EP2789961A1 - Verfahren insbesondere zur Bestimmung des Zustandes des Abstichs eines metallurgischen Gefässes - Google Patents

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EP2789961A1
EP2789961A1 EP20130184161 EP13184161A EP2789961A1 EP 2789961 A1 EP2789961 A1 EP 2789961A1 EP 20130184161 EP20130184161 EP 20130184161 EP 13184161 A EP13184161 A EP 13184161A EP 2789961 A1 EP2789961 A1 EP 2789961A1
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EP
European Patent Office
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tapping
data
parameters
vessel
measured
Prior art date
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Withdrawn
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EP20130184161
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Gregor Lammer
Christop Jandl
Karl-Michael Zettl
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Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
Original Assignee
Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method in particular for determining the state of the tapping of a metallurgical vessel according to the preamble of claim 1.
  • WO 2007/107242 is a method for determining the wall thickness or wear of the lining of a metallurgical melting vessel with a non-contact scanning system Detection of the lining surface with determination of the position and orientation of the scanner system and assignment to the position of the melting vessel revealed by the detection of spatially fixed reference points.
  • a perpendicular reference system is used and the inclinations of two axes with respect to a horizontal plane are measured by inclination sensors.
  • the measurement data of the scanner can be transformed into a perpendicular coordinate system and thus an automated measurement of the respective actual state of the lining of the melting vessel is possible.
  • the present invention has the object to provide a method according to the type mentioned, by means of which the durability of the refractory lining of the tapping of a metallurgical vessel and the process itself can be optimized and reduces manual decisions for it or virtually eliminated.
  • the method according to the invention provides that data of a respective vessel are collected and stored in a data structure, and from all the measured and determined data or parameters, in particular the refractory lining of the tap, a computer model is created by means of which these data or parameters Calculations and subsequent analyzes are evaluated.
  • the method relates in particular to metallurgical vessels, such as such a vessel 10 as an embodiment in Fig. 1 is shown cut.
  • the vessel is a known converter 10 for steelmaking.
  • This converter 10 consists essentially of a metal housing 15, a refractory lining 12, a tapping 20 and gas purging 17, 18, which can be coupled with a gas supply not shown in detail.
  • molten metal is metallurgically treated, for example by a blowing process, which is not explained in detail.
  • a plurality of such converters 10 are in use in a steel mill for steel production at the same time and it is to capture the data for each of these converters.
  • This tapping 20 is composed of a tapping channel 21, the latter forming sleeve-shaped tapping blocks 22 and a metal outlet pipe 24 together.
  • this tap can also be configured differently than shown.
  • the method can in principle be applied to various metallurgical vessels, such as electric furnace, blast furnace, steel ladle, non-ferrous metal vessel such as aluminum smelting furnace, copper anode furnace or the like.
  • the method is characterized by the fact that it can be applied for different different vessels.
  • the refractory linings of the taps of all standing in operation converter and possibly pans are determined in which the same melt is first treated in a converter and subsequently poured into steel pans.
  • the data divided into groups of a respective tap 20 of the converter 10 are comprehensively collected and stored in a data structure.
  • a recording takes place during the period of use of the respective converter 10, such as melt quantity, temperature, composition of the melt or slag and their thickness, tapping times, temperature profile, treatment time and / or metallurgical parameters; like special additives in the melt.
  • melt quantity such as melt quantity, temperature, composition of the melt or slag and their thickness, tapping times, temperature profile, treatment time and / or metallurgical parameters; like special additives in the melt.
  • tapping times temperature profile, treatment time and / or metallurgical parameters; like special additives in the melt.
  • the invention is characterized in particular by focusing primarily on the tapping time for the recurrent calculations or analyzes by the computer model. With the measurements of the tapping times very reliable conclusions about the wear and other factors, such as changes with increasing service life of the refractory tapping stones, can be drawn.
  • a measurement of the inner diameter of the refractory lining in the tapping 20 advantageously sections. It is sufficient if the measurement of the wall thicknesses of the lining 12 is carried out after a number of taps. It can then be determined other process parameters, such as filling or Abstichart the molten metal in or out of the melting vessel.
  • a mathematical model is created from at least part of the measured and determined data or parameters, by means of which these data or parameters are evaluated by calculations and subsequent analyzes.
  • the maximum duration of use, the wall thicknesses, the materials and / or the care data of the refractory lining of the tapping 20 or, conversely, the process sequences in the treatment of the melt can be optimized. It can be from these analyzes sometimes on the further use without or with repairs of the refractory lining of the tapping 20. It requires no more or only a limited experience manual interpretation of the duration of use of the refractory lining of the tapping 20 and the other sizes to be determined, such as wall thickness, choice of material etc ..
