DE3822705C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Höhe des Badspiegels des Sauerstoffpartialdrucks und der Temperatur eines unter einer Schlackenschicht befindlichen Metallbades in einem Behälter, insbesondere in einem Konverter, mittels einer aus einer EMK-Zelle zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes und aus einem Thermoelement bestehenden, durch eine Schutzkappe geschützten Meßsonde.

Für die Probennahme und die Temperaturbestimmung von Metallschmelzen ist es von Bedeutung, die Höhe des Badspiegels des Metallbades in dem Behälter genau zu kennen, insbesondere in den Fällen, wenn sich das Metallbad unter einer Schlackenschicht befindet. Bei gleichem Füllvolumen ändert sich jedoch der Metallbadspiegel u. a. durch den Verschleiß der feuerfesten Auskleidung des Behälters. Aus diesem Grund muß für eine Probennahme die vorgegebene Eintauchtiefe laufend korrigiert werden, um zu vermeiden, daß schlackenhaltige und daher unbrauchbare Proben aus dem oberflächennahen Bereich der Metallschmelze entnommen werden. Andererseits darf aufgrund der begrenzten Standzeiten der verwendeten Probennahme- und Meßsonden die Eintauchtiefe in das Metallbad nicht zu groß gewählt werden, um eine zu frühe Zerstörung der Sonden zu vermeiden.

Ferner ist für eine kontrollierte Führung des Blasprozesses in einem Konverter beim Frischen des Stahles und zur gezielten Einstellung der angestrebten Stahlzusammensetzung der richtige Abstand der Sauerstoff-Aufblaslanze von der Metallbadoberfläche von besonderer verfahrenstechnischer und wirtschaftlicher Bedeutung. Da auch in diesem Fall aus den bereits genannten Gründen der Verschleiß der feuerfesten Auskleidung des Konverters nicht gleichmäßig ist und sich die Höhe des Badspiegels beispielsweise auch durch den Aufbau von Schlackenschichten auf der feuerfesten Auskleidung laufend verändert, muß der Metallbadstand in regelmäßigen Abständen durch Messungen erfaßt werden.

Aus der DE-PS 31 41 116 ist ein Verfahren bekannt, nach dem bei Eisen- und Stahlschmelzen aufeinanderfolgende Temperaturmessungen, Probennahmen und/oder thermische Analysen stets in gleicher Tiefe unterhalb des Badspiegels durchgeführt werden. Die Eintauchtiefe für die eigentlichen Meßsonden in das Metallbad wird zuvor mittels einer nur für diesen Zweck eingesetzten Tauchmeßlanze mit zumindest einem Temperaturmeßfühler ermittelt. Diese Tauchmeßlanze kann auch eine einen Temperaturmeßfühler enthaltende Kombinationsmeßsonde, z. B. Thermoelement/EMK-Zelle oder Thermoelement/Probennahmesonde, sein. Mit Hilfe der Tauchmeßlanze wird bei diesem bekannten Verfahren der Temperaturanstieg während des Absenkens der Lanze in den das Metallbad enthaltenen Behälter laufend erfaßt, bis sich als Meßpunkt ein Temperaturschwellwert einstellt. Wie bei der aus der DE-OS 27 03 697 bekannten Einrichtung zur Eintauchtiefensteuerung von Meßsonden in Schmelzen wird mit dem Erreichen dieses Temperaturschwellwertes angezeigt, daß die Tauchmeßlanze die heiße Schlacken- und/bzw. Metallbad- Oberflächenschicht erreicht hat. Von dieser Sondenstellung als Bezugspunkt wird dann die gewünschte Eintauchtiefe der Meßsonde in die Metallschmelze festgelegt. Eine Füllstandsmessung ist dabei nicht vorgesehen.

Nach den aus diesen beiden Druckschriften bekannten Verfahren ließe sich die Füllhöhe von Metallschmelzen in einem Behälter und damit die Eintauchtiefe von Meßsonden in das Metallbad aus den folgenden Gründen auch nur annähernd genau bestimmen. Zu ihrem Schutz ist auf die Temperaturmeßfühler der Tauchmeßlanze eine Schutzkappe aufgesetzt, um ihre frühzeitige Zerstörung im Schlacken- und Metallbad zu vermeiden. Während des Absenkens der Tauchmeßlanze ist daher der Temperaturverlauf oberhalb des Metallbades nur über die von der aufgesetzten Metallschutzkappe zur Sonde hin abgegebene Strahlungswärme, also mit zeitlicher Verzögerung, meßbar. Die Temperatur steigt beim Eintreten der Tauchmeßlanze in die Schlackenschicht und später in das Metallbad nur langsam exponentiell an. Der Temperaturschwellwert wird daher erst erreicht, nachdem die Sonde ggf. schon in das Metallbad eingetaucht ist. Daher läßt sich auf diese Weise der Badspiegel und die Eintauchtiefe von Meßsonden in das Metallbad nicht exakt ermitteln.

