FI71841B - Enmetod foer temperaturmaetning av smaelt material - Google Patents

Description

71 841

Menetelmä sulan materiaalin lämpötilan mittaamiseksi.

5 Sulan materiaalin jatkuvatoiminen lämpötilan mittaaminen luotettavasti on toistaiseksi ollut ratkaisematon ongelma erityisesti teräksen valmistuksessa, mutta myös useimpien muiden metallien ja lasimaisten materiaalien valmistuksessa.Seuraavassa on perusteellisemmin selostettu mikroaaltokohinan mittaamiseen perustulo van sulan materiaalin lämpötilanmittausmenetelmän soveltaminen teräksen valmistukseen mittausvaikeuksien ja menetelmän erikoisominaisuuksien selventämiseksi; muut sovellutukset on jäljempänä kuvattu ylimalkaisemmin.

Nykyaikainen teräksenvalmistus tapahtuu seuraavien osaprosessien 15 kautta: - malmin sintraus tai pelletointi; tarkoituksena on antaa malmille sopiva reaktiivisuus ja lujuus masuunia varten.

- raakaraudan valmistus masuunissa; prosessissa pelkistetään hiilellä rautaoksidi metalliseen olotilaan ja poistetaan kal- 20 kin mukana malmista tuleva SiC^ sekä osa raakaraudan rikistä.

- teräksen valmistus happipuhalluskonvertterissa; prosessissa hapetetaan raakaraudan pii ja mangaani osittain ja fosfori mahdollisimman tarkoin kuonaan sekä hiili sellaiseen pitoisuuteen, joka k.o. teräserälle halutaan. Seosaineita voidaan lisätä.

2 71841 - senkkakäsittely; menetelmä on uusi ja toistaiseksi vain harvoilla terästehtailla käytössä. Käsittelyssä tasataan lämpötila kaasuhuuhtelun avulla ja suoraan sulan teräksen sisään puhaltamalla (injektoimalla) lisätään reaktiivisimmat seos-5 aineet jauhemaisina.

Happipuhalluskonvertteri ( nimitykset; L-D-konvertteri niukkaseosteisten terästen valmistuksessa, AOD-konvertteri jaloteräs-valmistuksessa) on valmistusprosessissa avainasemassa toisaalta siksi, että siinä määräytyvät suurimmaksi osaksi ( senkkakäsit-10 telyn puuttuessa kokonaan ) teräksen lopulliset ominaisuudet, toisaalta siksi, että lämpötila kohoaa siinä yli 1700 °C:n ja rasittaa tulenkestävää vuorausta voimakkaasti. Molemmat tekijät ovat vahvassa yhteydessä valmistusprosessin käyttökustannuksiin. L-D-konvertteria esittää kuva 1. Happilanssin (9) avulla puhal-15 letaan konvertteriin panostetun sulan raakaraudan (3) pintaan voimakas happisuihku, joka sekoittaa tehokkaasti raakarautaa ja sen päällä olevaa sulaa kuonaa (4). Hapen reagoidessa piin, mangaanin ja fosforin kanssa syntyy näiden oksideja, jotka konvertteriin panostetun kalkin kanssa muodostavat sulan kuonan. Hiilen 20 palamisen yhteydessä syntyy hiilimonoksidia, joka kuplina (6) nousee kuonan läpi ja saa sen kuohumaan voimakkaasti. Happisuih-kun voima saa metallisulan pinnasta irtoamaan pisaroita (5) , joilla kuonan läpi valuessaan on erinomaiset edellytykset prosessin tarkoituksena olevien reaktioiden etenemiselle. Hapettumis-25 reaktiot synnyttävät huomattavasti lämpöä ja kohottavat panoksen lämpötilan jo puhalluksen alkuvaiheessa yli 1700 asteen; lämpötilan nousu tämän jälkeen estetään lisäämällä kokemusperäisesti kehitetyn ohjelman mukaisesti konvertteriin joko teräsro-mua tai malmia. Tiilivuorauksen kestoiän kannalta on tärkeää, 30 että lämpötila ei kohoa liiaksi.

L-D-prosessin laadulliset tavoitteet ovat teräksen oikea koostumus ja oikea lämpötila; prosessitekniset tavoitteet ovat puhalluksen alussa tasainen lämpötilannousu ja nopea kuonan muodostus, puhalluksen loppuosalla lämpötilan säilyttäminen tasaisena 35 ja kuonan käyttäytymisen hallinta. Panoksen koostumuksen ja lämpötilan osuminen kohdalleen säästää aikaa ja kustannuksia myös seuraavissa käsittelyvaiheissa; teräksen laatukin paranee,sillä puhalluksen jälkeen kuonasta takaisin teräkseen siirtyneitä epäpuhtauksia ei jatkopuhalluksessa voida kokonaan palauttaa kuo-40 naan. Tasainen lämpötila ja lämpötilaylitysten estäminen piden- 3 71841 tää konvertterin vuorauksen (2) kestoikää.

