DE102013208079A1 - Operating an oxygen blowing lance in a metallurgical vessel useful in a steel making process, by continuously detecting and measuring e.g. inlet pressure and/or inlet temperature of gas at supersonic nozzle by detectors or sensors - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer ein Gas ausblasenden Blaslanze, insbesondere Sauerstoffblaslanze, in einem metallurgischen Gefäß, wobei der vorzugsweise auswechselbare Lanzenkopf der Blaslanze mindestens eine Überschalldüse aufweist. Weiterhin richtet sich die Erfindung auf ein Messsystem zur Ermittlung beim Betrieb einer Gas ausblasenden Blaslanze, insbesondere Sauerstoffblaslanze, in einem metallurgischen Gefäß zur Verfahrenssteuerung verwendeter Messsignale, wobei das Messsystem eine Blaslanze, vorzugsweise Sauerstoffblaslanze, mit einem mindestens eine Überschalldüse aufweisenden, vorzugsweise auswechselbaren, Lanzenkopf und eine die Messsignale erhaltende und verarbeitende Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit umfasst. The invention is directed to a method for operating a blowgun blowing a gas, in particular oxygen blowing lance, in a metallurgical vessel, wherein the preferably replaceable lance head of the lance has at least one supersonic nozzle. Furthermore, the invention is directed to a measuring system for determining the operation of a blowing gas blowing lance, in particular oxygen blowing, in a metallurgical vessel used for process control measurement signals, the measuring system a lance, preferably oxygen blowing lance, with a at least one supersonic nozzle having, preferably interchangeable lance head and comprises an evaluation and / or process control unit receiving and processing the measurement signals.
Bei der Stahlerzeugung ist es bei bestimmten Verfahren, beispielsweise beim Basic-Oxygen-Furnace-Verfahren (BOF) oder beim Argon-Oxygen-Decarburization-Verfahren (AOD) üblich, eine sich in einem metallurgischen Gefäß befindliche Metallschmelze mit einem Gas, insbesondere mit Sauerstoff (O2) oder Stickstoff (N2), zu beströmen. Hierzu wird typischerweise eine Blaslanze von oben in das metallurgische Gefäß eingefahren und aus dieser das Gas auf die Metallschmelze aufgeblasen. In steelmaking, in certain processes, such as the Basic Oxygen Furnace (BOF) or Argon Oxygen Decarburization (AOD) process, there is a molten metal in a metallurgical vessel with a gas, especially with oxygen (O 2 ) or nitrogen (N 2 ) to flow. For this purpose, a blow lance is typically retracted from above into the metallurgical vessel and from this the gas is blown onto the molten metal.
Auch im Bereich des Aufschmelzens von Schrott in einem Lichtbogenofen, also einem Electric Arc Furnace (EAF), kann Gas auf die Schmelze aufgeblasen werden. Ein Aufblasen von Gas wird üblicherweise zumindest in den folgenden metallurgischen Aggregaten durchgeführt: BOF-Konverter, AOD-Konverter, Brenner und Injektordüsen für einen Elektrolichtbogenofen (EAF) oder einem CONARC-Ofen (CON=Converter, ARC=Arcing), Brenner und Injektordüsen für einen Reduktionsofen (SAF Submerge Arc Furnace) sowie Düsen für Vakuumbehandlungsanlagen wie beispielsweise VOD (Vacuum Oxygen Decarburization)- oder RH (Ruhrstahl-Heraeus)-Anlagen. Bei der Stahlerzeugung im BOF-Konverter wird der Sauerstoff mit Hilfe der Blaslanze auf das Metallbad aufgeblasen. Der Blaslanzenkopf ist dabei typischer Weise 1,4 bis 3 m von der Schmelzenoberfläche entfernt. In einem solchen Blaslanzenkopf befinden sich üblicher Weise mehrere unter vorbestimmten Winkeln angeordnete konvergentdivergente Düsen welche das Gas auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigen. Die konvergent-divergenten Düsen, werden als Überschalldüsen oder Laval-Düsen bezeichnet. Aus diesen Überschalldüsen tritt das Gas typischerweise mit etwa zweifacher Schallgeschwindigkeit und mit einem hohen Impuls aus und trifft dann auf die Metallschmelze. In der Metallschmelze wird eine oszillierende Blasmulde erzeugt und das aufgeblasene Gas sorgt für eine intensive Entkohlungsreaktion. Dabei entsteht durch die aufsteigenden gasförmigen Reaktionsprodukte eine Schaumschlacke auf der Metallschmelze. Also in the field of melting scrap in an electric arc furnace, ie an electric arc furnace (EAF), gas can be blown onto the melt. Inflation of gas is usually carried out in at least the following metallurgical units: BOF converters, AOD converters, burners and injector nozzles for an electric arc furnace (EAF) or CONARC (CON = Arcing) furnace, burners and injector nozzles a reduction furnace (SAF Submerge Arc Furnace) as well as nozzles for vacuum treatment plants such as VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) or RH (Ruhrstahl-Heraeus) plants. During steelmaking in the BOF converter, the oxygen is blown onto the metal bath with the help of the lance. The lance head is typically 1.4 to 3 m away from the melt surface. In such a lance head there are usually a plurality of convergent-divergent nozzles arranged at predetermined angles which accelerate the gas to supersonic speed. The convergent-divergent nozzles are called supersonic nozzles or Laval nozzles. From these supersonic nozzles, the gas typically exits at about twice the speed of sound and with a high momentum and then strikes the molten metal. In the molten metal an oscillating Blemmulde is generated and the inflated gas ensures an intensive decarburization reaction. As a result of the ascending gaseous reaction products, a foamed slag is formed on the molten metal.
Die Geometrie einer Laval-Düse oder einer Überschalldüse kann gemäß der isentropen Stromfadentheorie nur für jeweils einen einzigen Wert – nämlich ihren idealen Betriebspunkt oder ihren Auslegungspunkt (design-point) – hinsichtlich des Eintrittsdruckes p0 und der Eintrittstemperatur T0 der Überschalldüse, sowie des statischen Gegendruckes pA im metallurgischen Gefäß ausgelegt werden. Der Eintrittsdruck p0 wird in diesem idealen Betriebspunkt daher auch als Auslegungsdruck und die Eintrittstemperatur T0 wird in diesem idealen Betriebspunkt auch als Auslegungstemperatur bezeichnet. Nur wenn die Überschalldüse in ihrem idealen Betriebspunkt betrieben wird, liegt die expandierte Gasströmung fest an der Düsenwand bis zum Verlassen der Düse an und eine Beschleunigung des Gases auf Überschallgeschwindigkeit wird erreicht. Sobald die reale Düsenströmung jedoch vom idealen Auslegungszustand bzw. vom idealen Betriebspunkt abweicht, ergeben sich innerhalb und außerhalb der Düse komplexe Störungsmuster (diamond wave pattern) in Form von Expansionswellen oder Verdichtungsstößen, welche zum Verschleiß der Düsenkante führen können und welche zu einer frühzeitigen Ablösung des Strahls von der Düsenwand führen. Bei einer Ablösung des kalten Gasstrahls von der Düsenwand entsteht ein Rezirkulationsgebiet, über welches heißes Konvertergas an die Düsenwand gelangt, wodurch dann der Düsenverschleiß einsetzt. Um diesen Düsenverschleiß zu verringern oder zu vermeiden, muss die Überschalldüse daher möglichst in ihrem Betriebspunkt betrieben werden. The geometry of a Laval nozzle or a supersonic nozzle can according to the isentropic Stromfadentheorie only for a single value - namely their ideal operating point or design point - with respect to the inlet pressure p 0 and the inlet temperature T 0 of the supersonic nozzle, and the static Counterpressure p A be designed in the metallurgical vessel. The inlet pressure p 0 is therefore also in this ideal operating point as a design pressure and the inlet temperature T 0 is referred to in this ideal operating point as the design temperature. Only when the supersonic nozzle is operated at its ideal operating point, the expanded gas flow is firmly against the nozzle wall until it leaves the nozzle and acceleration of the gas to supersonic velocity is achieved. However, as soon as the actual nozzle flow deviates from the ideal design state or the ideal operating point, inside and outside of the nozzle complex pattern of disturbance (diamond wave pattern) in the form of expansion waves or compression shocks, which can lead to wear of the nozzle edge and which lead to an early replacement of the Beam from the nozzle wall lead. With a detachment of the cold gas jet from the nozzle wall, a recirculation area is created, via which hot converter gas reaches the nozzle wall, whereby the nozzle wear then begins. In order to reduce or avoid this nozzle wear, the supersonic nozzle must therefore be operated at its operating point as far as possible.
