DE3344944C2 - Verfahren zur Analyse von Stahl während seiner Herstellung und Weiterverarbeitung - Google Patents

Verfahren zur Analyse von Stahl während seiner Herstellung und Weiterverarbeitung

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Abstract

Verfahren zur Analyse von Stahl während seiner Herstellung und Weiterverarbeitung, gekennzeichnet durch folgende automatisch nacheinander durchgeführte Verfahrensschritte: 1. Magazinierung einer Probennahmelanze und automatische Vorwahl des Probentyps; 2. Entnahme einer Probe aus flüssigem Stahl während der Blasphase bei einem Konverter oder Elektroofen von einem Leitstand aus; 3. Auspacken der Probennahmelanze und Entsorgung ihrer Papp- und Keramikteile in einer Auspackmaschine; 4. Gewichtsvergleich der Probe mit einem Sollwert zur Fehlerfrüherkennung; 5. Durchlaufen einer mit Wasser, Luft, Inertgas, CO2-Schnee gespeisten Kühlstrecke; 6. Probentransport mit Hilfe einer Kartusche über eine Rohrpoststrecke mit automatischer Sende- und Empfangsstation; 7. Vorbereitung der Probe für die Spektralanalyse in einem Probenschleifautomaten; 8. Fehlererkennung an den geschliffenen Stahlproben und Dokumentation der Fehlerstellen; 9. Übergabe der Stahlprobe mittels eines Manipulators auf den Petrytisch eines Spektrometers; 10. Analyse der Probe in dem Spektrometer; 11. Übermittlung der Daten der Analyse an den Leitstand.

