EP3042966B1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer blaslanze in einem konverter - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer blaslanze in einem konverter Download PDF

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EP3042966B1
EP3042966B1 EP16150685.2A EP16150685A EP3042966B1 EP 3042966 B1 EP3042966 B1 EP 3042966B1 EP 16150685 A EP16150685 A EP 16150685A EP 3042966 B1 EP3042966 B1 EP 3042966B1
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EP
European Patent Office
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blowing lance
lance
diameter
converter
scull
Prior art date
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EP3042966A1 (de
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Gernot Walter
Lutz Rose
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4606—Lances or injectors
    • C21C5/4613—Refractory coated lances; Immersion lances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4673—Measuring and sampling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F27D21/0021—Devices for monitoring linings for wear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F27D21/02—Observation or illuminating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F27D21/02—Observation or illuminating devices
    • F27D2021/026—Observation or illuminating devices using a video installation

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for operating a lance in a steelmaking converter.
  • the lance is used to inflate oxygen to a liquid molten metal in a Basic Oxygen Steel Making Converter, an Argon Oxygen Decarburization Converter, in a Converter ARCing ConArc Furnace, in a VOD plant, or in a plant for the crude steel Heraeus RH -Method.
  • the water-cooled lance moves from the top through an opening in the cooling chimney in the middle in the converter vessel and is lowered so far until the intended inflation height is reached.
  • an oxygen valve is automatically opened and a defined amount of oxygen is blown onto the surface of the liquid molten metal by the lance head attached to the end of the lance.
  • the lance head is made of copper.
  • openings that are designed as a Laval nozzle and accelerate the oxygen to supersonic speed.
  • the number of Laval nozzles typically varies between 1 and 6.
  • the Laval nozzle is arranged centrically, circular in the case of multi-hole lance heads.
  • the oxygen from the multi-hole lances does not impinge perpendicular to the bath surface, but at a nozzle angle of attack that is between 10 ° and 23 °.
  • the oxygen then hits the surface of the melt, where it creates an oscillating blister.
  • the oxygen applied in this way to the surface of the melt ensures an intensive decarburization reaction in the liquid molten metal and thus positively alters its material properties.
  • the lowering of the lance can be done in stages.
  • the ignition of the oxygen jet takes place with the carbon present in the melt.
  • the lance is very high, about 270 cm above the liquid molten metal, in order to avoid possible contact with the charged solids (scrap).
  • water leaks can lead to dangerous steam explosions.
  • the lance height is lowered by approx. 25 - 35 cm per level.
  • the goal here is to increase the reaction rate and to control too early slag formation.
  • the middle stages cause early iron oxide formation, which generates increased slag formation.
  • Lance height is an empirical trade-off between achieving high decarburization rates and proper slag formation.
  • lance height and oxygen flow rate increase in some cases to control the viscosity and chemical reactivity of the slag by increasing the FeO content.
  • small metal droplets are torn from the melt and form together with the slag formers, e.g. CaO / MgO, a foamy slag that can rise or even boil up to the converter mouth.
  • the slag formers e.g. CaO / MgO
  • the position of the lance is important to the functioning of the inflation process.
  • step 1 the slag is over-stirred and over-oxidized with higher percentages of FeO.
  • blower lance position is very low, metal droplets are ejected heavily or sparking or sparking is visible; both cause heavy and dangerous metallic deposits, called bears, at the lance and in the lower exhaust hood.
  • the attachments to the lance are not always symmetrical. As a result of asymmetrical metallic adhesions on the lance, uniform cooling of the lance surface is no longer possible, as a result of which distortion or curvature of the lance body can occur.
  • a weight monitoring of the lance gives no information about the geometry of the baking mantle.
  • a short thick-walled caking mantle may have the same weight as a thin-walled caking mantle.
  • a visual assessment of the lance condition via a video surveillance system depends on the operator. Is the operator experienced, what are the visibility conditions, is the operator under time pressure? These are many influencing factors which influence an accurate assessment of the state of the lance.
  • a visual on-site assessment of lance conditions by steelworkers is the norm in many steel mills and not without risk.
  • Reaction distortions in the converter can spontaneously lead to slag and steel ejection.
  • dust, heat and CO formation make it difficult to work in these areas. Therefore, it is desirable to minimize activities in this area.
  • the invention has the object, a known method and a known device for operating a lance in a converter to the effect that the need for a change of the lance can be assessed better and less risk to the operator.
  • This object is achieved by the method claimed in claim 1.
  • This is characterized in that the lance is photographed with its fermentation by a plurality of cameras arranged distributed in the circumferential direction of the lance, the resulting images are subjected to a image processing algorithm to the distribution of the diameter of the fermentation in the circumferential direction of the lance and the maximum diameter to investigate.
  • the term "algorithm” means a preferably digital image processing algorithm, typically for the stereo construction of the real dimensions / dimensions of the bear from the acquired images.
  • the algorithm also preferably includes a decision stage which compares the respective determined maximum diameter of the bear with a predetermined radial threshold. Once the algorithm determines that the diameter meets or exceeds the threshold, the decision stage issues a recommendation to the operator to replace the lances either immediately or after n further fusing processes.
  • the threshold may vary depending on the type of melting process or the size of the inner diameter of the lance mandrel.
  • the claimed method advantageously allows a fully automatic assessment of the fermentation on a lance with respect to whether the lance must be replaced before a next melting, because the fermentation is then possibly increased so much that they no longer by the lance dome on the chimney of the converter outside the converter could be promoted.
