DE2812871A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen des schlackenschaeumens in einem konverter waehrend des verblasens unter verwendung eines mikrowellenpegelmessers - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum messen des schlackenschaeumens in einem konverter waehrend des verblasens unter verwendung eines mikrowellenpegelmessers

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DE2812871A1 DE19782812871 DE2812871A DE2812871A1 DE 2812871 A1 DE2812871 A1 DE 2812871A1 DE 19782812871 DE19782812871 DE 19782812871 DE 2812871 A DE2812871 A DE 2812871A DE 2812871 A1 DE2812871 A1 DE 2812871A1
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Description

Patentanwälte 80Q0 München 22 - Steinsdarfstraße 21 - 22 Telefon 089 / 22 94
SUMITOMO METAL INDUSTRIES, LTD. 15, 5-chome, Kitahama, Higashi-ku, Osaka, Japan
Verfahren und Vorrichtung zum Γ.1 essen des Schlackenschäumens in einem Konverter während des Verblasens unter Verwendung eines Mikrowellenpegelmessers
8U9H40/0900
Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Schlackenschäumens in einem Konverter wahrend des Verblasens unLer Verwendung eines Mikrowellonprgt;! messer«
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kondinuierlichen Messen des Schlaekensehäumens in einem Konverter während des Verblasens und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Das Schäumen der Schlacke im Konverter ergibt sich während des Verblasens bei der Stahlherstellung und wird erzeugt durch CO-Bläschen unter Gaserzeugung aufgrund bestimmter Bedingungen beim Verblasen und/oder der Bestandteile der Schlacke. Das Schäumen der Schlacke beeinträchtigt den Konverterbetrieb insofern als der Pegel der Schlacke sich stark ändert und verursacht gelegentlich Konverterauswürfe.
Insofern ist man bestrebt, das Schäumen der Schlacke zu bestimmen und unter Kontrolle zu bringen. Wenn es möglich ist, kontinuierlich und quantitativ das Schäumen der Schlacke während des Verblasens zu bestimmen, ist es möglich, Konverterauswürfe während des Verblasens durch Einstellung der Bedingungen beim Verblasen in Abhängigkeit von dem gemessenen Schäumen der Schlacke zu vermeiden» Auf diese Weise laßt sich der gesamte Konverterbetrieb besser steuern.
Die Bedingungen beim Schäumen der Schlacke im Konverter hat man bisher visuell beobachtet, und zwar beim Kippen des Konverters oder gelegentlich durch Messung der Änderung des elektrischen Widerstands unter Verwendung einer Probe, die mit Hilfe einer Lanze entnommen wird. Dabei ist es jedoch nicht möglieh, kontinuierlich das Schäumen der Schlacke quantitativ zu erfassen.
8638 8U9840/0900
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen quantitativen Messung des Schäumens der Schlacke während des Verblasens in einem Konverter zu schallen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird auf den Anspruch 1 verwiesen, wobei in den Unteranspriichen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben sind.
Die Erfindung zeigt somit ein Verfahren, bei dem der Pegel der schäumenden Schlacke bestimmt wird durch Erfassung eines Schwebungssignals und Aufbereitung eines derartigen Signals, das zwischen frequenzmodulierten, ausgesendeten Wellen und reflektierten Wellen unter Verwendung eines Mikrowellenradars gewonnen wird. Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens enthält einen Mikrowellengenerator, eine Antenne und einen Wellenleiter sowie eine Signalaufbereitungsschaltung. Der Mikrowellengenerator erzeugt frequenzmodulierte Mikrowellen und liefert diese an die Antenne, welche mit dem Wellenleiter versehen ist, der diese Mikrowellen in den Konverter einleitet. Die Antenne mit dem Wellenleiter kann mit einer Wasserkühlung und einer Luftspülung versehen sein, so daß Wärme, Staub und Spritzer, welche aus dem Konverter herrühren, abgeführt werden können. In der Signalaufbereitungsschaltung wird der Pegel der schäumenden Schlacke bestimmt, indem das Schwebungssignal erfaßt und aufbereitet wird. Dieses Schwebungssignal ergibt sich aus den Mikrowellen, welche von der Schlacke im Konverter reflektiert werden und reflektierten Wellen eines Referenzreflektors, der an die Antenne angefügt werden kann.