Konvertterin panoksen koostumusta ja lämpötilaa ei nykyisin pystytä jatkuvatoimisesti mittaamaan. Konvertterista lentää puhalluksen aikana roiskeita, joiden vaikutuksesta konvertterin ylä-5 puolella olevaan kaasuhuuvaan (7) asennettuja mittauslaitteita on äärimmäisen vaikeaa saada toimimaan luotettavasti. Mikroaaltokohinan mittausta on tähän mennessä käytetty pääasiassa radioastronomiassa planeettojen lämpötilan mittaamiseen sekä jonkin verran kaukokartoitukseen lentokoneesta käsin. Menetelmän 10 sovellutukset teollisuusprosesseihin ovat harvinaisia. Käytetyt mittaustaajuudet ovat yleensä alueella 0,3...15GHz. Menetelmälle on ominaista äärimmäisen matalien kohinatehojen mittaaminen ja vaikeasti konstruoitava mittauskalusto; toisaalta menetelmä soveltuu hyvin lämpötilan kaukomittauksiin prosessiolosuhteissa , 15 joissa pöly, lika ja kaasuabsorptio tekevät optisen pyrometrin käytön mahdottomaksi.

Mikroaaltokohinan mittaamiseen perustuvia lämpötilanmittausmene-telmiä on julkaistu patenteissa FI 54656 "takaisinkytkennällä stabiloitu radiometri" ja DE2803480 AI "Verfahren und Anordnung 20 zur Messung der physikalischen Objekttemperatur mittels Mikro-wellen", joita kumpaakin voidaan käyttää tämän keksinnön mukaiseen sovellutukseen.

Patentin US 3446074 mukainen mikroaaltokohinan mittaamiseen perustuva sovellutus käyttää mikroaaltoantennia, joka on erotettu 25 mitattavasta kohteesta tulenkestävällä seinämällä.

Patentin US 3747408 mukaisessa lämpötilanmittausmenetelmässä käytetään kaasupuhalluksella varustettua mittausputkea, mutta sovelletaan mittaukseen optista pyrometria , joka mittauslaitteena ja mittausominaisuuksiltaan täysin poikkeaa mikroaaltokohinan mit-30 taamisesta.

Tämän keksinnön mukainen lämpötilanmittaustapa perustuu sulan panoksen lähettämän, voimakkuudeltaan suoraan sen absoluuttiseen lämpötilaan verrannolliseen, radiotaajuisen kohinan (mikroaalto-kohinan) mittaamiseen käyttämällä kohinan siirtäjänä mittauskoh-35 teelta mittalaitteelle (aaltoputkena) sitä putkea, jota myöden sulan käsittelyprosessissa tarvittava kaasu puhalletaan sulaan. Tälle keksinnölle tunnusomaista on mikroaaltokohinan mittaamiseen perustuvan periaatteen ohella se patenttivaatimuksessa kuvattu tapa, jolla mikroaaltokohina siirretään mitattavasta kohteesta 40 kauemmaksi sijoitettavalle mittalaitteelle.

71841 L-D-konvertterissa aaltoputkena käytetään happilanssia (9). Sen alapäässä oleva suutinosa on kapein aukko mittauskohteen (1) ja mittausanturin (10) välillä ja määrää kohteesta mittausanturille saapuvan kohinan alarajataajuuden: alarajataajuutta vastaava puo-5 lenaallonpituus on sama kuin suutinaukon poikkileikkauksen suurin mitta, pyöreällä aukolla sen halkaisija. Normaalisti aukon halkaisija on 15...35mm ja edellyttää vastaavasti vähintään taajuudella 10...4,3 GHz toimivaa mittalaitetta.

Kohina tulee mittalaitteelle ontelosta (1),jonka happisuihku saa 10 aikaan teräksen (3) ja kuonan (4) rajapintaan; kaasu poistuu kuonan lävitse kuplina (6) ja ontelo säilyy siten radiotaajuisen kohinan kannalta suljettuna tilana. Kuonan suuremmasta emissivi-teetistä johtuen kohina on suurimmaksi osaksi kuonan lähettämää ja kuvaa siten pääasiassa onteloa rajaavan kuonan lämpötilaa.

