DE2150200A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Temperaturmessung,insbesondere zur Messung der Temperatur einer Eisen- oder Stahlschmelze - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Temperaturmessung,insbesondere zur Messung der Temperatur einer Eisen- oder Stahlschmelze

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DE2150200A1 DE19712150200 DE2150200A DE2150200A1 DE 2150200 A1 DE2150200 A1 DE 2150200A1 DE 19712150200 DE19712150200 DE 19712150200 DE 2150200 A DE2150200 A DE 2150200A DE 2150200 A1 DE2150200 A1 DE 2150200A1
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Description

Patentanwalt
Karl A. B rose
Dip!.-!ng.
D-8023 München - Pullach
Wk»«str.2,T.Md5iJ.7933570,7«1782
DBr/By München-Pullach, 7.Oktober 1971
P/7133
BRITISH STEEL CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Bestimmungen des "Iron & Steel Act 1967", 33, Grossvenor Place, London, S.W.1, England.
Vorrichtung und Verfahren zur Temperaturmessung, insbesondere zur Messung der Temperatur einer Eisen- oder Stahlschmelze.
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Temperaturmessung und insbesondere betrifft die Erfindung das Messen der Temperatur einer Flüssigkeit, beispielsweise geschmolzenen Eisens oder Stahls.
Bei der Steuerung von Stahlherstellungsverfahren ist die Temperatur ein Parameter grosser Bedeutung und es ist eine Anzahl von Verfahren zur Messung der Temperatur bekannt, die Verwendung finden können und welche beispielsweise (a) eintauchbare Thermoelemente, (b) Wandungsthermoelemente und (c) Strahlungspyrometer verwenden. Das erste dieser bekannten Verfahren bedingt, dass der Stahlherstellungsprozess während der Durchführung der Temperaturmessungen unterbrochen werden muss und das zweite zeigt die Neigung, nicht die tatsächliche Temperatur der Schmelze zu er-
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fassen.
Strahlungspyrometer als weitere Alternative haben bisher Schwierigkeiten aufgewiesen, die darin bestanden, einen sauberen "Sichtweg11 durch Rauch und Flammen zu erreichen und in der üblichen Verwendung besteht eine Verwendungsmöglichkeit für sie bei der Erfassung der Temperatur zwar nicht des geschmolzenen Stahles, sondern eines kühleren Schlackenüberzuges. Andererseits jedoch sind sie in ihrer Arbeitsweise genau und einfach anzuwenden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Temperatur einer Flüssigkeit zu schaffen, bei dem dieses Instrument Verwendung findet.
Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der Temperaturmessung einer Flüssigkeit gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Gas durch ein Rohr in die Flüssigkeit geblasen wird, um eine Gas/Flüssigkeitsgrenzschicht im Bereich des Endes des Rohres auszubilden und bei dem die Temperatur der Flüssigkeit durch ein Strahlungspyrometer gemessen wird, welches einen längs dieses Rohres durch das Gas in Richtung der Trennschicht führenden Sichtweg gerichtet ist.
Nach dem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur einer Flüssigkeit gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein Rohr zum Inberührungbringen mit der Flüssigkeit an dessen einen Ende, Einrichtungen zum Einblasen eines Gases durch das Rohr in die Flüssigkeit, um somit eine Gas/Flüssigkeitsgrenzschicht im Bereich dieses Rohrendes auszubilden und ein Strahlungspyrometer aufweist, urdwelches zum Messen der Temperatur der Flüssigkeit längs des Rohres durch das Gas in Richtung der Grenzschicht zielt.
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Die Flüssigkeit kann geschmolzenes Metall sein und in diesem Falle ist das Gas vorzugsweise inert bezüglich der Schmelze, tun die Ausbildung einer Reaktionszone am Ende des Rohres zu vermeiden, welche zu falschen Temperaturablesungen führen würde und um gleichfalls die Zusammensetzung der Schmelze nicht zu beeinflussen. Das Gas kann gleichfalls auf eine Temperatur vorgeheizt sein, die der Temperatur der Schmelze entspricht und dieses ist insbesondere von Vorteil im Vergleich mit einem Einblasen von "laLtem1* Gas, da der Schmelze hiermit Wärme zugeführt wird, welche die Neigung der Schmelze um das Ende des Rohres herum zu erstarren verhindert. Hinzu kommt, dass die sich daraus ergebende thermische Expansion des Gases die Menge dieses Mediums verringert, die zum Betrieb notwendig ist.
