DE60007492T2

DE60007492T2 - Verfahren zur Minimierung des Schlackenüberlaufs während der Stahlproduktion

Info

Publication number: DE60007492T2
Application number: DE60007492T
Authority: DE
Inventors: John A. Stofanak; Alok Sharan; Daniel E. Goldstein; Elizabeth A. Stelts
Original assignee: ISG Technologies Inc USA
Current assignee: Cleveland Cliffs Steel Technologies Inc
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: TW505701B; EP1090702A3; CA2295386A1; CN1231604C; EP1090702B1; CA2295386C; AR024527A1; EP1090702A2; AU1134600A; DE60007492D1; KR20010039517A; JP2001107127A; ATE257051T1; US6197086B1; AU737142B2; JP3160273B2; CN1306095A; KR100370228B1; BR0000533B1; BR0000533A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen von geschmolzenem Stahl aus einem Stahlherstellungsbehälter während der Stahlherstellung gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Genauer gesagt bezieht sich diese Erfindung auf ein Verfahren zum Minimieren oder Reduzieren des Schlackeübertrags während des Abstichprozesses eines Sauerstoff-Blaskonverters (BOF) oder eines anderen Behälters während der Produktion/Herstellung von Stahl.
Ein altes Problem in der Stahlerzeugungsindustrie besteht darin, daß es unmöglich ist, den Schlackeübertrag während des Abstichprozesses von einem BOF-Konverter zu steuern oder zu minimieren. Das Abstechen bezeichnet das Gießen von geschmolzenem Metall aus einem BOF-Konverter in eine entsprechende Gußpfanne, wobei das Metall aus dem Konverter durch ein in diesem definierten Abstichloch fließt.
Die EP 09 22 774 A1 offenbart ein Verfahren der oben genannten Art, in welchem der Abstichstrom von dem Stahlherstellungsbehälter in die Gußpfanne mit einer IR-abbildenden Kamera so überwacht wird, daß die Emissionsdifferenzen zwischen geschmolzenem Stahl und geschmolzener Schlacke in dem Strom auf einem entsprechenden Monitor dargestellt werden. Gemäß diesen Emissionsunterschie den kann dann entweder automatisch oder durch einen Benutzer bestimmt werden, daß eine wesentliche Schlackemenge in den Strom eintritt, wenn sich die Farbe des Stroms auf dem Monitor wesentlich ändert.
Obwohl dieses System erfolgreich arbeitet, ist dort noch der Bedarf für eine weitere Verbesserung gegeben.
Demgemäß ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der oben genannten Art vorzusehen, um den Schlackeübertrag von dem Stahlherstellungsbehälter in eine Gußpfanne zu minimieren.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist dieses Ziel durch die kennzeichnenden Eigenschaften von Anspruch 1 gelöst.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Verfahren die Messung der Schlackemenge, die durch den Abstichstrom von dem Behälter fließt, unter Verwendung eines Zählers umfassen. Der Schlackezähler dient dazu eine Zahl, die Indikativ für die Schlackepixel eines Einzelbildes ist, zu einer vorherigen Schlackezahl zu addieren, die indikativ für die Schlacke ist, welche schon vom Behälter geflossen ist.
In bestimmten Ausführungsformen ist der Behälter ein BOF-Konverter und ein elektrischer Stahlerzeugungsofen.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Behälter ein metallurgischer Behälter sein, um Nicht-Eisen-Metalle herzustellen, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.
In anderen Ausführungsformen kann der Behälter ein Gebläseofen sein und das geschmolzene Eisen wird gemäß einem Verfahren, das die Schlackemenge, welche durch den Abstichstrom aus geschmolzenem Eisen in das Unterwasserfahrzeug fließt, unter Verwendung eines Zählers mißt, in ein Unterwasserfahrzeug abgestochen.
Der Schlackezähler dient dazu eine Zahl, die indikativ für ein (mehrere) Schlackepixel von einem Einzelbild ist, zu einer vorhergehenden Schlackezahl, die indikativ für die Schlacke ist, die schon in das Fahrzeug geflossen ist, zu addieren.
