DE10259830A1 - Verfahren zum Freihalten einer Blasdüse, die ein metallurgisches Gefäß durchquert, von Pfannenrest - Google Patents

Verfahren zum Freihalten einer Blasdüse, die ein metallurgisches Gefäß durchquert, von Pfannenrest Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Freihalten einer Blasdüse, die ein metallurgisches Gefäß durchquert, von Pfannenrest, indem intermittierend sauerstoffhaltiges Gas durch die Blasdüse geleitet wird, um den Pfannenrest zu lösen, wobei die Notwendigkeit zum Starten eines Intervalls zum Leiten des sauerstoffhaltigen Gases durch die Blasdüse ermittelt wird, indem elektromagnetische Strahlung, die aus einem Fleck im Inneren der Schmelze ausstrahlt, mittels eines Doppelwellenlängenpyrometers nachgewiesen wird und die Intensität der Pyrometersignale mit dem Verhältnis der Pyrometersignale verglichen wird, und das Intervall zum Leiten des sauerstoffhaltigen Gases durch die Blasdüse unter der Voraussetzung initiiert wird, dass die kombinierte Intensität der Signale unter einen festgelegten Schwellenwert sinkt und das Verhältnis der Signale im Wesentlichen konstant bleibt.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Freihalten einer Blasdüse, die ein metallurgisches Gefäß durchquert, von Pfannenrest, indem intermittierend ein sauerstoffhaltiges Gas durch die Blasdüse geleitet wird, um den Pfannenrest aufzulösen.
  • Ein übliches Verfahren zum Messen der Temperatur eines geschmolzenen Metalls in einem Behälter, wie z. B. einem metallurgischen Gefäß, ist mittels eines Pyrometers. Normalerweise wird ein Strahlungspyrometer vom kontaktlosen Typ am Ende einer Düsenbasis angeordnet, die Teil einer Gasblasdüse ist. Die Blasdüse ist am Boden oder an der Seitenwand des metallurgischen Gefäßes angeordnet. Das Pyrometer kann auch an einem Ende eines Messkanals angeordnet sein, der vom oberen Bereich des metallurgischen Gefäßes in die Schmelze eingeführt wird. Solche Anordnungen sind beispielsweise in DE-OS 964 991 , DE-A-4 025 909 , EP-A-0 362 577 , US-A-3 161 499 , EP-A-0 162 949 , DE-OS-2 438 142 , US-A-4 400 097 und JP-A-62 207 814 offenbart.
  • Im Allgemeinen wird nicht reaktives Gas durch die Blasdüse ins Innere der Schmelze geblasen, um seine Öffnung freizuhalten. Dennoch können sich Pfannenreste im Messkanal aufbauen, da Metall am Auslass der Blasdüse erstarrt, so dass der Messkanal von Zeit zu Zeit verstopft wird. Das erstarrte Metall am Auslass der Blasdüse kann durch Blasen von Sauerstoff durch den Kanal aufgelöst werden. Auf diese Weise kann das Verstopfen der Blasdüse verhindert werden. Sauerstoff stört die gemessenen Werte jedoch erheblich und fördert den Verschleiß des Messkanals. Daher muss Sauerstoff intermittierend durch den Kanal geblasen werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe ist durch ein Verfahren zum Freihalten einer Blasdüse, die ein metallurgisches Gefäß durchquert, von Pfannenrest gelöst worden, indem intermittierend sauerstoffhaltiges Gas durch die Blasdüse geleitet wird, um den Pfannenrest zu lösen, wobei die Notwendigkeit zum Starten eines Intervalls zum Leiten des sauerstoffhaltigen Gases durch die Blasdüse ermittelt wird, indem elektromagnetische Strahlung, die aus einem Fleck im Inneren der Schmelze ausstrahlt, mittels eines Doppelwellenlängenpyrometers nachgewiesen wird und die Intensität der Pyrometersignale mit dem Verhältnis der Pyrometersignale verglichen wird, und das Intervall zum Leiten des sauerstoffhaltigen Gases durch die Blasdüse bei dem Zustand initiiert wird, dass die kombinierte Intensität der Signale unter einen festgelegten Schwellenwert sinkt und das Verhältnis der Signale im Wesentlichen konstant bleibt. Vorzugsweise wird der Schwellenwert unter Verwendung einer Videokamera ermittelt, die mit dem Pyrometer entlang eines optischen Weges angeordnet ist, und indem die Intensität des Pyrometersignals mit dem Bild der Videokamera in Beziehung gebracht wird, wobei auf Basis des Videobildes ermittelt wird, ob ein Status der Verstopfens erreicht ist, und der entsprechende Intensitätswert der kombinierten Pyrometersignale ermittelt wird.
