情况下，例如在信号BI0以实际体积流量(例如，以如实施例中的120升每分钟)增加的情况下，根据本发明的方法将减小体积流量，直到以较低的体积流量再次达到BI0的相同贡献率。在这种情况下，净化时间将增加，直到达到目标气体体积。因此，该方法允许在具有预定义的总体目标气体体积的净化过程的整个持续期间保持恒定的气泡分布。
附图标记与和要素列表(括号内为德文翻译)：
10 气体净化塞(Gasspül-Element)
10k 陶瓷耐火主体(keramischer feuerfester
Figure BDA0002603013320000211
)
10u 陶瓷耐火主体的第一端
10o 陶瓷耐火主体的第二端
12.1 金属盖(Metalldeckel)
12.2 金属套(Metallmantel)
14 中空空间(Hohlraum)
16 开口
Figure BDA0002603013320000221
20 气体供应适配器(Gasanschlussstutzen)
30 气体供应管(Gaszuführ-Leitung)
40 冶金容器
41 金属熔体
42 净化气体处理
70 传感器(Sensor)
70.1 安装在金属涂层的外侧的传感器
70.2 安装在气体供应适配器的外侧的传感器
70.3 安装在气体供应适配器的内侧的传感器
70.4 安装在金属涂层的内侧的传感器
80 数据处理单元
81 机械振动的振荡波形g(t)
82 频谱
82a 频率幅值G(t，f)
83 气泡指数信号BI(t)
85 气泡指数范围ΔBI
86.1 参考气泡指数分量BIn(0)
86.2 实际气泡指数分量BIn(t)
100 控制单元
100a 控制阀
100b 流量计
100c 压力计
101 警告信号
102 体积流量Q(t)
103 目标气量VMAX
300 设置体积流量
301 计算至少一个气泡指数分量(86.1)
302 存储气泡指数分量(86.1)的至少一个值
400 确定预定值
401 设定体积流量(102)
402 计算气泡指数信号(83)
403 生成警告信号(101)
404 体积流量(102)的变化
404A 使体积流量(102)增加或保持恒定
404b 减小体积流量(102)
405 停止气体净化。

Claims (15)