Description

Beschreibung
Ein Verfahren zur Analyse von Stahl wird herkömmlich in vier Verfahrensabschnitte unterteilt, von denen drei Abschnitte noch einmal in Verfahrensschritte unterteilt werden (Niederschrift Sitzung des III. Unterausschusses "Analytische Chemie" des VDEh am 26.11.1981 in Düsseldorf; "Stahl u. Eisen" Bd. 95, 1975, Nr. 23, S. 1130-1135): Probennahme einschließ- ίο lieh Entformen und Signieren; Probentransport; Probenvorbereitung mit Kühlen, Trennen, Schleifen o. dgl.; Auflage am Meßgerät mit Probeneingabe in das Analysegerät, Identifizieren, Analyse und Archivieren. Einzelne dieser Verfahrensschritte sind bereits automatisiert, nämlich die Verfahrensschritte 5,8 und 9, sowie teilweise 2,3,4 und 7; für das gesamte Verfahren wurde die Automatisierung auf der genannten Sitzung erörtert, ohne hierfür eine konkrete Lösung zu nennen.
Der Automatisierungsgrad bei bekannten Verfahren zeichnet sich durch hohen Geräteaufwand im Labor und demgegenüber geringem Geräteaufwand im Betrieb aus. Bekannte Verfahren sind mit langen Zeiten für die Analyse verbunden. Die Zeiten ergeben sich aus der Probennahme sowie dem Versand und der Vorb ereitung der Probe.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen; soweit bereits Maßnahmen zur Verkürzung der Analysezeit getroffen wurden, diese weiterentwickeln. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem unnütze Transportzeit, die durch Weitergabe grob fehlerhafter Proben entsteht, vermieden wird, dabei möglichst zahlreich die Prüfungen im Stahlwerk anstatt im Laboratorium durchzuführen. Das Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die im Patentanspruch 1 angegebene, automatisch nacheinander durchgeführten Verfahrensschritte. Schutz wird dabei nur für die Summe der Verfahrensschritte der angegebenen Reihenfolge beansprucht.
Von den im Patentanspruch 1 genannten Verfahrensschritten sind folgende nacheinander automatisch ausgeführte Einzelschritte im wesentlichen bekannt: Aus DE-AS 28 39 255 Verfahrensschitt 1; aus "Sublance-System" der Krupp Industrie- und Stahlbau, beschrieben in einem Prospekt 01.81, Verfahrensschritte 1, 2 und 3; aus "Iron and Steel International" 1978 S. 295 bis 299 Verfahrensschritte 2, 3, 8 und 9 sowie teilweise 1 und 4; aus DE-AS 27 53 161 und "Techn. Mitt Krupp Forsch. Ber." Bd. 37, 1979, S. 44 Verfahrensschritte 2 und 3; von der "13. Spektrometertagung" Düsseldorf 29.09. bis 01.10.1980 Verfahrensschritte 2,4,5 und 7; von dem "Rohrpostanlagen-System POLSAP", vorgestellt von Krupp Polysius AG. auf der "Interkama" 1980 Verfahrensschritte 4 und 5; von dem "101st ISIJ Meeting" April 1981, Lecture No. S. 402, Verfahrensschritte 5,7,8 und 9; aus Thyssen Edelst Techn. Ber., 5. Bd., Heft 3 S. 240 bis 247 Verfahrensschritte 8 und 9. Bei der Erfindung wird die Probe während der Blasphase dem Ofen mit Hilfe einer Lanze entnommen. Die genommene Probe wird durch Zerstörung der Lanze entnommen. Die genommene Probe wird automatisch versandfertig gemacht, insbesondere gekühlt. Sie wird einer Gewichtskontrolle zur Grobprüfung unterzogen. Bei der Grobprüfung werden größere Fehler erkannt; es wird unnütze Transportzeit für die Weitergabe grob fehlerhafter Proben vermieden. Über eine Rohrpoststrecke wird die Probe dann nach einer Aufbereitungszentrale befördert. Diese Aufbereitungszentrale braucht nicht das Hüttenlaboratorium zu sein; kann vielmehr an einer günstigeren Stelle im Stahlwerk eingerichtet werden. In der Aufbereitungszentrale wird die Probe automatisch aus der Kartusche der Rohrpost ausgepackt und zum Analysieren vorbereitet. Diese Vorbereitung ist probenspezifisch; sie kann entweder im Schleifen einer Flachprobe oder im Trennen und Schleifen einer Kegelprobe bestehen. Auch dieser Vorgang verläuft völlig automatisch. Die für die Analyse aufbereitete Probe wird nun mit einem handelsüblichen Prägeautomaten gekennzeichnet. Beispielsweise werden der Probe Datum und Uhrzeit eingeprägt. Die bezeichnete Probe wird dann in einem Spektrometer spektral-analytisch analysiert. Das Spektrometer kann wahlweise nur einige Elemente bestimmen oder eine Vollanalyse durchführen. Die Analysedaten werden dann von einem Rechner ausgerechnet und an den Leitstand übermittelt.
Das Verfahren nach der Erfindung wird mit Hilfe von an sich bekannten Vorrichtungen ausgeführt. Es wird durch Druckknopfbetätigung im Leitstand ausgelöst. Danach erfolgt eine Analyse des Stahls ohne Störung der Produktion und ohne weitere manuelle Tätigkeit. Der mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielte automatische Ablauf der Analyse bringt eine erhebliche Zeit- und damit Energieersparnis und im Regelfall die Einsparung von zwei oder drei Bedienungspersonen mit sich.
Der vorstehend beschriebene Weg zur Automatisierung der Analyse kann nicht nur bei Konverterstahlanlagen, sondern auch bei Elektrostahlwerken mit Einfahren der Sonden durch den Ofendeckel oder bei Legierungsständen sowie Pfannenbehandlungsständen im Gießbetrieb eingesetzt werden. Bei diesen Einsätzen ist dann nicht in erster Linie der Zeitgewinn, sondern der Rationalisierungseffekt maßgebend.
Die automatische Analyse bei der Stahlherstellung und Weiterverarbeitung nach der Erfindung verkürzt die Analysenzeit von der Probennahme über Probenbearbeitung bis zur Analyse erheblich. Die Zeiteinsparung wird erreicht durch Automatisierung aller Einzelvorgänge und Verkettung der Einzelvorgänge. Die Gesamtzeitvon der Probennahme bis zur Übermittlung der Analysenergebnisse liegt bei ca. 3 Minuten. Bisher betrug die Analysenzeit 10 bis 20 Minuten, wobei je nach schon vorhandenem Automatisierungsgrad die Zeit im oberen oder unteren Bereich der Zeitspanne liegt. Die mit der Erfindung erzielte Verkürzung der Analysenzeit soll zur Verkürzung der Schmelzzeit benutzt werden.
Um die Einsparung durch Verkürzung der Analysenzeit zu erläutern, werden nachfolgend drei Schmelzverfahren, die in der Bundesrepublik weit verbreitet sind, herausgegriffen und beschrieben:
a) Sauerstoff-Blas-Verfahren
