DE10207395A1 - Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der momentanen Flüssigmetall-Badspiegelhöhe in einem metallurgischen Gefäß - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der momentanen Flüssigmetall-Badspiegelhöhe in einem metallurgischen Gefäß

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Abstract

Ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen der momentanen Flüssigmetall-Badspiegelhöhe (11) in einem metallurgischen Gefäß (12), das mit einer Ausmauerung (13) versehen ist, wird unter Anwendung einfachster Mittel dahingehend vorgeschlagen, dass die an einen unter Einbeziehung des metallischen Gefäßmantels (12b) gebildeten elektrischen Messkreis (15) anschließbare Mess-Sonde (14) bis auf den Badspiegel abgesenkt wird und abhängig von dem pro Zeiteinheit zurückgelegten Absenkweg (24) und einer bei Berührung der Schlackenschicht (18) und/oder des Flüssigmetalls (19) eintretenden Änderung der elektrischen oder thermischen Leitfähigkeit von Schlacke und/oder Flüssigmetall (19) ein Mess-Signal erzeugt und die Badspiegelhöhe (11) angezeigt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen der momentanen Flüssigmetall-Badspiegelhöhe in einem metallurgischen Gefäß, insbesondere in einem Elektrolichtbogen-Ofen oder in einem Konverter für flüssigen Stahl, das mit einer ein Verschleißfutter aufweisenden Ausmauerung versehen ist, durch Einfahren einer Mess-Sonde.
  • Ein solches Verfahren zum Messen der Höhe des Badspiegels eines unter einer Schlackeschicht befindlichen Metallbades in einem Konverter, ist aus der DE 38 22 705 bekannt. Diese Gestaltung geht von der Erkenntnis aus, dass die unterschiedliche Leitfähigkeit des elektrischen Stromes für das Metallbad einerseits und für die Schlacke andererseits für die Badstandsmessung nur unzureichend ausgenutzt werden könne. Mit Hilfe der verwendeten Mess-Sonde werde beim langsamen Herausfahren der Mess-Sonde aus dem Metallbad die Leitfähigkeit gemessen und ihre Änderung beim Übergang der Mess-Sonde vom Metallbad in die Schlackeschicht registriert, die als Indikator für die Höhe des Badspiegels anzusehen sei. Das bekannte Verfahren sei jedoch bei Turbulenzen und Gasblasen und hohen Badtemperaturen störanfällig und daher wenig geeignet und führe zu ungenauen und nicht eindeutigen Messergebnissen. Die Lösung dieses Problems sieht die bekannte Gestaltung in ihrer EMK-Zelle (für den Sauerstoff-Partialdruck) und einem Thermoelement, einer mit einer Schutz-Kappe geschützten Mess-Sonde, die bezogen auf einen außerhalb des Konverters gelegene Ausgangsstellung bis zu einer als Fixpunkt vorbestimmten Tiefe mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/s oder mehr in das Metallbad eingetaucht wird, und nach dem Aufschmelzen der Schutzkappe der Sauerstoff- Partialdruck und die Temperatur des Metallbades gemessen werden. Während der mit einer langsameren Geschwindigkeit erfolgenden Aufwärtsbewegung der Mess- Sonde wird der Sauerstoff-Partialdruck und die Temperatur als Funktion der von der Mess-Sonde in dem Metallbad von dem gewählten Fixpunkt aus zurückgelegten Wegstrecke gemessen und abhängig von einer Änderung des Sauerstoff- Partialdrucks und der Temperatur von dem Fixpunkt aus die zurückgelegte Wegstrecke als Maß für die Badstandshöhe erfasst.
