DE102010035910A1 - Einrichtung zur Temperaturmessung in einem Konverter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Temperaturmessung in einem Konverter. Dabei ist vorgesehen, dass in unterschiedlichen Höhen der Konverter Vertikalen, insbesondere im Hutbereich des Konverters, mit Lichtwellenleitern versehene Mess-Steine angeordnet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Temperaturmessung in einem Konverter.
• Beim Glasvorgang in einem Blasstahlkonverter, dem Frischen, wird die auf der Stahlschmelze schwimmende Schlacke aufgeschäumt. Diese reaktionsfähige, schäumende Schlacke steigt innerhalb des Konverters auf, wobei die Gefahr bestehen kann, dass durch übermäßige Schaumbildung der Konverter überschäumt. Hierdurch könnte u. a. die Schlackenmetallurgie verändert werden, was auf jeden Fall zu vermeiden ist.
• Selbstverständlich würde das Überschäumen auch eine Gefahr für das Bedienungspersonal in der Nähe des Konverters bedeuten.
• Um einerseits den Füllstand des Konverters während der Blasphase und andererseits den Schaumschlackenzustand beurteilen zu können, ist man bisher auf Erfahrungswerte angewiesen oder auf akustische Messungen.
• So ist es bekannt, sich der akustischen Emissionen am Konvertermund zu bedienen, deren maßgebliche akustische Quelle im Bereich des Düsenaustritts der Blaslanze zur Stahlschmelze oder Schlacke liegt, wobei die Schallwellen durch die Schaumschlacke eine Absorption erfahren. Damit kann hieraus eine Kenngröße abgeleitet werden.
• Mit der EP 1 306 451 A3 wird vorgeschlagen, die Schallemissionen des Konverters mit einem Mikrofon aufzunehmen, wobei nur die höheren Schallfrequenzen oberhalb ca. 1 kHz ausgenutzt werden sollen.
• Aus der WO 00/11494 ist es auch bekannt, oberhalb eines metallurgischen Gefäßes, beispielsweise einer Pfanne, eine Radarquelle anzuordnen, mittels der nicht nur Rückschlüsse auf Additive der Schlackenbehandlung möglich sind, sondern auch die Dicke der Schlackenschicht bestimmbar ist.
• Die bekannten Methoden sind zwar dazu geeignet, ein Überschäumen zu verhindern, lassen aber keine genau Beurteilung der Schaumschlackenschicht, insbesondere deren Höhe im Konverter, zu.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zu schaffen, genauere Auskünfte über die Schaumschlackenschicht in einem blasenden Konverter zu geben.
• Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Einrichtung zur Temperaturmessung in einem Konverter, die dadurch gekennzeichnet ist,
  dass in unterschiedlichen Höhen der Konverter Vertikalen, insbesondere im Hutbereich des Konverters, mit Lichtwellenleitern versehene Mess-Steine angeordnet sind.
• Die Erfindung nutzt einerseits die Tatsache aus, dass die Temperatur im Konverter in den unterschiedlichen Zonen verschieden ist, d. h. dass allein aus der Temperatur in einem bestimmten Bereich geschlossen werden kann, ob sich dort Schaumschlacke oder Stahlschmelze oder eine im Wesentlichen gasförmige Atmosphäre befindet. Andererseits wird das Prinzip eines faseroptischen Sensors ausgenutzt, das darauf beruht, dass Eigenschaften eines durch eine optische Faser geführten Lichts durch die zumessende physikalische Größe moduliert werden. Hierzu gehört die Temperatur.
• Erfindungsgemäß sind hierzu in unterschiedlichen Höhen der Konverter Vertikalen, insbesondere im Hutbereich des Konverters, mit Lichtwellenleitern versehene Mess-Steine angeordnet.
• Vorzugsweise verlaufen die Lichtwellenleiter senkrecht zur Konverter Vertikalen in den einzelnen Mess-Steinen, also von der Heißseite zur Außenseite des Konverters.
• Vorzugsweise handelt es sich bei den Lichtwellenleitern um solche mit eingeschriebenen optischen Interferenzfiltern, die als Faser Brigg Gitter (FBG) bezeichnet werden.
• Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Messung auch dann noch möglich ist, wenn in Folge der Feuerfestabnutzung die der Heißseite naheliegenden Messstellen nach und nach abschmelzen.
• Als Messverfahren wird dann das FBG-Verfahren eingesetzt.
• Alternativ kann auch entweder das OTDR-Verfahren oder das OFDR-Verfahren Anwendung finden.
• Diese Verfahren sollen nachfolgend kurz beschrieben werden:
  Beim FBG-Verfahren kommt ein sog. Faser-Bragg-Gitter zur Anwendung, d. h. in Lichtwellenleiter eingeschriebene optische Interferenzfilter.
• Wellenlängen, die innerhalb der Filterbandbreite um λB liegen, werden reflektiert.
• Der Kern der Faser ist aus aufeinanderfolgenden Abschnitten der Länge λ/4 zusammengesetzt, die sich im Brechungsindex unterscheiden. An jeder Grenzfläche wird ein Teil der eingespeisten Amplitude reflektiert. Diese Aufeinanderfolge von λ/4-Schichten entspricht etwa einem Stapel von Antireflexbeschichtungen mit geringem Transmissionsvermögen.
• Die in die Faser integrierten Bragg-Gitter haben die Eigenschaft, Licht einer bestimmten Wellenlänge, die durch Gitterparameter festgelegt wird, zu reflektieren. Wesentlich ist dabei, dass die Bragg-Reflexionswellenlänge empfindlich gegenüber Temperaturen (aber auch Dehnungen) am Gitterort ist. Auf diese Weise kann damit die Erfassung dieser Messgrößen über einen weiten Bereich und an beliebigen Stellen entlang der Faser genutzt werden.
