EP2823071A1 - Method for operating a vacuum melting system and vacuum melting system operated according to said method - Google Patents

Method for operating a vacuum melting system and vacuum melting system operated according to said method

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EP2823071A1
EP2823071A1 EP13714572.8A EP13714572A EP2823071A1 EP 2823071 A1 EP2823071 A1 EP 2823071A1 EP 13714572 A EP13714572 A EP 13714572A EP 2823071 A1 EP2823071 A1 EP 2823071A1
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EP
European Patent Office
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pan
vacuum melting
height
thickness
vacuum
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13714572.8A
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German (de)
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Inventor
Thomas Matschullat
Detlef Rieger
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Primetals Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP2823071A1 publication Critical patent/EP2823071A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a vacuum melting plant.
  • the dung ⁇ OF INVENTION relates to a powered with this procedure a vacuum smelter.
  • VD vacuum melting plant
  • VOD vacuum decarburization or vacuum oxygen decarburization
  • Too ge ⁇ rings feed rate can cause the temperature of the molten steel tes before reaching the target kept as far falls on extraneous elements that reheating the steel melt in the pan or a complet ⁇ tes after-treatment of the melt is required.
  • a high feed rate can lead to overcooking or foaming of the melt, in particular during vacuum refining with oxygen, which is associated with a considerable and time-consuming subsequent cleaning effort.
  • the adjustment of the rate is supplied with process gas of the Stahlschmel ⁇ ze, is carried out manually by the operating person accordingly the feed rate controls the surface image of the melt and thus the height of the foamed slag in the ladle obser ⁇ tet and by means of a camera.
  • the process ⁇ leadership is therefore dependent on the experience and the attention of an operator, so that incorrect or inefficient process management can not be safely avoided.
  • faulty operating states as caused for example by leaks in the vacuum system, can only be recognized with great difficulty or very late.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for operating a vacuum melting plant for metallurgical treatment of a molten steel, with which the process reliability is improved.
  • the dung ⁇ OF INVENTION It is the object of specifying an operatio with this method ⁇ bene vacuum smelter.
  • the stated object is achieved with a method having the features of claim 1. According to these features, the acoustically coupled structure-borne sound pick-up, which is acoustically coupled to the molten steel, receives the acoustic signals generated in the pan and detects a leak used in the vacuum melting plant.
  • the invention is based on the consideration that when operating the vacuum melting system, in particular when blowing process gas in the pan resulting acoustic signals depending on the origin of the sound generation and the associated propagation paths up to a Schallauf ⁇ takers have characteristic properties that it allow to deduce from the acoustic signals of information about the operating state of the vacuum melting installation and, where appropriate, ⁇ occurring leaks can be quickly identified and fixed.
  • the acoustic signals are also used to determine the height or the thickness of the (foam) slag in the ladle over the molten bath of the molten steel, the risk of overcooking of the melt can be detected in good time and accordingly countermeasures can be taken. took, for example, reduction or discontinuation of the supply of process gas, initiated to prevent overcooking.
  • the height of the foamed slag is to be understood below as meaning the position of the upper level of the foamed slag relative to a fixed reference point of the vacuum smelting plant. For example, this may be the distance between the bottom of the pan and the top level.
  • the height of the foamed slag is essentially determined by its thickness, since the height of the egg ⁇ tual molten steel is practically constant.
  • Such overcooking or foaming can be reliably prevented in particular if the time differential quotient of the height or the thickness of the foamed slag is determined. In this way, a rapid increase in the height of the foam slag is detected in good time.
  • the determined height or thickness and / or their time differential quotient for controlling the height of the foam slag by controlling the supply of a process gas into the pan are used. In this way, the entire process occurring in the vacuum system after-treatment process can be stabilized accordingly.
  • the object according to the invention is achieved with a vacuum melting system having the features of claim 5.
  • the vacuum melting system comprises at least one structure-borne sound pickup acoustically coupled directly or indirectly to the pan for receiving the acoustic signals generated in the pan and one Control and evaluation device with an algorithm implemented therein for detecting a leak in the vacuum melting system from the acoustic signals recorded by the one or more structure-borne sound pickups. If one acoustic emission sensor on the pan is fixed at least, the sound signals arising within the pan may in particular be of high sensitivity regist ⁇ riert.
  • an algorithm is also implemented in the control and evaluation device with which the height H or thickness d of the foamed slag and / or the temporal differential quotient of this height H or thickness d are determined from the acoustic signals.
  • a vacuum melting plant comprises a sub ⁇ pressure vessel 2, which is closed with a cover 4.
  • a pan 6 filled with molten steel is introduced, to the underside of which a plurality of gas supply lines 8 for supplying process gas PI are connected, of which only one is shown in the figure for reasons of clarity.
