DE3822705A1 - Verfahren zur messung der hoehe des badspiegels eines metallbades in einem behaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Höhe des Badspiegels eines - insbesondere unter einer Schlacken­ schicht befindlichen - Metallbades in einem Behälter, insbe­ sondere in einem Konverter, mittels einer aus einer EMK-Zelle zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes und/oder aus einem Thermoelement bestehenden Meßsonde. Dabei sind die EMK-Zelle und/oder das Thermoelement der Meßsonde üblicherweise vor ihrem Eintauchen in das Metallbad durch eine Schutzkappe ge­ schützt.

Beispielsweise für die Probennahme und die Temperaturbestimmung von Metallschmelzen ist es von Bedeutung, die Höhe des Badspiegels des Metallbades in dem Behälter genau zu kennen, insbesondere in den Fällen, wenn sich das Metallbad unter einer Schlacken­ schicht befindet. Bei gleichem Füllvolumen ändert sich jedoch der Metallbadspiegel u.a. durch den Verschleiß der feuerfesten Auskleidung des Behälters. Aus diesem Grund muß beispielsweise für eine Probennahme die vorgegebene Eintauchtiefe laufend korrigiert werden, um zu vermeiden, daß schlackenhaltige und daher unbrauchbare Proben aus dem oberflächennahen Bereich der Metallschmelze entnommen werden. Andererseits darf aufgrund der begrenzten Standzeiten der verwendeten Probennahme- und Meßsonden die Eintauchtiefe in das Metallbad nicht zu groß gewählt werden, um eine zu frühe Zerstörung der Sonden zu ver­ meiden.

Ferner ist für eine kontrollierte Führung des Blasprozesses in einem Konverter beim Frischen des Stahles und zur gezielten Einstellung der angestrebten Stahlzusammensetzung der richtige Abstand der Sauerstoff-Aufblaslanze von der Metallbadoberfläche von besonderer verfahrenstechnischer und wirtschaftlicher Be­ deutung. Da auch in diesem Fall aus den bereits genannten Gründen der Verschleiß der feuerfesten Auskleidung des Kon­ verters nicht gleichmäßig ist und sich die Höhe des Bad­ spiegels beispielsweise auch durch den Aufbau von Schlacken­ schichten auf der feuerfesten Auskleidung laufend verändert, muß der Metallbadstand in regelmäßigen Abständen durch Mes­ sungen erfaßt werden.

Aus der DE-PS 31 41 116 ist ein Verfahren bekannt, nach dem bei Eisen- und Stahlschmelzen aufeinanderfolgende Temperatur­ messungen, Probennahmen und/oder thermische Analysen stets in gleicher Tiefe unterhalb des Badspiegels durchgeführt werden. Die Eintauchtiefe für die eigentlichen Meßsonden in das Metallbad wird zuvor mittels einer nur für diesen Zweck eingesetzten Tauchmeßlanze mit zumindest einem Temperatur­ meßfühler ermittelt. Diese Tauchmeßlanze kann auch eine einen Temperaturmeßfühler enthaltende Kombinationsmeßsonde, z.B. Thermoelement/EMK-Zelle oder Thermoelement/Probennahmesonde, sein. Mit Hilfe der Tauchmeßlanze wird bei diesem bekannten Verfahren der Temperaturanstieg während des Absenkens der Lanze in den das Metallbad enthaltenen Behälter laufend er­ faßt, bis sich als Meßpunkt ein Temperaturschwellwert ein­ stellt. Wie bei der aus der DE-OS 27 03 697 bekannten Ein­ richtung zur Eintauchtiefensteuerung von Meßsonden in Schmelzen wird mit dem Erreichen dieses Temperaturschwellwertes angezeigt, daß die Tauchmeßlanze die heiße Schlacken- und/bzw. Metallbad- Oberflächenschicht erreicht hat. Diese Sondenstellung markiert die Füllhöhe in dem Behälter, und von ihr aus als Bezugspunkt wird dann die gewünschte Eintauchtiefe der eigentlichen Meßsonden in die Metallschmelze festgelegt.

