DE3822705A1 - Verfahren zur messung der hoehe des badspiegels eines metallbades in einem behaelter - Google Patents
Verfahren zur messung der hoehe des badspiegels eines metallbades in einem behaelterInfo
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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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=6357991
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