Die Antenne und der Wellenleiter können bevorzugt am oberen Teil des Konverters angeordnet sein. Der Mikrowellengenerator und die Signalaufbereitungsschaltung sind in elektrischer Verbindung mit der Antenne und dem Wellenleiter. Frequenzmodulierte Mikrowellen werden von dem Mikrowellengenerator in den Konverter ausgesendet. Das Schwebungssigaal wird zwischen den ausgesendeten Wellen und den von der Schlackenoberfläche
8638 8 0 9840/0900
reflektierten Wellen erfaßt und an die Signalaulbereitungsschaltung weitergegeben. Diese bestimmt dann den Pegel der schäumenden Sehlacke im Konverter während des Verblasens. Dabei können durch Mischen der von der Sehlackenoberfläehe reflektierten Wellen der in einer Sägezahnform oder Dreieckwellenform frequenzmodulierten Mikrowellen mit den Wellen, welche vom Referenzreflektor an der Antenne reflektiert worden sind, das Schwebungssignal erzeugt werden, welches dann aufbereitet wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens kann die Antenne und den Wellenleiter mit der Wasserkühlung aufweisen. Außerdem können Schutzvorrichtungen, wie beispielsweise eine Luftspülung, vorhanden sein. Außerdem enthält die Vorrichtung den Mikrowellengenerator zur Erzeugung der freqiienzmodulierten Mikrowellen sowie die Aufbereitungsschaltung zur Aufbereitung und Auswertung der reflektierten Wellen.
In den beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung;
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Antenne und eines Wellenleiters,
welche mit einer Schutzkühlung versehen sind und welche beim Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Anwendung kommen;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Antenne und des Wellenleiters des
Mikrowellengenerators und der Signalaufbereitungsschaltung, welche beim Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden;
809840/0900
■ ?■
Fig. 4 eme grafische Darstellung der Beziehung des Abstandes zwischen
der Antenne und der Schlackenoberfläche zur Ausgangsspannung, welche man beim Ausführungsbeispiel erhält und
Fig. 5 eine grafische Darstellung der Änderung des Pegels der Schlacke
in Abhängigkeit von der Zeit, welche mit dem Ausführungsbeispiel gemessen wurde.
Bei der Erfindung sind die Antenne und der Wellenleiter mit dem Schutzmantel für die Wasserkühlung bevorzugt im oberen Teil des Konverters angeordnet. Frequenzmodulierte Mikrowellen in Sägezahnform oder in Dreieckform werden in den Konverter ausgesendet. Zwischen den ausgesendeten Wellen und ihren von der Schlackenoberfläche reflektierten Wellen wird ein Schwebungssignal erfaßt und es wird unter Verwundung eines Frequenzfilters eine Spannung erzeugt, die proportional dem Abstand zwischen der Schlackenoberfläche und der Antenne ist. Mit Hilfe eines Verstärkers, eines Wellenumformers und eines Zählers läßt sich das tatsächliche Verhalten des Schäumens der Schlacke bestimmen. Die Beziehung zwischen der Schwebungsfrequenz f, und dem Abstand zwischen der Antenne und der Schlackenoberfläche kann durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:
Dabei bedeuten:
f die Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz der ausgesendeten Welle
C die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle
R den Abstand zwischen der Antenne und der Schlackenoberfläche.
8638 8 U 9 H 4 Ü / 0 9 0 0
Aus der Gleichung (1) ergibt sich für R die folgende Lösung:
R - f, · C/21" ... (2)
b ο
Wenn man annimmt, daß in der Gleichung (2) f konstant ist, wird der Wert
C/2f ebenfalls konstant. Insofern kann man den Wert für R erhalten, indem ο
man den Wert von f, mißt und ihn mit der Konstanten C/2f multipliziert, b ο
Insofern kann man das Verfahren zum Messen des Schäumens der Schlacke gemäß der Erfindung wie folgt durchführen:
(a) Erzeugung von frequenzmodulierten Mikrowellen mit einer bestimmten Frequenzänderungsgeschwindigkeit (f ) in eine Sägezahnwellenform;
(b) Aussenden der erzeugten Mikrowellen in den Konverter und an einen Referenzreflektor;
(c) Mischen der reflektierten Wellen, welche vom Konverter und vom Heferenzreüektor'kommen und Bilden eines Schwebungssignals;
(d) Erfassen allein des Schwebungssignals;
(e) Bestimmen der Frequenz des erfaßten Schwebungssignals und
(f) Multiplizieren der festgestellten Frequenz des Schwebungssignals mit der Konstanten (C/2f ), so daß der Wert für B erhalten wird.
Ein Ausführungsbeispiel, mit welchem man in der Praxis das Schäumen der Schlacke gemäß der Erfindung messen kann, soll nun anhand der Figuren im einzelnen noch beschrieben werden.
In Fig. 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung der Erfindung dargestellt. In dieser Figur sind gezeigt ein Konverter I9 ein Schutzmantel 2 mit Wasserkühlung, um eine Beeinträchtigung durch Wärme zu verhindern, eine Antenne 3 mit einem Wellenleiter, einen Mikrowellengenerator 4, eine Signalaufbereitungsschaltung 5 zur Ermittlung eines
8638 H I) 9 ei 4 0 / Ü 9 0 0
• 40.