Nach den aus diesen beiden Druckschriften bekannten Verfahren läßt sich die Füllhöhe von Metallschmelzen in einem Behälter und damit die Eintauchtiefe von Meßsonden in das Metallbad aus den folgenden Gründen nur annähernd genau bestimmen. Zu ihrem Schutz ist auf die Temperaturmeßfühler der Tauchmeßlanze eine Schutzkappe aufgesetzt, um ihre frühzeitige Zerstörung im Schlacken- und Metallbad zu vermeiden. Während des Absenkens der Tauchmeßlanze ist daher der Temperaturverlauf oberhalb des Metallbades nur über die von der aufgesetzten Metallschutz­ kappe zur Sonde hin abgegebene Strahlungswärme, also mit zeit­ licher Verzögerung, meßbar. Die Temperatur steigt beim Eintreten der Tauchmeßlanze in die Schlackenschicht und später in das Metallbad nur langsam exponentiell an. Der Temperaturschwellwert wird daher erst erreicht, nachdem die Sonde ggf. schon in das Metallbad eingetaucht ist. Daher läßt sich auf diese Weise der Badspiegel und die Eintauchtiefe von Meßsonden in das Metallbad nicht exakt ermitteln.

Ein weiteres vorbekanntes Verfahren zur Badstandsmessung eines unter einer Schlackenschicht befindlichen Metallbades basiert darauf, die unterschiedliche Leitfähigkeit des elektrischen Stromes für das Metallbad einerseits und für die Schlacke an­ dererseits für die Badstandsmessung auszunutzen. Entsprechende Leitfähigkeits-Meßsonden sind aus den DE-PSen 29 37 353, 31 33 182 und 32 05 528 bekannt. Mit Hilfe dieser Meßsonden wird beim langsamen Herausfahren der Meßsonden aus dem Metallbad die Leitfähigkeit gemessen und ihre Änderung beim Übergang der Meßsonde vom Metallbad in die Schlackenschicht registriert, die der Indikator für die Höhe des Badspiegels im Behälter ist.

Zwar ist die Badstandsmessung mit Hilfe von Leitfähigkeits- Meßsonden dem aus der DE-OS 27 03 697 und der DE-PS 31 41 116 bekannten Verfahren vorzuziehen, bei dem die Bestimmung der Metallbadoberfläche über eine Temperaturmessung während des Absenkens der Tauchmeßlanze in das Metallbad erfolgt, auch wenn dafür eine Kombinationsmeßsonde eingesetzt werden kann. Diese muß daher nach dem bekannten Verfahren in jedem Falle mit Temperaturmeßfühlern ausgerüstet sein. Es hat sich jedoch gezeigt, daß beide Verfahren für die Bestimmung der Metallbad­ oberfläche, insbesondere in einem bodenspülenden Konverter aufgrund der auftretenden Turbulenzen und Gasblasen und der hohen Badtemperaturen, störanfällig und daher wenig geeignet sind und zu ungenauen und nicht eindeutigen Meßergebnissen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Badstandsmeß­ verfahren anzugeben, welches geeignet ist, die Höhe des Bad­ spiegels eines - insbesondere unter einer Schlackenschicht befindlichen - Metallbades in einem Behälter exakt zu messen.

Als Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei dem Verfahren der eingangs genannten Art die Meßsonde bezogen auf eine außerhalb des Behälters gelegene Ausgangs­ stellung bis zu einer als Fixpunkt vorbestimmten Tiefe ver­ hältnismäßig schnell in das Metallbad eingetaucht wird und nach dem Aufschmelzen der Schutzkappe während der mit lang­ samerer Geschwindigkeit erfolgenden Aufwärtsbewegung der Meß­ sonde der Sauerstoffpartialdruck und/oder die Temperatur als Funktion der von der Meßsonde in dem Metallbad von dem gewählten Fixpunkt aus zurückgelegten Wegstrecke gemessen und die bis zum Eintreten einer Änderung des gemessenen Sauerstoffpartial­ druckes und/oder der Temperatur von dem Fixpunkt aus zurück­ gelegte Wegstrecke als Maß für die Badstandshöhe erfaßt wird.

Das schnelle Absenken bzw. Eintauchen der Meßsonde in das Metallbad erfolgt dabei mit der üblichen Geschwindigkeit in der Größenordnung von 30 cm/s oder mehr, während das anschlies­ sende langsame Aufwärtsbewegen der Meßsonde erfindungsgemäß mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 bis 5 cm/s erfolgen sollte.