An der Spitze einer Blaslanze befindet sich ein auswechselbarer Lanzenkopf, der je nach Anwendung mehrere konvergent-divergente Überschalldüsen oder Laval-Düsen umfasst, um das Gas auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen. Ein solcher Lanzenkopf kann unter anderem bei folgenden metallurgischen Gefäßen oder Aggregaten Verwendung finden: bei BOF- und AOD-Konvertern, bei SIS(Siemag-Injection System)-Injektoren für Elektrolichtbogenöfen (EAF), bei Reduktionsöfen (SAF) und Vakuumanlagen (RH, VOD). At the tip of a lance, there is a replaceable lance head, which, depending on the application, includes several convergent-divergent supersonic nozzles or Laval nozzles to accelerate the gas to supersonic speed. Such a lance head can be used, inter alia, in the following metallurgical vessels or aggregates: in BOF and AOD converters, in SIS (Siemag Injection System) injectors for electric arc furnaces (EAF), in reduction furnaces (SAF) and vacuum systems (RH, VOD ).
Die Geometrie einer Überschalldüse oder Laval-Düse kann sowohl in Bezug auf den unmittelbaren Eintrittsdruck p0, den Auslegungsdruck der jeweiligen Überschalldüse, als auch die Eintrittstemperatur T0, die jeweilige Auslegungstemperatur einer Überschalldüse, ausschließlich auf einen optimalen Betriebspunkt der jeweiligen Überschalldüse bei einem statischen Gegendruck pA in dem jeweiligen metallurgischen Gefäß oder Aggregat ausgelegt werden. Nur wenn die beiden Prozessgrößen Auslegungsdruck/Eintrittsdruck und Eintrittstemperatur/Auslegungstemperatur im Konverterbetrieb eingehalten werden, arbeitet eine Überschalldüse oder Laval-Düse in ihrem optimalen Betriebspunkt und die Düse verschleißt nur geringfügig. Üblicherweise werden im praktischen Betrieb an einer das Gas für die Blaslanze bereitstellenden Ventilstation der Vordruck pVS und der Volumenstrom des Gases gemessen. Diese Größen dienen in der Regel zur Auslegung der Ultraschalldüse. So wird der Druckverlust Δpverl von der Ventilstation über die Rohrleitungen und Druckschläuche einschließlich der gesamten Blaslanze abgeschätzt, um den Eintrittsdruck p0 anhand der Gleichung p0 = pVS – Δpverl zu ermitteln. Der exakte Druckverlust Δpverl ist theoretisch schwierig zu ermitteln, da hierfür eine kompressible Druckverlustberechnung über alle Bauteile unter Berücksichtigung der exakten Leitungsführung erforderlich ist. Aus diesem Grund sind die für die Düsenauslegung notwendigen Prozessgrößen p0, T0 und pA stets nur als Näherungswerte bekannt. Ob die jeweilige Ultraschalldüse oder Laval-Düse im praktischen Stahlwerksbetrieb dann tatsächlich im Auslegungspunkt oder idealen Betriebspunkt arbeitet, ist ungewiss. Damit verschlechtern sich aber die Lanzenhaltbarkeit und die Prozessstabilität.The geometry of a supersonic nozzle or Laval nozzle, both with respect to the immediate inlet pressure p 0 , the design pressure of the respective supersonic nozzle, and the inlet temperature T 0 , the respective design temperature of a supersonic nozzle, exclusively to an optimum operating point of the respective supersonic nozzle at a static back pressure p A are designed in the respective metallurgical vessel or aggregate. Only if the two process variables design pressure / inlet pressure and inlet temperature / design temperature in converter operation are maintained, works a supersonic nozzle or Laval nozzle at its optimum operating point and the nozzle wears only slightly. Usually, the pilot pressure p VS and the volume flow of the gas are measured in practical operation on a valve station providing the gas for the lance. These sizes are usually used to design the ultrasonic nozzle. Thus, the pressure loss Δp verl from the valve station via the pipes and pressure hoses including the entire lance is estimated to determine the inlet pressure p 0 using the equation p 0 = p VS - Δp verl . The exact pressure loss Δp verl is theoretically difficult to determine, since this requires a compressible pressure loss calculation of all components taking into account the exact wiring. For this reason, the necessary process variables p 0 , T 0 and p A are always known only as approximate values for the nozzle design. Whether the respective ultrasonic nozzle or Laval nozzle actually works in practical steelworks operation at the design point or ideal operating point is uncertain. But lance durability and process stability are worsening.
Weiterhin zündet beim Blasprozess der aus einer Blaslanze austretenden Sauerstoffstrahl bei der Berührung mit flüssigem Roheisen. Da der Konverter oder das jeweilige metallurgische Gefäß nicht nur mit Roheisen, sondern häufig auch mit Kühlmittel wie Stahlschrott befüllt ist, kann der aus der Blaslanze austretenden Sauerstoffstrahl aber auch von Stahlschrott zurückgeworfen werden, dessen Temperatur für die Zündung nicht ausreichend hoch ist. So setzt sehr oft die Verbrennung des Sauerstoffs nicht sofort mit dem Beginn des Blasprozesses ein. Es ist aber sehr wichtig, den genauen Zeitpunkt der Zündung zu erkennen, weil der Beginn der damit verbundenen Entkohlungsreaktion des jeweiligen Metallschmelzbades für die Prozessführung ausschlaggebend ist. Der Zündzeitpunkt kann je nach Lage des Schrottes und der Lage des flüssigen Roheisens zudem für jede Düse einer Mehrloch-Blaslanze unterschiedlich sein. Hier würde eine differenzierte Kenntnis von Ort und Zeit des Zündens eine entsprechend genaue Differenzierung nach genutztem und ungenutztem Sauerstoff ermöglichen.Furthermore, during the blowing process, the oxygen jet emerging from a lance ignites upon contact with molten pig iron. Since the converter or the respective metallurgical vessel is filled not only with pig iron, but frequently also with coolant such as steel scrap, the oxygen jet emerging from the lance can also be thrown back by steel scrap whose temperature for ignition is not sufficiently high. Very often, the combustion of oxygen does not start immediately with the start of the blowing process. However, it is very important to know the exact time of ignition because the start of the associated decarburization reaction of the respective molten metal bath is decisive for the process control. The ignition timing may also be different for each nozzle of a multi-hole lance, depending on the location of the scrap and the position of the molten pig iron. Here, a differentiated knowledge of the location and time of ignition would allow a correspondingly accurate differentiation between used and unused oxygen.
Schließlich bildet sich bei den üblichen Blasprozessen im Konverter oder metallurgischen Gefäß eine Schmelze-Schlacke-Emulsion. Durch die Entkohlungsreaktion wird das Volumen der Schlacke enorm vergrößert, so dass ein Schlackenauswurf entstehen kann, der eine Erhöhung der Produktionskosten und des Ausfallrisikos zur Folge hat. Darüber hinaus haften während des Blasprozesses die Schlacke und das schmelzflüssige Metall, insbesondere flüssiger Stahl, an der üblicherweise wassergekühlten Blaslanze an. Solche Verbärungen an einer Blaslanze sind unerwünscht und müssen entfernt werden, weil dadurch die gesamte Masse der Blaslanze unerwünscht zunimmt und die Öffnungen der Ultraschalldüsen teilweise verstopft werden können.Finally, forms a melt-slag emulsion in the conventional blowing processes in the converter or metallurgical vessel. The decarburization reaction enormously increases the volume of the slag, which can result in slag ejection, resulting in an increase in production costs and the risk of failure. In addition, during the blowing process, the slag and the molten metal, in particular liquid steel, adhere to the usually water-cooled blowing lance. Such exhalations on a lance are undesirable and must be removed because this undesirably increases the overall mass of the lance and may partially obstruct the apertures of the ultrasonic nozzles.
