DE3145301C2

DE3145301C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Menge der Schmelze in einem Behandlungs- oder Transportgefäß

Info

Publication number: DE3145301C2
Application number: DE19813145301
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.-Ing. 5102 Würselen Sindelar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-11-14
Filing date: 1981-11-14
Publication date: 1987-05-07
Also published as: DE3145301A1

Abstract

Insbesondere bei der Legierung von Metallschmelzen in einem Schmelzofen ist es erforderlich, die Menge der Schmelze zu bestimmen, um daraus unter Zuhilfenahme der Ergebnisse einer durchgeführten Analyse die erforderlichen Mengen der Legierungsbestandteile zu bestimmen. Um über eine genauere Ermittlung der Menge der Schmelze schneller auf genau vorgegebene Legierungsgrenzen hinarbeiten zu können, wird vor dem Einbringen des Behandlungsgutes die Geometrie der Aufnahmekammer des Gefäßes genau bestimmt, dann wird zu dem Zeitpunkt, in dem die Menge der Schmelze bestimmt werden soll, der genaue Stand des Badspiegels der Schmelze relativ zu einem Bezugspunkt ermittelt und schließlich wird aus dem ermittelten Stand des Badspiegels und der zuvor bestimmten Geometrie der Aufnahmekammer das genaue Volumen der Schmelze errechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Menge der Schmelze in einem Behandlungs- oder Transportgefäß, insbesondere von Metallschmelzen in einem Schmelzofen.

Wenn beispielsweise in einem Elektroofen Stahl legiert werden soll, wird zunächst das eingesetzte Behandlungsgut gewogen und dann in dem Elektroofen erschmolzen. Der Innenraum des Elektroofens, der durch dessen innere Ausmauerung gebildet wird, wird von Charge zu Charge größer, da das Innenfutter verschleißt und in Form von größeren und kleineren Teilchen in die Schmelze sowie in die Schlacke übergeht. Die innere Geometrie des Ofens ist daher von Charge zu Charge anders. Das gleiche gilt selbstverständlich auch für andere Behandlungs- oder Transportgefäße.

Wenn das Behandlungsgut erschmolzen ist, wird eine Probe genommen und eine Analyse durchgeführt. Unter Berücksichtigung der Menge der in dem Elektroofen befindlichen Schmelze werden dann die einzelnen Legierungsbestandteile errechnet, die zur Erzielung eines Stahls einer bestimmten Güteklasse hinzulegiert werden müssen.

Das Bestimmen der Menge der Schmelze bzw. des Gewichtes des eingesetzten Materials ist stets mit Fehlern behaftet, so daß mehrere Analysen durchgeführt und allmählich auf die vorgegebenen Anteile der Legierungsbestandteile hingearbeitet werden muß. Dieses Verfahren ist nicht nur umständlich und zeitraubend, sondern es ist auch äußerst schwierig, eine genaue Zusammensetzung der Schmelze anzusteuern. Beispielsweise bei hochlegierten Stählen, für die die Norm zum Teil einen Toleranzbereich für die Legierungsbestandteile von mehreren Prozent angibt, wäre es im Hinblick auf die teilweise sehr teueren Legierungsbestandteile besonders kostengünstig, wenn man die untere Grenze ansteuern könnte. Bei Anwendung der herkömmlichen Methoden ist dies nicht bzw. nur unter erheblichem Zeitaufwand möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, über eine genauere Ermittlung der Menge der Schmelze schneller auf genau vorgegebene Legierungsgrenzen hinarbeiten zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß vor dem Einbringen des Behandlungsgutes in das Gefäß die Geometrie der Aufnahmekammer des Gefäßes genau bestimmt wird, daß zu dem Zeitpunkt, in dem die Menge der Schmelze bestimmt werden soll, der genaue Stand des metallischen Badspiegels relativ zu einem Bezugspunkt ermittelt wird und daß aus dem ermittelten Stand dieses Badspiegels und der zuvor bestimmten Geometrie der Aufnahmekammer das genaue Metallvolumen errechnet wird.