  • a determination of the diameter or the diameter distribution of the fermentation in the circumferential direction as well as the determination of the maximum diameter is much more accurate than possible in an assessment by an operator.
  • An operator can only visually estimate the diameter or size of the fermentation in view of the size of the opening of the lance dome.
  • the claimed method for the operating personnel at the converter is less risky, because it does not require any work by an operator in the vicinity of the converter in order to assess the need for a change of the lance.
  • the cameras take the images of the hardened lance during a ride of the lance in or out of the Converter continuously on. These images are then subjected to the algorithm to determine not only the distribution of the diameter of the fermentation in the circumferential direction, but optionally also the distribution of the diameter of the fermentation over a predetermined length range of the lance, for example from the lower edge thereof.
  • the spatial shape of the bear can be determined on the lance.
  • the determination of the "distribution of the diameter of the fermentation” means the determination of the contour of the fermentation.
  • the contour of the fermentation is determined in a cross section transverse to the longitudinal axis of the lance.
  • the determination of the "distribution of the diameter of the fermentation over a predetermined length range of the lance” means a determination of the contour of the fermentation in the longitudinal direction of the lance.
  • the “maximum diameter” means the greatest thickness or width of the fermentation or the contour of the fermentation in a plane transverse to the longitudinal axis of the lance at a certain (circumferential) angle.
  • the optical determination of the radial diameter of the fermentation preferably takes place during each drive of the lance into the converter or out of the converter. This is advantageous because in this way it is avoided that the cured blow lance can no longer be transported away by the lance dome, because the fermentation has increased too much in one or more intermediate lance rides.
  • Illuminating the lance with backlight while it is being photographed advantageously results in a stronger contrast and thus an improved representation of the contour of the fermentation on the images.
  • the radial threshold for the maximum diameter of the fermentation in the circumferential direction is chosen smaller than the opening diameter of the lance dome of the converter. If the maximum diameter of the circumferential fermentation exceeds the radial threshold, the error signal signals the need to change the lance. The lance is then led by the lance dome at the chimney of the converter to the outside - if this has not already been done - and there freed from the bear.
  • the currently determined maximum diameter of the fermentation in the circumferential direction may also be smaller than the radial threshold value. Then, according to the invention, a prognosis for the temporal development of the diameter or the diameter distribution of the fermentation at the blow lance is made and displayed for the operating personnel. The prognosis indicates to the operating personnel, for example, how many more melting processes the lance can still remain in the converter without having to be replaced.
  • the prognosis for the temporal development of the diameter or the diameter distribution of the fermentation is determined according to the invention by observing the change with time of the thickness or the thickness distribution of the fermentation in a plurality of melting processes.
  • the thickness or the thickness distribution of the fermentation in a single melting operation according to the invention by comparing the original diameter or the original diameter distribution of the clean lance, d. H. the lance determined without fermentation, with the diameter or the diameter distribution of the fermentation of the lance after the melting process.
  • a marker for the radial threshold can be displayed.
  • the cross section through the lance can be displayed both in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the lance and in the direction of the longitudinal axis of the lance.
  • thickness distribution or “contour” are given, these terms each have a thickness distribution or contour in the circumferential direction of the lance and / or in the longitudinal direction of the lance.
  • FIG. 1 shows a plan view of the device according to the invention.
  • the optical measuring device 150 which consists of a plurality of distributed in the circumferential direction of the lance 100 arranged cameras 142. These cameras are used to photograph the Blaslanze 100 with its Fermentation 130 from different perspectives.
  • an evaluation device 160 can be recognized which receives the images taken by the cameras via signal lines and subjects them to an algorithm so as to determine the diameter distribution and the maximum diameter of the fermentation 130 in the circumferential direction of the lance.
  • the evaluation device 160 is designed to generate an error signal when the determined maximum diameter of the fermentation of the lance exceeds a predetermined radial threshold.
  • lamps 145 for providing backlight when the lance 100 is photographed by the cameras 142 to increase the contrast of the images, if necessary.
  • the evaluation device 160 is connected to a display device 170, which determines the determined by the fully automatic algorithm contour of the fermentation, preferably together with the contours for the clean lance and more preferably also with the radial threshold for the maximum diameter of the contour and the error signal of the fermentation for the operator indicates.
  • FIG. 2 shows a converter 200 with a chimney 250 and an attached to the chimney lance dome 240 for retracting the lance 100 in the converter 200 or for moving the lance 100 from the converter.
  • the lance dome is positioned centrally above converter mouth 205; it has an opening diameter D.
  • the measuring device 150 with the plurality of cameras 142 may be arranged, for example, at the entrance of the lance dome 240 or on the converter mouth 220.
  • FIG. 2 shows the initially clean blowing lance 100, ie the lance without fermentation in a parking position 210 outside the converter 200th
  • the lance 100 is positioned from the parking position 210 through the lance dome 240 and the converter throat 205 into a blowing position 220 in the converter above the molten metal 500 at the appropriate time.
  • a medium typically oxygen 400
  • the lance 100 is blown onto the molten metal 500 by the lance. It comes, as described in detail in the introduction, deposits of aufspritzender slag on the lance 100, ie the lance lances.
  • the fermentation can extend over a length range L of the lance, see FIG. 5 ,
  • the cured lance travels back through converter mouth 205 and lance dome 240 back to park position 210, as in FIG FIG. 6 shown.
