DE202006020272U1

DE202006020272U1 - Device for detecting foreign substances in liquid metals

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Publication number: DE202006020272U1
Application number: DE202006020272U
Authority: DE
Original assignee: ITEMA GmbH
Current assignee: ITEMA GmbH
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2016-05-19

Abstract

Vorrichtung zur Erkennung von Fremdstoffen in Flüssigmetallen, insbesondere des Schlackenmitlaufs während des Abstichs oder des Abschlackvorgangs, indem der Gießstrahl detektiert wird, die Messergebnisse verarbeitet und zur prozesstechnischen Beeinflussung genutzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein im infraroten Spektrum zwischen 0,78 und 16 μm, wenigstens aber in einem Teilbereich dieses Spektrums, arbeitender Einzelpunktsensor zur Einzelpunktdetektion des Gießstrahls installiert ist, wobei erfasste die Intensitätsänderung der Wärmeabstrahlung als analoges und/oder digitales Signal einer Prozessteuerung zur Verfügung steht.contraption for the detection of foreign substances in liquid metals, in particular of the slag run during the tapping or the Abschackvorgangs by the pouring stream is detected, processed the measurement results and the process engineering Influencing be used, characterized in that at least one in the infrared spectrum between 0.78 and 16 microns, but at least in one Part of this spectrum, working single point sensor for Single point detection of the pouring stream is installed, wherein detected the change in intensity of heat radiation as an analog and / or digital signal of a process control for disposal stands.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung von Fremdstoffen in Flüssigmetallen, insbesondere des Schlackenmitlaufs während des Abstichs oder des Abschlackvorgangs.The The invention relates to a device for detecting foreign substances in liquid metals, in particular of slag during tapping or Abschlackvorgangs.

Fremdstoffe im Sinne der Erfindung sind alle Stoffe, die von Flüssigmetall abtrennbar und auf Grund ihrer abweichenden Wärmeabstrahleigenschaften separat erkennbar sind, beispielsweise Schlacke.foreign substances For the purposes of the invention are all substances that are of liquid metal separable and separately due to their dissimilar Wärmeabstrahleigenschaften are recognizable, for example slag.

Stand der TechnikState of the art

In der Produktion von Flüssigstahl und anderen Flüssigmetallen entsteht Schlacke als Nebenprodukt. Die Schlacke soll während des Abstiches aus dem Schmelzegefäß in diesem oder anderweitig zurückgehalten werden. Dazu ist die Erkennung des Zeitpunktes, in dem das Flüssigmetall durch die Schlacke ganz oder teilweise ersetzt wird, nämlich der Beginn des Schlackenmitlaufs, notwendig, um entsprechende prozesstechnische Maßnahmen einleiten zu können.In the production of liquid steel and other liquid metals slag is produced as a by-product. The slag should during the Tapping from the melt vessel in this or otherwise detained become. This is the detection of the moment in which the liquid metal is completely or partially replaced by the slag, namely the Beginning of slag circulation, necessary to process appropriate activities to be able to initiate.

Dafür wird u.a. Infrarotmesstechnik eingesetzt. Dieses Messverfahren nutzt die unterschiedliche Wärmeabstrahlung von Metallen und Schlacke aus. Bei gleicher Temperatur von Flüssigmetall und Schlacke kann die Schlacke ihre Wärme besser abstrahlen. Sie besitzt ein höheres Emissionsvermögen als Metall. Von einer infraroten Messvorrichtung wird diese Differenz erfasst und intern als unterschiedliche Temperatur mittels bildgebender Systeme dargestellt, beispielsweise als Farbstufung innerhalb einer definierten Farbpalette. Die Intensitätsunterschiede können dann visuell durch den Schmelzer oder automatisch durch ein Bildverarbeitungssystem bzw. anderweitige automatisierte Bewertungsvorrichtungen ausgewertet werden.For this u.a. Infrared measuring technology used. This measurement method uses the different ones heat radiation of metals and slag. At the same temperature of liquid metal and slag, the slag can radiate its heat better. she owns a higher one Emissivity as Metal. From an infrared measuring device, this difference captured and internally as a different temperature by means of imaging Systems shown, for example, as a color gradation within a defined Color palette. The intensity differences can then visually through the melter or automatically through an image processing system or otherwise automated evaluation devices evaluated become.