Bei LD-, OBM- oder Verfahren, die sowohl von unten als auch von oben den Sauerstoff in den Konverter blasen, wird der Konverter zur Probennahme einige Minuten vor Abstich schräg gestellt. Danach wird nachgeblasen bis zum Erhalt der Analyse. Zwar kann der Konverter auch "blind" abgestochen werden, d. h. nur nach Rechendaten aus Einsatz und Abgas eine theoretische Analyse errechnet werden; bei hohen Schrottsätzen ist dies abernichtüblich. Die Verkürzung der Analysenzeit ergibt drei wesentliche Einsparungen bei den Kosten für den Konverter:
- Durch Verkürzung der Nachblaszeit kann die Eisenverschlackung reduziert und dadurch das Ausbringen um ein bis zwei Prozent Eisen verbessert werden.
- Durch Verkürzung der Gesamtblaszeit wird eine Verbesserung der Produktivität um ca. zwei bis zehn Prozent erreicht bei gleichzeitiger Senkung des sog. ff-Verbrauchs, das ist der Verbrauch durch längeres Halten der Ofentemperatur von Feuerfestmaterialien.
- Die Einführung der Sublanze zur Probenentnahme kann vermieden werden.
b) Elektro-Stahl-Verfahren
c) Gießereiöfen
Die Praxis in modernen E-Öfen-Stahlwerken ist die Probennahme vor dem Abstich. Durch Warten auf die Analyse, Legieren und Abstechen vergeht die eingangs genannte Zeit. Die Zeit zum Abstich versucht man zu nutzen für das Temperaturfahren. Moderne UHP-Öfen mit wassergekühlten Oberöfen werden stark gedrosselt gefahren.
Mit der Erfindung ergibt sich:
- Eine Absenkung der tap-to-tap-Zeit, das ist die Zeit vom Einsatz des Stahlschrotts und Roheisens bis zum Abstich, um ca. 10 Minuten bei modernen UHP-Öfen.
- Eine Einsparung an Legierungsmitteln in der nachgeschalteten Pfannenmetallurgie durch Legieren an den unteren Toleranzbereich mit Hilfe von Analysen in kurzen Zeitabständen.
In Gießereiöfen wird im Regelfall keine metallurgische Arbeit verrichtet. Der Einsatz oder die Einsatzstoffe bestimmen die Analyse. Bei allen Ofentypen in der Gießerei, ob Kupol-, Frequenz- oder Elektro-Ofen, wird eingeschmolzen, eine Probe genommen und bei Erhalt der Analyse abgestochen. Im Regelfall entfällt eine Zeit zum Hochfahren auf Abstichtemperaturen, da die Abstichtemperatur nur wenig über Liquidus-Temperatur liegt.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung ergibt sich eine Verkürzung der Schmelzzeit um ca^ 10 Minuten.
Die einzelnen Verfahrensschritte werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Stahlwerk, Fig. 2 ein Labor.
In einem Leitstand 12, auch als Kommandozentrale bezeichnet, wird der automatische Vorgang für die Durchführung einer Analyse durch Druckknopf eingeleitet. Bei Betätigung des Druckknopfes werden Uhrzeit, Chargennummer und Probenart festgelegt. Zur Auswahl stehen: Probenahme von Lolli-, Doppelmedaillen- oder Talerproben; Messung der Temperatur und Messung des aktiven Sauerstoffs. Bei Knopfdruck werden in einem Sondermagazin eine Sonde für eine Vorrichtung 3 zur automatischen Probenentnahme ausgesucht, zur Probennahmestation befördert und dort in die Vorrichtung 3 eingesetzt. Nach Einspannen der Sonde wird diese in das Bad eines Elektroofens oder Konverters 1 getaucht Je nach Art der Messung bzw. Probennahme ist die Eintauchtiefe unterschiedlich. Wird nur eine Einwegprobe zur Messung von Temperatur und aktivem Sauerstoff verwendet, übergibt die Automatik die Sonden in einen Abfallbehälter. Wird eine Probennahme-Sonde verwendet, wird diese mit der Probe einer Auspackmaschine 4 zugeführt. In Fig. 1 noch dargestellt ist eine Einblasvorrichtung 2 für den Elektroofen oder Konverter 1.
In der Auspackmaschine wird die Probensonde zerstört und die heiße Probe weiterbefördert. Papphülse, Blechkokille und Schmutzmantel fallen in den Abfallbehälter.
Die Probe gelangt dann in eine Kontroll- und Kühlstation 5. In dieser Station wird die Probe geprüft, ob sie für die spätere Spektralanalyse einwandfrei ist. In der Station 5 werden Proben mit Oberflächenfehlern und kurz unter der Oberfläche liegenden Lunkern in einer Tiefe, die eine Spektralanalyse stören könnte, aussortiert. An der Probe wird außerdem eine Gewichtsprüfung vorgenommen. Proben bestimmter Abmessungen müssen innerhalb eines Gewichtsbereichs liegen, um als einwandfrei gelten zu können. Nicht innerhalb des Gewichtsbereichs liegende Proben werden nicht weiterbefördert. Die noch auf einer Temperatur von ca. 800 bis 9000C befindliche Probe wird mittels Wasser, Luft, Inertgas und/oder CO2-Schnee schnell abgekühlt und an eine Prägestation 6 weitergegeben. In der Prägestation 6 wird die Probe auf der umlaufenden Schmalseite mit einer Kennziffer versehen. Nunmehr erfolgt die Weitergabe an eine Sendestation 7.
In der Sendestation 7 wird die Probe in eine Kartusche einer Rohrpoststrecke 13 eingegeben, mit der sie zum Labor befördert wird. Die Kartusche ist so konstruiert, daß die Bewegungsenergie bei der Rohrpost zum Öffnen und Schließen der Kartusche verwendet wird.
Das Ende der Rohrpoststrecke 13 im Labor bildet eine Empfangsstation 8 für die Kartusche. Aus der Empfangsstation 8 gelangt die aus der Kartusche entnommene Probe in einen Schleifautomaten 9. In dem Schleifautomaten 9 wird die Probe einseitig geschliffen, um die Fehlererkennung, Fehlerdokumentation und Spektralanalyse zu ermöglichen. Die Schleiftiefe ergibt sich aus der Abkühlvorrichtung. Abkühlung in und mit Inertgas kostet Zeit, erspart aber Schleifaufwand. Umgekehrt erfordert die Abkühlung mit Wasser an der Oberfläche der Probe erhöhten Schleifaufwand.
Aus dem Schleifautomaten 9 gelangt die Probe mittels eines Manipulators auf den Petrytisch eines Spektrometers 10. Dieses als Analyseautomat dienende Spektrometer ist in unterschiedlichen Ausführungen für die Durchführung von Analysen der hier betrachteten Art bekannt. Auch das Spektrometer 10 arbeitet automatisch; der Petrytisch ist in zwei Achsen verschieblich bzw. die Probe durch exzentrische Lagerung verdrehbar. Dem Spektrometer 10 ist ein Rechner 11 zugeordnet. Der Rechner 11 übernimmt die Legierungsrechnung. Ergeben sich in der Analyse Legierungen außerhalb der Toleranzen, werden über den Rechner 11 Legierungsmittel abgerufen. Als Endpunkt der Analyse druckt ein Schreibautomat im Leitstand 12, der über eine Leitung 14 mit dem Rechner 11 verbunden ist, das Analysenergebnis aus oder gibt es auf einen Monitor.
Der gesamte vorstehend beschriebene Vorgang dauert ca. 3 Minuten, wobei alle beschriebenen Vorgänge automatisch ablaufen. Es ergibt sich durch die Erfindung eine Einsparung an Zeit. Die Arbeit etwa noch vorhandener Bedienungspersonen wird wesentlich erleichtert