  • Vacuum tank 2 and lid 4 accordingly form a pan 6 umge ⁇ bendes system part.
  • VOD ⁇ vacuum melting installation Shown in dashed lines is the embodiment of a so-called VOD ⁇ vacuum melting installation, wherein in the cup 6 via a further gas supply line 10 as a further process gas P2 Oxygen can be introduced.
  • the pan 6 is additionally covered suction ⁇ with a protective cover 12, with the slag ejection can be reduced by foaming.
  • Structure-borne sound pickups 30-1, 30-2, 30-3 and 30-4 are arranged on both the outer wall of the pan 6 and on the wall of the reduced-pressure vessel 2 and on the cover 4 of the vacuum cylinder 2, with which the inside and be received in the vicinity of the pan 6, for example by a vacuum pump, generated acoustic signals.
  • the on the vacuum boiler 2 or on the cover 4 preferably permanently installed structure-borne sound pickup 30-3, 30-4 can also be arranged within the vacuum vessel 2. They are not acoustically coupled directly to the wall of the pan 6. Rather, the acoustic generated in the pan 6 will see signals via respective scaffolding on the wall of the Un ⁇ terdruckkessels 2 and the lid 4 transmitted.
  • the measurement signals M1, M2, M3 and M4 are subjected to a signal analysis in the evaluation device 40 and the occurrence of operating states caused by leaks, for example by a cover 4 that is not correctly closed, is recognized in good time and the self-learning physical model is detected the corresponding deficiency can be remedied accordingly quickly.
  • who set the different operating conditions in a learning phase before the actual commissioning added, for example, operation of the vacuum system with correct and incorrect ver ⁇ closed lid, deliberate setting of leaks, and the corresponding structure-borne sound signals ⁇ .
  • measurement signals Ml, M2, M3, M4 are stored as a typical pattern, so that by comparison of a measured in real operation frequency spectrum with the stored patterns, the occurrence and cause , that the location may be a leak Festge ⁇ provides.
  • the thickness d of the foam suppression ⁇ blocks 18 and the height H or position within the pan 6 loading influenced significantly the particular arranged from the upper Be ⁇ rich pan 6 impact sound sensors 30-1 collected sound signal.
  • the height H or the thickness d of the foamed slag can be determined.
  • the frequency spectra of the measurement signals M1, M2, M3 and M4 are also compared in this application with frequency spectra, which are used in a previous learning phase with different frequency spectra.
  • the height H and in particular the thickness d of the foamed slag 18 or their time-relative differential quotient dH / dt or dd / dt can be determined , without requiring an observation with a camera erforder Lich.
  • control signals S1 and S2 are generated in the control and evaluation device 40, with which the feed rate of the process gases PI, P2 is controlled, by the height of the foamed slag 18 to eggin ⁇ nen constant value or at least to prevent foaming of foamed slag 18.
  • a plurality of body ⁇ sound pickups are provided both on the pan 6 and the vacuum boilers 2.
  • the method according to the invention can also be carried out with a single structure-borne sound pickup 30-1, preferably in the upper region of the pan.

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Abstract

In a method for operating a vacuum melting system for the metallurgical treatment of a steel melt and a vacuum melting system operated according to said method, acoustic signals generated in a pan (6) receiving the steel melt are recorded with at least one structure-borne sound pick-up (30-1, 30-2, 30-3, 30-4) acoustically coupled directly or indirectly to said pan (6) and are used for determining a variable characterising the operating state of the vacuum melting system.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Betreiben einer Vakuumschmelzanlage und nach diesem Verfahren betriebene Vakuumschmelzanlage Method for operating a vacuum melting plant and operated according to this method vacuum melting plant
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumschmelzanlage. Außerdem bezieht sich die Erfin¬ dung auf eine mit diesem Verfahren betriebene Vakuumschmelzanlage . The invention relates to a method for operating a vacuum melting plant. In addition, the dung ¬ OF INVENTION relates to a powered with this procedure a vacuum smelter.