  • the distribution of the diameter of the dressing 130 in the circumferential direction of the lance and the maximum diameter of the fermentation in the circumferential direction are first determined with the aid of the measuring device 150 according to the invention in cooperation with the evaluation device 160. This is done, as described in the general part of the description, by evaluating the images taken by the cameras 142 using an algorithm.
  • the maximum diameter of the fermentation in the circumferential direction - and preferably also above the level of the fermentation - is subsequently with a predetermined radial threshold, which is smaller than that Opening diameter D of the lance dome is compared.
  • the operator of the converter is informed via an error signal that a change of the lance is required or that the last used lance for further melting operations can not be used because then a return of the lance by the lance dome is no longer guaranteed.
  • the evaluation device 160 predicts the time of development of the diameter or diameter distribution of the fermentation at the lance 100 the operator of the converter off. For example, this prediction may indicate that the current lance can still be used for x smelting operations before there is a risk that their fermentation has grown so much that the lance that is being used can no longer be led out through the lance dome.
  • the thickness or the thickness distribution of the fermentation in a single melting process is determined according to the invention by comparing the original diameter d 0 or the original diameter distribution of the clean lance, ie the lance without fermentation, with the diameter or the diameter distribution of the fermentation of the lance after melting.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Blaslanze in einem Konverter zur Stahlerzeugung. Die Blaslanze dient insbesondere zum Aufblasen von Sauerstoff auf eine flüssige Metallschmelze in einem Basic Oxygen Steel Making Konverter, einem Argon Oxygen Decarburisation Konverter, in einem Converter-ARCing ConArc-Ofen, in einer VOD-Anlage oder in einer Anlage für das Rohstahl-Heraeus RH-Verfahren.
  • Zum weiter entfernt liegenden Stand der Technik wird auf die japanische Anmeldung JP-2007 327124 A sowie den Artikel "Mise en service d'une lance de post-combustion à l'aciére de Sollac Lorraine"; J. P. Bosquet et al., La Revue de Metallurgie 2001 (Juli-August) verwiesen. Die beiden Dokumente beziehen sich auf die Bildung von Bären am Konvertermund, während sich die vorliegende Erfindung auf die Bildung von Bären an einer Blaslanze bezieht.
  • Technischer Hintergrund der vorliegenden Erfindung:
    • Bei Konverterprozessen wird durch eine wassergekühlte Blaslanze technisch erzeugter Sauerstoff oder Sauerstoff/Inertgas- Gemisch auf die Oberfläche einer flüssigen Metallschmelze geblasen.
  • Die wassergekühlte Blaslanze fährt von oben durch eine Öffnung im Kühlkamin mittig in das Konvertergefäß und wird soweit abgesenkt bis die vorgesehene Aufblashöhe erreicht wird. Während des Absenkens erfolgt automatisch das Öffnen eines Sauerstoffventils und eine definierte Sauerstoffmenge wird durch den am Ende der Lanze angebrachten Lanzenkopf auf die Oberfläche der flüssigen Metallschmelze geblasen.
  • Der Lanzenkopf besteht aus Kupfer. Im Kupferkopf befinden sich Öffnungen, die als Lavaldüse ausgeführt sind und den Sauerstoff auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigen. Die Anzahl der Lavaldüsen variiert typischerweise zwischen 1 und 6.
  • Bei einem 1-Loch- Lanzenkopf ist die Lavaldüse zentrisch, bei Mehrloch-Lanzenköpfen kreisförmig, angeordnet. Der Sauerstoff aus den Mehrloch-Lanzen trifft nicht senkrecht auf die Badoberfläche, sondern unter einem Düsenanstellwinkel, der zwischen 10° und 23° liegt.
  • Der Sauerstoff trifft dann auf die Oberfläche der Schmelze und erzeugt dort eine oszillierende Blasmulde. Der auf diese Weise auf die Oberfläche der Schmelze aufgebrachte Sauerstoff sorgt für eine intensive Entkohlungsreaktion in der flüssigen Metallschmelze und verändert somit positiv deren Materialeigenschaften.
  • Das Absenken der Blaslanze kann in Stufen erfolgen.
  • In der ersten Stufe erfolgt die Zündung des Sauerstoffstrahls mit dem in der Schmelze vorhandenen Kohlenstoff. Die Blaslanze ist hierbei sehr hoch, ca. 270 cm oberhalb der flüssigen Metallschmelze, um einen möglichen Kontakt zu den chargierten Feststoffen (Schrott) zu vermeiden. Im Falle eines Kontaktes des Blaslanzenkopfes mit Kühlschrottteilen in der Schmelze, können Wasserleckagen zu gefährlichen Wasserdampfexplosionen führen.
  • Von der zweiten bis vierten Stufe wird die Lanzenhöhe um ca. 25 - 35 cm pro Stufe abgesenkt. Das Ziel hier ist es, die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen und eine zu frühe Schlackenbildung zu kontrollieren.
  • Die mittleren Stufen bewirken eine frühe Eisenoxidbildung, wodurch eine erhöhte Schlackenbildung generiert wird.
  • In der Hauptstufe, niedrigste Lanzenhöhe ca. 150 cm zur Badoberfläche, wird die höchste Entkohlungsgeschwindigkeit erzielt, und die Hauptstufe hat auch die längste Blasstufe. Die Lanzenhöhe ist ein empirischer Kompromiss zwischen dem Erreichen hoher Entkohlungsgeschwindigkeiten und der richtigen Schlackenbildung.