  • the tapping 20 is expediently subdivided into several sections, for example into an inlet in the container interior, into a plurality of sections in the tapping channel 21 and into an outlet at the outlet connection 24.
  • the data is checked for plausibility after the acquisition, and if one or more values are missing or torn out, these are respectively corrected or deleted. After preferably individually checking the data, these are saved to a merged valid record.
  • a reduced number is selected from the measured or determined data or parameters for the recurrent calculations or analyzes, this taking place as a function of empirical values or by calculation methods.
  • This selection of the measured or determined data or parameters for the recurrent calculations or analyzes takes place by means of algorithms, for example a random feature selection.
  • the data is used for statistical purposes or for later recording for the reconstruction of production errors or the like.
  • the calculation model is adapted as a further advantage of the invention, by which the wear can be calculated or simulated taking into account the collected and structured data.
  • This adapted calculation model is especially suitable for use of test purposes in order to test or simulate process sequences and to carry out targeted changes.

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Abstract

Ein Verfahren dient insbesondere zur Bestimmung des Zustandes des Abstichs eines die Metallschmelze enthaltenden Gefässes (10). Es werden dabei Daten der Feuerfestauskleidung des Abstichs (20), wie Materialien, Wanddicke, Einbauart und weitere erfasst bzw. gemessen und ausgewertet. Sodann werden diese Daten gesammelt und in einer Datenstruktur gespeichert. Daraus wird aus zumindest einem Teil der gemessenen bzw. ermittelten Daten bzw. Parametern ein Rechenmodell erstellt, mittels dem diese Daten bzw. Parameter durch Berechnungen und daraus folgenden Analysen ausgewertet werden. Damit können bei einem metallurgischen Gefäss nicht nur Messungen für die Feststellung des lstzustandes der Feuerfestauskleidung des Abstichs des Gefässes nach dessen Gebrauch ermittelt werden, sondern es können zusammenhängende bzw. ganzheitliche Ermittlungen und daraus Analysen erfolgen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren insbesondere zur Bestimmung des Zustandes des Abstichs eines metallurgischen Gefässes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Es existieren Berechnungsmethoden für die Auslegung der feuerfesten Auskleidung des Abstichs sowie des Gefässes insbesondere von metallurgischen Schmelzgefässen, bei denen ermittelte Daten bzw. Erfahrungswerte in mathematische Modelle überführt werden. Da mit diesen mathematischen Modellen die effektiven Verschleissmechanismen bei den Einsätzen der metallurgischen Gefässen nicht hinreichend genau erfasst bzw. berücksichtigt werden können, sind die Möglichkeiten für ein rechnerisches Bestimmen des Zustandes der Feuerfestzustellungen und des Abstichs sowie der Pflegearbeiten der Auskleidung sehr beschränkt, d.h. dass die Entscheidungen über die Einsatzdauer der Feuerfestauskleidung eines Gefässes bzw. dessen Abstich, zum Beispiel eines Konverters, nach wie vor manuell getroffen werden müssen.
  • Bei einem Verfahren gemäss der Druckschrift WO-A-03/081157 zum Messen der Reststärke der feuerfesten Auskleidung im Wand-und/oder Bodenbereich eines metallurgischen Gefässes, z. B. eines Lichtbogenofens, werden die ermittelten Messdaten für das nachfolgende Sanieren der festgestellten Verschleissbereiche verwendet. Die Messeinheit wird dabei an einem zum Sanieren der Auskleidung dienenden Manipulator in eine Messposition über oder innerhalb des metallurgischen Gefässes gebracht und es wird dann die Reststärke der Auskleidung in deren Wand- und/oder Bodenbereich gemessen. Aus einem Vergleich mit einem am Anfang der Ofenreise gemessenen Istprofil der Auskleidung wird deren Verschleiss ermittelt, aus denen dann die feuerfeste Auskleidung saniert werden kann. Mit diesem Verfahren ist aber auch keine umfassende Ermittlung der Gefässauskleidung möglich.