Verfahren der vorbeschriebenen Art sind seit geraumer Zeit bekannt und im Praxiseinsatz. In den Veröffentlichungen DE 27 51 446 , DE 297 19 955 , EP 0 922 774 , US 6,197,086 , US 6,562,285 und JP 2004 209520 sind derartige Verfahren, teilweise auch Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren, beschrieben.Methods of the type described above have been known for some time and in practical use. In the publications DE 27 51 446 . DE 297 19 955 . EP 0 922 774 . US 6,197,086 . US 6,562,285 and JP 2004 209520 Such methods, in some cases devices for carrying out these methods, are described.

Die Aufzählung erhebt nicht den Anspruch auf Vollständigkeit.The enumeration does not claim to be complete.

Als naheliegender Stand der Technik wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung des Schlackenmitlaufs nach DE 199 40 189 angesehen, bei dem von einem Gießstrahl emittierte Wärmestrahlungsdichten im Wellenlängenbereich von 0,45 bis ca. 7 μm detektiert werden, um ein Videobild oder ein Auslösesignal zu bilden. Als Messmittel dient eine Kamera, die in diesem Bereich empfindlich ist.As an obvious prior art, a method and a device for detecting the Schlackenmitlaufs after DE 199 40 189 in which heat radiation densities emitted by a pouring beam are detected in the wavelength range of 0.45 to about 7 μm to form a video image or a triggering signal. The measuring instrument used is a camera that is sensitive in this area.

Zur Beschränkung des Wellenlängenbereiches wird der Einsatz von Filtern vorgeschlagen. Die eingesetzte Kamera weist eine hohe Zahl an digitalen Bildpunkten (Pixel) auf und besitzt dadurch eine hohe geometrische Auflösung. Es ist möglich, Messfenster zu setzen, die eine Auswertung innerhalb eines festgelegten Bildfensters ermöglichen.to restriction of the wavelength range the use of filters is proposed. The inserted camera has a high number of digital pixels and has thereby a high geometric resolution. It is possible to measure windows too put an evaluation within a specified image window enable.

In der Praxis benötigt man die beschriebene automatisierte Auswertung von Infrarotbildern aus Kameras oft nur, um kritische Prozesszustände, die nichts mit dem zu erkennenden Umschlag von Flüssigmetall in Schlacke bzw. umgekehrt zu tun haben, zu unterscheiden oder sonstige Informationen zum Prozess oder dessen Umfeld zu gewinnen.In the practice needed the described automated evaluation of infrared images From cameras often only to critical process conditions that have nothing to do with it recognizing envelope of liquid metal in slag or vice versa, to distinguish or otherwise Gain information about the process or its environment.

Für eine Vielzahl von Prozessen der in Rede stehenden Art ist eine solche umfangreiche Absicherung der Erkennung durch bildgebende Verfahren nicht notwendig. Hier setzt die erfindungsgemäße Lösung an.For a variety of processes of the type in question is such an extensive one Securing the recognition by imaging techniques not necessary. This is where the solution according to the invention begins.

Aufgabenstellungtask

Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Erkennung von Fremdstoffen in Flüssigmetallen zu entwickeln, die speziell dazu geeignet ist, den Zeitpunkt des Wechsels von Flüssigmetall zu Schlacke bzw. umgekehrt beim Abstich aus einem Schmelzgefäß, Aufbewahrungs- oder Transportbehälter sicher zu detektieren, auszuwerten und darzustellen. Dabei ist eine bildhafte Darstellung nicht erforderlich. Es kommt lediglich auf die Erkennung der unterschiedlichen Strahlungsintensität von Metall und Schlacke an, und zwar im Wechselzeitpunkt.It thus sets itself the task of a device for detecting Foreign substances in liquid metals which is specially adapted to the timing of the Change of liquid metal to slag or vice versa when tapping from a melting vessel, storage or transport container safe to detect, evaluate and display. There is one pictorial representation is not required. It only comes on the detection of the different radiation intensity of metal and Slag on, in the change time.

Von daher sollen aufwendige Kameralösungen vermieden werden.From therefore, expensive camera solutions be avoided.

Die Lösung der Aufgabenstellung ist im Schutzanspruch 1 angegeben.The solution the task is specified in the protection claim 1.

Die untergeordneten Ansprüche enthalten zweckmäßige Ausgestaltungen der im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale.The subordinate claims contain expedient embodiments that listed in claim 1 Characteristics.