Aus der
Weiterhin ist es aus der Praxis bekannt, mit Hilfe konventioneller, am Lanzenschlitten einer Blaslanze angeordneter Schwingungsaufnehmer Schwingungen der Blaslanze während des Betriebes im metallurgischen Gefäß zu erfassen. Aus den hierbei gewonnenen Messsignalen ergeben sich Rückschlüsse auf das Maß der Schlackenbildung in dem metallurgischen Gefäß und die Neigung zum Schlackenauswurf. Die Schwingungsmessungen erfolgen am Lanzenschlitten, da die Schwingungsaufnehmer dort thermisch geschützt sind und ein Lanzenwechsel ohne Rücksicht auf die Sensorik erfolgen kann. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass die am Lanzenschlitten gemessenen Schwingungen gegenüber den von der Schlackebildung am deutlichsten beeinflussten Schwingungen an der Lanzenspitze signifikant geringer sind und von prozessunabhängigen Größen beeinflusst werden können. Damit geben die gewonnenen Messsignale die Zustände im Bereich der Blaslanzenspitze nur ungenau wieder. Zudem werden bei Messungen, die oberhalb des Lanzendoms durchgeführt werden, die Auslenkungen der Blaslanze nicht optimal erfasst. Schließlich besteht bei in der Nähe des Blaslanzendoms angeordneten Messfühlern die Gefahr, dass diese durch die hier wirkende Hitze und die hier einwirkende Staubbelastung verschleißen und beschädigt werden.Furthermore, it is known from practice to detect oscillations of the lance during operation in the metallurgical vessel by means of conventional vibration transducers arranged on the lance carriage of a lance. From the measurement signals obtained in this way, conclusions are drawn regarding the extent of slag formation in the metallurgical vessel and the tendency to slag ejection. The vibration measurements are carried out on the lance carriage, since the vibration sensors are thermally protected there and a lance change can take place regardless of the sensor. The disadvantage of this solution is that the vibrations measured at the lance carriage are significantly lower than the vibrations at the lance tip that are most significantly influenced by the slag formation and can be influenced by process-independent variables. Thus, the measurement signals obtained give the conditions in the area of the Blaslanzenspitze only inaccurate again. In addition, in measurements that are performed above the lance dome, the deflections of the lance are not optimally detected. After all There is a risk with probes located near the Blas- lanzendoms that they will wear out and be damaged by the heat acting here and the dust load acting here.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die eine kontinuierliche Erfassung von beim Betrieb einer Gas ausblasenden Blaslanze, insbesondere Sauerstoffblaslanze, in einem metallurgischen Gefäß zur Verfahrenssteuerung verwendeten Betriebsparametermesssignalen ermöglicht.The invention has for its object to provide a solution that allows a continuous detection of blown during operation of a gas blowing lance, in particular oxygen blowing lance, used in a metallurgical vessel for process control Betriebsparametermesssignalen.
Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittels mindestens eines im Lanzenkopf im Bereich der Überschalldüse angeordneten Detektors oder Sensors während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, insbesondere kontinuierlich, im Lanzenkopf der Eintrittsdruck p0t und/oder die Eintrittstemperatur T0t des Gases an der mindestens einen Überschalldüse und/oder die Schwingungsamplitude A und/oder die Schwingungsfrequenz ω der Blaslanze und/oder der Zündzeitpunkt der Zündung beim Sauerstoffblasverfahren und/oder der Ortspunkt der Zündung beim Sauerstoffblasverfahren detektiert und/oder gemessen wird/werden und das oder die dabei erhaltene(n) Messsignal(e) während des Betriebes der Blaslanze einer an den mindestens einen Detektor oder Sensor angeschlossenen Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit vorzugsweise online zugeführt und zur Steuerung des Betriebes der Blaslanze bereitgestellt wird/werden.In a method of the type described in more detail, this object is achieved in that by means of at least one lance in the supersonic nozzle arranged detector or sensor during operation of the lance, especially during a blowing process, preferably Sauerstoffblasprozesses, especially continuously, in the lance head of the inlet pressure p 0t and / or the inlet temperature T 0t of the gas at the at least one supersonic nozzle and / or the oscillation amplitude A and / or the oscillation frequency ω of the lance and / or the ignition timing of the ignition in the oxygen blowing process and / or the location of the ignition detected in the oxygen blowing process and / or is measured and / or the obtained during the operation of the lance of a connected to the at least one detector or sensor evaluation and / or process control unit preferably supplied online and the Steuerun g the operation of the lance is / are provided.
Ebenso wird die vorstehende Aufgabe bei einem Messsystem der eingangs näher bezeichneten Art dadurch gelöst, dass im Lanzenkopf im Bereich der mindestens einen Überschalldüse mindestens ein Detektor oder Sensor angeordnet ist, der leitungsmäßig mit der Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit in Verbindung steht und der während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, insbesondere kontinuierlich, im Lanzenkopf den Eintrittsdruck p0t und/oder die Eintrittstemperatur T0t des Gases an der mindestens einen Überschalldüse und/oder die Schwingungsamplitude A und/oder die Schwingungsfrequenz ω der Blaslanze und/oder den Zündzeitpunkt der Zündung beim Sauerstoffblasverfahren und/oder den Ortspunkt der Zündung beim Sauerstoffblasverfahren detektiert und/oder misst und das oder die dabei erhaltene(n) Messsignal(e) während des Betriebes der Blaslanze der an den mindestens einen Detektor oder Sensor angeschlossenen Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit vorzugsweise online zuführt und zur Steuerung des Betriebes der Blaslanze bereitstellt.Likewise, the above object is achieved in a measuring system of the type described in more detail by the fact that at least one detector or sensor is arranged in the lance head in the region of the at least one supersonic nozzle, which is in line communication with the evaluation and / or process control unit and during the Operating the lance, in particular during a blowing process, preferably oxygen blowing process, in particular continuously, in the lance head, the inlet pressure p 0t and / or the inlet temperature T 0t of the gas at the at least one supersonic nozzle and / or the oscillation amplitude A and / or the oscillation frequency ω of the lance and or detects and / or measures the ignition timing of the ignition during the oxygen blowing process and / or the location of the ignition during the oxygen blowing process and the measurement signal (s) obtained thereby during operation of the blowing lance connected to the at least one detector or sensor Evaluation and / or process control unit preferably feeds online and provides for controlling the operation of the lance.
Die Erfindung geht also in ihrem Kern davon aus, im Kopf der Blaslanze einen oder mehrere Detektor(en) und/oder Sensor(en) anzuordnen, die während des Betriebes, d.h. insbesondere während des Gas ausblasenden Zustandes, der Blaslanze in ihrer im metallurgischen Gefäß positionierten Arbeits- oder Betriebsstellung Betriebsparameter messtechnisch erfassen und die erhaltenen Messsignale kontinuierlich und online während des Betriebes einer Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit zuführen und zur Steuerung des Betriebes der Blaslanze bereitstellen. Die auf diese Weise erhaltenen, jeweils den Betriebszustand in Bezug auf den jeweiligen Betriebsparameter aktuell wiedergebenden Messsignale, können dann unmittelbar zur Verfahrenssteuerung beim laufenden Betrieb der Blaslanze verwendet werden.The invention is therefore based in its core on arranging in the head of the lance one or more detector (s) and / or sensor (s), which during operation, i. In particular, during the gas Ausblasenden state, the lance in their position in the metallurgical vessel working or operating position metrologically record operating parameters and continuously supply the obtained measurement signals during operation of an evaluation and / or process control unit and provide for controlling the operation of the lance. The measurement signals currently obtained, in each case the operating state with respect to the respective operating parameter, can then be used directly for process control during ongoing operation of the blowing lance.
Nach einem Aspekt der Erfindung werden auf diese Weise mit mindestens einem Detektor und/oder Sensor der aktuelle Eintrittsdruck p0t des Gases am Eingang der mindestens einen Überschalldüse der Blaslanze detektiert und/oder gemessen. Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird mittels mindestens eines Detektors oder Sensors während des Blasprozesses insbesondere kontinuierlich im Lanzenkopf die Eintrittstemperatur T0t des Gases am Eingang der mindestens einen Überschalldüse der Blaslanze detektiert und/oder gemessen.According to one aspect of the invention, in this way with at least one detector and / or sensor, the current inlet pressure p o of the gas at the entrance of the at least one supersonic nozzle of the lance is detected and / or measured. According to a second aspect of the invention, by means of at least one detector or sensor during the blowing process, in particular continuously in the lance head, the inlet temperature T 0t of the gas at the entrance of the at least one supersonic nozzle of the lance is detected and / or measured.
