DE10352628A1

DE10352628A1 - Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der Schmelzbadhöhe von aufeinanderfolgenden Roheisen-Chargen in einem Elektrolichtbogen-Ofen

Info

Publication number: DE10352628A1
Application number: DE10352628A
Authority: DE
Inventors: Fritz-Peter Prof. Dr.-Ing. Pleschiutschnigg
Original assignee: ISPAT IND Ltd; ISPAT INDUSTRIES Ltd TALUKA-PEN
Current assignee: ISPAT IND Ltd; ISPAT INDUSTRIES Ltd TALUKA-PEN
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2005-06-23
Also published as: RU2004132765A; CN1619244A; CN101328526B; CN101328526A; CN1619244B; ZA200409010B

Abstract

Ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen der Schmelzbadhöhe (5a) von aufeinander folgenden Roheisen-Chargen in einem Elektrolichtbogen-Ofen (1) beim Herstellen von Stahl aus Roheisen, wobei der mit einer Ausmauerung (3) versehene Unterofen (1a) von Charge zu Charge unterschiedliche Volumina an Roheisen (2) aufnimmt und mit einer Sauerstoff-Aufblaslanze (4) betrieben wird, ermittelt den prozessbedingten Abstand (6) zwischen dem Lanzenkopf und der Schmelzbadhöhe (5a) dadurch, dass der Schmelzbadspiegel (5) der jeweiligen Charge durch Kippen des Elektrolichtbogen-Ofens (1) und nach Rückkippen in die Betriebslage (21a) durch optisches Messen oder zumindest durch Schätzen des Kippwinkels (alpha) fesgestellt und dass daraus die Schmelzbadhöhe bestimmt und danach der Abstand (6) der Sauerstoff-Aufblaslanze (4) zum Schmelzbadspiegel (5) eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen der Schmelzbadhöhe von aufeinander folgenden Roheisen-Chargen in einem Elektrolichtbogen-Ofen beim Herstellen von Stahl aus Roheisen, wobei der mit einer Ausmauerung versehene Unterofen verfahrens- und/oder verschleißabhängig von Charge zu Charge unterschiedliche Volumina an Roheisen aufnimmt und der Ofen mit einem Elektrodensystem und in anderen Zeitabschnitten zumindest mit einer Sauerstoff-Aufblaslanze betrieben und die chargenweise einzufüllende Roheisenmenge jeweils bemessen wird.
Ofengefäße mit Ausmauerung unterliegen bekanntlich einem Verschleiß, so dass im Verlauf von mehreren hundert Schmelzen das Volumen der Wanne des Unterofens zunimmt und der Schmelzbadspiegel abgesenkt wird. Andererseits kann das Chargen-Volumen nicht beliebig gesteigert werden, weil das sich ändernde Volumen nicht genau genug bestimmt werden kann. Der Ausmauerungs-Verschleiß übt somit einen Einfluss auf die Einstellung des Abstandes der Sauerstoff-Aufblaslanze aus. Im allgemeinen wird daher die Badspiegelhöhe gemessen.

Es ist ein Verfahren zur Messung der Höhe des Badspiegels eines unter einer Schlackenschicht befindlichen Metallbades in einem Behälter bekannt ( DE 38 22 705 C2 ). Der Behälter besteht hierzu aus einem Konverter. Das Verfahren und die Einrichtung arbeiten mittels einer Messsonde, die ein Thermoelement unter einer Schutzkappe aufweist. Die Messsonde wird eingetaucht, um unter die Schlackenschicht zu kommen und dort den Sauerstoffpartialdruck zu messen. Das Messergebnis ist somit nicht für den Abstand der Sauerstoff-Aufblaslanze zum Schmelzbadspiegel vorgesehen.