  • Aufgrund der geforderten Endanalyse steigt in einigen Fällen die Lanzenhöhe und die Sauerstoff-Durchflussrate, um die Viskosität und chemische Reaktivität der Schlacke durch Erhöhung des FeO-Gehaltes zu kontrollieren.
  • Während des Sauerstoff-Aufblasverfahrens werden kleine Metall- Tröpfchen aus der Schmelze herausgerissen und bilden zusammen mit den Schlackenbildnern, z.B. CaO/MgO, eine schaumige Schlacke, die bis zur Konverter-Mündung ansteigen oder sogar überkochen kann.
  • Die Position der Blaslanze ist wichtig für das Funktionieren des AufblasVerfahrens.
  • Bei einer hohen Blaslanzenposition (Stufe 1) wird die Schlacke zu sehr gerührt und mit höheren Prozentsätzen an FeO überoxidiert.
  • Dies führt zu höheren Ausbringungsverlusten als normal. Ferner wird die Entkohlungsreaktion reduziert und unregelmäßig, das Schlackenvolumen steigt, und es gibt eine erhöhte Wahrscheinlichkeit des Schlackenauswurfs; dies ist ein unkontrolliertes Überkochen der Schlacke über die Konvertermündung.
  • Bei einer niedrigen Blaslanzenposition (Stufe 2) steigt die Entkohlungsreaktion. Gleichzeitig werden die Schlackenbildung, die Schlacken-Reaktivität und der FeO-Gehalt in der Schlacke reduziert; außerdem gestalten sich Schwefel- und Phosphorentfernung häufig problematisch.
    Fe + O = FeO -Stufe1
    FeO + C = Fe + CO -Stufe2
    C + O = CO
  • Ist die Blaslanzenposition sehr niedrig, erfolgt ein starker Auswurf von Metalltröpfchen oder eine Funkenbildung bzw. Funkensprühen ist sichtbar; beides verursacht schwere und gefährliche metallische Ablagerungen, genannt Bären, an der Blaslanze und in der unteren Abgashaube.
  • Diese Bären wachsen über die Zeit (von Schmelze zu Schmelze) und führen zu einer Zunahme des Lanzendurchmessers und des Lanzengewichtes und stellen ab einer gewissen Größe für den Produktionsablauf sowie für die Instandhaltung ein Problem dar.
  • Bei einer zu großen Verbärung der Blaslanze bzw. Zunahme des Lanzendurchmessers, ist eine Durchfahrt der Lanze durch den Lanzendom nach dem Ende eines Blasprozesses nicht mehr möglich.
  • Die Blaslanze bleibt im Lanzendom stecken, wodurch sich folgende Probleme ergeben können:
    1. 1. Beschädigung des wassergekühlten Lanzendoms
    2. 2. Blasprozess kann nicht beendet und die Schmelze nicht abgestochen werden
    3. 3. Blaslanze muss abgeschnitten werden. Verlust einer Blaslanze sowie Produktionsverluste.
  • Die Anhaftungen an der Blaslanze sind nicht immer symmetrisch ausgebildet. Durch asymmetrische metallische Anhaftungen an der Blaslanze ist eine gleichmäßige Kühlung der Blaslanzenoberfläche nicht mehr gegeben, wodurch sich ein Verziehen bzw. eine Krümmung des Lanzenkörpers einstellen kann.
  • Auch können diese Anhaftungen zu einer ungleichmäßigen Gewichtsverteilung an der Blaslanzenoberfläche führen. Die in einer Kugelkalotte hängende, zentrisch im Konverter ausgerichtete Blaslanze, bläst dann den Sauerstoff nicht mehr mittig auf die Badoberfläche, wodurch eine optimale Prozessführung nicht gewährleistet ist.
    • Nachteile der vorbekannten Lösungen:
    • Bisher ist es bekannt, den Lanzenzustand wie folgt zu überwachen:
      1. 1. Gewichtsüberwachung mit Hilfe von Lastbolzen in der Seil-Umlenkrolle am Hubwerk.
      2. 2. Visuelle Beurteilung der Blaslanze durch den Bediener mit Hilfe eines Videoüberwachungssystems; siehe zum Beispiel den Stand der Technik in US 4,247,086 und in "La formation des loups sur les lances des convertisseurs ä l'oxygène"; P. Nyssen (CRM), et al., La Revue de Metallurgie, April 1983
      3. 3. Visuelle Begutachtung der Blaslanze durch vor Ort Personal am Lanzendom.
    Zu 1
  • Eine Gewichtsüberwachung der Lanze gibt keine Auskunft über die Geometrie des Anbackungsmantels. Ein kurzer dickwandiger Anbackungsmantel kann das gleiche Gewicht haben wie ein dünnwandiger langer Anbackungsmantel.
  • Eine Abschätzung ob das Herausziehen der Blaslanze mit Anbackungsmantel durch den Lanzendom möglich ist, ist mit dieser Methode nicht sicher gegeben.
    • Zu 2
  • Eine visuelle Beurteilung des Lanzenzustandes über ein Videoüberwachungssystem ist abhängig vom Operator. Ist der Operator erfahren, wie sind die Sichtverhältnisse, ist der Operator unter Zeitdruck? Dies sind viele Einflussgrößen die eine genaue Beurteilung des Lanzenzustandes beeinflussen.