1.一种用于冶金应用的气体净化塞(10)包括：
a.)陶瓷耐火主体(10k)，具有第一端(10u)和第二端(10o)；
b.)所述第二端(10o)，处于所述气体净化塞(10)与金属熔体(41)接触的安装位置；
c.)所述第一端(10u)，至少部分地被金属盖(12.1)覆盖，所述金属盖(12.1)包括开口(16)，气体供应适配器(20)任选地连接至所述开口(16)；
d.)所述气体净化塞(10)，被设计成使得经由所述开口(16)供应的净化气体流过主体(10k)并在所述第二端(10o)处离开所述主体(10k)；
e.)以及至少一个电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)，与所述气体净化塞(10)接触，以检测机械振动(81)的振荡波形，
其中，所述电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)是加速度传感器。
2.根据前述权利要求中任一项所述的用于冶金应用的气体净化塞(10)，其中，
所述至少一个电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)安装在所述气体净化塞(10)的所述金属盖(12.1)上或所述气体供应适配器(20)上。
3.根据前述权利要求中任一项所述的用于冶金应用的气体净化塞(10)，其中，
所述电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)是压电加速度传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)。
4.一种包括用于冶金应用的气体净化塞(10)和连接到所述气体净化塞(10)的气体供应管(30)的气体净化系统，所述气体净化塞(10)包括：
a.)陶瓷耐火主体(10k)，具有第一端(10u)和第二端(10o)；
b.)所述第二端(10o)，处于所述气体净化塞(10)与金属熔体接触的安装位置；
c.)所述第一端(10u)，至少部分地被金属盖(12.1)覆盖，所述金属盖(12.1)包括开口(16)，气体供应适配器(20)任选地连接至所述开口(16)；
d.)所述气体净化塞(10)，被设计成使得经由所述气体供应管(30)供应至所述开口(16)的净化气体流过主体(10k)并在所述第二端(10o)处离开所述主体(10k)；
e.)以及其中，至少一个电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)，与所述气体净化塞(10)接触，以检测机械振动(81)的振荡波形，其中，所述电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)是加速度传感器；
所述气体净化系统还包括：
f.)数据处理单元(80)，用于获取由所述气体净化塞(10)的所述电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)检测到的所述机械振动(81)的振荡波形，并且用于根据检测到的所述机械振动(81)的振荡波形计算气泡指数信号(83)；
g.)控制单元(100)；
其中，所述控制单元(100)被配置成：
-显示所述气泡指数信号(83)；
并且/或者
-根据所述气泡指数信号(83)来使通过所述气体供应管(30)的体积流量(102)变化；
并且/或者
-当所述气泡指数信号(83)位于所定义的范围之外时，生成警告信号(101)。
5.根据权利要求4所述的气体净化系统，还包括以下部件中的至少一个，所述部件优选地连接到所述控制单元(100)：
-控制阀(100a)，用于控制通过所述气体供应管(30)的所述体积流量(102)；
-流量计(100b)，用于测量通过所述气体供应管(30)的所述体积流量(102)；
-可选地，压力计(100c)，用于测量所述气体供应管(30)中的压力。
6.根据权利要求4至5中任一项所述的气体净化系统，其中，所述数据处理单元(80)通过对来自所定义的频率范围内的频谱(82)的频率幅度值(82a)求和来确定至少一个气泡指数分量(86.1、86.2)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的气体净化系统，其中，所述数据处理单元(80)根据至少一个实际气泡指数分量(86.2)与至少一个参考气泡指数分量(86.1)之间的差或商之和，来确定所述气泡指数信号(83)。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的气体净化系统，包括根据权利要求1至3所述的用于冶金应用的气体净化塞(10)。
9.一种用于表征气体净化塞(10)的方法，包括以下步骤：
-设定通过所述净化塞(10)的气体的实际体积流量(300)；
-通过与所述气体净化塞(10)直接接触的至少一个电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)来获取实际体积流量(102)下的机械振动(81)的振荡波形，其中，所述电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)是加速度传感器，优选地是压电加速度传感器；
-根据在所述实际体积流量(102)下获取到的所述机械振动(81)的振荡波形来计算至少一个气泡指数分量(301)；
-存储至少一个气泡指数分量(302)。
10.一种用于利用气体净化冶金容器(40)中的金属熔体(41)的方法，包括以下步骤：
-设定通过净化塞(10)的气体的实际体积流量(401)为初始体积流量(102)的预定值；
-通过与所述气体净化塞(10)直接接触的至少一个电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)来获取实际体积流量(102)下的机械振动(81)的振荡波形，其中，所述电子传感器(70、70.1、70.2、70.3、70.4)是加速度传感器，优选地是压电加速度传感器(70，70.1、70.2、70.3、70.4)；
并且：
-通过气体供应管(30)的体积流量(404)的变化取决于获取到的机械振动(81)的振荡波形；
并且/或者
-根据获取到的所述机械振动(81)的振荡波形来生成警告信号(403)。
11.根据权利要求10所述的用于利用气体净化冶金容器(40)中的金属熔体(41)的方法，包括以下步骤：
-根据在所述实际体积流量(102)下获取到的所述机械振动(81)的振荡波形，来计算气泡指数信号(402)；
并且：
-如果气泡指数信号(83)位于预定义的气泡指数范围(85)之外，则生成警告信号(403)，
并且/或者
-通过所述气体供应管(30)的所述体积流量(404)根据所述气泡指数信号(83)而变化。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的用于利用气体净化冶金容器(40)中的金属熔体(41)的方法，其中，在设定所述体积流量(401)的步骤之前，执行针对以下组的至少一个值来确定预定值(400)的步骤：参考气泡指数分量(86.1)、通过所述气体供应管(30)的初始体积流量(102)、气泡指数范围(85)、目标气体体积(103)。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的用于利用气体净化冶金容器(40)中的金属熔体(41)的方法，其中，计算气泡指数信号(402)的步骤包括根据实际气泡指数分量(86.2)与所述参考气泡指数分量(86.1)之间的差或商的加权和，来计算所述气泡指数信号(83)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的用于利用气体净化冶金容器(40)中的金属熔体(41)的方法，其中，所述体积流量(404)的变化的步骤包括：
-在所述气泡指数信号(83)位于预定义的气泡指数范围(85)内的情况下，使通过所述气体供应管(30)的体积流量(404a)增加或保持；
-在所述气泡指数信号(83)位于预定义的气泡指数范围(85)之外的情况下，减小通过所述气体供应管(30)的体积流量(404b)。
15.一种根据权利要求10至14所述的使用根据权利要求1至3所述的用于冶金应用的气体净化塞(10)并且/或者根据权利要求4至8所述的气体净化系统来利用气体净化冶金容器(40)中的金属熔体(41)的方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3746237A1 (en) 2018-01-29 2020-12-09 Refractory Intellectual Property GmbH & Co. KG Gas purging plug, gas purging system, method for characterization of a gas purging plug and method for purging a metal melt