  • Ein solches Verfahren setzt nicht nur eine äußerst komplizierte und kostspielige Mess-Sonde und ein tiefes und langzeitiges Eintauchen in die Badschmelze voraus, sondern ist auch in seinem Ablauf kompliziert und nicht genauer und sicherer als bisher bekannte Verfahren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Anwendung einfachster Mittel ein Verfahren vorzuschlagen, das sowohl ohne als auch mit Schlackenschicht funktionsfähig ist und als einziges, sicheres Messergebnis die Badhöhe misst.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die an einen unter Einbeziehung des metallischen Gefäßmantels gebildeten elektrischen Messkreis anschließbare Mess-Sonde bis auf den Badspiegel abgesenkt wird und abhängig von dem pro Zeiteinheit zurückgelegten Absenkweg und bei einer Berührung der Schlackenschicht und/oder des Flüssigmetalls eintretenden Änderung der elektrischen oder thermischen Leitfähigkeit von Schlacke und/oder Flüssigmetall ein Mess- Signal erzeugt und die Badspiegelhöhe angezeigt wird. Für dieses Verfahren ist nur eine einfache, kostengünstige Mess-Sonde erforderlich, wobei die Messung in kurzer Zeit ein genaues und sicheres Mess-Ergebnis liefert, das nicht mit Fehlern behaftet ist und nach kurzer Zeit, falls notwendig, wiederholt werden kann. Ein langzeitiges Eintauchen der Mess-Sonde ist ebenfalls nicht erforderlich. Das Verfahren kann mit oder ohne vorhandener Schlackenschicht angewendet werden.
  • Das Mess-Ergebnis kann in Verbindung mit weiteren Prozess-Schritten derart erzielt werden, dass die Mess-Sonde zusammen mit einer Blaslanze oder einer Lafette (eines Sublanzen-Systems) abgesenkt wird.
  • Die Genauigkeit des Verfahrens wird außerdem dadurch gewährleistet, dass die Ausgangshöhe der Mess-Sonde vor dem ersten Befüllen des metallurgischen Gefäßes geeicht wird.
  • Eine Ausgestaltung sieht ferner vor, dass der Messkreis auf Leitfähigkeitswerte der Schlackeschicht von ca. κ = 200 S/m, des Flüssigmetalls von ca. κ = 800.103 S/m und von Feuerfestmaterial von ca. κ = 400 S/m abgestimmt wird.
  • Die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens kann ebenso wirtschaftlich und wenig aufwendig gestaltet werden. Zur Lösung der Aufgabe in vorrichtungstechnischer Sicht wird vorgeschlagen, dass die Mess-Sonde mittels einer Halterung über dem Flüssigmetall von einer Ausgangshöhe mit einer fest bestimmten Absenkgeschwindigkeit zumindest bis zur Berührung einer Schlackenschicht und/oder dem Flüssigmetall-Badspiegel absenkbar ist und dass die Mess-Sonde innerhalb eines durch die Schlackeschicht und/oder das Flüssigmetall und den metallischen Gefäßmantel schließbaren Messkreis angeordnet ist. Die Mess-Sonde kann einfach und wirtschaftlich hergestellt werden und das erzielbare Messergebnis ist sicher und genau.
  • Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, dass die Halterung für die Mess-Sonde aus einer Verbindung mit einer Blaslanze besteht. Dadurch wird nicht nur eine wenig aufwendige Halterung geschaffen, sondern gleichzeitig der Vorteil für den Frischprozess gewonnen, nach der Messung der Badhöhe sofort den Aufblasvorgang zu beginnen, wobei die Badspiegelhöhe ohne zeitliche Verzögerung dem Aufblasvorgang zugrunde gelegt werden kann.
  • Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass an dem Messkreis ein Messgerät für den Absenkweg der Mess-Sonde in Abhängigkeit des Stromverlaufs (bei konstanter Spannung) oder des Spannungsverlaufs (bei konstantem Strom) angeschlossen ist. Das Messgerät kann daher die Badspiegelhöhe unmittelbar anzeigen.
  • Nach anderen Merkmalen wird vorgeschlagen, dass die Mess-Sonde an der Spitze der Blaslanze mit einem vorstehenden Längenabschnitt befestigt ist. Dadurch kann dieser Längenabschnitt als verlorener Teil nach der Messung angesehen werden, was für den entstehenden Aufwand unbeachtlich ist.
  • Die Anwendung des Mess-Verfahrens und der Vorrichtung ist nicht auf Stahlwerkskonverter und ähnliche metallurgische Gefäße beschränkt. So ist weiter vorgesehen, dass die Mess-Sonde für einen Elektrolichtbogen-Ofen an einer Blaslanze, die durch eine seitliche Öffnung des Ofenoberteils schräg einführbar ist, angeordnet ist. Dabei kann der schräge Winkel bei der Anzeige am Messgerät mit berücksichtigt werden.
  • Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und die beliebige Wiederholbarkeit der Messung sowie die Anfertigung der Mess-Sonde beruhen darauf, dass die Mess-Sonde aus einem abgelängten, elektrisch leitenden Metallstück besteht.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 einen Querschnitt durch den Unterofen eines Elektrolichtbogen-Ofens mit dem Verfahrensablauf und dem Messkreis,
  • Fig. 1A ein Diagramm des Verfahrensablaufs der sich einstellenden Stromstärke über dem von der Spitze der Mess-Sonde zurückgelegten Weg und damit die jeweilige Position der Spitze und
  • Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Elektrolichtbogen-Ofen mit Blaslanze und Mess-Sonde, die schräg eingeführt werden.
  • Das Verfahren zum Bestimmen der momentanen Flüssigmetall-Badspiegelhöhe 11 in einem metallurgischen Gefäß 12, das aus einem Elektrolichtbogen-Ofen 12a oder einem Stahlwerkskonverter besteht, die eine mit einem Verschleißfutter versehene Ausmauerung 13 aufweisen, wird auf der Basis einer absenkbaren Mess-Sonde 14 ausgeübt.
  • In einem Messkreis 15 (Fig. 1) ist der metallische Gefäßmantel 12b einbezogen, die Mess-Sonde 14 und (im Ausführungsbeispiel) eine Blaslanze 16. Der Gefäßmantel 12b und der Messkreis 15 sind zusammen durch eine Erdung 17 geschlossen. Die Mess-Sonde 14 wird mit vorherbestimmter Geschwindigkeit (m/min) von einer geeichten Lage 1 in eine Lage 2 bis auf die Schlackenschicht 18 kontinuierlich abgesenkt, wobei sich (Fig. 1A) in der Lage 1 ein Strom von Null Ampere einstellt, der bei Berührung der Schlackenschicht 18 in der Lage 2 mit dem Abschnitt A (mit Schlackenschicht) bis in die Lage 3 ansteigt, in der die Berührung der Mess-Sonde 14 mit dem Flüssigmetall 19 stattfindet. Der Strom J steigt entsprechend steil an, wobei die Messung bereits abgeschlossen ist.
  • Von erheblicher Bedeutung ist, dass das Steigungsmaß der Kurve A zwischen den Lagen 2 und 3 der Mess-Sonde 14 sowie darüber hinaus eine Aussage über den Zustand (z. B. die chemische Zusammensetzung der Schlacke und des Bades) in 1. Näherung beschreibt.
  • Bei Berührung des Flüssigmetalls 19 verläuft der Strom J im Abschnitt B (ohne Schlackenschicht 18) und löst das entsprechende Signal früher aus.
  • Die Mess-Sonde 14 kann, wie gezeichnet, zusammen mit der Blaslanze 16 oder aber an einem separaten Gestell mit ihrer Spitze 14a voraus abgesenkt werden. Die Ausgangshöhe 22 der Mess-Sonde 14 in der Lage 1 ist vor dem ersten Befüllen des metallurgischen Gefäßes 12 geeicht worden und wird in dem Messkreis 15 registriert und als Basis benutzt. Der in der Fig. 1A dargestellte Verlauf der Stromkurve beruht auf dem Leitfähigkeitswert des elektrischen Stroms in der Schlackenschicht 18 mit κ = 200 S/m und des Flüssigmetalls 19 mit κ = 800.103 S/m, auf die der Messkreis 15 abgestimmt ist.
  • Die Mess-Sonde 14 bildet (Fig. 1) mit einer Halterung 20 eine Verbindung 21, z. B. an der Blaslanze 16. Dabei befindet sich die Mess-Sonde 14 (Lage 1) in der Ausgangshöhe 22.
  • An den Messkreis 15 ist ein Messgerät 23 für den Absenkweg 24 der Mess-Sonde 14 in Abhängigkeit des Stromverlaufs 25 angeschlossen.
  • Die Mess-Sonde 14 bildet an der Spitze 16a der Blaslanze 16 einen vorstehenden Längenabschnitt 26. Dabei besteht die Mess-Sonde 14 aus einem einfachen, abgelängten, elektrisch leitfähigen Metallstück 27.