Im Gegensatz zu den vorgenannten bekannten Verfahren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine eindeutige Bestimmung der Badstandshöhe von Metallschmelzen in Behältern, insbesondere in den Fällen, wenn sich das Metallbad unter einer Schlacken­ schicht befindet.

Die Messung des Metallbadstandes kann nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren bereits über die Messung der Temperatur allein erfolgen. Sofern sich jedoch das Metallbad unter einer Schlackenschicht befindet, ist die Temperaturmessung mittels eines Thermoelementes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren allerdings nur möglich, sofern die Schlackentemperatur deut­ lich von der Temperatur des Metallbades abweicht. Im Konverter, in dem sich über der Metallschmelze eine Schlackenschicht be­ findet, ist dies beispielsweise nur innerhalb eines begrenzten Zeitraumes nach Blasende bzw. dem Ende des Frischvorganges der Fall. Danach erfolgt über einen längeren Zeitraum ein Tempera­ turausgleich zwischen dem Metallbad und der Schlackenschicht, der einer Messung der Höhe des Badspiegels nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren durch eine Temperaturmessung allein entgegenstehen würde. Sofern sich daher das Metallbad unter einer Schlackenschicht befindet, wird bei einer Messung der Höhe des Badspiegels nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Badstandsmessung bevorzugt mittels einer EMK-Zelle zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes als Funktion der zurückgelegten Wegstrecke durchgeführt. Besonders hilfreich ist es, wenn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren parallel dazu auch die Tempe­ raturmessung erfolgt, da mit der parallelen Auswertung der beiden gleichzeitig gemessenen Signale für den Sauerstoffpar­ tialdruck und die Temperatur ein noch besseres und eindeutiges Ergebnis erzielt werden kann.

Im Vergleich zu den vorgenannten Verfahren besteht ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß nunmehr die Messung des Metallbadstandes und damit der Eintauchtiefe der eigentlichen Meßsonde in das Metallbad mit der gleichen Sonde durchgeführt werden kann. Bisher war es üblich, den Metallbadstand zunächst mit Hilfe einer Leitfähig­ keits-Meßsonde zu bestimmen und im Anschluß daran mit der zweiten eigentlichen Meßsonde die Messung beispielsweise des Sauerstoffpartialdruckes und/oder der Temperatur des Metall­ bades durchzuführen. Dabei wird die eigentliche Meßsonde schnell in das Metallbad eingetaucht und sobald die Meßsignale für den Sauerstoffpartialdruck und/oder die Temperatur re­ gistriert sind auch wieder schnell mit der gleichen Geschwin­ digkeit aus dem Metallbad herausgefahren. Nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren ist es nunmehr möglich, zusätzlich zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes und/oder der Temperatur des Metallbades unmittelbar im Anschluß daran mit der gleichen Meßsonde gleichzeitig auch den Metallbadstand zu bestimmen.

Anhand der Zeichnungen wird der Ablauf einer Messung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Stellung der Meßsonde in ihrer Ausgangsstellung vor Durchführung der Messung,

Fig. 2 die Stellung der Meßsonde in ihrer Endstellung bei maximaler Eintauchtiefe,

Fig. 3 die Meßsonde auf dem Weg nach oben aus dem Metallbad heraus beim Passieren der Grenzfläche Metallbad/ Schlackenschicht und

Fig. 4 das zu Fig. 3 gehörige Meßwertdiagramm.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen schematisch einen Behälter 1, der ein Metallbad 2 enthält, auf dem sich eine Schlackenschicht 3 befindet.

Üblicherweise befindet sich die Meßsonde 4 mit einem Kopf 5 zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes und/oder der Tempe­ ratur gemäß Fig. 1 in einer oberen Ausgangsstellung 8. Aus dieser Ausgangsstellung wird die Meßsonde 4 in Pfeilrichung 6 auf den Behälter zu schnell, d.h. mit etwa 30 cm/s oder mehr, nach unten bewegt, bis die Meßsonde 4 die vorgegebene maximale Eintauchtiefe gemäß Fig. 2 erreicht hat. Diese Eintauchtiefe wird so gewählt, daß sich der Kopf 5 der Meßsonde 4 sicher unterhalb der Schlackenschicht 3 in dem Metallbad befindet. Dabei hat der Kopf 5 der Meßsonde 4 von der oberen Ausgangs­ stellung 8 bis zu dieser unteren Endstellung gemäß Fig. 2 die Wegstrecke S ₁ zurückgelegt. Diese Wegstrecke S ₁ gibt den Fixpunkt der Badstandsmessung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an.