Schwebungssignals und zur Erzeugung einer Spannung, welche proportional zum Abstand zwischen der Antenne und der Schlackenoberfläche ist. Außerdem ist eine Lanze 21 gezeigt sowie die im Konverter enthaltene Stahlschmelze Ί'λ und t:ine darauf schwimm ende Schlacke 22.
Der wassergekühlt^ Schutzmantel 2 ist im oberen Teil des Konverters 1 angeordnet. Es werden Mikrowellen von der Antenne 3 in den Konverter 1 gerichtet. Der Mikrowellengenerator 4 und die Signalaufbereitungsschaltung 5 sind an einer solchen Stelle angeordnet, daß sie unbeeinflußt bleiben vom Konverter und die Gefahr der Zerstörung ausgeschlossen ist. Sie sind über entsprechende Signalkanäle mit der Antenne 3 verbunden.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, besitzt der Schutzmantel 2 bzw. das Schutzrohr 2 zur Wasserkühlung einen doppelten Aufbau. Das Schutzrohr ist mit einem Luftrohr 6 für Luftspülung ausgestattet und ist über einen Flansch 31 mit der Antenne und dem Wellenleiter 3 verbunden.
Die Antenne 3 kann, wie in Fig. 2 gezeigt ist, direkt mit einer Wasserkühlung versehen sein. Zur Gas- bzw. Luftspülung kann Luft, Stickstoff oder ein ähnliches Gas verwendet werden.
Fig. 3 zeigt im einzelnen die Verschaltung der Anordnung der Antenne und des Wellenleiters 3, des Mikrowellengenerators 4 und der Signalaufbereitungsschaltung 5. Die Anordnung 3 für die Antenne und den Wellenleiter besteht aus einem Zirkulator 9, einem Hornstrahler 10, einem Referenzreflektor 11 und einem Detektor 12. Der Mikrowellengenerator 4 besteht aus einem Woppler 7 zur Erzeugung der Mikrowellen. Die Signalaufbereitungsschaltung besteht aus einer Schaltung 8 zur Erzeugung einer modulierten Welle für die Frequenzmodulation, einem Frequenzfilter 13 zur Analyse des Schwebungssignals, einem Verstärker 14, einer Wcllenformerschaltung 15, einem Zähler 16 und einem Aufzeichnungsgerät 17.
809 3 40/0900
-ψ-
Der Ausgang der Schaltung 8 zur Erzeugung der modulierten Welle ist mit dem Woppler 7 verbunden, so daß die Modulation der Mikrowellen durchgeführt werden kann.
Der Ausgang des Woppler 7 ist mit der Antenne 3 verbunden, so daß die Mikrowellen in den Konverter 1 durch den Hornstrahler 10 ausgesendet werden können. Die von der Schlackenoberfläche reflektierten Wellen werden von der Antenne 3 empfangen und vom Detektor 12 mit den reflektierten Wellen des Referenzreflektors 11 gemischt. Der Referenzreflektor ist zwischen dem Zirkulator 9 und den Hornstrahler 10 vorgesehen. Auf diese Weise wird ein Schwebungssignal gewonnen. Das Frequenzfilter 13 ist mit dem Ausgang des Detektors 12 verbunden und ermittelt nur das Schwebungssignal, das dann durch den Verstärker 14 verstärkt wird und durch die Wellenformerschaltung 15 in Impulse umgewandelt wird. Durch den Zähler 16 wird das impulsförmige Signal über eine bestimmte Zeitdauer integriert. Das Ergebnis jeder Integrationszählung, die durch eine Spannung repräsentiert wird, die proportional dem Abstand zwischen der Antenne und der Schlackenoberfläche ist, wird durch das Aufzeichnungsgerät 17 wiedergegeben. Die einzelnen Bausteine, welche verwendet werden können, können dem technischen Gebiet des Mikrowellenradars entnommen sein.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Abstand zwischen der Antenne und der Schlaekenob er fläche und der Ausgangsspannung der Zähler schaltung 16 bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung arbeitet mit Mikrowellen eines X-Bandes von 8-12,4GHz.
Fig. 5 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit die Änderung des Pegels der Schlackenoberfläche beim Verblasen. Zur Messung wurde ein Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet. An der Stelle X in der grafischen Darstellung der Fig. 5 wurde ein Konverterauswurf beobachtet. Ergebnisse, welche bei der Messung unter Verwendung einer Probe, die mit Hilfe
8Ü9840/0900
• /ft.
einer Lanze gewonnen wurde, sind zum Vergleich angegeben.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß man mit Hilfe der Erfindung ein fortlaufendes quantitatives Ermitteln des Pegels der schäumenden Schlacke erzielen kann. Auf diese Weise läßt sich die Möglichkeit eines Konverterauswurfs bestimmen. Durch entsprechende Einstellung der Bedingungen beim Verblasen können dann derartige Schlackenauswürfe vermieden werden. Diese Bedingungen kann man dann in Abhängigkeit von den Meßergebnissen, welche für die schäumende Schlacke gewonnen wurden, steuern. Es läßt sich hierdurch eine verbesserte Kontrolle des gesamten Konverterbetriebs erzielen.
