DE102008047541B4

DE102008047541B4 - Verfahren zur Spülgasbehandlung eines flüssigen Metalls

Info

Publication number: DE102008047541B4
Application number: DE102008047541.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Dannert Christian; Dr. Köchner Herbert
Original assignee: BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Current assignee: Koechner Herbert De
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2028-09-17
Also published as: DE102008047541A1

Abstract

Verfahren zur Kontrolle des Spülgasdurchflusses bei einer Spülgasbehandlung eines flüssigen Metalls (7) in einem Gefäß, das eine Gefäßwand (1) und einen in der Gefäßwand (1) angeordneten Gasspüler (2) aufweist, durch den Spülgas von einer von außen an die Gefäßwand (1) angrenzenden Spülgaszuleitung (3) in das Gefäß strömt, wobei der Gasspüler (2) einen aus einem Feuerfestmaterial bestehenden Grundkörper (4) aufweist, in den Durchlassöffnungen (5) für das Spülgas eingebracht sind, wobei der Gasspüler (2) zumindest einen Temperaturfühler (6) aufweist, der die Temperatur des Grundkörpers (4) an einem Messort im Gasspüler (2) misst, wobei – der Temperaturfühler (6) eine erste Temperatur des Grundkörpers (4) zu einem ersten Zeitpunkt misst und eine zweite Temperatur zumindest zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt misst, – die erste Temperatur und die zweite Temperatur einer Auswerteeinheit (8) zugeführt werden, – die Auswerteeinheit (8) prüft, ob die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur oberhalb eines vorher festgelegten Differenzgrenzwerts liegt, um einen plötzlichen Anstieg oder plötzlichen Abfall der Temperatur zu erkennen, und dass die Auswerteeinheit (8) ein Signal abgibt, das darauf hinweist, dass ein plötzlicher Anstieg oder plötzlicher Abfall der Temperatur stattgefunden hat, wenn die Auswerteeinheit (8) feststellt, dass die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur oberhalb des vorher festgelegten Differenzgrenzwerts liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spülgasbehandlung eines flüssigen Metalls in einem Gefäß, das eine Gefäßwand und einen in der Gefäßwand angeordneten Gasspüler aufweist, durch den Spülgas von einer außen an die Gefäßwand angrenzenden Spülgaszuleitung in das Gefäß strömt, wobei der Gasspüler einen aus einem Feuerfestmaterial bestehenden Grundkörper aufweist, in den Durchlassöffnungen für das Spülgas eingebracht sind, wobei der Gasspüler zumindest einen Temperaturfühler aufweist, der die Temperatur des Grundkörpers an einem Messort im Gasspüler misst.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 35 03 221 A1 bekannt. Dort wird im Gasspüler unten ein erster Temperaturfühler und weiter oben ein zweiter Temperaturfühler angeordnet und durch eine Anzeigeeinrichtung die Temperaturdifferenz zwischen dem Messergebnis der beiden Temperaturfühler erfasst. Dabei geht die DE 35 03 221 A1 davon aus, dass der Verschleiß an dem Gasspüler durch Beobachtung der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperaturfühlern beobachtet werden kann. Steigt die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperaturfühlern beträchtlich an, so geht man gemäß dem Verfahren nach DE 35 03 221 A1 davon aus, dass der Verschleiß bis zu dem oberen Temperaturfühler fortgeschritten ist.
Das bekannte Verfahren weist den Nachteil auf, dass es lediglich den Verschleiß des Gasspülers ermitteln will, jedoch keine Aussage darüber liefert, ob der Spülgasdurchfluss durch den Gasspüler von einem vorher festgelegten Sollwert abweicht, auch wenn der Gasspüler keine Verschleißanzeichen aufweist.
Bei der Behandlung von flüssigem Metall, insbesondere von Stahl, ist die Spülgasbehandlung von entscheidender Bedeutung für die Qualität des flüssigen Metalls und damit auch für die Qualität des erstarrten Produkts. Die Spülgasbehandlung bewirkt die gute Durchmischung des Metallbads, eine schnelle Auflösung von Legierungselementen zur Einstellung der Metalleigenschaften, eine Erhöhung des Reinheitsgrads des Metalls durch Ausscheidung von nichtmetallischen Einschlüssen aus dem flüssigen Metall in die Schlacke sowie die Vergleichmäßigung der Temperatur des flüssigen Metalls. Aufgrund dieser Vorzüge hat die Spülgasbehandlung eine besondere Bedeutung in der modernen Metallurgie.