Das Rohr kann in die Schmelze von oberhalb eingetaucht werden, d.h. beispielsweise durch die Öffnung eines Konverters in einem Stahlherstellungsverfahren, oder es kann das Rohr in den Boden des Gefässes derart eingebaut sein, so dass es durch den Inhalt des Gefässes bedeckt ist. Das Pyrometer ist vorzugsweise in dem Rohr angeordnet und zielt durch ein Silika-Fenster und es kann das verwendete Pyrometer vom Zweifarbentyp sein, da es im wesentlichen sowohl vom Emissionsvermögen des "Zieles" und der einen geringen Anteil an Flammen und Rauch enthaltenden Atmosphären, unabhängig ist und es ist unempfindlich gegenüber einer teilweisen Versperrung des Zielbereiches.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch einen BesseiBr-Eonvertor, in dem die Temperaturmesseinrichtung nach der Erfindung im Boden eingebaut ist;
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Flg. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Verrichtung;
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 2; und
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist ein Bessemer-Konvertor dargestellt, der ein mit einer feuerfesten Ausmauerung versehenes Gehäuse 1 und einen Düsenboden 2, durch den sich die Düsen 3 erstrecken, aufweist. Ein Windkasten 4, durch welchen Luft in die geschmolzene Eisencharge geblasen wird, ist unterhalb dem Boden angeordnet und ein Zielrohr 5, mit dem die Temperaturmessvorrichtung ausgerichtet ist, erstreckt sich durch diesen Boden. Dieses Rohr erstreckt sich so nahe wie es irgend praktisch ist senkrecht durch den Boden, so dass ein vernachlässigbarer Unterschied in dem ferrostatischen "Kopf" über die innere Öffnung des Rohres besteht. Falls dies nicht der Fall wäre, würde eine Tendenz vorhanden sein, dass das Eisen in das Rohr fliesst und an dessen Wandungen erstarrt.
In den Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform der Temperaturmes ε vor richtung veranschaulicht, in der diese in dem Zielrohr selbst angeordnet ist. In diesem Falle sind zwei rohrförmige Bauteile 6 und 7 vorgesehen, eines von diesen nimmt ein Zweifarben-Strahlungspyrometer 8 auf und das andere eine Plasmaquelle 9. Diese beiden Bestandteile sind wassergekühlt, wobei das Wasser längs eines Weges 10 auf einer Seite dieser Teile über eine Brückenleitung 11 und auf der anderen Seite 12 herabläuft.
Das Pyrometer, welches die Temperatur durch das Verhältnis der Intensitäten bestimmt, die auf zwei diskreten Wellenlängen ausgesandt werden, schliesst ein Silikadichtfenster 13 ein, in dessen Bereich eine Linse 14 zum Sammeln der einfallenden Energie auf einem Detektorkopf angeordnet ist, wobei der Ausgabewert
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durch eine Leitung 15 am Boden des Instrumentes herausgeleitet wird«
Die Plasmaquelle besteht aus einer Anode 16 - wassergekühlt durch Leitungen 17» die sich zwischen den Wegen 10 und 12 erstrecken - und einer langgestreckten Katode 18.
Eine Gaseinlassleitung 19 ist im Bereich der Katode 18 vorgesehen und eine feuerfeste Auskleidung 20 erstreckt sich um die Innenseite des rohrförmigen Teiles 7 stromaufwärts bezüglich der Anode.
Beim Betrieb wird Gas, beispielsweise Argon» durch die Leitung 19 in die Plasmaquelle geblasen. Die Quelle oder Pistole wird gezündet und das Gas wird auf eine sehr hohe Temperatur (beispielsweise 1000° C) aufgeheizt, wenn es den zwischen Anode und Katode gezogenen Bogen durchströmt. Das einströmende Gas kühlt die Katode während das Gas hoher Temperatur, das aus der Pistole austritt, nach oben durch das Zielrohr in das geschmolzene Metall in dem lonvertor gezogen wird.
Der Druck des Gases, der ungefähr bei 3Olb/i2(2£ kg/cm?) liegen kann, ist derart, dass der Durchgang gespült wird und eine kontinuierliche Anzahl von Blasen an der Mündung des Zielrohres erzeugt wird, welche aufeinanderfolgend sich vom Ende des Rohres ablösen, so dass die Ziellinie des Pyrometers auf dieae Weise reingehalten wird und so dass die Temperatur der Schmelze an der Grenzschicht zwischen Gas und Flüssigkeit direkt durch das Pyrometer durch das gasförmige Medium gemessen wird.
Wie bereits erwähnt ist die in den Fig. 2 und 3 veranschaulichte Vorrichtung im Innern des Zielrohres angeordnet, jedoch ist in Fig. 4 eine alternative Bauweise veranschaulicht, bei der ein Zweifarben-Strahlungspyrometer Verwendung findet, das einen kleineren Ansprechwinkel für die Strahlung aufweist und das somit ausserhalb des Gefässes angeordnet werden kann. Diese Bau-
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weise ermöglicht es gleichfalls, dass die Plasmapistole und das Pyrometer getrennt voneinander ausbaubar sind, wodurch ein?Ersatz und die Wartung erleichtert wird.
Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform eine Hülse 21 aus feuerfestem Material an das Zielrohr 5 angeklemmt und das Pyrometer 8 ist direkt mit dem Rohr durch ein Paar von Silikafenstern 22 ausgerichtet, die im Abstand voneinander durch eine Kupferhülse 23 gehalten sind. Das Pyrometer ist in einer wassergekühlten Fassung 24 befestigt, wobei die aus Pyrometer und Fassung bestehende Einheit von der Hülse 21 leicht abnehmbar ist.
Die Plasmapistole oder Kanone ist T-förmig an die Hülse aus feuerfestem Material angesetzt und besteht wie zuvor aus einer Katode und einer wassergekühlten Anode, wobei für letztere in diesem Falle getrennte Kühlleitungen 25 vorgesehen sind. Eine Gaseinlassleitung 26 ist an der Kanone im Bereich der Katode vorgesehen und im Betrieb wird durch diese Leitung Gas in die Kanone und nach oben durch das Zielrohr in das geschmolzene Metall in dem Konvertor geblasen.
Obgleich die Erfindung im vorangegangenen unter Bezugnahme auf die speziellen in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass verschiedene Abänderungen und Änderungen leicht durchgeführt werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können verschiedene Sicherheitseinrichtungen eingebaut werden, um zu gewährleisten, dass der Plasmabogen nicht gezündet wird, ehe das Spülgas fliesst und um zu gewährleisten, dass das Zielrohr mit einem verstärkten Gaszustrom gespült wird sollte die Plasmakanone ausfallen und nicht zünden, um somit das Rohr sauber zu halten und um zu vermeiden, dass das Material um es erstarrt oder verschweisst. Gleichfalls kann eine Zusatzgaszufuhr in die Schaltung angeschlossen sein, um in Notfällen betrieben zu werden.
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Weiterhin kann Vorsorge für die Automatisierung der Temperaturmessung getroffen werden, die es ermöglicht, dass die Gasspülung einsetzt, wenn das Gebläse des Gefässes angeschaltet wird und dass dann die Plasmakanone zündet. Anschliessend nachdem das Gebläse abgeschaltet ist und der Konverter gekippt und entladen ist, wird das Spülgas für eine kurze Zeitspanne weiter strömen gelassen, so dass jegliche flüssige Schlackenreste von dem Zielloch in dem Gefäss ablaufen.
Weiterhin ist es offensichtlich, dass obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die Stahlherstellung mit einem Bessemer-Konvertor beschrieben wurde, sie in gleichem Masse bei anderen Gefässen, beispielsweise einem LD-Konvertor Verwendung finden kann und dass, wie zuvor erwähnt, die Vorrichtung nicht in dem Boden des Gefässes angeordnet sein muss, sie könnte gleichermassen durch die Öffnung in einer Lanze eingeführt werden. Hinzu kommt, dass obwohl auf die Verwendung von Argon-Gas Bezug genommen wurde, andere Gase alternativ Verwendung finden können, beispielsweise Hochofengas, welches in grosser Menge zur Verfügung steht, oder Stickstoff, falls dieses annehmbar ist.
Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnun-Γ gen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    Vorrichtung zum Messen der Temperatur einer Flüssigkeit in einem Gefäss, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile: ein Rohr (5) zur Berührung der Flüssigkeit an einem Ende; Druckeinrichtungen zum Einblasen eines Gases durch das ji Rohr in die Flüssigkeit, um eine Gas/Flüssigkeitsgrenzschicht im Bereich des Rohrendes auszubilden und ein Strahlungspyrometer (8) zum Messen der Flüssigkeitstemperatur, die längs des Rohres durch das Gas in Richtung der Grenzschicht anvisiert wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit geschmolzenes Metall und das Gas bezüglich der Schmelze inert ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas bei einer Temperatur befindlich ist, die der der -Schmelze angenähert ist,
  4. " 4. Vorrichtung nach Anspruch 3f dadurch gekennzeichnet, dass zum Vorheizen des Gases eine Plasmabogenkanone (9) vorgesehen ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5) zwei wassergekühlte Kanäle aufweist, von denen der eine Kanal (6) das Pyrometer aufnimmt und zu der Gas/Flüssigkeitsgrenzschicht ausgerichtet ist und der andere Kanal (7) in Verbindung mit dem Kanal (6) steht und die Plasmabogenkanone aufnimmt, durch welche das Gas strömt.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungspyrometer vom Zweifarbentyp ist.
    2 0 9817/OfU?
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr durch die Oberfläche der Schmelze eingetaucht oder durch eine Wandung (2) des Gefässes an einem Niveau unterhalb der Oberfläche vorsteht.
  8. 8. Verfahren zur Messung der Temperatur einer Flüssigkeit in einem Gefäss, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas durch ein Rohr in die Flüssigkeit zur Ausbildung einer Gas/Flüssigkeitsgrenzschicht im Bereich des Endes des Rohres eingeblasen wird und dass die Temperatur der Flüssigkeit durch ein Strahlungspyrometer gemessen wird, welches längs des Rohres durch das Gas in Richtung der Grenzschicht zielt.
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    4 .
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