Die Erfindung wird im folgenden hinsichtlich ihrer bestimmten Ausführungsformen, begleitet von den folgenden Zeichnungen, beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein System zur Detektierung der Schlacke vom BOF zur Gußpfanne und ein Verfahren zur Minimierung des Schlackeübertrags gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine andere Ausführungsform dieser Erfindung ähnlich der Ausführungsform in 1 darstellt.
3 ist ein Graph, der die Emission gegen die Wellenlänge (μm) aufträgt und der einen Emissions-Wellenlänge-Plot sowohl der geschmolzenen Schlacke als auch des geschmolzenen Stahls darstellt.
4 ist ein prozentualer Transmissions-Wellenlängen(μm)-Plot, für den gesamten IR-Bereich, der darstellt mit welcher Sicherheit schwebende Gase, die in BOF-Umgebungen vorhanden sind, insbesondere IR-Wellenlängen absorbieren und ihren Nutzen reduzieren.
5 ist ein Blockdiagramm einer IR-Kamera, das in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung verwendet werden kann.
6 ist eine Ansicht eines Computer-/Monitor-Bildschirms, der Informationen gemäß der Ausführungsformen dieser Erfindung zeigt.
7 ist eine Ansicht des Schirms aus 6, wenn geschmolzener Stahl mit keiner wesentlichen Schlackemenge darin in einem Abstichstrom ist, der von dem BOF Konverter in die Gußpfanne ausgegossen wird.
8 ist eine Ansicht des Schirms aus den 6 bis 7, wenn eine wesentliche Schlackemenge im Abstichstrom ist, der vom BOF Konverter in die Gußpfanne ausgegossen wird.
9 ist ein Flußdiagramm, das die Schritte darstellt, die unternommen werden, um die Schlacke, die aus der Öffnung des Konverters gemäß der Ausführungsform aus 1 dieser Erfindung gegossen wird, zu reduzieren oder zu minimieren.
10 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform dieser Erfindung in der Stahl/Schlacke von einem Hochofen, der Stahl elektrisch herstellt, in eine Gußpfanne gegossen wird, wobei diese Ausführungsform mit den Schritten, die in 9 gezeigt sind, und ihrer Beschreibung verwirklichbar ist.
11 ist ein schematisches Diagramm, das die vorliegende Erfindung bei der Verwendung im Hochofenbetrieb zeigt.
Detaillierte Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung
In Bezug auf insbesondere die begleitenden Zeichnungen bezeichnen in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugsziffern gleiche Teile.
1 stellt ein System/Verfahren zur Steuerung und/oder Minimierung des Übertrags geschmolzener Schlacke in eine Gußpfanne 7 während des Abstichprozesses eines BOF-Konverters 3 in der Stahlherstellung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung dar. Wie gezeigt, umfaßt das System/Verfahren einen BOF-Konverter 3, der um eine näherungsweise horizontale Achse 5 schwenkbar ist, eine Gußpfanne 7, in die das geschmolzene Metall 9 durch das Konverter-Abstichloch 11 gegossen wird, eine IR-Kamera 13 zur Überwachung des geschmolzenen Abstichstromes 9 und einen TV-Monitor 15. In bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung ist die Kamera 13 etwa 30–150 ft (vorzugsweise von etwa 50 bis 100 ft) von dem Abstichstrom 9 entfernt so positioniert, daß sie einen guten, geringen Temperaturhintergrund relativ zu dem geschmolzenen Abstichstrom selbst erhält, und die Wahrscheinlichkeit einer Kamerabeschädigung nahe des BOF reduziert ist, und um eine einfache Bedienung ermöglicht ist. Diese Positionierung ist auch sauberer als bestimmte Positionierungen nahe des