In einer Vakuumschmelzanlage wird eine beispielsweise in ei¬ nem vorangegangenen Schritt in einem Elektrolichtbogenofen erzeugte Stahlschmelze einer Nachbehandlung unterzogen, um in der Stahlschmelze noch enthaltene unerwünschte Begleitelemen- te zu eliminieren. Derartige Vakuumschmelzanlagen werden je nachdem, ob als Prozessgas ausschließlich ein Inertgas oder zusätzlich Sauerstoff eingesetzt wird, als VD- bzw. VOD- Anlagen bezeichnet (Vacuum Decarburisation bzw. Vacuum Oxygen Decarburisation) . Die Prozessdauer, d.h. die Zeitdauer bis zum Erreichen des angestrebten Gehaltes an störenden Begleitelementen, hängt wesentlich von der Rate ab, mit der die Prozessgase in die Stahlschmelze eingeblasen werden. Eine zu ge¬ ringe Zufuhrrate kann dazu führen, dass die Temperatur der Stahlschmelze noch vor dem Erreichen des angestrebten Gehal- tes an störenden Begleitelementen so weit absinkt, dass ein Nachheizen der Stahlschmelze in der Pfanne oder ein komplet¬ tes Nachbehandeln der Schmelze erforderlich ist. Eine hohe Zufuhrrate, kann jedoch insbesondere beim Vakuumfrischen mit Sauerstoff zu einem Überkochen bzw. Überschäumen der Schmelze führen, das mit einem erheblichen und zeitraubenden nachträglichen Reinigungsaufwand verbunden ist. In a vacuum melting plant, a steel melt, produced for example in egg ¬ nem previous step in an electric arc furnace to post-treatment is subjected to eliminate te in the molten steel undesirable Begleitelemen- still present. Depending on whether the process gas used is exclusively an inert gas or additionally oxygen, such vacuum melting plants are referred to as VD or VOD systems (vacuum decarburization or vacuum oxygen decarburization). The duration of the process, ie the time until the desired level of interfering accompanying elements is reached, depends essentially on the rate at which the process gases are injected into the molten steel. Too ge ¬ rings feed rate can cause the temperature of the molten steel tes before reaching the target kept as far falls on extraneous elements that reheating the steel melt in the pan or a complet ¬ tes after-treatment of the melt is required. A high feed rate, however, can lead to overcooking or foaming of the melt, in particular during vacuum refining with oxygen, which is associated with a considerable and time-consuming subsequent cleaning effort.
Die Einstellung der Rate, mit der Prozessgas der Stahlschmel¬ ze zugeführt wird, erfolgt dabei manuell, indem die Bedien- person mittels einer Kamera das Oberflächenbild der Schmelze und damit die Höhe der Schaumschlacke in der Pfanne beobach¬ tet und dementsprechend die Zufuhrrate steuert. Die Prozess¬ führung ist dementsprechend abhängig von der Erfahrung und der Aufmerksamkeit einer Bedienperson, so dass fehlerhafte oder ineffiziente Prozessführungen nicht sicher vermieden werden können. Darüber hinaus können fehlerhafte Betriebszu- stände, wie sie beispielsweise durch Undichtigkeiten der Va- kuumanlage hervorgerufen werden nur sehr schwer oder sehr spät erkannt werden. The adjustment of the rate, is supplied with process gas of the Stahlschmel ¬ ze, is carried out manually by the operating person accordingly the feed rate controls the surface image of the melt and thus the height of the foamed slag in the ladle obser ¬ tet and by means of a camera. The process ¬ leadership is therefore dependent on the experience and the attention of an operator, so that incorrect or inefficient process management can not be safely avoided. In addition, faulty operating states, as caused for example by leaks in the vacuum system, can only be recognized with great difficulty or very late.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumschmelzanlage zur metallurgi- sehen Behandlung einer Stahlschmelze anzugeben, mit dem die Prozesssicherheit verbessert ist. Außerdem liegt der Erfin¬ dung die Aufgabe zu Grunde, eine mit diesem Verfahren betrie¬ bene Vakuumschmelzanlage anzugeben. Hinsichtlich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen werden mit zumindest einem mittelbar oder unmittelbar an eine die Stahlschmelze aufnehmende Pfanne akustisch gekoppelten Körperschallaufnehmer die in der Pfanne erzeugten akustischen Signale aufgenommen und zur Detektion einer Undichtigkeit in der Vakuumschmelzanlage herangezogen. The invention is therefore based on the object to provide a method for operating a vacuum melting plant for metallurgical treatment of a molten steel, with which the process reliability is improved. In addition, the dung ¬ OF INVENTION It is the object of specifying an operatio with this method ¬ bene vacuum smelter. With regard to the method, the stated object is achieved with a method having the features of claim 1. According to these features, the acoustically coupled structure-borne sound pick-up, which is acoustically coupled to the molten steel, receives the acoustic signals generated in the pan and detects a leak used in the vacuum melting plant.
Die Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, dass die beim Betreiben der Vakuumschmelzanlage, insbesondere beim Einbla- sen von Prozessgas in der Pfanne entstehenden akustischen Signale je nach Entstehungsort der Schallerzeugung und der damit einhergehenden Ausbreitungswege bis zu einem Schallauf¬ nehmer charakteristische Eigenschaften aufweisen, die es ermöglichen, aus den akustischen Signalen Information über den Betriebszustand der Vakuumschmelzanlage abzuleiten und gege¬ benenfalls auftretende Undichtigkeiten können schnell erkannt und behoben werden. The invention is based on the consideration that when operating the vacuum melting system, in particular when blowing process gas in the pan resulting acoustic signals depending on the origin of the sound generation and the associated propagation paths up to a Schallauf ¬ takers have characteristic properties that it allow to deduce from the acoustic signals of information about the operating state of the vacuum melting installation and, where appropriate, ¬ occurring leaks can be quickly identified and fixed.