15 Lämpötilaero teräksen ja kuonan välillä on kuitenkin puhalluksen alkuvaiheen jälkeen pieni ja antaa mahdollisuuden varsin tarkkaan teräksen lämpötilan määritykseen. Edellisen selostuksen mukainen lämpötilanmittaus voidaan toteuttaa myös käyttämällä aaltoputkena erillistä apulanssia (8).

20 Mittausmenetelmä voidaan täysin edellä olevan kuvauksen mukaisesti toteuttaa jaloteräsprosessissa käytettävässä AOD-konvert-terissa, koska se eroaa L-D-konvertterista lähinnä puhallukseen käytettävän kaasuseoksen koostumuksessa; korkeammasta prosessi-lämpötilasta ja kalliimmista raaka-aineista johtuen lämpötilan 25 jatkuvalla mittauksella saavutettava hyöty on L-D-prosessiin verrattuna suurempi. Mittausmenetelmä soveltuu sellaisenaan myös konvertterin jälkeiseen senkkakäsittelyyn; aaltoputkena toimii silloin kaasuhuuhteluun ja seosaineiden injektointiin käytetty lanssi. Kupari- ja nikkelikonvertterissa samoin kuin 30 masuunissa kaasun puhallus tapahtuu prosessilaitteen seinämään asennettujen suutinten kautta; näitä suuttimia voidaan käyttää, tai ne voidaan pienin muutoksin saada toimimaan aaltoputkina ja lämpötilanmittaus siten on toteutettavissa näiden suutinten kautta. Ei-rautametallien valmistuksessa käytettyä liekkisula-35 tusuunia esittää kuva 2. Reaktiokuiluun (13) syötetään jauhemainen rikasteseos (14), polttoilma (15) ja lämpötilan säätöön käytetty polttoaine (16). Kuilussa tapahtuvat reaktiot ovat lämpöä synnyttäviä ja rikaste sulaa ja reagoi kuilussa pudotessaan n. sekunnin aikana. Uunin pohjalle kertyvän sulan (11) 40 lämpötilanmittaus voidaan suorittaa tämän keksinnön kuvaamalla

Claims (3)

1. 5 71841 menetelmällä käyttäen aaltoputkena apulanssia (12). Reaktiokui-lussa reaktionopeuden määrää lämpötila;sen jatkuvatoiminen mittaus ei nykyisin käytettävin keinoin ole onnistunut. Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä se voidaan mitata käyttämällä 5 aaltoputkena joko erillistä apulanssia (17) tai suutinta (15), josta ilma tai happirikastettu ilma puhalletaan reaktiokuiluun. Patenttivaatimukset;
2. 1. Radiotaajuisen sähkömagneettisen kohinan mittaamiseen perus-10 tuva sulan materiaalin lämpötilanmittausmenetelmä prosesseissa, joissa sulaan materiaaliin tai sen pintaan puhalletaan kaasua tai materiaalia sulatetaan kaasuvirrassa, tunnettu siitä, että radiotaajuisen kohinan siirtämiseen mittaus-kohteesta (1) mittausanturille (10) käytetään mitattavan koh-15 teen (1) välittömään läheisyyteen ulottuvaa kaasunpuhalluksel-la varustettua putkea, joka putki on joko prosessilaitteistoon kuuluva puhallusputki (9) tai prosessilaitteistoa täydentävä sulan ominaisuuksien mittaukseen käytettävä putki (8), että mitattavan kohteen (1) ja putken avoimen suun välillä ei ole 20 tulenkestävästä materiaalista valmistettua seinämää ja että kohinan mittaus suoritetaan putken määräämää alarajataajuutta suuremmalla mikroaaltotaajuudella. Patentkrav;
3. 25 En pä mätning av elektromagnetisk radiofrekvent brus baserande metod för temperaturmätning av smält material i process där gas biases in i smält material eller pk dess yta eller material smältes i gasström, kännetecknad därav, att radiofrekvent brus överföres frän mätobjektet (1) tili mätap-30 paratet (10) genom ett med gasbläsning försett rör, som kommer tili omedelbar närhet av mätobjektet, vilket rör är antingen ett tili processutrustningen hörande bläsningsrör (9) eller ett processutrustningen kompletterande rör (8) för undersökning av det smälta materialets egenskaper, att mellan mätobjektet (1) 35 och den öppna mynningen av det ovannämnda röret ej finns en separering av eldfast material, och att mätning av mikrovägsbrus utföres pä en frekvens som Överstiger den nedre gränsfrekvensen härrörande av rörets mätt.