  • Gemäss der Druckschrift WO-A-2007/107242 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Wandstärke oder des Verschleisses der Auskleidung eines metallurgischen Schmelzgefässes mit einem Scannersystem zur berührungslosen Erfassung der Auskleidungsfläche mit Ermittlung der Position und Orientierung des Scannersystems und Zuordnung zu der Position des Schmelzgefässes durch die Erfassung von raumfesten Referenzpunkten geoffenbart. Es wird dabei ein lotrechtes Bezugssystem verwendet und die Neigungen von zwei Achsen bezüglich einer waagrechten Ebene werden mittels Neigungssensoren gemessen. Die Messdaten des Scanners können in ein lotrechtes Koordinatensystem transformiert und es ist damit ein automatisiertes Messen des jeweiligen Istzustandes der Auskleidung des Schmelzgefässes möglich.
  • Ausgehend von diesen bekannten Berechnungsmethoden bzw. Messverfahren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, mittels welchem die Haltbarkeit der Feuerfestauskleidung des Abstichs eines metallurgischen Gefässes und der Prozess an sich optimiert werden kann und manuelle Entscheidungen dafür reduziert bzw. praktisch eliminiert werden.
  • Erfindungsgemäss ist diese Aufgabe nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Das Verfahren nach der Erfindung sieht vor, dass Daten eines jeweiligen Gefässes gesammelt und in einer Datenstruktur gespeichert werden, und aus all den gemessenen und ermittelten Daten bzw. Parametern insbesondere der Feuerfestauskleidung des Abstichs ein Rechenmodell erstellt wird, mittels dem diese Daten bzw. Parameter durch Berechnungen und daraus folgenden Analysen ausgewertet werden.
  • Mit diesem erfindungsgemässen Verfahren können bei einem metallurgischen Gefäss nicht nur Messungen für die Feststellung des Istzustandes der Feuerfestauskleidung des Abstichs des Gefässes nach dessen Gebrauch ermittelt werden, sondern es können zusammenhängende bzw. ganzheitliche Ermittlungen und daraus Analysen erfolgen, aus denen Optimierungen sowohl in Bezug auf diese Feuerfestauskleidung des Abstichs als auch gegebenenfalls auf den gesamten Prozessablauf der in das Gefäss eingefüllten und darin behandelten Schmelze erzielt werden.
  • Weitere vorteilhafte Einzelheiten dieses Verfahrens im Rahmen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Ausführungsbeispiele sowie weitere Vorteile der Erfindung sind nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen schematischen Längsschnitt eines metallurgischen Gefässes mit einem Abstich.
  • Das Verfahren bezieht sich insbesondere auf metallurgische Gefässe, wie ein solches Gefäss 10 als Ausführungsbeispiel in Fig. 1 geschnitten dargestellt ist. Bei dem Gefäss handelt es sich vorliegend um einen an sich bekannten Konverter 10 für die Stahlerzeugung. Dieser Konverter 10 besteht im Wesentlichen aus einem Metallgehäuse 15, einer feuerfesten Auskleidung 12, einem Abstich 20 und Gasspülsteinen 17, 18, welche mit einer nicht näher gezeigten Gasversorgung koppelbar sind.
  • Die im Betrieb in dieses Konverters 10 eingefüllte Metallschmelze wird beispielsweise durch ein Blasverfahren metallurgisch behandelt, was nicht näher erläutert ist. Üblicherweise sind in einem Stahlwerk zur Stahlerzeugung gleichzeitig mehrere solcher Konverter 10 im Einsatz und es sind für jeden dieser Konverter die Daten zu erfassen.
  • Dem oberen seitlichen Bereich des Konverters 10 ist dieser Abstich 20 zugeordnet, welcher zur Entleerung der Metallschmelze nach ihrer Behandlung dient. Dieser Abstich 20 setzt sich aus einem Abstichkanal 21, aus letzteren bildende hülsenförmige Abstichsteine 22 sowie aus einem metallenen Auslaufstutzen 24 zusammen. Selbstverständlich kann dieser Abstich auch anders als dargestellt ausgestaltet sein.
  • Das Verfahren kann im Prinzip für verschiedene metallurgische Gefässe angewendet werden, wie zum Beispiel für Elektroofen, Hochofen, Stahlpfannen, Gefässe im Bereich von Nichteisenmetallen, wie Aluminium-Schmelzofen, Kupfer-Anodenofen oder dergleichen.
  • Das Verfahren zeichnet sich noch dadurch aus, dass es gleichsam für verschiedene unterschiedliche Gefässe angewendet werden kann. So können beispielsweise die Feuerfestauskleidungen der Abstiche aller im Betrieb stehenden Konverter und gegebenenfalls Pfannen bestimmt werden, bei denen die gleiche Schmelze zuerst in einem Konverter behandelt und nachfolgend in Stahlpfannen umgegossen werden.