    • Zu 3
  • Eine visuelle Vor-Ort-Beurteilung des Lanzenzustandes durch Stahlwerkspersonal ist in vielen Stahlwerken der Normalfall und nicht ohne Risiko. Die Gefahren in derartigen Bereichen, d. h. auf der Bühne oberhalb des Lanzendoms, für dort tätige Arbeitskräfte sind nicht unerheblich. Reaktionsverzüge im Konverter können spontan zu Schlacken- und Stahlauswurf führen. Darüber hinaus erschweren Staub, Hitze und CO-Bildung die Tätigkeit in diesen Arbeitsbereichen. Daher ist es erstrebenswert, Tätigkeiten in diesem Bereich zu minimieren.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren und eine bekannte Vorrichtung zum Betreiben einer Blaslanze in einem Konverter dahingehend weiterzubilden, dass die Notwendigkeit eines Wechsels der Blaslanze besser und für das Bedienpersonal risikoärmer beurteilt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blaslanze mit ihrer Verbärung von einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Blaslanze verteilt angeordneten Kameras fotografiert wird, wobei die so entstandenen Bilder einem Bilderverarbeitungsalgorithmus unterzogen werden, um die Verteilung des Durchmessers der Verbärung in Umfangsrichtung der Blaslanze und den maximalen Durchmesser zu ermitteln.
  • Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung meint der Begriff "Algorithmus" einen vorzugsweise digitalen Bildverarbeitungsalgorithmus, typischerweise zur Stereokonstruktion der realen Ausmaße/Abmessung des Bären aus den erfassten Bildern. Der Algorithmus umfasst vorzugsweise auch eine Entscheidungsstufe, welche den jeweils ermittelten maximalen Durchmesser des Bären mit einem vorgegebenen radialen Schwellenwert vergleicht. Sobald der Algorithmus feststellt, dass der Durchmesser den Schwellenwert erreicht oder überschreitet, gibt die Entscheidungsstufe eine Empfehlung an die Bedienperson aus, die Blaslanzen entweder sofort oder nach n weiteren Schmelzprozessen auszutauschen. Der Schwellenwert kann variieren, je nach Art des Schmelzprozesses oder der Größe des inneren Durchmessers des Lanzendorns.
  • Das beanspruchte Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise eine vollautomatische Beurteilung der Verbärung an einer Blaslanze im Hinblick darauf, ob die Blaslanze vor einem nächsten Schmelzvorgang ausgetauscht werden muss, weil die Verbärung danach möglicherweise so stark angewachsen ist, dass sie nicht mehr durch den Lanzendom am Kamin des Konverters nach außerhalb des Konverters befördert werden könnte. Durch die Verwendung moderner vorzugsweise elektronischer Kameras und insbesondere des Werkzeugs des speziellen Algorithmus ist eine Bestimmung des Durchmessers oder der Durchmesserverteilung der Verbärung in Umfangsrichtung sowie auch die Bestimmung des maximalen Durchmessers wesentlich präziser möglich als bei einer Beurteilung durch eine Bedienperson. Eine Bedienperson kann den Durchmesser bzw. die Größe der Verbärung auch im Hinblick auf die Größe der Öffnung des Lanzendoms lediglich visuell abschätzen. Außerdem ist das beanspruchte Verfahren für das Bedienpersonal am Konverter risikoärmer, weil es keine Arbeiten einer Bedienperson in der Nähe des Konverters erforderlich macht, um die Notwendigkeit eines Wechsels der Blaslanze beurteilen zu können.
  • Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel nehmen die Kameras die Bilder der verbärten Blaslanze während einer Fahrt der Blaslanze in den oder aus dem Konverter kontinuierlich auf. Diese Bilder werden dann dem Algoithmus unterzogen, um nicht nur die Verteilung des Durchmessers der Verbärung in Umfangsrichtung, sondern optional auch die Verteilung des Durchmessers der Verbärung über einen vorbestimmten Längenbereich der Blaslanze beispielsweise ab deren Unterkante zu ermitteln.
  • Auf diese Weise kann vorteilhafterweise die räumliche Gestalt des Bären an der Blaslanze ermittelt werden.
  • Die Ermittlung der "Verteilung des Durchmessers der Verbärung" meint die Ermittlung der Kontur der Verbärung. Bei der Ermittlung der "Verteilung des Durchmessers der Verbärung in Umfangsrichtung der Blaslanze" wird insofern die Kontur der Verbärung in einem Querschnitt quer zur Längsachse der Blaslanze ermittelt. Analog meint die Ermittlung der "Verteilung des Durchmessers der Verbärung über einen vorbestimmten Längenbereich der Blaslanze" eine Ermittlung der Kontur der Verbärung in Längsrichtung der Blaslanze.
  • Der "maximale Durchmesser" meint die größte Dicke bzw. Breite der Verbärung bzw. der Kontur der Verbärung in einer Ebene quer zur Längsachse der Blaslanze bei einem bestimmten (Umfangs-) Winkel.
  • Das optische Ermitteln des radialen Durchmessers der Verbärung erfolgt vorzugsweise während jeder Fahrt der Blaslanze in den Konverter hinein oder aus dem Konverter heraus. Dies ist deswegen vorteilhaft, weil auf diese Weise vermieden wird, dass die verbärte Blaslanze nicht mehr durch den Lanzendom abtransportiert werden kann, weil die Verbärung bei einer oder mehreren zwischenzeitlichen Lanzenfahrten zu stark angewachsen ist.
