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Verfahren zur Messung der Badtemperatur im blasenden Konverter Durch
die ständig wachsenden Anforderungen an die Werkstoffgüte der Stähle hat auch das
Problem der Badüberwachung durch Temperaturmessung beim Windfrischverfahren steigende
Bedeutung erhalten, da im blasenden Konverter Höhe und Verlauf der Schmelzentemperatur
mit der Art und dem Ablauf der metallurgischen Vorgänge eng verknüpft sind.
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Es sind bisher verschiedene Vorschläge zur Messung des Temperaturablaufes
gemacht worden. Die wichtigsten von ihnen bedienen sich eines Gesamtstrahlungspyrometers
unter Verwendung einer thermoelektrischen Zelle als Meßgerät. Die betreffenden Vorschläge
lassen sich in zwei Gruppen einteilen: Bei der einen wird die Helligkeit der Badstrahlung
durch eine unterhalb der Badoberfläche angebrachte Öffnung, z. B. eine Bodendüse,
gemessen und daraus die Temperatur bestimmt.
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Bei der anderen wird ein automatisches Meßsystem in einem wassergekühlten
Rohr von oben bis dicht an die Badoberfläche geführt und werden die nach oben ausgesendeten
Strahlungsintensitäten als Maß für die Temperatur ermittelt.
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Beide Temperaturen geben nicht die wahre Temperatur des Bades an;
bei der ersten wird eine zu hohe Temperatur gemessen, da die durch die Düsen anvisierte
Auftreffstelle des Windes im Bade (Reaktionszone) eine lokale überhitzung aufweist.
Bei der zweiten dagegen ist die gemessene Temperatur zu niedrig, da die Badstrahlungsintensität
durch Staubauswurf geschwächt wird. Dies ist insbesondere beim Blasen mit an Sauerstoff
angereichertem Wind (was in zunehmendem Maße beim Windfrischen Anwendung findet)
der Fall.
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Bei Untersuchungen über den Konverterrauch als Ergebnis der Windfrischreaktion
ist man zu der Feststellung gekommen, daß an den Stellen höchster Reaktionstemperatur
alle anwesenden Phasen im Verhältnis ihrer Dampfdrücke verdampfen. Daraus hat man
keine Schlüsse für eine Temperaturbestimmung gezogen, man hätte sie auch nicht wirksam
ziehen können, da die zitierte Feststellung unzutreffend ist. Allerdings hat man
versucht, das Konverterverfahren durch Auswertung der Temperaturstrahlung des Bades
und des Spektrums der Konverterflamme zu überwachen bzw. zu steuern. Die Temperaturmessung
erfolgt dabei, wie eingangs angegeben, mittels Gesamtstrahlungspyrometer. Insoweit
gelten die beschriebenen Nachteile. Im übrigen ist der meßtechnische Aufwand für
die spektrometrische Untersuchung erheblich.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, auf einfache Weise und
frei von den angegebenen Fehlern die Temperatur im blasenden Konverter zu messen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Badtemperatur im blasenden
Konverter. Sie besteht darin, daß aus den Konverterabgasen Staub abgesaugt und dessen
Gehalt an aus der Schlacke verdampften Bestandteilen, wie Ca0, Na20, K20, bestimmt
sowie daraus deren ursprüngliche Dampfdichte ermittelt wird, die durch die Badtemperatur
bestimmt ist.