  • Es werden als Erstes die in Gruppen unterteilten Daten eines jeweiligen Abstichs 20 des Konverters 10 umfassend gesammelt und in einer Datenstruktur gespeichert.
  • Um den Verschleiss als eine Gruppe zu messen, erfolgt dies vorerst bei der neuen Feuerfestzustellung, bei welcher die vorgegebenen Abmessungen der Abstichsteine 22 bekannt sind. Zudem werden die Materialien und Materialeigenschaften der verwendeten der Abstichsteine 22 und der allfällig verwendeten Mörtel oder dergleichen erfasst.
  • Bei der weiteren als Produktionsdaten bezeichneten Gruppe erfolgt eine Aufzeichnung während der Einsatzdauer des jeweiligen Konverters 10, wie Schmelzmenge, Temperatur, Zusammensetzung der Schmelze bzw. der Schlacke und deren Dicke, Abstichzeiten, Temperaturverlauf, Behandlungszeit und/oder metallurgische Parameter; wie besondere Zusätze in der Schmelze. Je nach Art des Konverters werden nur ein Teil oder alle genannten Produktionsdaten aufgezeichnet.
  • Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass primär auf die Abstichzeit für die wiederkehrenden Berechnungen bzw. Analysen durch das Rechenmodell abgestellt wird. Mit den Messungen der Abstichzeiten können sehr zuverlässige Rückschlüsse auf den Verschleiss und weitere Faktoren, wie Änderungen mit zunehmender Gebrauchszeit der feuerfesten Abstichsteine, gezogen werden.
  • Nach dem Einsatz des Konverters 10 erfolgt vorteilhaft eine Messung der Innendurchmesser der Feuerfestauskleidung im Abstich 20 vorteilhaft abschnittweise. Es genügt dabei, wenn die Messung der Wandstärken der Auskleidung 12 nach einer Anzahl von Abstichen durchgeführt wird. Es können dann noch weitere Prozessparameter, wie Einfüll- bzw. Abstichart der Metallschmelze in bzw. aus dem Schmelzgefäss ermittelt werden.
  • Erfindungsgemäss wird aus zumindest einem Teil der gemessenen und ermittelten Daten bzw. Parametern ein Rechenmodell erstellt, mittels dem diese Daten bzw. Parameter durch Berechnungen und daraus folgenden Analysen ausgewertet werden.
  • Durch dieses erfindungsgemässe erstellte Rechenmodell können die maximale Einsatzdauer, die Wandstärken, die Materialien und/oder die Pflegedaten der Feuerfestauskleidung des Abstichs 20 oder umgekehrt die Prozessabläufe bei der Behandlung der Schmelze optimiert werden. Dabei kann aus diesen Analysen mitunter über die weitere Verwendung ohne oder mit Reparaturen der Feuerfestauskleidung des Abstichs 20 werden. Es bedarf nicht mehr oder nur beschränkt einer manuellen erfahrungsmässigen Auslegung der Einsatzdauer der der Feuerfestauskleidung des Abstichs 20 und der andern festzulegenden Grössen, wie Wandstärken, Materialauswahl etc..
  • Zweckmässigerweise wird der Abstich 20 in mehrere Abschnitte unterteilt, zum Beispiel in einen Einlass im Behälterinnern, in mehrere Abschnitte im Abstichkanal 21 und in einen Auslass beim Auslaufstutzen 24.
  • Mit dem Rechenmodell werden die Abschnitte im Abstich 20 einzeln bzw. unabhängig voneinander ausgewertet. Dies hat den Vorteil, dass die unterschiedlichen Belastungen der Auskleidung entsprechend berücksichtigt werden können.
  • Vor oder während dem Erstellen des Rechenmodells werden die Daten nach der Erfassung hinsichtlich ihrer Plausibilität geprüft und bei Vorliegen eines Fehlens oder Ausreissens eines oder mehrere Werte werden diese jeweils korrigiert oder gelöscht. Nach dem vorzugsweise einzelnen Prüfen der Daten werden diese zu einem zusammengefügten gültigen Datensatz gespeichert.
  • Vorteilhaft werden eine reduzierte Anzahl aus den gemessenen bzw. ermittelten Daten bzw. Parametern für die wiederkehrenden Berechnungen bzw. Analysen ausgewählt, wobei dies in Abhängigkeit von Erfahrungswerten oder durch Rechenmethoden erfolgt. Diese Auswahl der gemessenen bzw. ermittelten Daten bzw. Parametern für die wiederkehrenden Berechnungen bzw. Analysen erfolgt mittels Algorithmen, beispielsweise einer Random Feature Selection.