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10305232B3 (de) * 2003-02-08 2004-08-05 Refractory Intellectual Property Gmbh & Co.Kg Feuerfester keramischer Gasspülstein
US20120000315A1 (en) * 2008-12-23 2012-01-05 Alexander Fleischanderl Method and Device for Controlling Vibrations of a Metallurgical Vessel
KR20120028729A (ko) * 2010-09-15 2012-03-23 동부제철 주식회사 래들 내 아르곤 유입 자동 제어 장치 및 방법
CN103160650A (zh) * 2013-03-12 2013-06-19 杭州谱诚泰迪实业有限公司 一种基于振动信号的钢包吹氩强度监控方法及系统
CN104073601A (zh) * 2004-07-02 2014-10-01 阿塞洛法国公司 用于控制冶金容器中熔化的金属池起泡的方法及其装置
DE102013016156A1 (de) * 2013-09-30 2015-04-02 Pa-Ha-Ge Feuerfeste Erzeugnisse Gmbh & Co. Kg Spüler und Verfahren zum Messen einer Spülerrestlänge
CN105658354A (zh) * 2014-01-09 2016-06-08 里弗雷克特里知识产权两合公司 气体吹扫元件和从属的气体联接元件

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3815663A1 (de) 1988-05-07 1989-11-16 Helmut Ing Grad Schueller Gasspuelstein fuer metallurgische gefaesse
US6264716B1 (en) * 1999-03-19 2001-07-24 Nupro Corporation Process for controlling the stirring energy delivered by a gas flowing through a liquid
DE19954918C2 (de) 1999-11-16 2001-09-20 Veitsch Radex Gmbh Wien Feuerfester keramischer Gasspülstein
KR100573564B1 (ko) 2001-12-26 2006-04-25 주식회사 포스코 레이들 포러스 플러그의 잔존 예측 방법
JP2006322749A (ja) * 2005-05-17 2006-11-30 Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects 液体金属用超音波トランスジューサ
HUE029621T2 (en) 2012-08-27 2017-03-28 Refractory Intellectual Property Gmbh & Co Kg Gas inlet element with associated gas supply line
UA113614C2 (xx) 2013-02-14 2017-02-27 Спосіб експлуатації кисневої продувальної фурми в металургійній ємності і вимірювальна система для визначення використовуваних при цьому сигналів вимірювань
PL2942406T3 (pl) 2014-05-05 2016-08-31 Refractory Intellectual Property Gmbh & Co Kg Ognioodporny ceramiczny element do przedmuchiwania gazem
EP3746237A1 (en) 2018-01-29 2020-12-09 Refractory Intellectual Property GmbH & Co. KG Gas purging plug, gas purging system, method for characterization of a gas purging plug and method for purging a metal melt

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10305232B3 (de) * 2003-02-08 2004-08-05 Refractory Intellectual Property Gmbh & Co.Kg Feuerfester keramischer Gasspülstein
CN104073601A (zh) * 2004-07-02 2014-10-01 阿塞洛法国公司 用于控制冶金容器中熔化的金属池起泡的方法及其装置
US20120000315A1 (en) * 2008-12-23 2012-01-05 Alexander Fleischanderl Method and Device for Controlling Vibrations of a Metallurgical Vessel
KR20120028729A (ko) * 2010-09-15 2012-03-23 동부제철 주식회사 래들 내 아르곤 유입 자동 제어 장치 및 방법
CN103160650A (zh) * 2013-03-12 2013-06-19 杭州谱诚泰迪实业有限公司 一种基于振动信号的钢包吹氩强度监控方法及系统
DE102013016156A1 (de) * 2013-09-30 2015-04-02 Pa-Ha-Ge Feuerfeste Erzeugnisse Gmbh & Co. Kg Spüler und Verfahren zum Messen einer Spülerrestlänge
CN105658354A (zh) * 2014-01-09 2016-06-08 里弗雷克特里知识产权两合公司 气体吹扫元件和从属的气体联接元件

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