  • Ein Beleuchten der Blaslanze mit Gegenlicht, während sie fotografiert wird, bewirkt vorteilhafterweise einen stärkeren Kontrast und damit eine verbesserte Darstellung der Kontur der Verbärung auf den Bildern.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der radiale Schwellenwert für den maximalen Durchmesser der Verbärung in Umfangsrichtung kleiner als der Öffnungsdurchmesser des Lanzendoms des Konverters gewählt. Wenn der maximale Durchmesser der Verbärung in Umfangsrichtung den radialen Schwellenwert überschreitet, signalisiert das Fehlersignal die Notwendigkeit eines Wechsels der Blaslanze. Die Blaslanze wird dann durch den Lanzendom am Kamin des Konverters nach außerhalb geführt - sofern dies nicht bereits erfolgt ist - und dort von dem Bären befreit.
  • Alternativ kann der aktuell ermittelte maximale Durchmesser der Verbärung in Umfangsrichtung auch kleiner sein als der radiale Schwellenwert. Dann wird erfindungsgemäß eine Prognose für die zeitliche Entwicklung des Durchmessers bzw. der Durchmesserverteilung der Verbärung an der Blaslanze gestellt und für das Bedienpersonal angezeigt. Die Prognose gibt dem Bedienpersonal dann beispielsweise an, für wie viele weitere Schmelzvorgänge die Blaslanze noch im Konverter verbleiben kann ohne ausgewechselt werden zu müssen.
  • Die Prognose für die zeitliche Entwicklung des Durchmesser bzw. der Durchmesserverteilung der Verbärung wird erfindungsgemäß durch Beobachtung der zeitlichen Veränderung der Dicke oder der Dickenverteilung der Verbärung bei einer Mehrzahl von Schmelzvorgängen ermittelt. Die Dicke oder die Dickenverteilung der Verbärung bei einem einzelnen Schmelzvorgang wird erfindungsgemäß durch Vergleich des ursprünglichen Durchmessers bzw. der ursprünglichen Durchmesserverteilung der sauberen Blaslanze, d. h. der Blaslanze ohne Verbärung, mit dem Durchmesser oder der Durchmesserverteilung der Verbärung der Blaslanze nach dem Schmelzvorgang ermittelt.
  • Auf einer Anzeigeeinrichtung für das Bedienpersonal wird der Querschnitt durch die Blaslanze mit ihrer Verbärung sowie optional auch zusammen mit dem überlagerten Querschnitt der Blaslanze in sauberem Zustand angezeigt. Zusätzlich kann eine Markierung für den radialen Schwellenwert angezeigt werden. Der Querschnitt durch die Blaslanze kann sowohl in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Blaslanze wie auch in Richtung der Längsachse der Blaslanze angezeigt werden.
  • Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch die Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Die Vorteile dieser Vorrichtung entsprechen den oben mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Sofern in der vorliegenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Begriffen "Dickenverteilung" oder "Kontur" kein konkreten Angaben gemacht sind, meinen diese Begriffe jeweils eine Dickenverteilung bzw. Kontur in Umfangsrichtung der Blaslanze und/oder in Längsrichtung der Blaslanze.
  • Der Beschreibung sind sieben Figuren beigefügt, wobei
    • Figur 1
    eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung; und
    Figuren 2-6
    einen Querschnitt durch einen Konverter mit Lanzendom und jeweils verschiedenen Positionen der Blaslanze
    zeigt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Form von Ausführungsbeispielen anhand der genannten Figuren detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Merkmale mit gleichen Bezugszeigen bezeichnet.
  • Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung. Zu erkennen ist insbesondere die optische Messeinrichtung 150, welche aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Blaslanze 100 verteilt angeordneten Kameras 142 besteht. Diese Kameras dienen zum fotografieren der Blaslanze 100 mit ihrer Verbärung 130 aus unterschiedlichen Perspektiven. Es ist weiterhin eine Auswerteeinrichtung 160 zu erkennen, welche die von den Kameras aufgenommenen Bilder über Signalleitungen empfängt und einem Algorithmus unterzieht, um auf diese Weise die Durchmesserverteilung und den maximalen Durchmesser der Verbärung 130 in Umfangsrichtung der Blaslanze zu ermitteln. Neben einer derartigen Auswertung der Signale der Messeinrichtung 150, d. h. der zahlreichen Kameras 142, ist die Auswerteeinrichtung 160 ausgebildet zum Erzeugen eines Fehlersignals, wenn der ermittelte maximale Durchmesser der Verbärung der Blaslanze einen vorgegebenen radialen Schwellenwert überschreitet.
  • Ebenfalls in Umfangsrichtung der Blaslanze verteilt sind Lampen 145 angeordnet zum Bereitstellen von Gegenlicht, wenn die Blaslanze 100 von den Kameras 142 fotografiert wird, um den Kontrast der Bilder zu erhöhen, wenn notwendig.
  • Die Auswerteeinrichtung 160 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 170 verbunden, welche die durch den vollautomatischen Algorithmus ermittelte Kontur der Verbärung, vorzugsweise zusammen mit den Konturen für die saubere Blaslanze sowie weiter vorzugsweise auch mit dem radialen Schwellenwert für den maximalen Durchmesser der Kontur und dem Fehlersignal der Verbärung für die Bedienperson anzeigt.
  • Figur 2 zeigt einen Konverter 200 mit einem Kamin 250 und einem an dem Kamin angesetzten Lanzendom 240 zum Einfahren der Blaslanze 100 in den Konverter 200 oder zum Herausfahren der Lanze 100 aus dem Konverter. Der Lanzendom ist mittig über dem Konvertermund 205 positioniert; er hat einen Öffnungsdurchmesser D. Die Messeinrichtung 150 mit der Mehrzahl von Kameras 142 kann beispielsweise am Eingang des Lanzendoms 240 oder am Konvertermund 220 angeordnet sein.