Im Anschluß daran, d.h. nach dem Aufschmelzen der nichtdarge­ stellten Schutzkappe der Meßsonde 4 und sobald die Meßsignale für den Sauerstoffpartialdruck und/oder die Temperatur des Metallbades registriert werden, wird die Meßsonde in Pfeil­ richtung 7 mit langsamerer Geschwindigkeit von etwa 2 bis 5 cm/s aufwärts bewegt. Dabei legt der Kopf 5 der Meßsonde bis zum Erreichen des Badspiegels des Metallbades 2 gemäß den Fig. 2 und 3 die Wegstrecke S ₂ zurück. Die von der Meßsonde zu­ rückgelegte Wegstrecke S wird dabei beispielsweise von einem Schreiber fortlaufend aufgezeichnet. Gleichzeitig werden die während der Aufwärtsbewegung der Meßsonde fortlaufend gemes­ senen Werte für den Sauerstoffpartialdruck EMK (mV) und/oder die Temperatur T (°C) registriert und gemäß Fig. 4 über die zurückgelegte Wegstrecke S aufgezeichnet. Erreicht der Kopf 5 der Meßsonde 4 den Metallbadspiegel, so entsteht beim Übergang in die Schlackenschicht eine änderung oder auch ein Sprung des bzw. der Meßsignale infolge unterschiedlichen Sauerstoffpar­ tialdruckes und/oder unterschiedlicher Temperatur des Metall­ bades gegenüber der Schlackenschicht. Die relevante Änderung in den über die zurückgelegte Wegstrecke S aufgetragenen Meß­ werten - diese Änderungen sind größer als die Schwankungen und Meßfehler der Meßwerte für den Sauerstoffpartialdruck und/oder die Temperatur des Metallbades - kennzeichnet die Höhe des Bad­ spiegels und ist damit unter Berücksichtigung der Wegstrecke S ₁ das Maß für die gewünschte Badstandshöhe. Bezogen auf die obere Ausgangsstellung 8 läßt sich damit in einfacher Weise aus den beiden Wegstrecken S ₁ und S ₂ die Badstandshöhe in dem Be­ hälter berechnen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Messung der Höhe des Badspiegels eines - insbesondere unter einer Schlackenschicht befindlichen - Metallbades in einem Behälter, insbesondere in einem Kon­ verter, mittels einer aus einer EMK-Zelle zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes und/oder aus einem Thermoelement bestehenden Meßsonde, bei der die EMK-Zelle und/oder das Thermoelement durch eine Schutzkappe geschützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde bezogen auf eine außerhalb des Behälters gelegene Ausgangsstellung bis zu einer als Fixpunkt vorbestimmten Tiefe verhältnismäßig schnell in das Metallbad eingetaucht wird und nach dem Aufschmelzen der Schutzkappe während der mit langsamerer Geschwindigkeit erfolgenden Aufwärtsbewegung der Meßsonde der Sauerstoff­ partialdruck und/oder die Temperatur als Funktion der von der Meßsonde in dem Metallbad von dem gewählten Fixpunkt aus zurückgelegten Wegstrecke gemessen und die bis zum Ein­ treten eine änderung des gemessenen Sauerstoffpartialdruckes und/oder der Temperatur von dem Fixpunkt aus zurückgelegte Wegstrecke als Maß für die Badstandshöhe erfaßt wird.

2. Verfahren zur Messung der Höhe des Badspiegels eines - insbesondere unter einer Schlackenschicht befindlichen - Metallbades in einem Behälter, insbesondere in einem Konverter, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung nach dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 unmittelbar im Anschluß an die Messung des Sauerstoffpartialdruckes und/oder der Temperatur des Metallbades mit der gleichen Meßsonde durch­ geführt wird.