Wenn die akustischen Signale außerdem zur Ermittlung der Höhe oder der Dicke der in der Pfanne über dem Schmelzbad der Stahlschmelze befindlichen ( Schaum) -Schlacke herangezogen werden, kann auch die Gefahr eines Überkochens der Schmelze rechtzeitig erkannt und es können dementsprechend Gegenmaß- nahmen, beispielsweise Reduktion oder Abbruch der Zufuhr von Prozessgas, eingeleitet werden, die ein Überkochen verhindern . If the acoustic signals are also used to determine the height or the thickness of the (foam) slag in the ladle over the molten bath of the molten steel, the risk of overcooking of the melt can be detected in good time and accordingly countermeasures can be taken. took, for example, reduction or discontinuation of the supply of process gas, initiated to prevent overcooking.
Unter Höhe der Schaumschlacke ist im Folgenden die Lage des oberen Pegels der Schaumschlacke relativ zu einem festen Bezugspunkt der Vakuumschmelzanlage zu verstehen. Dies kann beispielsweise der Abstand zwischen dem Boden der Pfanne und dem oberen Pegel sein. Die Höhe der Schaumschlacke ist dabei wesentlich bestimmt durch deren Dicke, da die Höhe der ei¬ gentlichen Stahlschmelze praktisch konstant ist. The height of the foamed slag is to be understood below as meaning the position of the upper level of the foamed slag relative to a fixed reference point of the vacuum smelting plant. For example, this may be the distance between the bottom of the pan and the top level. The height of the foamed slag is essentially determined by its thickness, since the height of the egg ¬ tual molten steel is practically constant.
Ein solches Überkochen oder Überschäumen kann insbesondere dann sicher verhindert werden, wenn der zeitliche Differentialquotient der Höhe oder der Dicke der Schaumschlacke er¬ mittelt wird. Auf diese Weise wird ein schnelles Ansteigen der Höhe der Schaumschlacke rechtzeitig erkannt. Such overcooking or foaming can be reliably prevented in particular if the time differential quotient of the height or the thickness of the foamed slag is determined. In this way, a rapid increase in the height of the foam slag is detected in good time.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die ermittelte Höhe bzw. Dicke und/oder deren zeitlicher Differentialquotient zur Regelung der Höhe der Schaumschlacke durch Steuerung der Zufuhr eines Prozessgases in die Pfanne herangezogen werden. Auf diese Weise kann der gesamte in der Vakuumanlage ablaufende Nachbehandlungsprozess entsprechend stabilisiert werden. In a particularly preferred embodiment of the invention, the determined height or thickness and / or their time differential quotient for controlling the height of the foam slag by controlling the supply of a process gas into the pan are used. In this way, the entire process occurring in the vacuum system after-treatment process can be stabilized accordingly.
Hinsichtlich der Vakuumschmelzanlage wird die Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einer Vakuumschmelzanlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 5. Gemäß diesen Merkmalen um- fasst die Vakuumschmelzanlage zumindest einen mittelbar oder unmittelbar an die Pfanne akustisch gekoppelten Körperschallaufnehmer zum Aufnehmen der in der Pfanne erzeugten akustischen Signale sowie eine Steuer- und Auswerteeinrichtung mit einem darin implementierten Algorithmus zum Detek- tieren einer Undichtigkeit in der Vakuumschmelzanlage aus den von dem oder den Körperschallaufnehmern aufgenommenen akustischen Signalen. Wenn der zumindest eine Körperschallaufnehmer an der Pfanne fixiert ist, können insbesondere die innerhalb der Pfanne entstehenden Schallsignale mit hoher Empfindlichkeit regist¬ riert werden. With regard to the vacuum melting system, the object according to the invention is achieved with a vacuum melting system having the features of claim 5. According to these features, the vacuum melting system comprises at least one structure-borne sound pickup acoustically coupled directly or indirectly to the pan for receiving the acoustic signals generated in the pan and one Control and evaluation device with an algorithm implemented therein for detecting a leak in the vacuum melting system from the acoustic signals recorded by the one or more structure-borne sound pickups. If one acoustic emission sensor on the pan is fixed at least, the sound signals arising within the pan may in particular be of high sensitivity regist ¬ riert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Steuer- und Auswerteeinrichtung außerdem ein Algorithmus implementiert, mit dem aus den akustischen Signalen die Höhe H bzw. Dicke d der Schaumschlacke und/oder der zeitliche Diffe- rentialquotient dieser Höhe H bzw. Dicke d ermittelt wird. In a further advantageous embodiment, an algorithm is also implemented in the control and evaluation device with which the height H or thickness d of the foamed slag and / or the temporal differential quotient of this height H or thickness d are determined from the acoustic signals.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vakuumschmelzanlage sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu- tert werden. Further advantageous embodiments of the vacuum melting system are specified in the further subclaims. The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in detail in conjunction with the drawings.
Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf das in einer schematischen Prinzipskizze dargestellte Ausführungs¬ beispiel der Figur verwiesen. For a further description of the invention, reference is made to the embodiment shown in a schematic schematic diagram ¬ example of the figure.
Gemäß der Figur umfasst eine Vakuumschmelzanlage einen Unter¬ druckkessel 2, der mit einem Deckel 4 verschlossen ist. In diesen Unterdruckkessel 2 ist eine mit einer Stahlschmelze befüllte Pfanne 6 eingebracht, an deren Unterseite eine Mehr- zahl von Gaszufuhrleitungen 8 zum Zuführen von Prozessgas PI angeschlossen sind, von denen in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine dargestellt ist. Unterdruckkessel 2 und Deckel 4 bilden dementsprechend ein die Pfanne 6 umge¬ bendes Anlagenteil. According to the figure, a vacuum melting plant comprises a sub ¬ pressure vessel 2, which is closed with a cover 4. In this vacuum vessel 2, a pan 6 filled with molten steel is introduced, to the underside of which a plurality of gas supply lines 8 for supplying process gas PI are connected, of which only one is shown in the figure for reasons of clarity. Vacuum tank 2 and lid 4 accordingly form a pan 6 umge ¬ bendes system part.
Gestrichelt eingezeichnet ist die Ausführungsform einer soge¬ nannten VOD-Vakuumschmelzanlage, bei der in die Pfanne 6 über eine weitere Gaszufuhrleitung 10 als weiteres Prozessgas P2 Sauerstoff eingeleitet werden kann. In dieser Ausführungsform ist die Pfanne 6 zusätzlich mit einem Schutzdeckel 12 abge¬ deckt, mit dem der Schlackenauswurf durch Überschäumen reduziert werden kann. Shown in dashed lines is the embodiment of a so-called VOD ¬ vacuum melting installation, wherein in the cup 6 via a further gas supply line 10 as a further process gas P2 Oxygen can be introduced. In this embodiment, the pan 6 is additionally covered abge ¬ with a protective cover 12, with the slag ejection can be reduced by foaming.
In der Pfanne 6 befindet sich Stahlschmelze, die sich aus ei¬ nem flüssigen Schmelzbad 14, dessen Badspiegel 16 sich im Abstand h vom Boden der Pfanne 6 befindet, und einer darüber befindlichen Schaumschlacke 18 zusammensetzt, deren Dicke d beträgt, so dass sich deren oberer Pegel 20 in der Höhe H=h+d über dem Boden der Pfanne 6 befindet. In the pan 6 is molten steel, which is composed of egg ¬ nem molten bath 14, the bath level 16 is at a distance h from the bottom of the pan 6, and an overlying foam slag 18 whose thickness is d, so that the upper Level 20 in height H = h + d above the bottom of the pan 6 is located.
Sowohl an der Außenwand der Pfanne 6 als auch an der Wand des Unterdruckkessels 2 sowie auf dem Deckel 4 des Unterdruckkes- sels 2 sind Körperschallaufnehmer 30-1, 30-2, 30-3 und 30-4 angeordnet, mit denen die im Inneren und in der Umgebung der Pfanne 6, beispielsweise durch eine Vakuumpumpe, erzeugten akustischen Signale aufgenommen werden. Die am Unterdruckkessel 2 oder am Deckel 4 vorzugsweise fest installierten Körperschallaufnehmer 30-3, 30-4 können auch innerhalb des Unterdruckkessels 2 angeordnet sein. Sie sind akustisch nicht unmittelbar mit der Wand der Pfanne 6 gekoppelt. Vielmehr werden die in der Pfanne 6 erzeugten akusti- sehen Signale über entsprechende Gerüste auf die Wand des Un¬ terdruckkessels 2 bzw. auf den Deckel 4 übertragen. Structure-borne sound pickups 30-1, 30-2, 30-3 and 30-4 are arranged on both the outer wall of the pan 6 and on the wall of the reduced-pressure vessel 2 and on the cover 4 of the vacuum cylinder 2, with which the inside and be received in the vicinity of the pan 6, for example by a vacuum pump, generated acoustic signals. The on the vacuum boiler 2 or on the cover 4 preferably permanently installed structure-borne sound pickup 30-3, 30-4 can also be arranged within the vacuum vessel 2. They are not acoustically coupled directly to the wall of the pan 6. Rather, the acoustic generated in the pan 6 will see signals via respective scaffolding on the wall of the Un ¬ terdruckkessels 2 and the lid 4 transmitted.