  • Figur 2 zeigt die zunächst noch saubere Blaslanze 100, d. h. die Blaslanze ohne Verbärung in einer Parkposition 210 außerhalb des Konverters 200.
  • Gemäß den Figuren 3 und 4 wird die Blaslanze 100 zu gegebener Zeit aus der Parkposition 210 durch den Lanzendom 240 und den Konvertermund 205 in eine Blasposition 220 in dem Konverter oberhalb der Metallschmelze 500 positioniert. In der Blasposition 220 wird durch die Blaslanze ein Medium, typischerweise Sauerstoff 400, auf die Metallschmelze 500 geblasen. Dabei kommt es, wie einleitend ausführlich beschrieben, zu Ablagerungen von aufspritzender Schlacke an der Blaslanze 100, d. h. die Blaslanze verbärt. Die Verbärung kann sich über einen Längenbereich L der Blaslanze erstrecken, siehe Figur 5.
  • Nach Beendigung des Blasvorgangs fährt die verbärte Blaslanze wieder durch den Konvertermund 205 und den Lanzendom 240 zurück in die Parkposition 210, wie in Figur 6 gezeigt. Das beschriebene Verfahren der Lanze aus der Parkposition 210 in die Blasposition 220 und zurück erfolgt mit Hilfe einer Verfahreinrichtung 140, wie in Figur 4 beispielhaft gezeigt.
  • Nachdem die verbärte Blaslanze aus dem Lanzendom 240 nach oben herausgezogen wurde, wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 150 im Zusammenwirken mit der Auswerteeinrichtung 160 zunächst die Verteilung des Durchmessers der Verbärung 130 in Umfangsrichtung der Blaslanze und der maximale Durchmesser der Verbärung in Umfangsrichtung ermittelt. Dies geschieht, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung beschrieben, durch Auswerten der von den Kameras 142 aufgenommenen Bilder mit Hilfe eines Algorithmus. Der maximale Durchmesser der Verbärung in Umfangsrichtung - und vorzugsweise auch über der Höhe der Verbärung - wird nachfolgend mit einem vorgegebenen radialen Schwellenwert, welcher kleiner als der Öffnungsdurchmesser D des Lanzendoms ist, verglichen. Sollte der maximale Durchmesser der Verbärung dann größer sein als der vorgegebene radiale Schwellenwert, so wird dem Bedienpersonal des Konverters über ein Fehlersignal mitgeteilt, dass ein Wechsel der Blaslanze erforderlich ist bzw. dass die zuletzt verwendete Blaslanze für weitere Schmelzvorgänge nicht verwendet werden kann, weil dann eine Rückführung der Blaslanze durch den Lanzendom nicht mehr gewährleistet ist.
  • Wenn das Ergebnis der Stereorekonstruktion andererseits zeigen sollte, dass der maximale Durchmesser der Verbärung kleiner ist als der Schwellenwert, so gibt die Auswerteeinrichtung 160 beispielsweise über die Anzeigeeinrichtung 170 eine Prognose für die zeitliche Entwicklung des Durchmessers bzw. der Durchmesserverteilung der Verbärung an der Blaslanze 100 an das Bedienpersonal des Konverters aus. Diese Prognose kann beispielsweise besagen, dass die aktuelle Blaslanze noch für x Schmelzvorgänge verwendet werden kann, bevor die Gefahr besteht, dass ihre Verbärung so stark angewachsen ist, dass die verbärte Lanze dann nicht mehr durch den Lanzendom nach außen geführt werden kann. Die Dicke oder die Dickenverteilung der Verbärung bei einem einzelnen Schmelzvorgang wird erfindungsgemäß ermittelt durch einen Vergleich des ursprünglichen Durchmessers d0 oder der ursprünglichen Durchmesserverteilung der sauberen Lanze, d. h. der Blaslanze ohne Verbärung, mit dem Durchmesser oder der Durchmesserverteilung der Verbärung der Blaslanze nach dem Schmelzvorgang.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Blaslanze
    130
    Verbärung
    140
    Verfahreinrichtung
    142
    Kamera
    145
    Lampen für Gegenlicht
    150
    optische Messeinrichtung
    160
    Auswerteinrichtung
    170
    Anzeigeeinrichtung
    200
    Konverter
    205
    Konvertermund
    210
    Parkposition
    220
    Blasposition
    240
    Lanzendom
    250
    Kamin
    400
    Medium
    500
    Metallschmelze
    D
    Öffnungsdurchmesser
    do
    ursprünglicher Durchmesser
    L
    Längenbereich

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Blaslanze (100) in einem Konverter (200) zur Stahlerzeugung, aufweisend folgende Schritte:
    Verfahren der Blaslanze (100) während des Betriebs des Konverters (200) aus einer Parkposition (210) in eine Blasposition (220) in dem Konverter zum Einbringen eines Mediums (400) in den Konverter, wobei die Blaslanze (100) verbärt,
    Optisches Ermitteln des maximalen Durchmessers der Verbärung (130) der Blaslanze; und
    Erzeugen eines Fehlersignals, wenn der ermittelte maximale Durchmesser der Verbärung (130) der Blaslanze in Umfangsrichtung der Blaslanze einen vorgegebenen radialen Schwellenwert überschreitet;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Blaslanze (100) mit ihrer Verbärung (130) von einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Blaslanze verteilt angeordneten Kameras (142) fotografiert wird, wobei die so entstandenen Bilder einem vollautomatischen Algorithmus unterzogen werden, um die Verteilung des Durchmessers der Verbärung (130) in Umfangsrichtung der Blaslanze und den maximalen Durchmesser zu ermitteln.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kameras die Bilder der verbärten Blaslanze während einer Fahrt der Blaslanze in den oder aus dem Konverter (200) aufnehmen; und