Diese im ersten Aspekt und/oder dem zweiten Aspekt der Erfindung ermittelten Betriebsparametermesssignale werden dann einer Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit unmittelbar, vorzugsweise online, zugeführt und zur Verfahrenssteuerung des Betriebes der Blaslanze bereitgestellt. Damit ist es beispielsweise möglich, durch Anpassung des Ventildruckes pVS den sich aktuell im Lanzenkopf am Eingang einer Überschalldüse einstellenden Eintrittsdruck p0t zu regeln und so einzustellen, dass er dem Auslegungsdruck p0 zumindest im Wesentlichen und/oder annähernd, also mit einer allenfalls geringen Abweichung, entspricht. Es ist auf diese Weise mittels der Erfindung also möglich, eine Überschalldüse – und bei Bereitstellung eines Detektors oder Sensors am Eingang einer jeden Überschalldüse oder Laval-Düse einer Blaslanze – alle Überschalldüsen stets zumindest nahezu in ihrem Auslegungszustand (design point), d.h. in oder an ihrem idealen Betriebspunkt zu betreiben. Dadurch ergeben sich stabile Prozessbedingungen für das Gasblasen, insbesondere Sauerstoffblasen, was zu einer deutlich höheren Lebensdauer und Standzeit des vorzugsweise auswechselbaren Lanzenkopfes führt. Eine kontinuierliche Erfassung des Eintrittsdrucks p0t und der Eintrittstemperatur T0t während eines Blasprozesses ermöglicht auf diese Weise eine dynamische Anpassung des Druckes pVS an der Ventilstation während des Blasprozesses, so dass auf diese Weise der Lanzenkopf in seinem Auslegungspunkt betrieben werden und der Düsenverschleiß minimiert werden kann.These operating parameter measuring signals determined in the first aspect and / or the second aspect of the invention are then fed directly to an evaluation and / or process control unit, preferably online, and provided for process control of the operation of the blowing lance. That's it For example, by adjusting the valve pressure p VS, it is possible to regulate the inlet pressure p 0t that is currently setting in the lance head at the entrance of a supersonic nozzle and to set it to correspond to the design pressure p 0 at least essentially and / or approximately, that is to say with at most a slight deviation , It is thus possible in this way by means of the invention, a supersonic nozzle - and upon provision of a detector or sensor at the entrance of each supersonic or Laval nozzle of a lance - all supersonic nozzles always at least almost in their design state (design point), ie in or on operate at their ideal operating point. This results in stable process conditions for the gas bubbles, in particular oxygen bubbles, which leads to a significantly higher service life and service life of the preferably replaceable lance head. Continuous detection of the inlet pressure p 0t and the inlet temperature T 0t during a blowing process thus enables dynamic adjustment of the pressure p VS at the valve station during the blowing process, thus operating the lance head at its design point and minimizing nozzle wear can.
Erfindungsgemäß werden also der jeweils aktuelle Eintrittsdruck p0t und die jeweils aktuelle Eintrittstemperatur T0t im Inneren der Blaslanze, d.h. im Lanzenkopf, während des Blasprozesses gemessen. Diese zeitanhängige Druck- und Temperaturmessung erfolgt mit Hilfe von Detektoren und/oder Sensoren. Die Messdaten werden über ein Kabel oder auch drahtlos an eine angeschlossene Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit, beispielsweise einen PC, übertragen. Die Energieversorgung der Detektoren und/oder Sensoren kann durch das Kabel oder eine Batterie oder mit Hilfe eines Energie-Harvesting-Moduls erfolgen. According to the present invention, the respectively current entry pressure p o and the respective current entry temperature T o are measured inside the lance, ie in the lance head, during the blowing process. This time-dependent pressure and temperature measurement takes place with the aid of detectors and / or sensors. The measurement data is transmitted via a cable or wirelessly to a connected evaluation and / or process control unit, for example a PC. The energy supply of the detectors and / or sensors can be done by the cable or a battery or by means of an energy harvesting module.
In der Blaslanze oder unmittelbar im Lanzenkopf sind somit nach diesen ersten beiden Aspekten der Erfindung Druck- und gegebenenfalls Temperatursensoren zur Bestimmung des aktuellen Eintrittsdruckes p0t und der aktuellen Eintrittstemperatur T0t des Sauerstoffes oder Blasgases in der Blaslanze installiert. Gleichzeitig mit der oder den Druckmessung(en) in der Blaslanze oder im Lanzenkopf soll der Druck oder Vordruck pVS an der das Blasgas oder den Sauerstoff liefernden Ventilstation gemessen werden. Dies ermöglicht dann eine online Berechnung des Druckverlustes Δpverl = pVS – p0t und eine Kontrolle der Abweichung des aktuellen Eintrittsdruckes p0t und der aktuellen Eintrittstemperatur T0t des Blasgases oder des Sauerstoffes von den entsprechenden Auslegungsgrößen der jeweiligen Überschalldüse Auslegungsdruck p0 und Auslegungstemperatur T0 während des Blasprozesses. Auf diese Weise kann der Vordruck pVS an der Ventilstation so eingestellt werden, dass am Eingang einer oder aller Überschalldüse(n) oder Laval-Düse(n) der Blaslanze ein Eintrittsdruck p0t vorliegt, der dem Auslegungsdruck p0 entspricht. In diesem Fall ist dann der Lanzenkopfverschleiß minimiert. Die Größe T0t ist für den eigentlichen Betrieb nicht notwendig, jedoch wird die Auslegungstemperatur T0 als theoretische Auslegungsgröße bei der Düsenauslegung benötigt. Der statische Druck pA im metallurgischen Gefäß kann auf diese Weise nicht ermittelt werden. Für die Düsenauslegung spielt er aber auch nur eine untergeordnete Rolle, da der Druck pA nur wenig vom Umgebungsdruck 1.01 bar abweicht. Die gemessenen Daten, d.h. die ermittelten Betriebsparametermesssignale, lassen sich durch ein Kabel oder drahtlos, letzteres beispielsweise mittels eines in die Blaslanze eingebauten Funkmodules, an eine Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit, beispielsweise einen Rechner, insbesondere einen PC, übertragen, der dem Bedienpersonal zur Verfügung steht. Die für die korrekte theoretische Auslegung einer Überschalldüse gemäß der isentropen Stromfadentheorie notwendigen Prozessgrößen Eintrittsdruck p0 und Eintrittstemperatur T0 direkt an der Laval-Düse sowie der statische (Gegen)Druck pA im metallurgischen Gefäß lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Messsystem nun kontinuierlich als jeweils aktuelle zeitabhängige Größe erfassen. Diese Größen p0t und T0t können mittels der im Lanzenkopf angeordneten Detektoren und/oder Sensoren kontinuierlich während des Blasprozesses gemessen werden. Der statische Druck pA im metallurgischen Gefäß spielt für die korrekte Auslegung und damit die Einregelung des Betriebes der Ultraschalldüse(n) in oder an ihren idealen Betriebspunkt nur eine untergeordnete Rolle, da er in der Regel nur mäßig um den Umgebungsdruck schwankt (1.01 bar ± 0.2 bar). Wenn der Druck pVS an der Ventilstation ebenfalls kontinuierlich gemessen wird, kann der Druckverlust Δpverl zwischen der Ventilstation und dem Eintritt des Gases in den Blaslanzenkopf ebenfalls kontinuierlich während des Blasprozesses ermittelt werden.In the lance or directly in the lance head pressure and possibly temperature sensors for determining the current inlet pressure p 0t and the current inlet temperature T 0t of the oxygen or blown gas are thus installed in the lance according to these first two aspects of the invention. Simultaneously with the pressure measurement (s) in the lance or in the lance head, the pressure or admission pressure p VS at the valve station supplying the blowing gas or the oxygen should be measured. This then allows an online calculation of the pressure loss Δp verl = p VS - p 0t and a control of the deviation of the current inlet pressure p 0t and the current inlet temperature T 0t of the blowing gas or oxygen from the respective design variables of the respective supersonic nozzle design pressure p 0 and design temperature T 0 during the blowing process. In this way, the inlet pressure p VS at the valve station can be set so that at the input of one or all supersonic nozzle (s) or Laval nozzle (s) of the blowing lance is present an inlet pressure p 0 t, which corresponds to the design pressure p 0th In this case, lance head wear is minimized. The size T 0t is not necessary for the actual operation, but the design temperature T 0 is required as a theoretical design size in the nozzle design. The static pressure p A in the metallurgical vessel can not be determined in this way. For the nozzle design, however, it plays only a minor role, since the pressure p A differs only slightly from the ambient pressure of 1.01 bar. The measured data, ie the determined operating parameter measurement signals, can be transmitted by a cable or wirelessly, the latter for example by means of a radio module installed in the lance, to an evaluation and / or process control unit, for example a computer, in particular a PC Available. The process variables inlet pressure p 0 and inlet temperature T 0 directly at the Laval nozzle and the static (counter) pressure p A in the metallurgical vessel necessary for the correct theoretical design of a supersonic nozzle according to the isentropic streamline theory can now be achieved with the method according to the invention and the measuring system according to the invention continuously capture as each current time-dependent size. These quantities p 0t and T 0t can be continuously measured during the blowing process by means of the detectors and / or sensors arranged in the lance head. The static pressure p A in the metallurgical vessel plays only a minor role in the correct design and thus the regulation of the operation of the ultrasonic nozzle (s) in or at its ideal operating point, since it usually fluctuates only moderately around the ambient pressure (1.01 bar ± 0.2 bar). If the pressure p VS at the valve station is also continuously measured, the pressure loss Ap between the valve station and the entry of the gas into the lance head can also be determined continuously during the blowing process.