Das Einbringen des Spülgases zur Spülgasbehandlung erfolgt über Gasspüler, die in der Gefäßwand des Behandlungsgefäßes, z. B. einer Stahlgieß- und -behandlungspfanne, eines Konverters, eines Elektrolichtbogenofens oder eines Gießverteilers, montiert werden. Gasspüler bestehen in der Regel aus einem aus einer feuerfesten Keramik bestehenden Grundkörper, in den bei der Herstellung Durchlassöffnungen zum Durchleiten des Spülgases eingebracht werden. Die Gasspüler unterliegen im Betrieb durch Temperaturwechsel und durch den Kontakt zum flüssigen Metall und der Schlacke erheblichem mechanischen und chemischen Verschleiß. Hierdurch, aber auch ohne das Auftreten von Verschleißerscheinungen, kommt es regelmäßig zur Blockade der Durchlassöffnungen im Gasspüler durch eingedrungenes und dann erstarrtes Metall. In der Folge steht dieser Gasspüler für die Spülgasbehandlung nicht mehr zur Verfügung. Tritt gleichzeitig eine Leckage des Gasspülers oder der Gaszuleitung auf und kann somit Spülgas nach außen austreten, so ist die Blockade des Gasspülers und damit die mangelhafte metallurgische Arbeit alleine durch eine Druckerhöhung oder Volumenstromverringerung im Gaszuleitungssystem nicht zu erkennen. Eine alternativ mögliche optische Kontrolle der einwandfreien Funktion des Gasspülers durch Beobachtung eines Spülflecks an der Badoberfläche ist ebenfalls nicht möglich, wenn beispielsweise der Zugang zur Badoberfläche behindert ist oder der Spülfleck unerwünscht ist und die Spülgasbehandlung bewusst so geführt wird, dass kein Spülfleck entsteht. Unzureichend ist auch die Messung der Vibrationen, die das vom Gasspüler in das Metallbad ablösende Spülgas erzeugt. Besonders bei mehreren Gasspülern, die gleichzeitig in Betrieb sind, oder bei Überlagerung mit von außen eingebrachten prozessbedingten Vibrationen ist die notwendige sichere Erkennung der Funktion eines Gasspülers nicht möglich.
DE 35 26 391 A1 betrifft die Vermeidung von Schmelzendurchbrüchen und offenbart diesbezüglich den Vergleich einer gemessenen Temperatur mit einem experimentell ermittelten Schwellwert, der von der Schmelzentemperatur abhängt.
DE 34 24 466 C2 und EP 00 82 078 B1 offenbaren Schmelzsicherungen, bei denen bei Überschreiten einer Temperatur bzw. Kontakt von Schmelze mit einem Fühler ein elektrischer Kontakt geschlossen wird. Ein solcher Fühler kann nur einmal schalten und ist danach unbrauchbar.
DE 41 31 756 A1 offenbart eine Verschleißerkennung für einen Gasspülstein, in dem ein Temperatursensor integriert ist, der zur Detektion eines Temperaturgrenzwertes ausgestaltet ist.
Die genannten Entgegenhaltungen offenbaren keine Spülgasdurchflusskontrolle und keine Messung der Temperatur zur Ermittlung eines plötzlichen Abfalls/Anstiegs der Temperatur und den Vergleich mit einem Differenzgrenzwert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das mit möglichst geringem instrumentellen Aufwand kontrollieren kann, ob die Spülgasbehandlung wie vorgesehen erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Verfahrensanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass bei der Spülgasbehandlung das Spülgas durch die Durchlassöffnungen in dem Grundkörper strömt und dadurch den Grundkörper zumindest in der Umgebung der Durchlassöffnungen deutlich kühlt. Diese Abkühlung ist mit Temperaturfühlern, selbst wenn sie sich an einer geschützten Position weit von der Grenzfläche zum flüssigen Metall oder von der Grenzfläche zu der jeweiligen Durchlassöffnung in dem Grundkörper entfernt im Gasspüler befinden, leicht zu detektieren. Fällt nun der Gasspüler durch Blockade einer oder mehrerer Durchgangsöffnungen für die Spülgasbehandlung ganz oder teilweise aus, so ist dies an der fehlenden Abkühlung des Feuerfestmaterials mittels eines Temperaturfühlers sofort zu erkennen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht deshalb vor, dass der Temperaturfühler eine erste Temperatur des Grundkörpers zu einem ersten Zeitpunkt misst und eine zweite Temperatur zumindest zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt misst, die erste Temperatur und die zweite Temperatur einer Auswerteeinheit zugeführt werden und die Auswerteeinheit prüft, ob die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur oberhalb eines vorher festgelegten Differenzgrenzwerts liegt, um einen plötzlichen Anstieg oder plötzlichen Abfall der Temperatur zu erkennen. Die Auswerteeinheit gibt ein Signal ab, das darauf hinweist, dass ein plötzlicher Anstieg oder plötzlicher Abfall der Temperatur stattgefunden hat, wenn die Auswerteeinheit feststellt, dass die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur oberhalb des vorher festgelegten Differenzgrenzwerts liegt.
Gasspüler werden häufiger gewechselt als die übrige Feuerfestausmauerung der Gefäßwand. Das bietet die Möglichkeit, für einen an einem bestimmten Einbauort eingebauten Gasspüler eine Datenbank mit Erfahrungswerten aufzubauen, aus der sich ergibt, bei welchen Werten der von dem Temperaturfühler gemessenen Temperatur der Gasspüler, bzw. der Spülgasdurchfluss durch den Gasspüler dem Sollwert entsprach und bei welchen Werten eine Blockade des Gasspülers vorhanden war.