Durch dieses Verfahren ist eine sehr genaue Ermittlung der Menge der Schmelze möglich, da durch die Bestimmung der genauen Geometrie der Aufnahmekammer auch die Unregelmäßigkeiten mit erfaßt werden, die durch die jeweilige neue Ausmauerung, durch Ausbesserungen der Ausmauerungen oder das Ausbrechen von Teilen der Ausmauerung hervorgerufen werden. Die Erfassung der Geometrie der Aufnahmekammer, die vorzugsweise durch Abtasten des Kammerprofils mit einem Laser-Sende- und Empfangsgerät und Verarbeiten der Werte in einem Rechner erfolgt, kann beispielsweise vor jeder Befüllung der Aufnahmekammer erfolgen.

Der genaue Stand des Badspiegels kann ebenfalls mit einem Laser-Sende- und Empfangsgerät ermittelt werden, das zur Durchführung der Messung auf eine frei von Schlacke befindlichen Stelle der Schmelze gerichtet wird. Zur Bestimmung der Geometrie der Aufnahmekammer sowie zur Ermittlung zur Höhe des Badspiegels kann dasselbe Laser-Gerät verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur zur Bestimmung des Volumens einer Schmelze in einem Elektroofen oder einem Konverter, in welchem die unmittelbare Zulegierung erfolgt, sondern es kann die Menge einer Schmelze auch in einem Transportgefäß bestimmt werden, bevor die Schmelze in das eigentliche Behandlungsgefäß eingebracht wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Meßkopf zum Aussenden und Empfangen von Laserstrahlen, der mit einem Rechner verbunden ist und zum Abtasten der Geometrie der Aufnahmekammer derart schwenkbar ist, daß er den gesamten mit Schmelze zu befüllenden Bereich der Aufnahmekammer erfaßt. Mit einem solchen Meßkopf kann beispielsweise ein punktweises Rasternetz mit den einzelnen Höhenangaben des Aufnahmebereichs des Gefäßes erstellt und daraus das Volumen ermittelt werden.

Zur Ermittlung der Höhe des Badspiegels wird ein mit einer durchgehenden Ausnehmung versehener Meßklotz aus feuerfestem Material verwendet, der in die Aufnahmekammer des Gefäßes einfahrbar und derart teilweilse in die Schmelze eintauchbar ist, daß in der Ausnehmung des Meßklotzes der Schmelzenspiegel steht, wobei der Laser-Meßkopf auf den in der Ausnehmung stehenden Schmelzenspiegel einrichtbar ist.

Zweckmäßig sitzt der Meßklotz an einem Positionierungsgestänge, das durch eine seitliche Tür des Gefäßes in die Aufnahmekammer einfahrbar ist. Dabei kann das Positionierungsgestänge in eine vorgegebene Position in die Aufnahmekammer einfahrbar sein. Zweckmäßig ist der Meßklotz höhenverstellbar gehaltert, um seine Position an die jeweilige Höhe des Badspiegels anpassen zu können.

Um zu erreichen, daß in der Ausnehmung des Meßklotzes die reine Schmelze steht, weist der Meßklotz an seiner Unterseite vorzugsweise als Schlackenabweiser einen Boden aus schmelzbarem Material auf, das bei der Temperatur der Schmelze schmilzt. Beim Eintauchen des Meßklotzes in die Schmelze wird daher die Schlacke zunächst durchstoßen und der Schlackenabweiser schmilzt erst dann ab, wenn sich der untere Bereich des Meßklotzes in der Schmelze befindet. Dadurch steigt in der Ausnehmung des Meßklotzes die reine Schmelze auf, deren Höhenstand mit Hilfe des Laser-Geräts ermittelt werden kann.