    diese Bilder der intermittierenden Stereorekonstruktion unterzogen werden, um neben der Verteilung des Durchmessers der Verbärung (130) in Umfangsrichtung auch die Verteilung des Durchmessers der Verbärung über einen vorbestimmten Längenbereich (L) der Blaslanze (100), beispielsweise ab deren Unterkante, zu ermitteln.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das optische Ermitteln des Durchmessers während jeder Fahrt der Blaslanze (100) in den oder aus dem Konverter erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Blaslanze (100), während sie fotografiert wird, wenn notwendig, mit Gegenlicht beleuchtet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der radiale Schwellenwert für den maximalen Durchmesser der Verbärung (130) kleiner als der Öffnungsdurchmesser (D) des Lanzendoms des Konverters gewählt wird; und
    das Fehlersignal die Notwendigkeit eines Wechsels der Blaslanze signalisiert, wenn der maximale Durchmesser der Verbärung in Umfangsrichtung den radialen Schwellenwert überschreitet.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der radiale Schwellenwert für den Durchmesser der Verbärung (130) kleiner als der Öffnungsdurchmesser (D) des Lanzendoms des Konverters gewählt wird; und
    eine Prognose für die zeitliche Entwicklung des Durchmessers bzw. der Durchmesserverteilung der Verbärung (130) an der Blaslanze (100) gestellt und für eine Bedienperson angezeigt wird, wenn der aktuell ermittelte maximale Durchmesser der Verbärung kleiner als der Schwellenwert ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Prognose für die zeitliche Entwicklung des Durchmessers bzw. der Durchmesserverteilung der Verbärung (130) an der Blaslanze (100) ermittelt wird durch Beobachtung der zeitlichen Veränderung der Dicke oder der Dickenverteilung der Verbärung (130) bei einer Mehrzahl von Schmelzvorgängen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Dicke oder die Dickenverteilung der Verbärung (130) bei einem einzelnen Schmelzvorgang ermittelt wird durch einen Vergleich des ursprünglichen Durchmessers (d0) oder der ursprünglichen Durchmesserverteilung der sauberen Blaslanze (100) mit dem Durchmesser oder der Durchmesserverteilung der Verbärung der Blaslanze (100) nach dem Schmelzvorgang.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Querschnitt durch die Blaslanze (100) mit ihrer Verbärung - optional mit eingezeichnetem Querschnitt der Blaslanze in sauberem Zustand - für eine Bedienperson der Vorrichtung angezeigt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Markierung für den radialen Schwellenwert bei Anzeige des Querschnitts der Blaslanze (100) mit ihrer Verbärung mit angezeigt wird.
  11. Vorrichtung zum Betreiben einer Blaslanze (100) in einem Konverter (200) zur Stahlerzeugung, mit:
    einer Verfahreinrichtung (140) zum Verfahren der Blaslanze (100) während des Betriebs des Konverters (200) aus einer Parkposition in eine Blasposition in dem Konverter zum Einbringen eines Mediums (400) in den Konverter, wobei die Blaslanze (100) verbärt,
    einer optischen Messeinrichtung (150) zum Ermitteln des maximalen Durchmessers (d) der Verbärung der Blaslanze; und
    einer Auswerteeinrichtung (160) zum Auswerten der Signale der Messeinrichtung (150) und zum Erzeugen eines Fehlersignals, wenn der ermittelte maximale Durchmesser der Verbärung der Blaslanze einen vorgegebenen radialen Schwellenwert überschreitet;
    dadurch gekennzeichnet dass
    die optische Messeinrichtung aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Blaslanze verteilt angeordneten Kameras (142) gebildet ist zum Fotografieren der Blaslanze (100) mit ihrer Verbärung (130); und
    die Auswerteeinrichtung (160) ausgebildet ist, die von den Kameras (142) aufgenommenen Bilder einem Algorithmus zu unterziehen, um die Durchmesserverteilung und den maximalen Durchmesser der Verbärung (130) in Umfangsrichtung der Blaslanze zu ermitteln.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    gekennzeichnet, durch
    in Umfangsrichtung der Blaslanze (100) verteilt angeordnete Lampen (145) zum Bereitstellen von Gegenlicht, wenn die Blaslanze (100) von den Kameras (142) fotografiert wird.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
    gekennzeichnet durch
    eine Anzeigeeinrichtung (170) zum Anzeigen einer durch die Stereorekonstruktion ermittelten Kontur der Verbärung (130), vorzugsweise zusammen mit den Konturen für die saubere Blaslanze.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Anzeigeeinrichtung (170) weiterhin ausgebildet ist, den radialen Schwellenwert in die dargestellte Kontur für die Verbärung (130) der Blaslanze mit einzublenden.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Messeinrichtung (150) am Eingang eines Lanzendoms (240) am Kamin (250) des Konverters (200) oder am Konvertermund angeordnet ist, durch welchen die Blaslanze (100) in den Konverter (200) hinein und aus dem Konverter (200) heraus verfahren wird.
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