  • Eine weitere Aufgabe ist durch Bereitstellung einer Vorrichtung gelöst worden, die
    • (a) ein Doppelwellenlängenpyrometer,
    • (b) eine Autofokus-Videokamera, die mit dem Doppelwellenlängenpyrometer entlang eines optischen Wegs ausgerichtet ist,
    • (c) Mittel zum Variieren der Orientierung des optischen Wegs, und
    • (d) gegebenenfalls einen weiteren Detektor zum Messen von elektromagnetischer Strahlung einschließt, die aus dem Inneren des Gefäßes ausstrahlt.
  • Vorzugsweise schließt die Vorrichtung weiterhin eine Laservorrichtung ein, die zum Erzeugen eines Plasmas im Inneren des metallurgischen Gefäßes geeignet ist, und wobei der weitere Detektor ein Spektrometer ist, das elektromagnetische Strahlung nachweisen kann, die aus dem Plasma ausstrahlt. Insbesondere ist die Vorrichtung mit dem Inneren des metallurgischen Gefäßes mittels eines Rohrs verbunden, das durch die Blasdüse geführt wird.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 1 zeigt eine bevorzugte Konfiguration der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung 1 ist mit einem Behälter 2 verbunden, wie einem metallurgischen Gefäß, das eine Schmelze enthält, vorzugsweise geschmolzenes Metall. Der Behälter 2 ist vorzugsweise ein Konverter. Eine Blaslanze kann von oben in die Schmelze eingeführt werden, um Sauerstoff in die Schmelze zu blasen, wodurch Eisen in Stahl umgewandelt wird. Alternativ kann der Sauerstoff durch Blasdüsen am Boden und/oder die Seitenwände des Behälters 2 eingeblasen werden. Die Vorrichtung 1 ist über eine Blasdüse mit der Innenseite des Behälters 2 verbunden. Die Blasdüse bildet einen Messkanal A, durch den aus der Innenseite des Behälters abgestrahlte elektromagnetische Strahlung gelangen kann. Ein Ende der Blasdüse weist zu dem Inneren des Behälters. Das zweite Ende von Messkanal 2 weist zu einer ersten Messanlage 3, die vorzugsweise ein Doppelwellenlängenpyrometer und eine Videokamera einschließt. Vorzugsweise sind auch ein Spektrometer 4 und eine Lasererzeugungsanlage 5 mit dem Messkanal verbunden. Am meisten bevorzugt sind Datenverarbeitungseinrichtungen 6 mit der Messanlage 3 verbunden.
  • 2 zeigt schematisch eine detaillierte Querschnittansicht und Unteransicht des Messkanals (der in 1 als A bezeichnet ist). Elektromagnetische Strahlung kann den nicht blockierten Messkanal 7 ungehindert passieren, wie in der Unteransicht 8 schematisch gezeigt ist. Nachdem Verstopfung im oberen Bereich des Messkanals 9 aufgetreten ist, wird der Durchgang der elektromagnetischen Strahlung gehindert, wie in der Unteransicht 9 schematisch gezeigt ist. Die Messanlage 3 kann die Intensität der elektromagnetischen Strahlung nicht mehr in der gesamten Fläche des Kanals nachweisen.
  • 3 zeigt detailliert, wie der Messkanal (in 1 als A gezeigt) gebildet werden kann. Vorzugsweise wird ein Set zweier konzentrischer Rohre verwendet. Der Messkanal schließt vorzugsweise ein äußeres Rohr 11 und ein inneres Rohr 12 ein, so dass unterschiedliche Gase oder Gasmischungen in den Behälter geblasen werden können. Es kann beispielsweise ein Gasstrom 13, der Stickstoffgas und/oder Argon und Methan umfasst, durch das innere Rohr 12 geleitet werden, während ein Gasstrom, der Stickstoffgas und/oder Argon und Sauerstoff umfasst, durch das äußere Rohr geleitet werden kann. Das innere Rohr 12 bildet auch den Messkanal. Dadurch kann Sauerstoff die Messung nicht beeinträchtigen.
  • 4 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Messanlage 3 (1). Sie schließt eine justierbare Linse 15, zwei justierbare Spiegel in Kombination mit zwei Pyrometerdetektoren 16, 17 und einen Detektor 18 zum Auffangen eines Videosignals ein. Die justierbare Linse 15 ist vorzugsweise eine Autofokuslinse und durch einen (nicht gezeigten) Motor angetrieben.