  • Die Daten werden zu statistischen Zwecken oder für eine spätere Aufzeichnung für das Rekonstruieren von Produktionsfehlern oder ähnlichem verwendet.
  • Aus den Messungen der Feuerfestauskleidung des Abstichs 20 nach einer Anzahl von Abstichen mittels einer Analyse, zum Beispiel einer Regressionsanalyse, wird als weiterer Vorteil der Erfindung das Rechenmodell adaptiert, durch welches der Verschleiss unter Berücksichtigung der gesammelten und strukturierten Daten berechnet oder simuliert werden kann. Dieses adaptierte Rechenmodell eignet sich speziell auch zur Verwendung von Testzwecken, um daraus Prozessabläufe auszutesten bzw. zu simulieren und gezielte Veränderungen vorzunehmen.
  • Die Erfindung ist mit dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel ausreichend dargetan. Selbstverständlich könnte sie noch durch andere Varianten realisiert sein.

Claims (11)

1. Verfahren insbesondere zur Bestimmung des Zustandes des Abstichs eines metallurgischen Gefässes, bei dem Daten der Feuerfestauskleidung des Abstichs (20), wie Materialien, Wanddicke, Einbauart und weitere erfasst bzw. gemessen und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass
die nachfolgenden gemessenen bzw. ermittelten Daten eines jeweiligen Gefässes (10) gesammelt und in einer Datenstruktur gespeichert werden, nämlich
➢ die anfängliche Feuerfestzustellung zumindest der Feuerfestauskleidung des Abstichs (20), wie Materialien, Materialeigenschaften, Wandstärken der Abstichsteine (22) und/oder Einspritzmaterialien als Pflegedaten;
➢ Produktionsdaten während dem Einsatz, wie Schmelzmenge, Temperatur, Zusammensetzung der Schmelze bzw. der Schlacke und deren Dicke, Abstichzeiten, Temperaturverläufe, Behandlungszeiten und/oder metallurgische Parameter;
➢ weitere Prozessparameter, wie Einfüll- bzw. Abstichart der Metallschmelze in bzw. aus dem Gefäss;
dass aus zumindest einem Teil der gemessenen bzw. ermittelten Daten bzw. Parametern ein Rechenmodell erstellt wird, mittels dem diese Daten bzw. Parameter durch Berechnungen und daraus folgenden Analysen ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass primär die Abstichzeit für die wiederkehrenden Berechnungen bzw. Analysen durch das Rechenmodell berücksichtigt wird, wobei dies in Abhängigkeit von Erfahrungswerten oder durch Rechenmethoden erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten nach der Erfassung hinsichtlich ihrer Plausibilität geprüft und bei Vorliegen eines Fehlens, Ausreissens eines oder mehrere Werte diese jeweils korrigiert oder gelöscht werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten nach dem vorzugsweise einzelnen Prüfen zu einem zusammengefügten gültigen Datensatz gespeichert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine reduzierte Anzahl aus den gemessenen bzw. ermittelten Daten bzw. Parametern für die wiederkehrenden Berechnungen bzw. Analysen ausgewählt werden, wobei dies in Abhängigkeit von Erfahrungswerten oder durch Rechenmethoden erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese Auswahl der gemessenen bzw. ermittelten Daten bzw. Parametern für die wiederkehrenden Berechnungen bzw. Analysen mittels Algorithmen, beispielsweise einer Random Feature Selection, erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zu statistischen Zwecken oder für eine spätere Aufzeichnung von Daten verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch dieses erstellte Rechenmodell über die weitere Verwendung ohne oder mit Reparaturen der Feuerfestauskleidung des Abstichs (20) entschieden wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messungen der Abstichzeiten der Schmelze aus dem Gefäss mittels einer Analyse, zum Beispiel einer Regressionsanalyse, das Rechenmodell adaptiert wird, durch welches der Verschleiss unter Berücksichtigung der gesammelten und strukturierten Daten berechnet werden kann.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell zu Testzwecken verwendet wird, um daraus Prozessabläufe auszutesten bzw. zu simulieren, um daraus gezielte Veränderungen im realen Betrieb vorzunehmen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich dieser Abstich (20) aus einem Abstichkanal (21) sowie aus letzteren bildende hülsenförmige Abstichsteinen (22) aus Feuerfestmaterial zusammensetzt.
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