  • Gemäß Fig. 2 ist die Mess-Sonde 14 für den Elektrolichtbogen-Ofen 12a an der Blaslanze 16 angeordnet, die durch eine Öffnung 28 des Ofenoberteils 29 schräg eingeführt wird. Bezugszeichenliste 1 Lage der Mess-Sonde in Luft
    2 Lage der Mess-Sonde in der Schlackenschicht
    3 Lage der Mess-Sonde im Flüssigmetall
    A Kurve mit Schlackenschicht
    B Kurve ohne Schlackenschicht
    11 Flüssigmetall-Badspiegelhöhe
    12 metallurgisches Gefäß
    12a Elektrolichtbogen-Ofen
    12b Gefäßmantel
    13 Ausmauerung
    14 Mess-Sonde
    14a Spitze
    15 Messkreis
    16 Blaslanze
    16a Spitze
    17 Erdung
    18 Schlackenschicht
    19 Flüssigmetall
    20 Halterung
    21 Verbindung
    22 Ausgangshöhe
    23 Messgerät
    24 Absenkweg
    25 Stromverlauf
    26 Längenabschnitt
    27 Metallstück
    28 seitliche Öffnung
    29 Oberofenteil

Claims (10)

1. Verfahren zum Bestimmen der momentanen Flüssigmetall-Badspiegelhöhe in einem metallurgischen Gefäß, insbesondere in einem Elektrolichtbogenofen oder in einem Konverter für flüssigen Stahl, das mit einer ein Verschleißfutter aufweisenden Ausmauerung versehen ist, durch Einfahren einer Mess-Sonde, dadurch gekennzeichnet, dass die an einen unter Einbeziehung des metallischen Gefäßmantels gebildeten elektrischen Messkreis anschließbare Mess-Sonde bis auf den Badspiegel abgesenkt wird und abhängig von dem pro Zeiteinheit zurückgelegten Absenkweg und einer bei Berührung der Schlackenschicht und/oder des Flüssigmetalls eintretenden Änderung der elektrischen oder thermischen Leitfähigkeit von Schlacke und/oder Flüssigmetall ein Mess-Signal erzeugt und die Badspiegelhöhe angezeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-Sonde zusammen mit einer Blaslanze oder einer Lafette abgesenkt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangshöhe der Mess-Sonde vor dem ersten Befüllen des metallurgischen Gefäßes geeicht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkreis auf Leitfähigkeitswerte der Schlackeschicht von ca. κ = 200 S/m, des Flüssigmetalls von ca. κ = 800.103 S/m und des Feuerfestmaterials von ca. κ = 400 S/m abgestimmt wird.
5. Einrichtung zur Bestimmung der momentanen Flüssigmetall-Badspiegelhöhe in einem metallurgischen Gefäß, insbesondere in einem Elektrolichtbogen- Ofen oder in einem Konverter mit flüssigem Stahl, das mit einer ein Verschleißfutter aufweisenden Ausmauerung versehen ist, und mit einer höhenverstellbaren Mess-Sonde, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-Sonde (14) mittels einer Halterung (20) über dem Flüssigmetall (19) von einer Ausgangshöhe (22) mit einer fest bestimmten Absenkgeschwindigkeit zumindest bis zur Berührung einer Schlackenschicht (18) und/oder der Flüssigmetall-Badspiegelhöhe (11) absenkbar ist und dass die Mess- Sonde (14) innerhalb eines durch die Schlackenschicht (18) und/oder das Flüssigmetall (19) und den metallischen Gefäßmantel (12b) schließbaren Messkreises (15) angeordnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (20) für die Mess-Sonde (14) aus einer Verbindung (21) mit einer Blaslanze (16) besteht.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Messkreis (15) ein Messgerät (23) für den Absenkweg (24) der Mess-Sonde (14) in Abhängigkeit des Stromverlaufs (25) bei konstanter Spannung oder des Spannungsverlaufs bei konstantem Strom angeschlossen ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-Sonde (14) an der Spitze (16a) der Blaslanze (16) mit einem vorstehenden Längenabschnitt (26) befestigt ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-Sonde (14) für einen Elektrolichtbogen-Ofen (12a) an einer Blaslanze (16), die durch eine seitliche Öffnung (28) des Ofenoberteils (29) schräg einführbar ist, angeordnet ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-Sonde (14) aus einem abgelängten, elektrisch leitenden Metallstück (27) besteht.
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