Die an der Außenwand der Pfanne 6 angeordneten und akustisch unmittelbar an die Wand der Pfanne 6 gekoppelten Körper- schallaufnehmer 30-1, 30-2 sind abnehmbar, d.h. lösbar an der Pfanne 6 fixiert und werden erst nach Einsetzen der Pfanne 6 in den Unterdruckkessel 2 mit Schnellverschlüssen an die Pfanne 6 angekoppelt. Die von den Körperschallaufnehmern 30-1, 30-2, 30-3 und 30-4 jeweils bereit gestellten Messsignale Ml, M2, M3 bzw. M4 wer¬ den an eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 40 weitergelei- tet, in der sie ausgewertet und zum Detektieren einer Undichtigkeit in der Vakuumschmelzanlage herangezogen werden. The arranged on the outer wall of the pan 6 and acoustically coupled directly to the wall of the pan 6 Körperschallaufnehmer 30-1, 30-2 are removable, ie releasably fixed to the pan 6 and are only after inserting the pan 6 in the vacuum vessel. 2 Coupled to the pan 6 with quick-release fasteners. The measurement signals in each case made available by the body sound sensors 30-1, 30-2, 30-3 and 30-4 Ml, M2, M3 and M4 ¬ the forwarded to a control and evaluation 40 tet, in which they are evaluated and used to detect a leak in the vacuum melting plant.
Die Messsignale Ml, M2, M3 und M4 werden in der Auswerteein- richtung 40 einer Signalanalyse unterzogen und unter Zuhilfenahme eines selbstlernenden physikalischen Modells wird das Auftreten von durch Undichtigkeiten, beispielsweise durch einen nicht korrekt verschlossener Deckel 4, verursachten Be- triebszuständen rechtzeitig erkannt und der entsprechende Mangel kann dementsprechend zügig behoben werden. Hierzu wer¬ den in einer Lernphase vor der eigentlichen Inbetriebnahme unterschiedliche Betriebszustände eingestellt, beispielsweise Betrieb der Vakuumanlage mit korrekt und nicht korrekt ver¬ schlossenen Deckel, bewusste Einstellung von Leckagen, und die entsprechenden Körperschallsignale aufgenommen. Die bei¬ spielsweise durch eine schnelle Fouriertransformation erzeug¬ ten Frequenzspektren der in dieser Lernphase gewonnenen Messsignale Ml, M2, M3, M4 werden als typische Muster hinterlegt, so dass durch Vergleich eines im realen Betrieb gemessenen Frequenzspektrums mit den hinterlegten Mustern das Auftreten und die Ursache, d.h. der Ort einer Undichtigkeit festge¬ stellt werden kann. The measurement signals M1, M2, M3 and M4 are subjected to a signal analysis in the evaluation device 40 and the occurrence of operating states caused by leaks, for example by a cover 4 that is not correctly closed, is recognized in good time and the self-learning physical model is detected the corresponding deficiency can be remedied accordingly quickly. For this purpose, who set the different operating conditions in a learning phase before the actual commissioning, added, for example, operation of the vacuum system with correct and incorrect ver ¬ closed lid, deliberate setting of leaks, and the corresponding structure-borne sound signals ¬. The at ¬ example by a Fast Fourier Transform erzeug ¬ th frequency spectra obtained in this learning phase, measurement signals Ml, M2, M3, M4 are stored as a typical pattern, so that by comparison of a measured in real operation frequency spectrum with the stored patterns, the occurrence and cause , that the location may be a leak Festge ¬ provides.
Der in der Pfanne 6 durch Einblasen von Prozessgas PI, P2 in die Stahlschmelze entstehende Schall breitet sich innerhalb des Schmelzbades 14 und innerhalb der Schaumschlacke 18 zur Wand hin aus, wobei die Schaumschlacke 18 schalldämpfend wirkt. Mit anderen Worten: Auch die Dicke d der Schaumschla¬ cke 18 und deren Höhe H bzw. Lage innerhalb der Pfanne 6 be- einflusst wesentlich das insbesondere von dem im oberen Be¬ reich der Pfanne 6 angeordneten Körperschallaufnehmer 30-1 aufgenommene Schallsignal. The sound produced in the pan 6 by injecting process gas PI, P2 into the steel melt spreads out within the molten bath 14 and within the foam slag 18 towards the wall, the foam slag 18 having a sound-damping effect. In other words, Also, the thickness d of the foam suppression ¬ blocks 18 and the height H or position within the pan 6 loading influenced significantly the particular arranged from the upper Be ¬ rich pan 6 impact sound sensors 30-1 collected sound signal.