Insbesondere für die Realisierung der ersten beiden vorstehend dargelegten Aspekte der Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Ausgestaltung dadurch aus, dass mittels mindestens eines im Lanzenkopf im Bereich der mindestens einen Überschalldüse angeordneten Drucksensors während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, insbesondere kontinuierlich, im Lanzenkopf der Eintrittsdruck p0t des Gases am Eingang der mindestens einen Überschalldüse detektiert und/oder gemessen wird, sowie insbesondere dadurch dass, mittels mindestens eines im Lanzenkopf im Bereich der mindestens einen Überschalldüse angeordneten Temperatursensors während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, insbesondere kontinuierlich, im Lanzenkopf die Eintrittstemperatur T0t des Gases am Eingang der mindestens einen Überschalldüse detektiert und/oder gemessen wird. In particular for the realization of the first two aspects of the invention set out above, the method according to the invention is characterized in that by means of at least one pressure sensor arranged in the lance head in the region of the at least one supersonic nozzle during operation of the blowing lance, in particular during a blowing process, preferably oxygen blowing process , in particular continuously, in the lance head of the inlet pressure p 0t of the gas at the entrance of the at least one supersonic nozzle is detected and / or measured, and in particular characterized in that by means of at least one arranged in the lance head in the region of the at least one supersonic nozzle temperature sensor during operation of the lance , in particular during a blowing process, preferably oxygen blowing process, in particular continuously, in the lance head, the inlet temperature T 0t of the gas at the entrance of the at least one supersonic nozzle is detected and / or measured.
Hierbei ist es dann besonders zweckmäßig, wenn gleichzeitig, insbesondere kontinuierlich, der Zuführdruck pVS des Gases an einer beabstandet zu der mindestens einen Überschalldüse angeordneten Gaszuführstation detektiert und/oder gemessen wird, was die Erfindung auch vorsieht.In this case, it is particularly expedient if at the same time, in particular continuously, the supply pressure p VS of the gas is detected and / or measured at a gas supply station arranged at a distance from the at least one supersonic nozzle, as the invention also envisages.
In gleicher Weise zeichnet sich das erfindungsgemäße Messsystem in Ausgestaltung dadurch aus, dass im Lanzenkopf im Bereich der mindestens einen Überschalldüse mindestens ein Drucksensor angeordnet ist, der leitungsmäßig mit der Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit in Verbindung steht und der während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, insbesondere kontinuierlich, im Lanzenkopf den Eintrittsdruck p0t des Gases am Eingang der mindestens einen Überschalldüse detektiert und/oder misst und das oder die dabei erhaltene(n) Messsignal(e) während des Betriebes der Blaslanze der an den mindestens einen Drucksensor angeschlossenen Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit vorzugsweise online zuführt und zur Steuerung des Betriebes der Blaslanze bereitstellt und/oder dadurch, dass im Lanzenkopf im Bereich der mindestens einen Überschalldüse mindestens ein Temperatursensor angeordnet ist, der leitungsmäßig mit der Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit in Verbindung steht und der während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, insbesondere kontinuierlich, im Lanzenkopf die Eintrittstemperatur T0t des Gases am Eingang der mindestens einen Überschalldüse detektiert und/oder misst und das oder die dabei erhaltene(n) Messsignal(e) während des Betriebes der Blaslanze der an den mindestens einen Temperatursensor angeschlossenen Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit vorzugsweise online zuführt und zur Steuerung des Betriebes der Blaslanze bereitstellt.In the same way, the measurement system according to the invention is characterized in that at least one pressure sensor is arranged in the lance head in the region of the at least one supersonic nozzle, which is in line communication with the evaluation and / or process control unit and during operation of the lance, in particular During a blowing process, preferably oxygen blowing process, in particular continuously, in the lance head, the inlet pressure p 0t of the gas at the entrance of the at least one supersonic nozzle is detected and / or measured and the measurement signal (s) obtained during the operation of the lance Preferably, at least one pressure sensor connected to evaluation and / or process control unit feeds online and provides for controlling the operation of the lance and / or in that in the lance head in the region of the at least one supersonic nozzle at least one temperature sensor is arranged, the line mi t the evaluation and / or process control unit is in communication and during the operation of the lance, in particular during a blowing process, preferably oxygen blowing process, in particular continuously, in the lance head, the inlet temperature T 0t of the gas at the entrance of the at least one supersonic nozzle detects and / or measures and during the operation of the blowing lance, the measuring signal (s) obtained during the operation of the blowing lance are preferably fed online to the evaluation and / or process control unit connected to the at least one temperature sensor and are provided for controlling the operation of the blowing lance.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels mindestens eines unmittelbar im Lanzenkopf installierten Schwingungssensors während des Betriebes der Blaslanze die Schwingungsamplitude A und/oder die Schwingungsfrequenz ω der Blaslanze, insbesondere Sauerstoffblaslanze, detektiert und gemessen wird. Durch die Messung mittels im Lanzenkopf angeordneter Detektoren und/oder Sensoren ist eine zuverlässige, wartungsfreie und effiziente Schwingungsmessung an der Blaslanze im metallurgischen Gefäß, insbesondere Konverter, zur Erkennung des Schlackenanstieges und eines eventuellen Schlackenauswurfes sowie von Verbärungen der Blaslanze möglich. Es ist somit möglich, die Schwingungen der Blaslanze, insbesondere Sauerstoffblaslanze oder BOF-Lanze, mit einer innerhalb der Blaslanze angeordneten Sensorik zu messen. Hierbei erfolgt die Messung im Lanzenkopf zudem an einer möglichst mündungsnahen, d.h. in diesem Sinne „tiefen“ Stelle der Blaslanze, wodurch sich eine hohe und im Vergleich zum Stand der Technik höhere Signifikanz der Messsignale ergibt. Die Messung erfolgt vorzugsweise mittels einer drahtlosen Sensorik (Detektor(en) und/oder Sensor(en)), wobei aber auch eine leitungs- oder drahtgebundene Anordnung möglich ist. Letzteres ist allerdings mit der Problematik verbunden, dass bei einer Schädigung des unteren Lanzenteiles, d.h. des Lanzenkopfes, oberhalb der aus den Detektoren und/oder Sensoren gebildeten Sensorik die Zuleitungen und gegebenenfalls die Sensorik aufwendig erneuert werden muss. Auch bei den Schwingungssensoren kann die Energieversorgung der drahtlosen Sensorik mit Hilfe von Batterien, Akkus oder eines Energie-Harvesting-Moduls erfolgen.According to a third aspect of the invention, it is provided that the oscillation amplitude A and / or the oscillation frequency ω of the lance, in particular the oxygen lance, is detected and measured by means of at least one oscillation sensor installed directly in the lance head during operation of the lance. By measuring by means arranged in the lance head detectors and / or sensors is a reliable, maintenance-free and efficient vibration measurement of the lance in the metallurgical vessel, in particular converter, to detect the slag rise and a possible slag ejection and verbierungen the lance possible. It is thus possible to measure the vibrations of the lance, in particular oxygen blowing lance or BOF lance, with a sensor arranged within the lance. In addition, the measurement in the lance head takes place at a location close to the mouth, i. in this sense "deep" point of the lance, resulting in a high and compared to the prior art higher significance of the measurement signals. The measurement is preferably carried out by means of a wireless sensor (detector (s) and / or sensor (s)), but also a wired or wired arrangement is possible. The latter, however, is associated with the problem that when damage to the lower lance part, i. the lance head, above the sensors formed from the detectors and / or sensors, the supply lines and possibly the sensor must be renewed consuming. Even with the vibration sensors, the power supply of the wireless sensor can be done using batteries, rechargeable batteries or an energy harvesting module.
Zur Realisierung dieses dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung zeichnet sich diese dadurch aus, dass mittels mindestens eines im Lanzenkopf im Bereich der mindestens einen Überschalldüse angeordneten Schwingungssensors während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, insbesondere kontinuierlich, im Lanzenkopf die Schwingungsamplitude A und/oder die Schwingungsfrequenz ω der Blaslanze detektiert und/oder gemessen wird. To realize this third aspect of the present invention, this is characterized in that by means of at least one vibration sensor arranged in the lance head in the region of the at least one supersonic nozzle during operation of the lance, in particular during a blowing process, preferably oxygen blowing process, in particular continuously, in the lance head, the oscillation amplitude A. and / or the oscillation frequency ω of the lance is detected and / or measured.
In gleicher Weise ist in Ausgestaltung des Messsystems vorgesehen, dass im Lanzenkopf im Bereich der mindestens einen Überschalldüse mindestens ein Schwingungssensor angeordnet ist, der leitungsmäßig mit der Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit in Verbindung steht und der während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, insbesondere kontinuierlich, im Lanzenkopf die Schwingungsamplitude A und/oder die Schwingungsfrequenz ω der Blaslanze detektiert und/oder misst und das oder die dabei erhaltene(n) Messsignal(e) während des Betriebes der Blaslanze der an den mindestens einen Schwingungssensor angeschlossenen Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit vorzugsweise online zuführt und zur Steuerung des Betriebes der Blaslanze bereitstellt.In the same way, it is provided in an embodiment of the measuring system that at least one vibration sensor is arranged in the lance head in the area of the at least one supersonic nozzle, which is in line communication with the evaluation and / or process control unit and during the operation of the lance, in particular during a blowing process , Preferably oxygen blowing process, in particular continuously, in the lance head, the oscillation amplitude A and / or the oscillation frequency ω of the blowing lance detected and / or measures and the one or more obtained (s) measurement signal (s) during operation of the lance of the connected to the at least one vibration sensor Evaluation and / or process control unit preferably feeds online and provides for controlling the operation of the lance.