Ein Verfahren zum Bestimmen der Höhe des Schmelzbadspiegels eines Elektrolichtbogen-Ofens ist außerdem aus der DE 198 36 844 A1 bekannt. Hier wird die Höhe des Schmelzbadspiegels durch eine rechnerische Verknüpfung von Längenabmessungen bestimmt, die zum Teil unmittelbar und zum Teil mittelbar außerhalb des Hochtemperaturbereiches des Elektrolichtbogen-Ofens gemessen werden. Dabei wird dahingehend vorgegangen, dass die Höhe des Schmelzbadspiegels aus der Differenz des Positionswertes des in Arbeitsstellung befindlichen Elektrodentragarms und der Länge der Graphitelektrode sowie der korrigierten Länge von deren Lichtbogen bestimmt wird. Der letzte Wert ist jedoch auch nur zu schätzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nicht vom Elektrodentragarm des Elektrolichtbogen-Ofens auszugehen, sondern den prozessbedingten Abstand zwischen dem Lanzenkopf der Sauerstoff-Aufblaslanze und dem Schmelzbadspiegel zu ermitteln, um vor dem Frischverfahren den erforderlichen Abstand zwischen Austritt des Sauerstoffstrahls und der Schmelze bzw. Schlacke einzustellen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schmelzbadspiegel der jeweiligen Charge durch Kippen des Elektrolichtbogens-Ofens und nach Rückkippen in die Betriebslage durch optisches Messen oder zumindest durch Schätzen des Kippwinkels festgestellt und dass daraus die Schmelzbadhöhe bestimmt und danach der Abstand der Sauerstoff-Aufblaslanze zum Schmelzbadspiegel eingestellt wird. Der Vorteil ist eine ausreichend genaue Abstandsmessung in Abhängigkeit des sich tatsächlich durch Verschleiß der Ausmauerung ergebenden Höhe des Schmelzbadspiegels, zu dem eine prozessabhängige Lage der Sauerstoff-Aufblaslanze besteht und deshalb ein günstiger ablaufendes Frischverfahren stattfinden kann. Grundsätzlich kann aus dem Kippwinkel und eventuell weiteren bekannten Abmessungen des Elektrolichtbogen-Ofens der gesuchte Abstand errechnet werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die nach mehreren Chargen verbleibende Ausmauerungsdicke durch Messen der Außentemperatur am Ofenbodenmantel zusätzlich gemessen und berücksichtigt wird. Dadurch ist eine Kontrollmöglichkeit des zuerst ermittelten Wertes gegeben.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass der Kippwinkel durch Anpeilen einer am neu zugestellten Unterofen vorhandenen Markierung ermittelt wird. Für diese Vorgehensweise ist kein großer materieller Aufwand notwändig.

Weitere Merkmale sehen vor, dass als Markierung eine nach dem Kippen noch heiße, aus der Schmelze heraustretende, definierte Steinlage der Ausmauerung ausgewählt wird.

Dabei kann eine solche Markierung durch eine Thermolkamera erfasst werden.

Die einfachste Methode zur Ermittlung des Kippwinkels besteht darin, dass der Kippwinkel mit dem bloßen Auge durch eine offene Schlackentür geschätzt wird.

Eine Einrichtung zur Bestimmung der Schmelzbadhöhe von aufeinanderfolgenden Roheisen-Chargen geht von einem Elektrolichtbogen-Ofen beim Herstellen von Stahl aus Roheisen als Stand der Technik aus, wobei der mit. einer Ausmauerung versehene Unterofen verfahrens- und/oder verschleißabhängig von Charge zu Charge unterschiedliche Volumina an Roheisen aufnimmt und der Ofen mit einem Elektro den-System und in anderen Zeitabschnitten zumindest mit einer heb- und senkbaren Sauerstoff-Aufblaslanze und einer Hubführung versehen ist und die Sauerstoff-Aufblaslanze auf einen verfahrensabhängigen Abstand zum Schmelzbadspiegel einstellbar ist.

Diese Einrichtung ist dahingehend ausgebildet, dass an dem kippbaren Elektrolichtbogen-Ofen bei geöffneter Schlackentür zeitweise eine optische Verbindungsstrecke zwischen einem optischen Organ und einer zur offenen Schlackentür etwa im geraden Verlauf gegenüberliegenden Markierung gebildet ist. Dadurch werden die in Verbindung mit dem Verfahren angegebenen Vorteile ebenfalls erreicht.

Weiter ist vorgesehen, dass die Markierung aus einer vorherbestimmten, definierten Steinlage der Ausmauerung besteht.

Außerdem besteht das optische Organ aus einer Thermokamera (aus einem sog. thermischen Auge).

Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass zwischen den Steinlagen metallische Messstäbe eingefügt sind, die über einen Erdungsanschluss mit dem Ofenbodenmantel verbunden sind. Jeder einzelnen Messstab bildet einen Messpunkt für die optische Verbindungsstrecke.

Eine Weiterentwicklung besteht darin, dass die Messstäbe an ein elektrisches, stromführendes Messgerät für die Erzeugung eines Messsignals angeschlossen sind.

Eine automatisierte Messung mit Anschluss an den Motor zur Einstellung des Abstandes der Sauerstoff-Aufblaslanze zum Schmelzbadspiegel wird dadurch geschaffen, dass ein Messkreis, bestehend aus der Thermokamera oder einer Videokamera, mehreren Messstäben, einer Temperaturauswerte-Einrichtung für mehrere Messstellen an dem Ofenbodenmantel des Unterofens gebildet ist.

Letztendlich kann die Thermokamera aus einer Infrarotkamera bestehen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, anhand deren das ausgeübte Verfahren beschrieben wird und die nachstehend näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt eines in Betriebsstellung befindlichen Elektrolichtbogen-Ofen, im wesentlichen den Unterofen, mit einer angedeuteten Kipplage von ca. 10 °,
2A einen Teilschnitt durch die Ausmauerung im Unterofen,
2B die zu 2A gehörende Ansicht,
3A eine Ansicht gegen die Ausmauerung bei gekipptem Ofen,
3B den zu 3A gehörenden Teilschnitt mit dem Thermoprofil und
4 ein Diagramm zum Temperaturverlauf im Ofenbodenmantel in Abhängigkeit des Verschleißes durch die Anzahl Schmelzen.
Bei einem Elektrolichtbogen-Ofen 1 (1) mit einem ausgemauerten Unterofen 1a, ist eine Einrichtung zur Bestimmung der Schmelzbadhöhe 5a mit einem Schmelzbadspiegel 5 beim Herstellen von Stahl aus Roheisen 2 vorgesehen, wobei der mit einer Ausmauerung 3 versehene Unterofen 1a verfahrens- und/oder verschleißabhängig von Charge zu Charge unterschiedliche Volumina (unterschiedliche Roheisenmengen 2a) an Roheisen 2 aufnimmt und der Elektrolichtbogen-Ofen 1 mit einem Elektroden-System (nicht gezeichnet) und in anderen Zeitabschnitten zumindest mit einer heb- und senkbaren Sauerstoff-Aufblaslanze 4 und einer (nicht gezeichneten) Hubführung versehen ist und die Sauerstoff-Aufblaslanze 4 auf einen verfahrensab hängigen Abstand 6 zum Schmelzbadspiegel 5 eingestellt wird.
Zur Ermittlung des Kippwinkels α, in dem der Schmelzbadspiegel 5 (falls Schlacke eingerechnet wird, ergibt sich die Schmelzbadhöhe 5a) an der Ausmauerung 3 seine Lage ändert, wird dadurch die Ausmauerung 3 aufgeheizt, so dass beim Rückkippen Markierungen in verschiedenen Formen auftreten. So kann bspw. der aufgeheizte Stein eine andere Glühfarbe aufweisen als der von der Schlacke oder der Schmelze nicht benetzte Stein. Dabei wird an dem kippbaren Elektrolichtbogen-Ofen 1 bei geöffneter Schlackentür 12 zeitweise eine optische Verbindungsstrecke 13 zwischen einem optischen Organ 10 und einer zur offenen Schlackentür 12 etwa im geraden Verlauf gegenüberliegende Markierung 8 gebildet. Die Ausmauerung 3 besteht aus einem Verschleißfutter 3a und einem Dauerfutter 3b. Die Markierung 8 kann aus einer vorherbestimmten, definierten Steinlage 9 der Ausmauerung 3 bestehen. Das optische Organ 10 wird bspw. aus einer Thermokamera 10a, einer Videokamera 10b oder aus einer Infrarotkamera 10c gebildet.