Der Meßklotz ist vorzugsweise ein Hohlzylinder, während der Boden als Blechkegel ausgebildet ist, dessen Spitze nach unten weist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch einen mit Schmelze gefüllten Elektroofen, in welchem die Vorrichtung zur Volumenbestimmung der Schmelze dargestellt ist,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Meßzylinder entlang der Linie II-II aus Fig. 1, und
Fig. 3 den gleichen Schnitt wie Fig. 2 mit abgeschmolzenem Schlackenabweiser.
In Fig. 1 der Zeichnung ist in schematischer Darstellung ein Lichtbogenofen 1 dargestellt, bei dem als Wärmequelle ein zwischen den in der Zeichnung nicht dargestellten Kohleelektroden und dem Stahlbad entstehender Lichtbogen dient.
Der untere, als Aufnahmekammer 2 dienende Teil des Ofens 1 ist mit einer Ausmauerung 3 versehen. Als oberster Abschluß des Ofens 1 ist ein Deckel 2 a vorgesehen, der während der Behandlung der Schmelze geschlossen, sonst aber abnehmbar ist. Die Aufnahmekammer 2 ist mit einer Stahlschmelze 4 gefüllt, auf der eine Schlackenschicht 5 schwimmt.
Zur Ermittlung der genauen Geometrie der Aufnahmekammer 2 bei leerem Ofen sowie zur Ermittlung der Höhe des Badspiegels der Schmelze 4 dient ein Meßkopf 6 zum Aussenden und Empfangen von Laserstrahlen. Der Meßkopf 6 sitzt an einem Haltegestänge 7 und ist in mehreren Ebenen schwenkbar, um zumindest den gesamten Aufnahmebereich der Aufnahmekammer 2 zu erfassen. Das Haltegestänge geht von einem Versorgungsaggregat 8 aus und beherbergt ferner die Zuführungsleitungen zu einem Rechner 9.
Die genaue Ermittlung der Geometrie des Aufnahmebereiches der Aufnahmekammer 2 erfolgt vor jeder Chargierung des Ofens oder zumindest in Intervallen von einigen wenigen Chargierungen, damit auch geringfügige Veränderungen der Geometrie wie sie beispielsweise durch das Ausbrechen einzelner Teile aus der Ausmauerung 3 bewirkt werden, miterfaßt werden können. Mit dem an dem Haltegestänge 7 sitzenden Meßkopf 6 wird vor dem Eindringen des Schmelzgutes bei abgenommenem Deckel 2 a die Oberfläche der Aufnahmekammer abgetastet und in den Rechner eingespeist. Dann wird das Schmelzgut eingebracht, der Deckel 2 a aufgesetzt und die Elektroden durch Deckelöffnungen 10 eingefahren.
Bevor die Legierungselemente der Schmelze 4 zugesetzt werden, wird eine Analyse der Schmelze durchgeführt. Ferner wird die genaue Höhe des Badspiegels der Schmelze 4 ermittelt, um unter Zuhilfenahme der Werte bezüglich der Geometrie der Aufnahmekammer 2 das genaue Volumen der Schmelze errechnen zu können.
Die Badspiegelmessung erfolgt bei zurückgezogenen Elektroden durch eine der Deckelöffnungen 10 oder durch eine gesonderte, speziell für die Messung vorgesehene Deckelöffnung.
Aus den Analysewerten sowie der errechneten Menge der Schmelze können dann die genauen Mengen der Legierungsbestandteile bestimmt und über entsprechende Dosiereinrichtungen der Schmelze zugeführt werden. Dabei ist es gleichgültig, ob die Analyse noch durchgeführt wird, während sich die Schmelze im Schmelzofen befindet und die Legierungsarbeit erst nach der Überführung der Schmelze in eine Pfanne erfolgt, oder ob sowohl die Probenentnahme für die Analyse als auch die Legierungsarbeit in einem einzigen Ofengefäß vorgenommen werden.
Auf diese Weise kommt man während des Prozesses mit einer einzigen Analyse aus und kann auf sehr genaue Legierungsgrenzen hinarbeiten.
Nach der Behandlung wird schließlich noch eine Endanalyse durchgeführt, die als Abnahmeanalyse verwendet werden kann.
Die Ermittlung des Standes des Badspiegels erfolgt durch den gleichen Meßkopf 6, der auch zur Bestimmung der Geometrie der Aufnahmekammer 2 dient, und zwar unter Zuhilfenahme eines hohlzylindrischen Meßklotzes 11 aus feuerfestem Material. Der Meßklotz 11 sitzt an einem Positionierungsgestänge 12, das mit Hilfe eines Fahrgestells 13 durch die seitliche Ofenöffnung 14 in eine genau vorgegebene Position in die Aufnahmekammer 2 des Ofens 1 einfahrbar ist. Die genaue Positionierung des Meßklotzes 11 kann beispielsweise durch einen an dem Gestänge 12 sitzenden Anschlag 15 erfolgen. Der hohlzylindrische Meßklotz 11 wird mit Hilfe des Positionierungsgestänges 12 in einer Position gehalten, in der die Achse des zylindrischen Hohlraums etwa senkrecht steht, und ist in Abhängigkeit von der Höhe des Badspiegels höhenverstellbar.