Durch Analyse der akustischen Signale kann deshalb auch die Höhe H oder die Dicke d der Schaumschlacke ermittelt werden. Hierzu werden die Frequenzspektren der Messsignale Ml, M2, M3 und M4 auch in dieser Anwendung mit Frequenzspektren verglichen, die in einer vorangehenden Lernphase bei unterschiedli- chen Betriebszuständen der Vakuumschmelzanlage, insbesondere bei unterschiedlichem Druck im Unterdruckkessel 2, unterschiedlicher Zufuhrrate der Prozessgase PI, P2 sowie unter¬ schiedlicher durch Aufnahme mit einer Kamera bestimmter Höhen der Schaumschlacke, gemessen worden sind. Mit Hilfe von Lern- und Mustererkennungsalgorithmen können dann durch Vergleich eines realen gemessenen Frequenzspektrums mit den in der Lernphase gewonnenen Frequenzspektren die Höhe H und insbesondere die Dicke d der Schaumschlacke 18 bzw. deren zeitli- eher Differentialquotient dH/dt bzw. dd/dt ermittelt werden, ohne dass hierzu eine Beobachtung mit einer Kamera erforder¬ lich ist. By analysis of the acoustic signals, therefore, the height H or the thickness d of the foamed slag can be determined. For this purpose, the frequency spectra of the measurement signals M1, M2, M3 and M4 are also compared in this application with frequency spectra, which are used in a previous learning phase with different frequency spectra. chen operating conditions of the vacuum melting plant, in particular at different pressure in the vacuum vessel 2, different supply rate of the process gases PI, P2 and under ¬ different by recording with a camera certain heights of the foamed slag, have been measured. With the aid of learning and pattern recognition algorithms, by comparing a real measured frequency spectrum with the frequency spectra obtained in the learning phase, the height H and in particular the thickness d of the foamed slag 18 or their time-relative differential quotient dH / dt or dd / dt can be determined , without requiring an observation with a camera erforder Lich.
In der Steuer- und Auswerteeinrichtung 40 werden in Abhängig- keit von der ermittelten Höhe H bzw. Dicke d und vorzugsweise von den ermittelten Differentialquotienten Steuersignale Sl und S2 erzeugt, mit denen die Zufuhrrate der Prozessgase PI, P2 gesteuert wird, um die Höhe der Schaumschlacke 18 auf ei¬ nen konstanten Wert zu regeln oder aber zumindest ein Über- schäumen von Schaumschlacke 18 zu verhindern. Depending on the determined height H or thickness d and preferably on the determined differential quotients, control signals S1 and S2 are generated in the control and evaluation device 40, with which the feed rate of the process gases PI, P2 is controlled, by the height of the foamed slag 18 to eggin ¬ nen constant value or at least to prevent foaming of foamed slag 18.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl an der Pfanne 6 als auch am Unterdruckkessel 2 eine Mehrzahl von Körper¬ schallaufnehmern vorgesehen. Grundsätzlich kann das erfin- dungsgemäße Verfahren jedoch auch mit einem einzigen, vorzugsweise im oberen Bereich der Pfanne angeordneten Körperschallaufnehmer 30-1 erfolgen. In the illustrated embodiment, a plurality of body ¬ sound pickups are provided both on the pan 6 and the vacuum boilers 2. In principle, however, the method according to the invention can also be carried out with a single structure-borne sound pickup 30-1, preferably in the upper region of the pan.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Although the invention in detail has been illustrated approximately example in more detail by the preferred execution and described, the invention is not ¬ limited by the disclosed examples and other variations can be derived by those skilled thereof, without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben einer Vakuumschmelzanlage zur metallurgischen Behandlung einer Stahlschmelze, bei dem mit zu- mindest einem mittelbar oder unmittelbar an eine die Stahlschmelze aufnehmende Pfanne (6) akustisch gekoppelten Körper¬ schallaufnehmer (30-1, 30-2, 30-3, 30-4) die in der Pfanne (6) erzeugten akustischen Signale aufgenommen und zur Detek- tion einer Undichtigkeit in der Vakuumschmelzanlage herange- zogen werden. 1. A method for operating a vacuum melting plant for the metallurgical treatment of a molten steel, in which with at least one indirectly or directly to a molten steel receiving pan (6) acoustically coupled body ¬ sound pickup (30-1, 30-2, 30-3, 30-4), the acoustic signals generated in the pan (6) are recorded and used to detect a leak in the vacuum melting system.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
bei dem die akustischen Signale zusätzlich zur Ermittlung der Höhe (H) oder der Dicke (d) der in der Pfanne über dem in which the acoustic signals in addition to determining the height (H) or the thickness (d) of the in the pan over the
Schmelzbad (14) der Stahlschmelze befindlichen Schaumschlacke (18) herangezogen werden. Melting bath (14) of the steel melt located foam slag (18) are used.