Wie gezeichnet sind für eine automatisierte Einstellung des Abstandes 6 der Sauerstoff-Aufblaslanze 4 zwischen den Steinlagen 9 der zu einer Schlackentür 12 gegenüberliegenden Ausmauerung 3 zwischen den Steinlagen 9 metallische Messstäbe 14 eingefügt, die über einen Erdungsanschluss 15 mit dem Ofenbodenmantel 1b eine Verbindung herstellen.
Die Messstäbe 14 sind an ein elektrisches, stromführendes Messgerät 16 angeschlossen, das Messsignale 17 erzeugt, die nach Berechnung einen Motor für die Hubverstellung der Sauerstoff-Aufblaslanze 4 auf den Abstand 6 betätigen.
Ferner ist ein Messkreis 18 mit einer Stromquelle 18a gebildet, bestehend aus der Thermokamera 10a, einer Videokamera 10b, mehreren Messstäben 14, einer Tem peraturauswerte-Einrichtung 19 für mehrere Messstellen 20 an dem Ofenbodenmantel 1b des Unterofens 1a gebildet. Bei abnehmender Ausmauerungsdicke 7 an den Messstellen 20 treten unterschiedliche Temperaturen T (vgl. 4) auf, wobei bspw. eine Dicke 7 der Ausmauerung 3 von 1200 mm reduziert wird. Dementsprechend steigt die Temperatur T von T₀ auf T₁ an und gibt dazu Vergleichswerte zum optisch gemessenen Kippwinkel α und damit für die Berechnung der Schmelzbadhöhe 5a.
Das Verfahren zum Bestimmen der Schmelzbadhöhe 5a ist näher zu den 2A, 2B, 3A und 3B erläutert:
Der Schmelzbadspiegel 5 der jeweiligen Charge durch Kippen des Elektrolichtbogen-Ofens 1 in eine Kippstellung 21 wieder zurükgekippt in die in 1 gezeigte Betriebslage 21a, wodurch der Schmelzbadspiegel 5a Markierungen 8 hinterlässt. Dabei erfolgt ein optisches Messen oder zumindest ein Schätzen des Kippwinkels α, aus dem die Schmelzbadhöhe 5a berechnet werden kann und daraus folgt das Einstellen des Abstands 6 der Sauerstoff-Aufblaslanze 4 zum Schmelzbadspiegel 5.
Die gefundenen Werte können bei fortschreitender Anzahl der Schmelzen (vgl. 4) über die verbleibende Ausmauerungsdicke 7 durch Messen der Außentemperatur T an den Messstellen 20 am Ofenbodenmantel 1b kontrolliert und berücksichtigt werden.
Der Kippwinkel α wird durch Anpeilen einer am neu zugestellten Unterofen 1a ausgewählten Markierung 8 ermittelt. Gemäß den 2A, 2B, 3A und 3B sind solche Markierungen 8 nach dem Kippen noch heiße, aus der Schmelze heraustretende, definierte Steinlagen 9 der Ausmauerung 3 oder die erwähnten metallischen Messstäbe 14.
Die einfachste Methode, den Kippwinkel α zu ermitteln, besteht im Anpeilen der Markierung 8 mit dem bloßen Auge 11 auf der optischen Verbindungsstrecke 13.
In 2A sind die Steinlagen 9 mit 1 – n bezeichnet. In Betriebslage 21 des Elektrolichtbogen-Ofens 1 befindet sich gemäß 2B die Schlackenoberfläche 22 zwischen der 1. und 2. Steinlage 9 und die Schmelzen-Oberfläche 23 zwischen der 2. und 3. Steinlage 9.
In den 3A und 3B ist die Kippstellung 21 (in 1 gestrichelt eingezeichneter Unterofen 1a) vorausgesetzt. Dabei kann die Schlacken-Oberfläche 22 zwischen den 1. und 2. Steinen der Steinlagen 9 und die Schmelzen-Oberfläche 23 zwischen den 3. und 4 Steinen der Steinlagen 9 liegen. Der sich einstellende Temperaturverlauf wird durch das Thermoprofil 24 dargestellt.