Eine Information über den Spülgasdurchfluss wirdaus dem zeitlichen Verlauf der von einem Temperaturfühler gemessenen Temperaturen ermittelt. Wird ein plötzlicher Abfall oder plötzlicher Anstieg der Temperatur erkannt, so wird daraus auf den Spülgasdurchfluss geschlossen. Ergibt sich zwischen einer ersten Temperatur und einer zweiten, zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt gemessenen Temperatur ein Temperatursprung, dessen Betrag oberhalb eines vorher festgelegten Differenzgrenzwerts liegt, so wird daraus ein Schluss auf eine Veränderung des Spülgasdurchflusses gezogen. Dabei kann der Temperatursprung positiv oder negativ sein, also die erste Temperatur niedriger als die zweite Temperatur oder die erste Temperatur höher als die zweite Temperatur sein.
Das Signal kann ein elektrisches Signal sein, das einem Steuerungssystem der Metallbehandlungsanlage zugeführt wird. Das Signal kann ebenso ein optisches Signal sein, beispielsweise das Aufleuchten einer Lampe, oder ein akustisches Signal oder beispielsweise eine Informationsausgabe auf einem Mittel zur Informationsanzeige, beispielsweise einem Display oder einem Computerbildschirm, sein. Insbesondere bei einer Metallbehandlungsanlage, bei der das Gefäß mehrere Gasspüler aufweist, kann das Signal mit einer Information gekoppelt sein, die wiedergibt, bei welchem der mehreren Gasspüler der Metallbehandlungsanlage ein Abweichen des Spülgasdurchflusses festgestellt wurde.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das elektrische Signal einem Steuerungssystem der Metallbehandlungsanlage zugeführt, so dass das Steuerungssystem unter Verwendung des Signals eine Regelung des Gasstroms durch den Gasspüler, bzw. die Gasspüler der Metallbehandlungsanlage durchführen kann. Damit entsteht eine Möglichkeit, innerhalb der Anlagensteuerung auf Zustandsinformationen von den Gasspülern zu reagieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Temperaturmesswerte mehrerer Temperaturfühler überwacht, bzw. der jeweilige zeitliche Verlauf der Temperaturmesswerte mehrerer Temperaturfühler überwacht. Dies bietet zum einen den Vorteil, dass ein Abweichen des Spülgasdurchflusses auch bei einem Ausfall eines Temperaturmessfühlers festgestellt werden kann. Ferner können die Temperaturmesswerte der mehreren Temperaturfühler, bzw. deren zeitlicher Verlauf dazu genutzt werden, festzustellen, an welcher Stelle der Spülgasdurchfluss durch einen Gasspüler abweicht, beispielsweise wenn der Gasspüler mehrere Durchlassöffnungen, beispielsweise mehrere radial ausgerichtete Schlitze, aufweist. Ebenso kann das Auswerten der Messergebnisse mehrerer Temperaturfühler in einem Gasspüler dazu genutzt werden, festzustellen, wie stark die Abweichung des Spülgasdurchflusses von dem gewünschten Spülgasdurchfluss ist, auch wenn sich diese Information bereits aus den Messergebnissen eines einzigen Temperaturfühlers ermitteln lässt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur einen Querschnitt durch einen Teil der Gefäßwand 1 eines Gefäßes zur Spülgasbehandlung eines flüssigen Metalls, in dem ein Gasspüler 2 angeordnet ist, wie er bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann.
Die Gefäßwand 1 ist, ebenso wie der Gasspüler 2 aus einem Feuerfestmaterial hergestellt. Die Gefäßwand 1 weist eine Ausnehmung auf, in die der Gasspüler 2 eingesetzt ist. Eine Spülgasleitung 3 grenzt von außen an den Gasspüler 2 an. Durch die Spülgaszuleitung strömt Spülgas in den Gasspüler 2 und durch Durchlassöffnungen 5 im Grundkörper 4 des Gasspülers 2 in das Stahlbad 7. Ein Temperaturfühler 6 ist in dem Grundkörper 4 des Gasspülers 2 angeordnet und misst die Temperatur des Feuerfestmaterials des Grundkörpers 4. Der Temperaturfühler 6 ist über ein Kabel mit der Auswerteeinheit 8 verbunden. Das Kabel wird teilweise durch die Spülgaszuleitung 3 geführt.
Die Durchlassöffnungen 5 können verschieden gestaltet werden. Neben der gezeigten Ausführungsform als Schlitzspüler können die Durchlassöffnungen auch in Form von unregelmäßig verteilten Poren oder runden Kanälen gestaltet sein, die getrennt oder verbunden vorliegen können. Außerdem können die Durchlassöffnungen zu verschiedenen Ausführungen, beispielsweise sternförmig, verbunden werden.
Bei einem bei der Stahlbehandlung eingesetzten, in der Gefäßwand 1 angeordneten Gasspüler 2 mit einem Temperaturfühler 6, der die Temperatur des Grundkörpers 4 an einem Messort 250 mm unterhalb der Grenzfläche zum flüssigen Stahl 7 gemessen hat, waren bei normalem Spülgasdurchfluss Temperaturwerte im Bereich von 400°C bis 600°C festzustellen. Dann war ein Temperaturanstieg auf 900°C festzustellen. Es zeigte sich, dass sich der Spülgasdurchfluss durch diesen Gasspüler zu diesem Zeitpunkt deutlich reduziert hatte, nämlich um ca. 300 l/min. Das zeigt dass die Messung der Temperatur am Messort dafür eingesetzt werden kann, den Spülgasdurchfluss durch den Gasspüler zu überwachen.