An seiner Unterseite weist der Meßklotz als Schlackenabweiser einen mit seiner Spitze 16 nach unten weisenden Blechkegel 17 auf, der mit seinem zylindrischen Rand 18 fest auf den Meßklotz 11 aufgesteckt ist. Beim Absenken des Meßklotzes 11 in seine Meßposition durchstößt der Blechkegel 17 die Schlackenschicht 5, wie in Fig. 2 dargestellt.
Nach dem Eintauchen in die Schmelze 4 schmilzt der Blechkegel 17 ab, so daß die Schmelze in den zylindrischen Hohlraum des Meßklotzes 11 aufsteigen kann, wie in Fig. 3 veranschaulicht.
Sobald die Schmelze in den zylindrischen Hohlraum des Meßklotzes 11 eingedrungen ist, tritt der Meßkopf 6 in Aktion und bestimmt die genaue Höhe des Badspiegels, um seine Werte an den Rechner 9 weiterzugeben, in welchem dann die genaue Menge der Schmelze ermittelt wird.
Anstelle des Laser-Meßkopfes 6 könnte auch ein äquivalenter Meßkopf verwendet werden, der eine andere Strahlungsart aussenden und empfangen kann.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Menge der Schmelze in einem Behandlungs- oder Transportgefäß, insbesondere von Metallschmelze in einem Schmelzofen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen des Behandlungsgutes in das Gefäß die Geometrie der Aufnahmekammer des Gefäßes genau bestimmt wird, daß zu dem Zeitpunkt, in dem die Menge der Schmelze bestimmt werden soll, der genaue Stand des metallischen Badspiegels relativ zu einem Bezugspunkt ermittelt wird und daß aus dem ermittelten Stand dieses Badspiegels und der zuvor bestimmten Geometrie der Aufnahmekammer das genaue Metallvolumen errechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Geometrie der Aufnahmekammer des Behandlungsgefäßes durch Abtasten des Kammerprofils mit einem Laser- Sende- und Empfangsgerät und Verarbeiten der Werte in einem Rechner erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genaue Stand des Badspiegels mit einem Laser-Sende- und Empfangsgerät ermittelt wird, das zur Durchführung der Messung auf eine frei von Schlacke befindliche Stelle der Schmelze gerichtet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Meßkopf (6) zum Aussenden und Empfangen von Laserstrahlen, der mit einem Rechner (9) verbunden und zum Abtasten der Geometrie der Aufnahmekammer (2) derart schwenkbar ist, daß er den gesamten mit Schmelze ( 4) zu befüllenden Bereich der Aufnahmekammer erfaßt.

5.Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen mit einer durchgehenden Ausnehmung (19) versehenen Meßklotz (11) aus feuerfestem Material, der in die Aufnahmekammer (2) des Gefäßes (1) einfahrbar und derart teilweise in die Schmelze (4) eintauchbar ist, daß in der Ausnehmung (19) des Meßklotzes (11) der Schmelzenspiegel steht, und daß der Laser-Meßkopf (11) auf den in der Ausnehmung (19) stehenden Schmelzenspiegel einrichtbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßklotz (11) an einem Positionierungsgestänge (12) sitzt, das durch eine seitliche Tür (14) des Gefäßes (1) in die Aufnahmekammer (2) einfahrbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionierungsgestänge (12) in eine vorgegebene Position in die Aufnahmekammer (2) einfahrbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßklotz (11) höhenverstellbar gehaltert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßklotz (11) an seiner Unterseite als Schlackenabweiser einen Boden (17) aus schmelzbarem Material aufweist, das bei der Temperatur der Schmelze (4) schmilzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßklotz (11) ein Hohlzylinder ist, und daß der Boden des Zylinders als Blechkegel (17) ausgebildet ist, dessen Spitze (16) nach unten weist.