Claims (11)

Patentanspruch: Verfahren zur Analyse von Stahl während seiner Herstellung und Weiterverarbeitung, bei dem folgende Verfahrensschritte automatisch nacheinander durchgeführt werden:
1. Magazmierung einer Probennahmelanze und automatische Vorwahl des Probentyps;
2. Entnahme einer Probe aus flüssigem Stahl während der Blasphase bei einem Konverter oder Elektroofen von einem Leitstand aus;
3. Auspacken der Probennahmelanze und Entsorgung ihrer Papp- und Keramikteile in einer Auspackmaschine;
4. Probentransport mit Hilfe einer Kartusche über eine Rohrpoststrecke mit automatischer Sende- und Empfangsstation;
5. Vorbereitung der Probe für die Spektralanalyse in einem Probenschleifautomaten;
6. Fehlererkennung an den geschliffenen Stahlproben und Dokumentation der Fehlerstellen;
7. Übergabe der Stahlprobe mittels eines Manipulators auf den Petrytisch eines Spektrometers;
8. Analyse der Probe in dem Spektrometer;
9. Übermittlung der Daten der Analyse an den Leitstand, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Auspacken der Probennahmelanze und Probentransport folgende Verfahrensschritte automatisch nacheinander durchgeführt werden:
10. Gewichtsvergleich der Probe mit einem Sollwert zur Fehlerfrüherkennung;
11. Durchlaufen einer mit Wasser, Luft, Inertgas und/oder CO2-Schnee gespeisten Kühlstrecke.
Hierzu 2 Seite(n) Zeichnungen
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