Mittels der im Lanzenkopf angeordneten Schwingungssensoren zur Bestimmung der Schwingungsamplitude A und/oder der Schwingungsfrequenz ω einer Gasblaslanze, insbesondere Sauerstoffblaslanze, ist eine kontinuierliche Messung der Amplitude und/oder der Frequenz der Schwingungen und damit einhergehend eine Überwachung der Schlackenhöhe im Konverter oder metallurgischen Gefäß möglich. Bei einer niedrigen Schlackenhöhe dominieren im Frequenzspektrum harmonische Eigenschwingungen der Blaslanze. Bei einem hohen Schlackenstand wird die Lanze von der Schlacke eingehüllt. Dabei entsteht und steigt eine von der Schlacke hervorgerufene stochastische Komponente der Schwingungen. Die Bildung der Verbärungen an der Lanzenspitze ändert auch deren Masse. Durch die Messung von Eigenfrequenzen kann die Menge von anhaftender Schlacke oder Stahl abgeschätzt und eine frühzeitige Entscheidung hinsichtlich eines Lanzenwechsels getroffen werden. Die gemessenen Schwingungsamplituden A und/oder Schwingungsfrequenzen ω werden ebenfalls insbesondere drahtlos, insbesondere per Funk, an die Auswerte- und/oder Steuereinheit, insbesondere einen Rechner, vorzugsweise einen PC, der dem Bedienungspersonal bedienbar zur Verfügung steht übertragen. Hierbei ist dann dem jeweiligen Schwingungssensor oder den Schwingungssensoren mindestens ein Funkmodul zugeordnet und an dieses oder dies angeschlossen.By means of the vibration sensors arranged in the lance head for determining the oscillation amplitude A and / or the oscillation frequency ω of a gas blowing lance, in particular oxygen blowing lance, is a continuous measurement of the amplitude and / or the frequency of the vibrations and, consequently, a monitoring of the slag height in the converter or metallurgical Vessel possible. At a low slag height, the frequency spectrum is dominated by harmonic natural vibrations of the lance. At a high slag level, the lance is enveloped by the slag. This creates and increases a caused by the slag stochastic component of the vibrations. The formation of the decay at the lance tip also changes their mass. By measuring natural frequencies, the amount of adhering slag or steel can be estimated and an early decision made regarding a lance change. The measured oscillation amplitudes A and / or oscillation frequencies ω are also transmitted in particular wirelessly, in particular by radio, to the evaluation and / or control unit, in particular a computer, preferably a PC, which is operable by the operating personnel. In this case, at least one radio module is then assigned to the respective vibration sensor or the vibration sensors and connected to this or this.
Nach einem vierten Aspekt sind innerhalb des Lanzenkopfes Fotodioden, Fotodetektoren oder Lichtsensoren, insbesondere CCD (Charge Coupled Device) -Sensoren oder CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductors; Metall-Oxid-Halbleiter)-Sensoren angeordnet, die während eines Blasprozesses im Lanzenkopf die bei einem Zünden der Sauerstoffstrahlen die auftretenden optischen Emissionen detektieren. Damit ist es möglich, den Zeitpunkt des Zündens einer Sauerstoffblaslanze zeitnah zu erfassen, wobei die Fotodiode oder der mindestens eine optische Sensor oder Detektor derart innerhalb der Blaslanze angeordnet ist, dass die durch das Zünden der Sauerstoffstrahlen hervorgerufenen optischen Emissionen des Brennflecks von dem Sensor innerhalb der Blaslanze erfasst werden können. Die hierbei ermittelten Messsignale können dann in der zugeordneten Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit weiterverarbeitet werden. Auch in diesem Fall erfolgt die Messsignal- und damit Datenübertragung durch ein Kabel oder drahtlos per Funk. Ebenso ist die Energieversorgung der drahtlosen optischen Sensorik mit Hilfe von Batterien, Akkus oder eines Energie-Harvesting-Moduls möglich.According to a fourth aspect, photodiodes, photodetectors or light sensors, in particular CCD (Charge Coupled Device) sensors or CMOS (metal oxide semiconductor) sensors are arranged within the lance head, which during a blowing process in the lance head at a Igniting the oxygen beams detect the occurring optical emissions. Thus, it is possible to detect the time of ignition of a Sauerstoffblaslanze promptly, wherein the photodiode or the at least one optical sensor or detector is disposed within the lance that caused by the ignition of the oxygen rays optical emissions of the focal spot from the sensor within the Blowgun can be detected. The measurement signals determined in this case can then be further processed in the assigned evaluation and / or process control unit. Also in this case, the measurement signal and thus data transmission takes place by a cable or wirelessly by radio. Likewise, the power supply of wireless optical sensors with the help of batteries, batteries or an energy harvesting module is possible.
Unmittelbar im Lanzenkopf sind die Lichtsensoren (CCD-Sensoren, CMOS-Sensoren) oder eine solche Sensoren oder Dioden oder Detektoren aufweisende Kamera zur Bestimmung des Zeitpunktes der Zündung beim Sauerstoffblasverfahren installiert. Hierbei ist vorgesehen, ein oder mehrere Lichtsensoren im Inneren der Blaslanze, vorzugsweise im Blaslanzenkopf, anzuordnen, um den genauen Zeitpunkt der Zündung ermitteln zu können. Die beim Zünden der Sauerstoffstrahlen hervorgerufene optische Emission wird von dem Sensor oder den Sensoren innerhalb der Blaslanze im Lanzenkopf erfasst und die ermittelten Messsignale und damit verbundenen Informationen werden an die Auswerte- und/oder Steuereinheit, insbesondere einen Rechner oder PC, leitungsgebunden mit Hilfe eines Kabels oder drahtlos per Funk übertragen. Immediately in the lance head are the light sensors (CCD sensors, CMOS sensors) or such sensors or diodes or detectors having camera installed to determine the timing of the ignition in the oxygen blowing process. In this case, it is provided to arrange one or more light sensors in the interior of the lance, preferably in the lance head, in order to be able to determine the exact time of the ignition. The optical emission caused when the oxygen beams are ignited is detected by the sensor or the sensors within the lance in the lance head and the determined measurement signals and associated information are conducted to the evaluation and / or control unit, in particular a computer or PC, with the aid of a cable or wirelessly transmitted.