• Diese Möglichkeit bleibt auch dann erhalten, wenn Teile, also die jeweils dem Heißbereich zugewandten Bereich der Mess-Steine abschmelzen.
• Die optische Zeitbereichsreflektometrie, auch bekannt unter der englischen Bezeichnung Optical-Time-Domain-Reflectometry kurz OTDR, ist ein Verfahren zur Ermittlung und Analyse von Lauflängen und Reflexionscharakteristika von elektromagnetischen Wellen und Signalen im Wellenbereich des Lichts.
• Bei der optischen Zeitbereichsreflektometrie wird ein Laserimpuls der Dauer von 3 ns bis 20 μs in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt und das Rückstreulicht über der Zeit gemessen.
• Die Optische Frequenzbereichsreflektometrie, auch bekannt unter der englischen Bezeichnung Optical Frequency Domain Reflectometry kurz OFDR, ist ein Verfahren zur Ermittlung und Analyse von Lauflängen und Reflexionscharakteristika von elektromagnetischen Wellen und Signalen im Wellenbereich des Lichts. Sie ist verwandt mit der optischen Zeitbereichsreflektrometrie. OFDR arbeitet nicht wie die OTDR-Technik im Zeitbereich, sondern im Frequenzbereich. Man erhält beim OFDR-Verfahren eine Aussage über den örtlichen Temperaturverlauf, wenn das während der gesamten Messzeit detektierte Rückstreusignal als Funktion der Frequenz und somit komplex gemessen (komplexe Übertragungsfunktion) und anschließend fouriertransformiert wird.
• Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden vorzugsweise mehrere Mess-Steine im Hutbereich des Konverters angeordnet.
• Diese Mess-Steine verfügen über ein oder mehrere Lichtwellenleiter zur Erfassung der Temperatur in den unterschiedlichen Tiefen der feuerfesten Konverterausmauerung, und zwar von der Außenseite des Konverters bis hin zur Heißseite.
• Bei einem Anwendungszweck, nämlich der Bestimmung von Temperaturdifferenzen kann der momentane Wärmestrom durch die Behälterwand berechnet werden. Diese Werte geben Ausschluss darüber wie viel Wärme im Behälter selbst gespeichert wird. Bis lang konnte derartige Energiebilanzen nicht gebildet werden und damit der Wärmehaushalt des Konverters bzw. eine vollständige wärmetechnische Wärmetechnische Prozessbeschreibung nicht gegeben werden. Dies ist wichtig, da es sich um einen Batch Prozess handelt der diskontinuierlich abläuft.
• Der weitere Anwendungszweck liegt – wie vorstehend schon dargelegt – darin, die Bildung von Schaumschlacke im Vergleich zum Füllstand mit Flüssigstahl zu überwachen. Bedingt durch Temperaturdifferenzen zwischen den Leeren und den mit Schaumschlacke oder Flüssigstahl gefüllten Bereichen können die Positionen der Grenzschichten zwischen den einzelnen Komponenten bestimmt werden, so bald sie sich an einem Mess-Stein vorbei bewegen.
• Der Vorteil der erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Lichtleiter bzw. Fasern besteht insbesondere darin, dass sie Temperaturen bis zu 1000°C ertragen können und dann beim Überschreiten dieser Grenztemperatur zwar abschmelzen, die verbleibenden Messstellen jedoch weiterhin einwandfrei funktionieren.
• Bei der Neuauskleidung des Konverters werden beispielsweise je Stein 10 Messstellen auf die Glasfaser aufgebracht, wobei die Glasfaser mittig in den Stein eingebracht ist.
• Bei einem Steinformat von 100 × 100 × 70 mm kann man auf diese Weise die Messstellen in einem Abstand von 70 mm ansetzen.
• Die Zeichnung zeigt schematisch und beispielhaft die Ansicht eines Mess-Steines 1 mit seiner der Außenseite des Konverters, oder besser gesagt, dem Konvertermantel zugeordneten Seite 2 und mit dessen Heißseite 3.
• Im Inneren des Mess-Steines ist der Lichtwellenleiter 4 angeordnet, dessen als Faser Brigg Gitter ausgebildeten Temperaturmessstellen mit 5 bezeichnet sind.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 1306451 A3 [0006]
• WO 00/11494 [0007]

Claims (9)

1. Einrichtung zur Temperaturmessung in einem Konverter, dadurch gekennzeichnet, dass in unterschiedlichen Höhen der Konverter Vertikalen, insbesondere im Hutbereich des Konverters, mit Lichtwellenleitern versehene Mess-Steine angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter senkrecht zur Konverter Vertikalen in den einzelnen Mess-Steinen, also von der Heißseite zur Außenseite des Konverters, verlaufen.
3. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter eingeschriebene optische Interferenzfilter – Bragg-Gitter – aufweisen.
4. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Messverfahren das FBG-Verfahren eingesetzt wird.
5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Messverfahren das OTDR-Verfahren eingesetzt wird.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Messverfahren das OFDR-Verfahren eingesetzt wird.
7. Anwendung der Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Füllstandsmessung der einzelnen Komponenten, wie Flüssigstahl und Schaumschlacke, in einem Konverter.
8. Anwendung der Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Bestimmung der Wärmebilanz der Konverterwandung.
9. Anwendung der Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Bestimmung des Wärmestromes durch die Konverterwandung.