Ein weiteres vorbekanntes Verfahren zur Badstandsmessung eines unter einer Schlackenschicht befindlichen Metallbades basiert darauf, die unterschiedliche Leitfähigkeit des elektrischen Stromes für das Metallbad einerseits und für die Schlacke andererseits für die Badstandsmessung auszunutzen. Entsprechende Leitfähigkeits-Meßsonden sind aus den DE-PS 29 37 353, 31 33 182 und 32 05 528 bekannt. Mit Hilfe dieser Meßsonden wird beim langsamen Herausfahren der Meßsonden aus dem Metallbad die Leitfähigkeit gemessen und ihre Änderung beim Übergang der Meßsonde vom Metallbad in die Schlackenschicht registriert, die der Indikator für die Höhe des Badspiegels im Behälter ist.

Es hat sich gezeigt, daß beide Verfahren für die Bestimmung der Metallbadoberfläche, insbesondere in einem bodenspülenden Konverter aufgrund der auftretenden Turbulenzen und Gasblasen und der hohen Badtemperaturen, störanfällig und daher wenig geeignet sind und zu ungenauen und nicht eindeutigen Meßergebnissen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches geeignet ist, die Höhe des Badspiegels eines unter einer Schlackenschicht befindlichen Metallbades in einem Behälter exakt zu messen.

Als Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die Maßnahmen des Patentanspruchs vorgeschlagen. Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Meßsonde, bezogen auf eine außerhalb des Behälters gelegene Ausgangsstellung, bis zu einer als Fixpunkt vorbestimmten Tiefe verhältnismäßig schnell in das Metallbad eingetaucht wird und nach dem Aufschmelzen der Schutzkappe während der mit langsamerer Geschwindigkeit erfolgenden Aufwärtsbewegung der Meßsonde der Sauerstoffpartialdruck und die Temperatur als Funktion der von der Meßsonde in dem Metallbad von dem gewählten Fixpunkt aus zurückgelegten Wegstrecke gemessen und die bis zum Eintreten einer Änderung des gemessenen Sauerstoffpartialdruckes und der Temperatur von dem Fixpunkt aus zurückgelegte Wegstrecke als Maß für die Badstandshöhe erfaßt wird.

Das schnelle Absenken bzw. Eintauchen der Meßsonde in das Metallbad erfolgt dabei mit der üblichen Geschwindigkeit in der Größenordnung von 30 cm/s oder mehr, während das anschließende langsame Aufwärtsbewegen der Meßsonde mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 bis 5 cm/s erfolgen sollte.

Im Gegensatz zu den vorgenannten bekannten Verfahren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine eindeutige Bestimmung der Badstandshöhe von Metallschmelzen in Behältern in den Fällen, wenn sich das Metallbad unter einer Schlackenschicht befindet, und zwar zu jedem beliebigem Zeitpunkt während des Frischens oder danach.

Die Messung des Metallbadstandes könnte bereits über die Messung der Temperatur allein erfolgen. Sofern sich jedoch das Metallbad unter einer Schlackenschicht befindet, ist die Temperaturmessung mittels eines Thermoelementes allerdings nur möglich, sofern die Schlackentemperatur deutlich von der Temperatur des Metallbades abweicht. Im Konverter, in dem sich über der Metallschmelze eine Schlackenschicht befindet, ist dies beispielsweise nur innerhalb eines begrenzten Zeitraumes nach Blasende bzw. dem Ende des Frischvorganges der Fall. Danach erfolgt über einen längeren Zeitraum ein Temperaturausgleich zwischen dem Metallbad und der Schlackenschicht, der einer Messung der Höhe des Badspiegels durch eine Temperaturmessung allein entgegenstehen würde. Unter einer Schlackenschicht wird die Messung der Höhe des Badspiegels nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels einer EMK-Zelle zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes und eines Thermoelementes zur Messung der Badtemperatur als Funktion der zurückgelegten Wegstrecke durchgeführt. Mit der parallelen Auswertung der beiden gleichzeitig gemessenen Signale für den Sauerstoffpartialdruck und die Temperatur kann ein noch besseres und eindeutiges Ergebnis erzielt werden, als dies mit den bekannten Verfahren möglich war.

Gegenüber dem bekannten Verfahren besteht ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß nunmehr die Messung des Metallbadstandes und damit der Eintauchtiefe der eigentlichen Meßsonde in das Metallbad mit der gleichen Sonde durchgeführt werden kann. Bisher war es üblich, den Metallbadstand zunächst mit Hilfe einer Leitfähigkeits- Meßsonde zu bestimmen und im Anschluß daran mit der zweiten eigentlichen Meßsonde die Messung beispielsweise des Sauerstoffpartialdruckes und/oder der Temperatur des Metallbades durchzuführen. Dabei wird die eigentliche Meßsonde schnell in das Metallbad eingetaucht und sobald die Meßsignale für den Sauerstoffpartialdruck und die Temperatur registriert sind, auch wieder schnell mit der gleichen Geschwindigkeit aus dem Metallbad herausgefahren. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nunmehr möglich, zusätzlich zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes und der Temperatur des Metallbades unmittelbar im Anschluß daran mit der gleichen Meßsonde auch den Metallbadstand zu bestimmen.