Zur Erzielung des vorstehend erwähnten vierten Aspektes der Erfindung zeichnet sich das Verfahren in Ausgestaltung dadurch aus, dass mittels mindestens eines im Lanzenkopf im Bereich der mindestens einen Überschalldüse angeordneten Lichtsensors, insbesondere CCD- oder CMOS-Sensors, oder mindestens einer damit ausgestatteten Kamera während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, im Lanzenkopf die bei einem Zünden der Sauerstoffstrahlen auftretende(n) optische(n) Emission(en) detektiert wird/werden. Ebenso ist hierfür in Ausgestaltung des Messsystems vorgesehen, dass im Lanzenkopf im Bereich der mindestens einen Überschalldüse mindestens ein Lichtsensor, insbesondere ein CCD- oder CMOS-Sensor, oder mindestens eine damit ausgestattete Kamera angeordnet ist, der leitungsmäßig mit der Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit in Verbindung steht und der während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, im Lanzenkopf die bei einem Zünden der Sauerstoffstrahlen auftretende(n) optische(n) Emission(en) detektiert und/oder misst und das oder die dabei erhaltene(n) Messsignal(e) während des Betriebes der Blaslanze der an den mindestens einen Lichtsensor, insbesondere CCD- oder CMOS-Sensor, oder die mindestens eine Kamera angeschlossenen Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit vorzugsweise online zuführt und zur Steuerung des Betriebes der Blaslanze bereitstellt.In order to achieve the abovementioned fourth aspect of the invention, the method is characterized in that by means of at least one in the lance head in the region of the at least one supersonic nozzle arranged light sensor, in particular CCD or CMOS sensor, or at least one camera equipped therewith during operation the lance, in particular during a blowing process, preferably oxygen blowing process, in the lance head, the occurring at an ignition of the oxygen jets (s) optical (s) emission (s) is / are detected. It is likewise provided for this purpose in an embodiment of the measuring system that at least one light sensor, in particular a CCD or CMOS sensor, or at least one camera equipped therewith is arranged in the lance head in the region of the at least one supersonic nozzle, which line is connected to the evaluation and / or process control unit is in communication and during the operation of the lance, in particular during a blowing process, preferably Sauerstoffblasprozesses, in the lance head, the occurring at an ignition of the oxygen rays optical (s) emission (s) detected and / or measures and the one or more obtained (n) measuring signal (s) during operation of the lance of the at least one light sensor, in particular CCD or CMOS sensor, or the at least one camera connected evaluation and / or process control unit preferably online feeds and provides for controlling the operation of the lance ,
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach dem vierte Aspekt, lässt sich eine genaue Bestimmung des Zündzeitpunktes durchführen, dies bei jeweils einer Überschalldüse einer Mehrlochblaslanze zugeordnetem Sensor/Detektor auch differenziert nach den einzelnen Sauerstoffstrahlen.With the embodiment according to the invention according to the fourth aspect, an accurate determination of the ignition time can be carried out, this also differentiated according to the individual oxygen jets in each case a supersonic nozzle of a Mehrlochblaslanze associated sensor / detector.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung richtet sich darauf, den Ortspunkt der Zündung beim Sauerstoffblasverfahren zu detektieren und/oder zu messen. Diesbezüglich sollen unmittelbar im Lanzenkopf Lichtsensoren, insbesondere CCD- oder CMOS-Sensoren oder Detektoren, Fotodioden oder Fotodetektoren oder eine damit ausgestattete Kamera angeordnet sein, deren einfallendes Licht empfangenden Sensorflächen optisch durch eine Mündungsöffnung der Blaslanze und insbesondere die Mündungsöffnung einer zugeordneten Überschalldüse optisch hindurchgehend ausgerichtet sind. Die derart im Lanzenkopf installierten Lichtsensoren dienen der Bestimmung des Ortspunktes der Zündung beim Sauerstoffblasverfahren. Bei Verwendung mehrerer gerichteter optischer Sensoren oder der Verwendung einer Kamera lässt sich neben dem Zündzeitpunkt damit auch bei üblicherweise verwendeten Mehrlochblaslanzen der Ort des Zündens ermitteln. Da üblicherweise ein Blaslanzenkopf mehrere Überschalldüsen enthält, kann ein Lichtsensor einer Düse zugeordnet werden. Auf diese Weise entsteht die Möglichkeit einer differenzierten Erkennung des Zündens der Sauerstoffstrahlen, da bei Auftreffen eines Sauerstoffstrahls auf flüssiges Roheisen ein Brennfleck entsteht, während bei Auftreffen des Brennfleckes auf Schrott kein Brennfleck entsteht, so dass sich die jeweils detektierten Bereiche hinsichtlich ihrer optischen Emission(en) unterscheiden. Der Vorteil der Installation im Inneren der Blaslanze ist, dass die Ausblicköffnung der Kamera oder der Sensoren durch Spülung mittels Sauerstoff freigehalten wird. Die erhaltenen Messsignale können dann wiederum leitungsgebunden oder per Funk an die Auswerte- und/oder Steuereinheit, insbesondere einen Rechner oder PC übertragen und dort zur Verfahrenssteuerung verwendet werden. Dieser fünfte Aspekt der Erfindung besteht also darin, den Zündort des Sauerstoffstrahles zu erfassen, indem ein optische Sensor oder Detektor derart innerhalb einer Blaslanze angeordnet wird, dass er die durch das Zünden des Sauerstoffstrahlen hervorgerufenen optischen Emissionen des Brennfleckes innerhalb der Blaslanze erfassen kann, so dass die erhaltenen Messsignale oder Informationen dann in der zugeordneten Auswerte- und/oder Steuereinheit weiterverarbeitet werden können. Die Datenübertragung erfolgt leitungsgebunden durch ein Kabel oder drahtlos per Funk. Auch in diesem Fall kann die Energieversorgung der drahtlosen optischen Sensorik mit Hilfe von Batterien, Akkus oder eines Energie-Harvesting-Moduls erfolgen, wobei der oder die Detektor(en) oder Sensor(en) mittels eines in der Blaslanze angeordneten Energie-Harvesting-Moduls mit elektrischer Energie versorgt wird/werden. A fifth aspect of the invention is directed to detecting and / or measuring the location of ignition in the oxygen blowing process. In this regard, light sensors, in particular CCD or CMOS sensors or detectors, photodiodes or photodetectors or a camera equipped therewith are to be arranged directly in the lance head whose optically receiving sensor surfaces are optically aligned through an orifice of the lance and, in particular, the orifice of an associated supersonic nozzle , The light sensors thus installed in the lance head serve to determine the location of the ignition during the oxygen blowing process. When using several directed optical sensors or the use of a camera can be next to the ignition so that also determine the location of the ignition in commonly used Mehrlochblaslanzen. Since usually a lance head contains several supersonic nozzles, a light sensor can be assigned to a nozzle. In this way, there is the possibility of a differentiated detection of the ignition of the oxygen jets, since upon striking an oxygen jet to liquid pig iron, a focal spot is formed, while incidence of the focal spot on scrap no focal spot is formed, so that the respective detected areas with respect to their optical emission (s ). The advantage of installing inside the lance is that the viewing aperture of the camera or sensors is kept clean by flushing with oxygen. The measurement signals obtained can then in turn be wired or transmitted by radio to the evaluation and / or control unit, in particular a computer or PC and used there for process control. This fifth aspect of the invention thus consists in detecting the ignition location of the oxygen jet by arranging an optical sensor or detector within a lance in such a way that it can detect the optical emissions of the focal spot within the lance caused by the ignition of the oxygen beams the received measurement signals or information can then be further processed in the associated evaluation and / or control unit. The data transmission is conducted by cable or wirelessly by radio. In this case as well, the power supply of the wireless optical sensor system can take place with the aid of batteries, rechargeable batteries or an energy harvesting module, wherein the detector (s) or sensor (s) are arranged by means of an energy harvesting module arranged in the lance is / are supplied with electrical energy.
Zur Realisierung dieses fünften Aspektes der Erfindung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass mittels mindestens eines im Lanzenkopf im Bereich der mindestens einen Überschalldüse angeordneten und optisch durch eine Mündungsöffnung der Blaslanze hindurchgehend ausgerichteten Lichtsensors, insbesondere CCD- oder CMOS-Sensors, oder mindestens einer damit ausgestatteten Kamera während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, im Lanzenkopf außerhalb der Blaslanze auftretende optische Emissionen detektiert werden.To realize this fifth aspect of the invention, the method according to the invention is characterized in that by means of at least one in the lance head in the region of the at least one supersonic nozzle and optically through a mouth opening of the lance continuously aligned light sensor, in particular CCD or CMOS sensor, or at least one equipped camera during operation of the lance, in particular during a blowing process, preferably oxygen blowing process occurring in the lance head outside the lance optical emissions are detected.
Ebenso zeichnet sich das Messsystem zur Realisierung dieses fünften Aspektes der Erfindung dadurch aus, dass im Lanzenkopf im Bereich der mindestens einen Überschalldüse mindestens ein Lichtsensor, insbesondere ein CCD- oder CMOS-Sensor, oder mindestens eine damit ausgestattete Kamera angeordnet ist, der/die optische durch eine Mündungsöffnung der Blaslanze hindurchgehend ausgerichtet ist und der/die leitungsmäßig mit der Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit in Verbindung steht und der während des Betriebs der Blaslanze, insbesondere während eines Blasprozesses, vorzugsweise Sauerstoffblasprozesses, im Lanzenkopf außerhalb der Blaslanze auftretende optische Emissionen detektiert und/oder misst und das oder die dabei erhaltene(n) Messsignal(e) während des Betriebes der Blaslanze der an den mindestens einen Lichtsensor () oder die mindestens eine Kamera angeschlossenen Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit vorzugsweise online zuführt und zur Steuerung des Betriebes der Blaslanze bereitstellt.Likewise, the measuring system for realizing this fifth aspect of the invention is characterized in that at least one light sensor, in particular a CCD or CMOS sensor, or at least one camera equipped therewith is arranged in the lance head in the region of the at least one supersonic nozzle is aligned through a mouth opening of the lance and the / is in line with the evaluation and / or process control unit and the detected during the operation of the lance, in particular during a blowing process, preferably Sauerstoffblasprozesses, occurring in the lance head outside the lance optical emissions and and / or measures and / or during the operation of the blowing lance the measuring signal (s) obtained during the operation of the blowing lance are fed online to the evaluation and / or process control unit connected to the at least one light sensor (10) or the at least one camera and for controlling the operation of the B lance provides.