Erläuternd wird zunächst ausgeführt, dass sich das Anwendungsgebiet der Erfindung auf das Abstechen oder Abschlacken von prinzipiell allen schmelzbaren Metallen und Legierungen, insbesondere Stahl, Eisen, Kupfer, Messing, Bronze, Aluminium, Gold, Silber, Platin und Blei, bezieht.Explanatory becomes first executed that the field of application of the invention to the parting off or Slagging of all fusible metals and alloys, especially steel, iron, copper, brass, bronze, aluminum, gold, Silver, platinum and lead.

Unter einem Abstichvorgang wird das Vergießen von flüssigen Metall aus einem Schmelz-, Schlacken-, Aufbewahrungs- oder Transportgefäß in ein anderes Gefäß oder in eine Gießform verstanden.Under A tapping operation is the casting of liquid metal from a melt, slag, Storage or transport container in a other vessel or in a mold Understood.

Beim Abschlackvorgang wird Schlacke vor oder nach dem Flüssigmetallabstich aus einem Schmelz-, Schlacken-, Aufbewahrungs- oder Transportgefäß abgegossen oder mit einer entsprechenden Vorrichtung abgezogen und in einen Schlackekübel gefüllt.At the Degradation becomes slag before or after liquid metal tapping poured from a melt, slag, storage or transport vessel or withdrawn with a corresponding device and in a slag pot filled.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Einzelpunktsensor, zweckmäßigerweise ein Pyrometer, zur Erfassung der Wärmeabstrahlung des Gießstrahls im infraroten Spektrum in Teilbereichen zwischen 0,78 und 16 μm einzusetzen und diesen mit einer messtechnischen Auswerteeinrichtung zu koppeln. Somit ist eine Einzelpunktdetektion des Gießstrahls apparativ durchführbar.According to the invention, it is proposed a single-point sensor, conveniently a pyrometer, for detecting the heat radiation of the pouring stream to be used in the infrared spectrum in partial ranges between 0.78 and 16 μm and to couple this with a metrological evaluation. Thus, a single point detection of the pouring stream is feasible apparatus.

Bei Intensitätsänderung der Wärmeabstrahlung bildet die Messeinrichtung ein analoges und/oder ein digitales Signal für die Prozessteuerung des Betreibers ab. Der Zeitpunkt des Übergangs von Metall- zu Schlackefluss bzw. umgekehrt ist für diese erkennbar und versetzt sie in die Lage, den Prozess aktiv zu beeinflussen, beispielsweise durch das Beenden des Abstichs oder des Abschlackvorgangs.at intensity change the heat radiation the measuring device forms an analog and / or a digital signal for the Process control of the operator from. The timing of the transition from metal to slag flow or vice versa is recognizable for these and enables them to actively influence the process, for example, by ending the tapping or the Abschackvorgangs.

Die Einrichtung mehrerer Einzelmesspunkte kann in bestimmten Fällen sinnvoll sein. So sind mehrere Einzelpunktsensoren gleicher oder unterschiedlicher Wellenlänge an verschiedenen Standpunkten einsetzbar. Dass kann notwendig werden, wenn ungünstige Messsituationen wie Staubentwicklung oder Flammenbildung beherrscht werden müssen. Alternativ können mehrere Sensoren der Erhöhung der Detektions- und Anlagensicherheit dienen.The Setting up several individual measuring points can make sense in certain cases be. So several single-point sensors are the same or different wavelength can be used at different points of view. That may be necessary if unfavorable Measurement situations such as dust or flame formation dominated Need to become. Alternatively you can several sensors of increase serve the detection and plant safety.

Der oder die Einzelpunktsensoren sind in ihrer Empfindlichkeit, ihrer geometrischen Auflösung und ihrem Wellenlängenbereich spezifisch an den jeweiligen Prozess anpassbar. In der Regel ist jeder messtechnisch erfasste und abgebildete Einzelmesspunkt hierbei größer als der einzelne Messpunkt einer Infrarotkamera.Of the or the single-point sensors are in their sensitivity, their geometric resolution and their wavelength range specifically adaptable to the respective process. In general it is each metrologically recorded and imaged single measuring point here greater than the single measuring point of an infrared camera.