  • Das Verfahren zum Ermitteln des Intervalls zum Leiten des sauerstoffhaltigen Gases durch die Blasdüse wird gestartet, indem elektromagnetische Strahlung, die aus einem Flecken im Inneren der Schmelze austritt, mittels eines Doppelwellenlängenpyrometers nachgewiesen wird und die Intensität der Pyrometersignale mit dem Verhältnis der Pyrometersignale verglichen wird. Das Intervall zum Leiten des sauerstoffhaltigen Gases durch die Blasdüse wird durch den Zustand initiiert, dass die kombinierte Intensität der Signale unter einen festgelegten Schwellenwert absinkt und das Verhältnis der Signale im Wesentlichen konstant bleibt. Der Schwellenwert muss nur einmal visuell auf Basis des Bildes des Videosignals vorher ermittelt werden. Auf Basis des Bildes wird entschieden, ob der Status des Verstopfens erreicht ist, und die entsprechende Intensität der kombinierten Pyrometersignale wird ermittelt. Dieser Schwellenwert wird dann zur automatischen Initiierung des Intervalls zum Leiten des sauerstoffhaltigen Gases durch die Blasdüse verwendet.
  • Das Konzept liegt in der Verwendung eines Doppelwellenlängenpyrometers anstelle eines Standardpyrometers. Zusätzlich zu der Information über die Intensität von jeder der beiden Wellenlängen, die gemessen werden, kann ein Quotient der beiden Wellenlängen berechnet werden. Dies erzeugt zusätzliche Information, die verwendet werden kann, um den Zeitpunkt zu ermitteln, an dem Sauerstoff durch die Messblasdüse geblasen werden muss. Wenn lediglich die Intensität einer Wellenlänge gemessen wird, kann nicht unterschieden werden, ob die Änderung der Intensität durch eine Temperaturänderung der Schmelze verursacht wird, oder weil sich ein Pfannenrest am Ende der Blasdüse gebildet hat. Durch Messen der Intensitäten beider Wellenlängen und Korrelieren der Intensitäten miteinander, z. B. durch Bilden des Quotienten beider Werte, kann Information über den Grund einer derartigen Veränderung erhalten werden. Falls die Werte der gemessenen Intensitäten beispielsweise beide sinken, der Quotient dieser Werte jedoch etwa konstant ist, kann man annehmen, dass die Blasdüse durch einen Pfannenrest verstopft ist, während z. B. für den Fall, dass die Werte der gemessenen Intensitäten beide sinken, sich das Verhältnis beider Intensitäten jedoch verändert, angenommen werden kann, dass sich die Temperatur der Schmelze ändert.
  • Es ist daher ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass Sauerstoff nicht unnötig durch den Messkanal geblasen wird, nur weil die Intensität des Pyrometersignals unter einen festgelegten Schwellenwert sinkt.
  • Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass mittels einer derartigen Ausführungsform auch die optische Achse des Instruments zum Messen von elektromagnetischer Strahlung justiert werden kann, wie des Pyrometers und des Spektrometers.
  • Zur Justierung der einen oder mehreren Messvorrichtungen, wobei ein Doppelwellenlängenpyrometer und/oder ein Spektrometer bevorzugt sind, wird seine optische Achse bzw. werden seine optischen Achsen bewegt, bis das nahe Ende des Messkanals und das perspektivische Bild seines fernen Endes in regulärer Weise gemäß der Geometrie des Messkanals abgebildet werden, z. B. führt ein regulärer rohrförmiger Messkanal zu einem kreisförmigen Bild. Diese Justierung wird vorzugsweise unter Verwendung der Videokamera durchgeführt. Zu diesem Zweck werden die Videokamera und das Instrument zur Messung elektromagnetischer Strahlung entlang eines optischen Weges angeordnet.
  • Diese Justierung wird auf Basis des Videobildes durchgeführt, indem die Orientierung des Instruments/der Instrumente und der Videokamera variiert werden, so dass das erste Ende und das zweite Ende in dem Videobild konzentrische Kreise bilden, was eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist.
  • Die optimale Position der Messvorrichtung(en), d. h. des Doppelwellenlängenpyrometers und/oder des Spektrometers, ist erreicht, wenn die Geometrien beider Enden des Messkanals konzentrische Bilder abbilden, d. h. im Fall des oben (beispielhaft) genannten rohrförmigen Messkanals müssten konzentrische Kreise erhalten werden.
  • Um das "nahe Ende" des Messkanals, d. h. das Ende des Messkanals, das der Messvorrichtung/den Messvorrichtungen und der Kamera zugewandt ist, sichtbar zu machen, ist es ratsam, eine Hilfs-Lichtquelle zu verwenden.
  • Überraschenderweise ist gefunden worden, dass es bei der vorliegenden Konfiguration auch möglich ist, die Länge der Blasdüse zu messen, die das metallurgische Gefäß 3 durchquert. Diese Information ist wichtig, weil sie eine Angabe des Verschleißes der Auskleidung des Behälters ist. Die Information wird auch zum Fokussieren des Laserstrahls benötigt.