Hierbei ist es dann besonders zweckmäßig, wenn bei einer mehrere Überschalldüse aufweisenden Mehrlochlanze jeder Überschalldüse jeweils mindestens ein Detektor oder Sensor zugeordnet wird oder bei einer entsprechenden Blaslanze des Messsystems zugeordnet ist.In this case, it is particularly expedient if, in the case of a multi-hole lance having a plurality of supersonic nozzles, at least one detector or sensor is associated with each supersonic nozzle or is assigned to a corresponding lance of the measuring system.
In weiterer Ausgestaltung sehen das Verfahren sowie das Messsystem vor, dass der Blaslanze ein oder mehrere Detektor(en) oder Sensor(en) aus der Gruppe der Drucksensoren, Temperatursensoren, Schwingungssensoren und/oder Lichtsensoren zugeordnet wird/werden, oder dass die Blaslanze einen oder mehrere Detektor(en) oder Sensor(en) aus der Gruppe der Drucksensoren, Temperatursensoren, Schwingungssensoren und/oder Lichtsensoren aufweist.In a further embodiment, the method and the measuring system provide that the lance is / are assigned to one or more detector (s) or sensor (s) from the group of pressure sensors, temperature sensors, vibration sensors and / or light sensors, or that the lance has one or more lances a plurality of detector (s) or sensor (s) from the group of pressure sensors, temperature sensors, vibration sensors and / or light sensors.
Die Messdatenübertragung an die Auswerteeinheit, beispielsweise einen PC, und die Energieversorgung der Messsensoren oder -detektoren kann beispielsweise durch ein Kabel realisiert werden. Beim Wechsel der Blaslanze wird aber üblicherweise der Lanzenkopf oder das untere Teil der Lanze aufgrund von Verschleiß, Verbärungen oder Beschädigungen abgetrennt. Hierbei besteht bei leitungsgebundener Energieversorgung die Gefahr, dass das Kabel durchgeschnitten wird. Eine drahtlose Messsignal- und Messdatenübertragung ist daher besonders vorteilhaft. Diese kann beispielsweise durch eine Funkübertragung realisiert werden. In diesem Fall kann für die Sicherstellung der Energieversorgung der jeweilige Sensor oder Detektor mit einer Batterie oder einem Energie-Harvesting-Modul ausgestattet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich daher in Weiterbildung dadurch aus, dass das oder die erhaltene(n) Messsignal(e) von dem Detektor und/oder Sensor leitungsgebunden mittels eines in oder an der Blaslanze angeordneten Kabels oder drahtlos mittels eines mit dem Detektor und/oder Sensor verbundenen und in der Blaslanze angeordneten Funkmoduls der Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit zugeführt wird/werden.The measurement data transmission to the evaluation unit, for example a PC, and the power supply of the measurement sensors or detectors can be realized for example by a cable. When changing the lance but usually the lance head or the lower part of the lance is separated due to wear, exacerbations or damage. In this case there is a risk in cable-bound power supply that the cable is cut. A wireless measurement signal and measurement data transmission is therefore particularly advantageous. This can be realized for example by a radio transmission. In this case, to secure the power supply, the respective sensor or detector may be equipped with a battery or an energy harvesting module. The method according to the invention is therefore characterized in a further embodiment in that the measurement signal (s) obtained are conducted by the detector and / or sensor by means of a cable arranged in or on the lance or wirelessly by means of a detector and / or Sensor connected and arranged in the lance radio module of the evaluation and / or process control unit is / is supplied.
Hierbei ist es in vorteilhafter Weise zudem möglich, dass der oder die Detektor(en) oder Sensor(en) mittels eines in der Blaslanze angeordneten Energie-Harvesting-Moduls mit elektrischer Energie versorgt wird/werden. In this case, it is also possible in an advantageous manner for the detector (s) or sensor (s) to be supplied with electrical energy by means of an energy harvesting module arranged in the lance.
Das Messsystem zeichnet sich in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung schließlich noch dadurch aus, dass der oder die Detektor(en) oder Sensor(en) leitungsgebunden mittels eines in oder an der Blaslanze angeordneten Kabels oder drahtlos mittels eines in der Blaslanze angeordneten Funkmoduls mit der Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit verbunden ist/sind, wobei insbesondere der oder die drahtlos mit der Auswerte- und/oder Prozesssteuereinheit verbundene(n) Detektor(en) oder Sensor(en) vorzugsweise mit einem in der Blaslanze angeordneten Energie-Harvesting-Modul verbunden ist/sind.Finally, in an advantageous development of the invention, the measuring system is distinguished by the fact that the detector (s) or sensor (s) are conductively bound by means of a cable arranged in or on the lance or wirelessly by means of a radio module arranged in the lance with the evaluation unit. and / or process control unit is / are connected, wherein in particular the one or more wirelessly connected to the evaluation and / or process control unit (s) detector or sensor (s) is preferably connected to a arranged in the lance energy harvesting module /are.
Die vorstehend aufgeführten Detektoren und/oder Sensoren können somit mit einer drahtlosen Informations- und/oder Energieübertragung ausgestattet innerhalb der Blaslanze angeordnet sein. Dadurch wird der Aufwand bei einer Neuinstallation der Sensoren und/oder Detektoren geringer als bei leitungs- oder kabelgebundenen Sensoren oder Detektoren. Von Vorteil ist dieser geringere Aufwand bei der Neuinstallation insbesondere dann, wenn die Blaslanze oberhalb der Sensoren, beispielsweise aufgrund von an der Blaslanze vorhandenen Verbärungen, zertrennt werden und ein neues Lanzenteil angeschweißt werden muss. Die in diesem Sinne drahtlos ausgebildeten Sensoren können zur Vermeidung des Wechselns der Energiequelle mit einer Energie-Harvesting-Energiequelle bzw. einem Energie-Harvesting-Modul ausgestattet sein. In der Lanze kann als Energiequelle beispielsweise ein Generator dienen, der seine Energie aus der Gasströmung oder der Schwingung der Lanze schöpft. Im Falle einer Schwingungsmessung kann die Energie beim Einsatz eines Energie-Harvesting-Moduls beispielsweise aus der sich aus den Schwingungen der Blaslanze ergebenden Energie bezogen werden.The detectors and / or sensors listed above can thus be arranged equipped with a wireless information and / or energy transmission within the lance. As a result, the expense of reinstalling the sensors and / or detectors is less than with wired or wired sensors or detectors. This lower cost of reinstallation is particularly advantageous when the lance above the sensors, for example, due to existing at the lance lances, be broken and a new lance part must be welded. The wirelessly designed in this sense sensors can be equipped to avoid the change of the power source with an energy harvesting power source or an energy harvesting module. In the lance can serve as a source of energy, for example, a generator that draws its energy from the gas flow or the vibration of the lance. In the case of a vibration measurement, the energy can be obtained when using an energy harvesting module, for example, from the resulting from the vibrations of the lance energy.
Bei der Verwendung mehrerer gezielt ausgerichtet angeordneter optischer Sensoren oder Detektoren oder einer damit ausgestatteten Kamera lässt sich neben dem Zündzeitpunkt auch bei üblicherweise verwendeten Mehrlochblaslanzen der Ort des Zündens ermitteln. Da ein Blaslanzenkopf üblicherweise mehrere Überschalldüsen enthält, kann jeder Überschalldüse ein entsprechender Lichtsensor oder -detektor zugeordnet werden. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit einer differenzierten Erkennung des Zündens der Sauerstoffstrahlen.When using a plurality of selectively aligned optical sensors or detectors or a camera equipped with it, the location of the ignition can be determined in addition to the ignition even with commonly used Mehrlochblaslanzen. Since a lance head usually contains a plurality of supersonic nozzles, each supersonic nozzle can be associated with a corresponding light sensor or detector. In this way, there is the possibility of a differentiated detection of the ignition of the oxygen jets.
Mit Hilfe der Auswerte- und/oder Steuereinheit lassen sich die durch die Sensoren und/oder Detektoren detektierten oder gemessenen oder ermittelten Messsignale oder daraus abgeleitete Informationen auswerten und für die Steuerung des Prozesses und das Betreiben der zugrunde liegenden Modell nutzen.With the aid of the evaluation and / or control unit, the measurement signals detected or measured or determined by the sensors and / or detectors can be evaluated and used for the control of the process and the operation of the underlying model.
Die Erfindung ist nachstehend anhand an einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt inThe invention is explained in more detail below by way of example with reference to a drawing. This shows in
Die
Über eine Rohrleitungen oder Schläuche umfassende Zuführleitung
Im metallurgischen Gefäß
Die Erfassung des Eintrittsdrucks p0t und der Eintrittstemperatur T0t erfolgt mittels mindestens eines Detektors oder Sensors
Schematisch ist die Anordnung des mindestens einen Sensors oder Detektors
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der
Die mittels des mindestens einen Detektors oder Sensors
Bei dem mindestens einen Detektor oder Sensor
Im Lanzenkopf
Als Lichtsensoren ausgebildete Detektoren oder Sensoren
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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