Innerhalb des angegebenen infraroten Spektrums zwischen 0,78 und 16 μm werden definierte Wellenlängenbereiche für die verschiedenen Einsatzfälle in Abhängigkeit von prozessualen Bedingungen und Materialeigenschaften als sinnvoll angesehen. Im Teilbereich von 8 bis 14 μm ist eine sehr gute Differenzierung zwischen Metall und Schlacke möglich. Bei der Messung durch Flammen hindurch ist eine Wellenlänge um 3,9 μm empfehlenswert. Weitere praktikable Wellenlängen ergeben sich in anderen Teilbereichen des angegebenen Infrarotspektrums zwischen 0,78 und 16 μm.Within the specified infrared spectrum between 0.78 and 16 microns defined wavelength ranges for the different applications dependent on of procedural conditions and material properties make sense considered. In the subrange of 8 to 14 μm is a very good differentiation possible between metal and slag. When measuring through flames, a wavelength of 3.9 μm is recommended. Further practicable wavelengths arise in other parts of the specified infrared spectrum between 0.78 and 16 μm.

Im Messfenster, Messfleck bzw. Spot wird das vorhandene Strahlungssignal in der Regel als Mittelwert aller dort vorhandenen Temperaturen abgegriffen. Die Auswertung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, nämlich als Signal von einem oder mehreren Detektoren, als Ausgabe des gesamten Temperaturspektrums als Analogsignal oder als Sperrung eines Temperaturbereichs im Analogsignal, quasi als Schaltsignal.in the Measuring window, measuring spot or spot becomes the existing radiation signal usually as an average of all temperatures available there tapped. The evaluation can be done in different ways take place, namely as a signal from one or more detectors, as an output of the whole Temperature spectrum as an analog signal or as blocking of a temperature range in the analog signal, more or less as a switching signal.

Nachfolgend werden verschiedene Möglichkeiten der Signalisierung bzw. der Signalverarbeitung und -darstellung aufgezeigt, die zwar nicht unmittelbar Gegenstand der Erfindung sind aber zwingend oder optional zur vorgestellten Vorrichtung gehören.following be different ways the signaling or the signal processing and representation although not directly the subject of the invention but are mandatory or optional belong to the presented device.

Optisch oder anderweitig signaltechnisch kann dann alarmiert werden, wenn ein voreingestelltes Strahlungsniveau als Indikator für mitlaufende Schlacke bzw. Fremdstoffe überschritten wird.optical or otherwise signaling technology can then be alerted, if a preset level of radiation as an indicator of moving slag or foreign substances exceeded becomes.

Über eine Software oder Programmierung sind verschiedene Auslöseschwellen definierbar, die sich an unterschiedlichen Stahl- bzw. allgemein Metallsorten orientieren.Over a Software or programming are different triggering thresholds definable, based on different steel or general Orient metal types.

Die Signalverläufe sind für eine spätere Analyse dokumentierbar, beispielsweise zur Qualitätskontrolle oder Störungsauswertung.The waveforms are for a later one Analysis documentable, for example for quality control or fault analysis.

Für die Alarmierung sind Auslösekriterien definierbar, die sich an typischen Signalverläufen orientieren, wobei diese zu rechnerischen Vergleichen mit Sollabläufen herangezogen werden. Dabei besteht die Möglichkeit, weitere prozesstechnische Informationen wie beispielsweise Pfannengewicht, Kippwinkel, Abstichzeit, Metallgüte oder -zusammensetzung mit in die Bewertung einzubeziehen.For alerting are trigger criteria definable, The typical signal curves oriented, whereby these are used for computational comparisons with target sequences become. There is the possibility additional process-related information such as pan weight, tilt angle, Tapping time, metal grade or composition should be included in the assessment.

Möglicherweise sind die Signalverläufe von mehreren Pyrometern zur Ableitung von Auslösekriterien heranzuziehen.possibly are the waveforms of several pyrometers to derive triggering criteria.

Als optionale Ergänzung des Pyrometers kann eine Videokamera separat oder im Pyrometer integriert mit zugehörigem Bildschirm vorgesehen werden. Dieser zeigt das optische Kamerabild an und besitzt im Bedarfsfall eine Anzeige, die den Schlackenanteil beschreibt bzw. die signalisiert, wenn Schlacke mitfließt oder wenn sich Metall in der Schlacke befindet.When optional addition a video camera can be integrated separately or in the pyrometer of the pyrometer with associated Be provided screen. This shows the optical camera image and has, if necessary, a display that the slag fraction describes or signals, if slag flows with or if metal is in the slag.

Die Messsensoren sind zweckmäßigerweise durch geeignete Schutzvorrichtungen vor mechanischer oder thermischer Beschädigung geschützt.The Measuring sensors are suitably by suitable protective devices against mechanical or thermal damage protected.