  • Zu diesem Zweck wird das Linsensystem der Autofokus-Videokamera so justiert, dass das erste Ende der Blasdüse, die zum Inneren des metallurgischen Gefäßes weist, im Fokus ist. Die Länge der Blasdüse wird auf Basis des Entfernung des Fokus und der bekannten Position des zweiten Endes der Blasdüse in Bezug zu der Kamera ermittelt.
  • Mit dieser Information kann der Laserstrahl in einer solchen Weise fokussiert werden, dass eine zur Erzeugung eines Plasmas, dessen Strahlung durch das Spektrometer nachgewiesen werden kann, ausreichende Intensität nur an der Oberfläche der zu analysierenden Schmelze oder im Inneren der Schmelze vorhanden ist, jedoch nicht im Inneren des Gashohlraums, der durch das Gas gebildet wird, das durch den Messkanal geblasen wird.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Freihalten einer Blasdüse, die ein metallurgisches Gefäß durchquert, von Pfannenrest, indem intermittierend sauerstoffhaltiges Gas durch die Blasdüse geleitet wird, um den Pfannenrest zu lösen, wobei die Notwendigkeit zum Starten eines Intervalls zum Leiten des sauerstoffhaltigen Gases durch die Blasdüse ermittelt wird, indem elektromagnetische Strahlung, die aus einem Fleck im Inneren der Schmelze ausstrahlt, mittels eines Doppelwellenlängenpyrometers nachgewiesen wird und die Intensität der Pyrometersignale mit dem Verhältnis der Pyrometersignale verglichen wird, und das Intervall zum Leiten des sauerstoffhaltigen Gases durch die Blasdüse bei dem Zustand initiiert wird, dass die kombinierte Intensität der Signale unter einen festgelegten Schwellenwert sinkt und das Verhältnis der Signale im Wesentlichen konstant bleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schwellenwert unter Verwendung einer Videokamera ermittelt wird, die mit dem Pyrometer entlang eines optischen Weges angeordnet ist, und indem die Intensität des Pyrometersignals mit dem Bild der Videokamera in Beziehung gebracht wird, wobei auf Basis des Videobildes ermittelt wird, ob ein Status der Verstopfens erreicht ist, und der entsprechende Intensitätswert der kombinierten Pyrometersignale ermittelt wird.
  3. Verwendung einer Videokamera zum Einstellen der optischen Achse eines Instruments zur Messung von elektromagnetischer Strahlung, die aus dem Inneren eines metallurgischen Gefäßes ausstrahlt, durch eine Blasdüse mit einem ersten Ende, das auf das Innere des metallurgischen Gefäßes weist, und einem zweiten Ende, das zu dem Instrument weist, wobei die Videokamera und das Instrument zur Messung elektromagnetischer Strahlung entlang eines optischen Weges angeordnet sind und die Einstellung auf Basis des Videobildes durchgeführt wird, indem die Orientierung des Instruments und der Videokamera variiert werden, so dass das erste Ende und das zweite Ende in dem Videobild konzentrische Kreise bilden.
  4. Verwendung nach Anspruch 3, bei der das Instrument zur Messung elektromagnetischer Strahlung ein Pyrometer ist.
  5. Verwendung nach Anspruch 3, bei der das Instrument zur Messung elektromagnetischer Strahlung ein Spektrometer ist.
  6. Verfahren zum Messen der Länge einer Blasdüse, die ein metallurgisches Gefäß durchquert, mit einem ersten Ende, das zu dem Inneren des metallurgischen Gefäßes weist, und einem zweiten Ende, das zu dem Äußeren des metallurgischen Gefäßes weist, mittels einer Autofokus-Videokamera, wobei das Linsensystem der Autofokus-Videokamera so eingestellt ist, dass das erste Ende der Blasdüse, das zum Inneren des metallurgischen Gefäßes weist, sich im Fokus befindet und die Länge der Blasdüse auf Basis des Abstands des Fokus und der bekannten Position des zweiten Endes der Blasdüse in Bezug auf die Kamera ermittelt wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren der Ansprüche 1 bis 6, die (a) ein Doppelwellenlängenpyrometer, (b) eine Autofokus-Videokamera, die mit dem Doppelwellenlängenpyrometer entlang eines optischen Weges ausgerichtet ist, (c) Mittel zum Variieren der Orientierung des optischen Wegs, und (d) gegebenenfalls einen weiteren Detektor zum Messen von elektrischer Strahlung umfasst, die aus dem Inneren des Gefäßes ausstrahlt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, die weiterhin eine Laservorrichtung umfasst, die zum Erzeugen eines Plasmas im Inneren des metallurgischen Gefäßes geeignet ist, und wobei der weitere Detektor ein Spektrometer ist, das elektromagnetische Strahlung nachweisen kann, die aus dem Plasma ausstrahlt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, die mit dem Inneren des metallurgischen Gefäßes über ein Rohr verbunden ist, das durch die Blasdüse geführt wird.
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