3. Verfahren nach Anspruch 2, 3. The method according to claim 2,
bei dem der zeitliche Differentialquotient der Höhe (H) bzw. der Dicke (d) ermittelt wird. in which the temporal differential quotient of the height (H) and the thickness (d) is determined.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, 4. The method according to claim 2 or 3,
bei dem die ermittelte Höhe (H) bzw. Dicke (d) und/oder deren zeitlicher Differentialquotient zur Steuerung der Zufuhr ei- nes Prozessgases (PI, P2) in die Pfanne (6) herangezogen wer¬ den . wherein the height determined (H) and thickness (d) and / or its time differential quotient for controlling the supply egg nes process gas (PI, P2) used in the pan (6) ¬ the.
5. Vakuumschmelzanlage zur metallurgischen Behandlung einer Stahlschmelze in einer Pfanne (6), mit zumindest einem mit- telbar oder unmittelbar an die Pfanne (6) akustisch gekoppelten Körperschallaufnehmer (30-1 bis 30-4) zum Aufnehmen der in der Pfanne (6) erzeugten akustischen Signale sowie mit ei¬ ner Steuer- und Auswerteeinrichtung (40) mit einem darin implementierten Algorithmus zum Detektieren einer Undichtig- keit in der Vakuumschmelzanlage aus den von dem oder den Kör¬ perschallaufnehmern (30-1 bis 30-4) aufgenommenen akustischen Signalen . 5. Vacuum melting plant for metallurgical treatment of a molten steel in a ladle (6), with at least one medium or directly on the pan (6) acoustically coupled structure-borne sound pickup (30-1 to 30-4) for receiving in the pan (6) generated acoustic signals and ei ¬ ner control and evaluation device (40) with an algorithm implemented therein for detecting a leak in the vacuum melting system from the of the or the Kör ¬ perschallaufnehmer (30-1 to 30-4) recorded acoustic signals ,
6. Vakuumschmelzanlage nach Anspruch 5, 6. Vacuum melting plant according to claim 5,
bei dem der zumindest eine Körperschallaufnehmer (30-1, 30-2) an der Pfanne (6) fixiert ist. in which the at least one structure-borne sound pickup (30-1, 30-2) is fixed to the pan (6).
7. Vakuumschmelzanlage nach Anspruch 6, 7. Vacuum melting plant according to claim 6,
bei dem der zumindest eine Körperschallaufnehmer (30-1) in einem oberen Bereich der Pfanne (6) angeordnet ist. in which the at least one structure-borne sound pickup (30-1) is arranged in an upper region of the pan (6).
8. Vakuumschmelzanlage nach Anspruch 5, 6 oder 7, 8. Vacuum melting plant according to claim 5, 6 or 7,
bei dem der zumindest eine oder zumindest ein weiterer Kör¬ perschallaufnehmer (30-3, 30-4) an einem die Pfanne (6) umgebenden Anlagenteil (2, 4) fest installiert ist. in the surrounding of at least one or at least one further Kör ¬ perschallaufnehmer (30-3, 30-4) on a pan (6) bearing part (2, 4) is fixedly installed.
9. Vakuumschmelzanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem in der Steuer- und Auswerteeinrichtung (40) außerdem ein Algorithmus implementiert ist, mit dem aus den akusti¬ schen Signalen die Höhe (H) bzw. Dicke (d) der Schaumschlacke (18) und/oder der zeitliche Differentialquotient dieser Höhe (H) bzw. Dicke (d) ermittelt wird. 9. Vacuum smelting plant according to one of claims 5 to 8, wherein in the control and evaluation device (40) further includes an algorithm is implemented, with which the height of the akusti ¬ rule signals (H) and thickness (d) of the foamed slag ( 18) and / or the time differential quotient of this height (H) or thickness (d) is determined.
10. Vakuumschmelzanlage nach Anspruch 9, 10. Vacuum melting plant according to claim 9,
bei dem die Steuer- und Auswerteeinrichtung (40) zum Regeln der Höhe (H) bzw. der Dicke (d) der Schaumschlacke (18) durch Steuern der Zufuhr eines Prozessgases (PI, P2) in die Pfanne (6) in Abhängigkeit von der Höhe (H) bzw. Dicke (d) und/oder dem zeitlichen Differentialquotienten der Höhe (H) bzw. Dicke (d) der Schaumschlacke (18) vorgesehen ist. wherein the control and evaluation device (40) for controlling the height (H) or thickness (d) of the foamed slag (18) by controlling the supply of a process gas (PI, P2) in the pan (6) in dependence Height (H) or thickness (d) and / or the time differential quotient of the height (H) or thickness (d) of the foamed slag (18) is provided.
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