Hierzu sind zum Beispiel Schutzgehäuse, Strahlungsschilde, Schutzscheiben, Kühleinrichtungen unter Nutzung von Wasser, Luft oder Gas als Kühlmittel und/oder thermoelektrische Elemente einsetzbar.For this are, for example, protective housings, radiation shields, Protective screens, cooling equipment using water, air or gas as a coolant and / or thermoelectric Elements can be used.

Es besteht die Möglichkeit, eine oder mehrere Schutzscheiben mit einzeln oder gemeinsam wirkenden Funktionen wie Strahlungsdämpfung, Ausfilterung von bestimmten Wellenlängen, mechanischen Schutzeinrichtungen und Mitteln zur Einschränkung des Sichtfeldes auszustatten.There is the possibility of having one or more shields with us individually or together Such functions as radiation damping, filtering of specific wavelengths, mechanical protective devices and means to restrict the field of view.

Die Befestigung der Messsensoren und Schutzgehäuse erfolgt mittels justierbaren Haltevorrichtungen, die eine optimale Ausrichtung zum Prozess ermöglichen.The Attachment of the measuring sensors and protective housing is done by means of adjustable Holding devices that allow optimal alignment to the process.

Diese Haltevorrichtungen können als motorisch schwenkbare Schwenk-Neige-Köpfe ausgebildet sein, um eine Richtungsänderung während der Arbeitsphase zu ermöglichen. Das Messsystem ist unter Umständen auch an einem Schattenrohr einsetzbar.These Holding devices can be designed as a motorized swivel pan-tilt heads to a change of direction while to enable the work phase. The measuring system may be also usable on a shade tube.

Somit sind apparative Merkmale zur kostengünstigen Durchführung eines Verfahren zur Erkennung von Fremdstoffen in Flüssigmetallen, insbesondere des Schlackenmitlaufs während des Abstichs oder des Abschlackvorgangs, beschrieben. Der wirtschaftliche Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich überwiegend aus der Tatsache, dass eine Einzelpunktmessung installiert ist. Die Ersparnis ist im Wesentlichen auf die Verwendung von Einzelpunktsensoren statt teurer Flächensensoren zurückzuführen.Consequently are apparatus features for inexpensive implementation of a Process for the detection of foreign substances in liquid metals, in particular of the slag run during the tapping or the Abschackvorgangs described. The economic advantage over the state of the art arises mostly from the fact that a single point measurement is installed. The saving is in Essentially based on the use of single-point sensors instead of more expensive area sensors due.

Da Einzelpunktsensoren kleiner als Flächensensoren sind, bieten sich günstigere Schutzmaßnahmen vor widrigen Umwelteinflüssen an. Der Einbau ist an Orten möglich, die Infrarotkameras verwehrt sind. Somit ergeben sich erweiterte Einsatzmöglichkeiten. Einzelpunktsensoren lassen sich einfacher und kostengünstiger als Flächensensoren mittels Filter- oder Schutzscheiben auf enge Wellenlängenbereiche filtern.There Single-point sensors are smaller than surface sensors, offer themselves favorable precautions against adverse environmental influences at. The installation is possible in places the infrared cameras are denied. This results in extended Applications. Single-point sensors are simpler and cheaper as area sensors using filter or protective disks on narrow wavelength ranges filter.

Claims

Device for detecting foreign substances in liquid metals, in particular the Schlackenmitlaufs during tapping or Abschlackvorgangs by the pouring stream is detected, processed the measurement results and used for process engineering influence, characterized in that at least one in the infrared spectrum between 0.78 and 16 microns , at least but in a subregion of this spectrum, working single-point sensor for single point detection of the pouring stream is installed, wherein detected the intensity change of the heat radiation as an analog and / or digital signal of a process control is available.

Device according to claim 1, characterized in that that pyrometers are used as single-point sensors.

Device according to claim 1, characterized in that that several single-point sensors of the same or different wavelength used at various points of view within a measuring device are in their sensitivity, their geometric resolution and their wavelength ranges are specifically adapted to the respective process.

Device according to claim 1, characterized in that that defined within the infrared spectrum between 0.78 and 16 microns Wavelength ranges for different applications dependent on of process conditions and material properties are available, where in the sub-area of 8 to 14 microns a very good differentiation placed between metal and slag and measured by flames through a wavelength around 3.9 μm is to be preferred.

Device according to claim 1, characterized in that that the radiation signal present in the measurement window, measurement spot or spot tapped as the mean of all temperatures prevailing there and an evaluation supplied is, namely as a signal from one or more detectors, as an output of the whole Temperature spectrum as an analog signal or as blocking of a temperature range in the analog signal, more or less as a switching signal.