809840/0900

Claims (1)

  1. Patentanwälte
    0 0 München 22 ■ Steinsdorfstraße 21 - 22 · Telefon 089 / 22 94 41
    Patentansprüche·
    1. Verfahren zur Messung des Schäumens der Schlacke in einem Konverter während des Verblasens einer Stahlschmelze, gekennzeichnet durch:
    a) Erzeugen von frequenzmodulierten Mikrowellen mit einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz;
    b) Aussenden der Mikrowellen in den Konverter und in Bichtung auf einen Referenzreflektor;
    c; Mischen der aus dem Konverter von der Schlackenoberfläche reflektierten Mikrowellen mit den vom Referenzreflektor reflektierten Mikrowellen zur Erzeugung eines Schwebungssignals;
    d) Erfassen des Schwebungssignals allein und
    e) Bestimmen des Abstands zwischen der Schiackenoberfläche und dem ßeferenzrefiektor aus dem Schwebungssignal.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, zur Bestimmung des Abstands zwischen der Schlackenoberfläche und dem Referenzreflektor folgende zusätzliche Verfahrensschritte durchgeführt werden:
    a) Bestimmen der Frequenz des erfaßten Schwebungssignals und
    b) Ermitteln eines Wertes, der proportional zum Abstand zwischen der Schiackenoberfläche und dem Referenz reflektor ist, durch Multiplikation der bestimmten Frequenz mit einer bestimmten Konstanten.
    B 8638 -N/M 8ü9840/0900
    28 Ί 2871
    ■a-
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen in eine Sägezuhnform frequenzmoduliert sind.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen in eine Dreiuckwellenform frequenzmoduliert sind.
    5. Vorrichtung zur Messung schäumender Schlacke in einem Konverter beim Verblasen einer Stahlschmelze, gekennzeichnet durch:
    a) einen Mikrowellengenerator (4) zur Erzeugung frequenzmodulierter Mikrowellen mit bestimmter Frequenzänderungsgeschwindigkeit,
    b) eine Antenne (3) zum Aussenden der Mikrowellen in Richtung auf einen Konverter (1) und zum Empfang der aus dem Konverter reflektierten Wellen,
    c) eine Signalaufbereitungsschaltung (5) zur Verarbeitung der reflektierten Wellen für die Bestimmung des Abstandes zwischen der Antenne und der Schlackenoberfläche,
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (3) folgende Merkmale aufweist:
    a) einen Wellenleiter mit einem Referenzreflektor (11),
    b) einen Hornstrahler (10) zum Abstrahlen elektromagnetischer Wellen und
    c) ein Schutzrohr (2) am unteren Teil der Antenne mit einer Gas- bzw. Luftspülung, durch welche das Eindringen von Schmutz u.dgl. aus dem Konverter in die Antenne verhindert ist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne mit einer Wasserspülung zur Kühlung ausgestattet ist, so daß eine Beeinträchtigung durch aus dem Konverter austretende Hitze vermieden ist.
    809840/0900
    H. Vorrichtung nach einem der Ansprüche !3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (3) den Keioronzreflektor (11) und einen Mikrowellenzirkulator (!)) aufweist, welcher die; vom lle'lerenzrefloktor und aus dem Konverter reflektierten Mikrowellen lni.schl und ein iSehwebungssignal erzeugt, das zur Aufbereitung an die Signulaufbereitung.ssehallung (5j weitergeleitet ist, in welcher der Abstand zwischen dem Referenzreflektor und der Schlackenoberfläche ermittelt wird.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aulbereitungsschaltung (5) folgende Bauteile aufweist:
    a) ein Frequenzfilter (13), in welches das Schwebungssignal allein erfaßt wird,
    b) einen Verstärker (14) zur Verstärkung des im Frequenzfilter erfaßten Schwebungssignals,
    c) einen W eilen form er (15), welcher an den Verstärker angeschlossen ist und
    d) einen Zähler zur Ermittlung der Frequenz des umgeformten Signals und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das proportional zum Abstand zwischen Antenne und Schlackenoberfläche ist.
DE2812871A 1977-03-25 1978-03-23 Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Bewegung und Abstand einer elektromagnetische Wellen reflektierenden Oberfläche in einem Sauerstoffaufblaskonverter Ceased DE2812871B2 (de)

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