Claims

Verfahren zur Kontrolle des Spülgasdurchflusses bei einer Spülgasbehandlung eines flüssigen Metalls (7) in einem Gefäß, das eine Gefäßwand (1) und einen in der Gefäßwand (1) angeordneten Gasspüler (2) aufweist, durch den Spülgas von einer von außen an die Gefäßwand (1) angrenzenden Spülgaszuleitung (3) in das Gefäß strömt, wobei der Gasspüler (2) einen aus einem Feuerfestmaterial bestehenden Grundkörper (4) aufweist, in den Durchlassöffnungen (5) für das Spülgas eingebracht sind, wobei der Gasspüler (2) zumindest einen Temperaturfühler (6) aufweist, der die Temperatur des Grundkörpers (4) an einem Messort im Gasspüler (2) misst, wobei – der Temperaturfühler (6) eine erste Temperatur des Grundkörpers (4) zu einem ersten Zeitpunkt misst und eine zweite Temperatur zumindest zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt misst, – die erste Temperatur und die zweite Temperatur einer Auswerteeinheit (8) zugeführt werden, – die Auswerteeinheit (8) prüft, ob die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur oberhalb eines vorher festgelegten Differenzgrenzwerts liegt, um einen plötzlichen Anstieg oder plötzlichen Abfall der Temperatur zu erkennen, und dass die Auswerteeinheit (8) ein Signal abgibt, das darauf hinweist, dass ein plötzlicher Anstieg oder plötzlicher Abfall der Temperatur stattgefunden hat, wenn die Auswerteeinheit (8) feststellt, dass die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur oberhalb des vorher festgelegten Differenzgrenzwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 wobei das elektrische Signal einem Steuerungssystem der Metallbehandlungsanlage zugeführt wird, die mindestens einen Gasspüler (2) aufweist, wobei das Steuerungssystem unter Verwendung des Signals eine Regelung des Gasstroms durch den Gasspüler (2), bzw. die Gasspüler (2) der Metallbehandlungsanlage durchführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Temperaturmesswerte mehrerer Temperaturfühler (6) überwacht, bzw. der jeweilige zeitliche Verlauf der Temperaturmesswerte mehrerer Temperaturfühler (6) überwacht werden.