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Zur Theorie der Erfindung ist folgendes vorzutragen: Jede Flüssigkeit
(Schmelze) besitzt einen gewissen Dampfdruck, mit dem sie sich im Gleichgewicht
befindet und der mit der Temperatur veränderlich ist. Bei reinen Stoffen wird dieser
Zusammenhang zwischen Temperatur und Dampfdruck in der Dampfdruckkurve erfaßt. Handelt
es sich nicht mehr um reine Stoffe, sondern Lösungen oder Legierungen, so hängt
der (Partial-)Dampfdruck einer Komponente nicht nur von der Temperatur, sondern
auch von der Konzentration der Komponenten in der Lösung ab. Grundsätzlich läßt
sich also aus dem Dampfdruck einer Komponente in der Gasphase auf ihre Konzentration
in der Lösung schließen, wenn die Temperatur bekannt ist. Umgekehrt kann man, wenn
Konzentration in der Lösung und (Partial-)Dampfdruck in der Gasphase bekannt sind,
die Temperatur ermitteln. Bei einem blasenden Konverter bildet sich beim Austritt
des Blaswindes aus der Bodendüse über diesem eine Gasblase aus, an deren Oberfläche
der im Wind enthaltene Sauerstoff mit der Schmelze reagiert. Die frei werdende Reaktionswärme
überhitzt den Brennfleck auf Brennflecktemperatur. Am Brennfleck verdampfen nun
bei Brennflecktemperatur die
im Metall enthaltenen Komponenten Eisen,
Mangan und Phosphor. Beim weiteren Durchgang des Gases durch die Schmelze werden
die einzelnen Gasblasen auf Badtemperatur abgeschreckt, wobei die vorher dampfförmigen
Komponenten Eisen, Mangan und Phosphor wieder kondensieren und lediglich der Stickstoff
gasförmig bleibt. Das aus dem Bad frei werdende Kohlenmonoxyd bildet zum Teil eigene
Gasblasen. Beim weiteren Aufstieg durch die Schmelze kommen die die verdampften
Bestandteile enthaltenden Gasblasen mit der Schlacke in Berührung. Bei dieser Berührung
müssen die in der Schlacke enthaltenen Komponenten Ca0, Na20 und K20 in den Dampfraum
verdampfen, bis sich zwischen Dampfphase und flüssiger Phase ein Gleichgewicht einstellt,
das durch Badtemperatur (gleich Schlackentemperatur) und Konzentration gegeben ist.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß der sich einstellende (Partial-)Dampfdruck
von Ca0 Na20 und K20 von der Badtemperatur abhängt, im Gegensatz zu den Elementen
Fe, Mn und P, deren Dampfdichte sich aus der höchsten Reaktionstemperatur bestimmt.
Wird das Abgas nach Verlassen der Schmelze und des Konverters abgekühlt, so müssen
sämtliche anorganischen Bestandteile kondensieren. Sie finden sich im Konverterfeinstaub.
Von den ursprünglichen dampfförmigen Komponenten ist dann nur noch der Stickstoff
dampfförmig.
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Ausgehend von obiger Theorie, wird verständlich, daß das erfindungsgemäße
Verfahren am einfachsten dadurch verwirklicht wird, daß der Staub kontinuierlich
abgesaugt und durch kontinuierliche Bestimmung an aus der Schlacke verdampften Bestandteilen
die Badtemperatur des blasenden Konverters in jedem Zeitpunkt des gesamten Frischvorganges
festgestellt wird. Da die abgesaugte Gasmenge konstant ist, läßt sich aus der Menge
eines im Staub gefundenen anorganischen Bestandteils nach obigem leicht dessen ursprünglicher
Dampfdruck ermitteln. Dieser ursprüngliche Dampfdruck ist wiederum von der gesuchten
Verdampfungstemperatur abhängig. Weiter ist der Dampfdruck von der Konzentration
in der Lösung abhängig. Da die Konzentration ohne wesentlichen Fehler gleich der
Ausgangskonzentration gesetzt werden kann, sind folglich die beiden Größen Dampfdruck
und Konzentration in der Lösung bekannt, so daß die Temperatur sich unschwer und
mit hinreichend großer Genauigkeit ermitteln läßt.
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Im übrigen kann man im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
kontinuierlichen Bestimmung des Gehaltes von aus der Schlacke verdampften Bestandteilen
im Staub an sich bekannte Maßnahmen, z. B. spektroskopische oder naßchemisch-kolorimetrische
Verfahren einsetzen. Ferner besteht die Möglichkeit, zur Bestimmung des Gehaltes
von aus der Schlacke verdampften Bestandteilen im Staub nach den Methoden der Kernresonanz-Spektroskopie
zu arbeiten. Jedenfalls besteht die Möglichkeit, die Bestimmung des Gehaltes von
aus der Schlacke verdampften Bestandteilen im Staub mit an sich bekannten automatischen
Analysengeräten vorzunehmen, deren Anzeigegerät man unmittelbar in Celsiusgraden
eichen kann. Für den Fall, daß eine kontinuierliche Bestimmung nicht vorgenommen
wird, sondern nur die Temperatur der Schmelze zu bestimmten Zeitpunkten ermittelt
werden soll, sind die Zeitpunkte der Temperaturen nur festgelegt an den Zeitpunkten,
an denen die Dampfdichte gemessen wurde und an denen der Staub aus den Konverterabgasen
abgezogen wurde. Die Zeitdifferenz zwischen Verdampfung in der Reaktionszone und
Staubbildung bzw. Staubentnahme aus dem Konverter ist im allgemeinen zu vernachlässigen.
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Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die aus der Schlacke verdampften
Bestandteile sich von den nicht verdampften, lediglich mitgerissenen Schlackenbestandteilen
dadurch unterscheiden, daß die aus der Schlacke verdampften Bestandteile Feinstäube
sind, während die nicht verdampften mechanisch mitgerissenen Schlackenbestandteile
groß- bzw. grobkörnig sind.