Anhand der Zeichnungen wird der Ablauf einer Messung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Stellung der Meßsonde in ihrer Ausgangsstellung vor Durchführung der Messung,

Fig. 2 die Stellung der Meßsonde in ihrer Endstellung bei maximaler Eintauchtiefe,

Fig. 3 die Meßsonde auf dem Weg nach oben aus dem Metallbad heraus beim Passieren der Grenzfläche Metallbad/ Schlackenschicht und

Fig. 4 das zur Fig. 3 gehörige Meßwertdiagramm.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen schematisch einen Behälter 1, der ein Metallbad 2 enthält, auf dem sich eine Schlackenschicht 3 befindet.

Üblicherweise befindet sich die Meßsonde 4 mit einem Kopf 5 zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes und der Temperatur gemäß Fig. 1 in einer oberen Ausgangsstellung 8. Aus dieser Ausgangsstellung wird die Meßsonde 4 in Pfeilrichtung 6 auf den Behälter zu schnell, d. h. mit etwa 30 cm/s oder mehr, nach unten bewegt, bis die Meßsonde 4 die vorgegebene maximale Eintauchtiefe gemäß Fig. 2 erreicht hat. Diese Eintauchtiefe wird so gewählt, daß sich der Kopf 5 der Meßsonde 4 sicher unterhalb der Schlackenschicht 3 in dem Metallbad befindet. Dabei hat der Kopf 5 der Meßsonde 4 von der oberen Ausgangsstellung 8 bis zu dieser unteren Endstellung gemäß Fig. 2 die Wegstrecke S₁ zurückgelegt. Diese Wegstrecke S₁ gibt den Fixpunkt der Badstandsmessung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an.

Im Anschluß daran, d. h. nach dem Aufschmelzen der nichtdargestellten Schutzkappe der Meßsonde 4 und sobald die Meßsignale für den Sauerstoffpartialdruck und die Temperatur des Metallbades registriert werden, wird die Meßsonde in Pfeilrichtung 7 mit langsamerer Geschwindigkeit von etwa 2 bis 5 cm/s aufwärts bewegt. Dabei legt der Kopf 5 der Meßsonde bis zum Erreichen des Badspiegels des Metallbades 2 gemäß den Fig. 2 und 3 die Wegstrecke S₂ zurück. Die von der Meßsonde zurückgelegte Wegstrecke S wird dabei beispielsweise von einem Schreiber fortlaufend aufgezeichnet. Gleichzeitig werden die während der Aufwärtsbewegung der Meßsonde fortlaufend gemessenen Werte für den Sauerstoffpartialdruck EMK [mV] und die Temperatur T [°C] registriert und gemäß Fig. 4 über die zurückgelegte Wegstrecke S aufgezeichnet. Erreicht der Kopf 5 der Meßsonde 4 den Metallbadspiegel, so entsteht beim Übergang in die Schlackenschicht eine Änderung oder auch ein Sprung des bzw. der Meßsignale infolge unterschiedlichen Sauerstoffpartialdruckes und unterschiedlicher Temperatur des Metallbades gegenüber der Schlackenschicht. Die relevante Änderung in den über die zurückgelegte Wegstrecke S aufgetragenen Meßwerten - diese Änderungen sind größer als die Schwankungen und Meßfehler der Meßwerte für den Sauerstoffpartialdruck und die Temperatur des Metallbades - kennzeichnet die Höhe des Badspiegels und ist damit unter Berücksichtigung der Wegstrecke S₁ das Maß für die Badstandshöhe. Bezogen auf die obere Ausgangsstellung 8 läßt sich damit in einfacher Weise aus den beiden Wegstrecken S₁ und S₂ die Badstandshöhe in dem Behälter berechnen.

Claims (1)

1. Verfahren zur Messung der Höhe des Badspiegels, des Sauerstoffpartialdrucks und der Temperatur eines unter einer Schlackenschicht befindlichen Metallbades in einem Behälter, insbesondere in einem Konverter, mittels einer aus einer EMK-Zelle zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes und aus einem Thermoelement bestehenden, durch eine Schutzkappe geschützten Meßsonde, bei dem die Meßsonde, bezogen auf eine außerhalb des Behälters gelegene Ausgangsstellung, bis zu einer als Fixpunkt vorbestimmten Tiefe mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/s oder mehr in das Metallbad eingetaucht wird, nach dem Aufschmelzen der Schutzkappe der Sauerstoffpartialdruck und die Temperatur des Metallbades gemessen werden und während der mit einer langsameren Geschwindigkeit erfolgenden Aufwärtsbewegung der Meßsonde der Sauerstoffpartialdruck und die Temperatur als Funktion der von der Meßsonde in dem Metallbad von dem gewählten Fixpunkt aus zurückgelegten Wegstrecke gemessen und die bis zum Eintreten einer Änderung des gemessenen Sauerstoffpartialdruckes und der Temperatur von dem Fixpunkt aus zurückgelegte Wegstrecke als Maß für die Badstandshöhe erfaßt wird.