1: Elektrolichtbogen-Ofen
1a: Unterofen
1b: Ofenbodenmantel
2: Roheisen
2a: Roheisenmenge
3: Ausmauerung
3a: Verschleißfutter
3b: Dauerfutter
4: Sauerstoff-Aufblaslanze
5: Schmelzbadspiegel
5a: Schmelzbadhöhe
α: Kippwinkel
6: Abstand
7: Ausmauerungsdicke
T: Außentempertur
8: Markierung
9: Steinlage
10: optisches Organ
10a: Thermokamera
10b: Videokamera
10c: Infrarotkamera
11: bloßes Auge
12: offene Schlackentür
13: optische Verbindungsstrecke
14: metallischer Messstab
15: Erdungsanschluss
16: Messgerät
17: Messsignal
18: Messkreis
18a: Stromquelle
19: Temperatur-Auswerteeinrichtung
20: Messstellen
21: Kippstellung
21a: Betriebslage
22: Schlacken-Oberfläche
23: Schmelzen-Oberfläche
24: Thermoprofil

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Schmelzbadhöhe (5a) von aufeinander folgenden Roheisen-Chargen in einem Elektrolichtbogen-Ofen (1) beim Herstellen von Stahl aus Roheisen (2), wobei der mit einer Ausmauerung (3) versehene Unterofen (1a) verfahrens- und/oder verschleißabhängig von Charge zu Charge unterschiedliche Volumina an Roheisen (2) aufnimmt und der Ofen (1) mit einem Elektrodensystem und in anderen Zeitabschnitten zumindest mit einer Sauerstoff-Aufblaslanze (4) betrieben und die chargenweise einzufüllende Roheisenmenge (2a) jeweils bemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzbadspiegel (5) der jeweiligen Charge durch Kippen des Elektrolichtbogen-Ofens (1) und nach Rückkippen in die Betriebslage (21a) durch optisches Messen oder zumindest durch Schätzen des Kippwinkels (α) festgestellt und dass daraus die Schmelzbadhöhe (5a) bestimmt und danach der Abstand (6) der Sauerstoff-Aufblaslanze (4) zum Schmelzbadspiegel (5) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach mehreren Chargen verbleibende Ausmauerungsdicke (7) durch Messen der Außentemperatur (T) am Ofenbodenmantel (1b) zusätzlich gemessen und berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kippwinkel (α) durch Anpeilen einer am neu zugestellten Unterofen (1a ) vorhandenen Markierung (8) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Markierung (8) eine nach dem Kippen noch heiße, aus der Schmelze heraustretende, definierte Steinlage (9) der Ausmauerung (3) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (8) durch eine Thermokamera (10a) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kippwinkel (α) mit dem bloßen Auge (11) durch eine offene Schlackentür (12) geschätzt wird.
Einrichtung zur Bestimmung der Schmelzbadhöhe (5a) von aufeinanderfolgenden Roheisen-Chargen in einem Elektrolichtbogen-Ofen (1) beim Herstellen von Stahl aus Roheisen (2), wobei der mit einer Ausmauerung (3) versehene Unterofen (1a) verfahrens- und/oder verschleißabhängig von Charge zu Charge unterschiedliche Volumina an Roheisen (2) aufnimmt und der Elektrolichtbogen-Ofen (1) mit einem Elektrodensystem und in anderen Zeitabschnitten zumindest mit einer heb- und senkbaren Sauerstoff-Aufblaslanze (4) und einer Hubführung versehen ist und die Sauerstoff-Aufblaslanze (4) auf einen verfahrensabhängigen Abstand (6) zum Schmelzbadspiegel (5) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet. dass an dem kippbaren Elektrolichtbogen-Ofen (1) bei geöffneter Schlackentür (12) zeitweise eine optische Verbindungsstrecke (13) zwischen einem optischen Organ (10) und einer zur offenen Schlackentür (12) etwa im geraden Verlauf gegenüberliegenden Markierung (8) gebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (8) aus einer vorherbestimmten, definierten Steinlage (9) der Ausmauerung (3) besteht.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Organ (10) aus einer Thermokamera (10a) besteht.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Steinlagen (9) metallische Messstäbe (14) eingefügt sind, die über einen Erdungsanschluss (15) mit dem Ofenbodenmantel (1b) verbunden sind.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstäbe (14) an ein elektrisches, stromführendes Messgerät (16) für die Erzeugung eines Messsignals (17) angeschlossen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messkreis (18) bestehend aus der Thermokamera (10a) oder einer Videokamera (10b), mehreren Messstäben (14), einer Temperaturauswerte-Einrichtung (19) für mehrere Messstellen (20) an dem Ofenbodenmantel (1b) des Unterofens (1a) gebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermokamera (10a) aus einer Infrarotkamera (10c) besteht.