BOF. In bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung beinhaltet das Gesichtsfeld der Kamera 13 eine erste und zweite interessierende Region (ROIs) wie in 1 gezeigt ist (z. B. ROI #1, ROI #2). Die ROI #1 ist so positioniert, daß die Kamera 13 sieht, wie der Abstichstrom 9 vom Abstichloch 11 in die Gußpfanne 7 gegossen wird. Die ROI #1 kann jede verwendbare Größe oder Form haben, und ihre Größe und/oder Position kann in bestimmten Ausführungsformen durch geeignetes Anklicken beispielsweise auf dem Monitor aus 6 vorselektiert werden. Die ROI #2 ist so in dem Kameragesichtsfeld (bevorzugter Weise zumindest teilweise über der Spitze des Abstichlochs) vorgesehen, daß die Kamera gleichzeitig ein Gebiet unterhalb der oberen Öffnung des Konverters und oberhalb der Spitze des Abstichlochs sieht, um detektieren zu können, wenn unerwünschte Schlacke aus der Spitze oder der Öffnung des Konverters ausgegossen wird (z. B. wenn der Kippwinkel θ des Konverters zu groß ist). Wieder kann die ROI #2 jede verwendbare Größe oder Form haben, und ihre Größe und/oder Position kann durch geeignetes Anklicken auf dem Monitor aus 6 vorselektiert werden. In bestimmten alternativen Ausführungsformen kann eine erste IR-Kamera vorgesehen sein, um die ROI #1 zu sehen, und eine zweite IR-Kamera vorgesehen sein, um die ROI #2 zu sehen (und Bildverarbeitungs-Software berechnet oder analysiert Signale von den ROI(s)), obwohl die Verwendung einer einzigen Kamera 13 zum gleichzeitigen Sehen bei der ROI(s) bevorzugt ist. Die Bildverarbeitungs-Software (siehe den Anhang auf dem Microfiche) kann in der Kamera oder in dem Computer außerhalb der Kamera installiert sein.
Der BOF-Konverter 3 wird zuerst mit geschmolzenem Eisen und Stahlschrott gefüllt. Danach wird gasförmiger Sauerstoff in den Konverter 3 eingeleitet, um Unreinheiten auszutreiben. Am oberen Bereich des Konverters oder der Öffnung 301 des Konverters ist eine Öffnung vorgesehen, so daß der Sauerstoff in diese eingeleitet werden kann. Nach der Einleitung des Sauerstoffes oxydieren die unerwünschten Elemente innerhalb des Konverters 3 und bilden eine Schlacke, wodurch das heiße Metall gereinigt und in geschmolzenen Stahl umgewandelt wird. Da die BOF-Schlacke eine geringere Dichte als die des geschmolzenen Stahls aufweist, schwimmt die Schlacke auf dem geschmolzenen Stahl innerhalb des Konverters 3.
Nachdem das Sauerstoffgas eingeleitet wurde, wird der Konverter 3 geschwenkt oder um die feste Achse 5 um einen Kippwinkel θ (der Winkel θ ist zwischen der vertikalen Achse 12, die durch die Schwenkachse 5 geht und der Längsachse 14 des Konverters definiert) so gekippt 4, daß ein Abstichstrom 9 von geschmolzenem Metall von dem Konverter 3 in die Gußpfanne 7 gegossen wird. Wenn ordnungsgemäß geschwenkt wird, strömt während des Abstichprozesses zuerst Stahl aus dem Abstichloch 11 (zusammen mit einer kleinen Schlackemenge) durch die ROI #1 in die Gußpfanne 7, da sich die Schlackeschicht in einer Höhe oberhalb des Stahls und des Abstichloches befindet. Danach, wenn der Stahl aus dem Konverter 3 abgelassen ist, fährt der Benutzer fort, den Konverter 3 um die Achse 5 um einen größeren Kippwinkel θ zu schwenken bis der meiste Stahl aus dem Hochofen ausgelaufen ist und bis die Schlackeschicht das Abstichloch 11 erreicht. Die Infrarot (IR)-Kamera 13 und der TV-Monitor 15 überwachen den Abstichstrom 9 in der ROI #1 zwischen dem Abstichloch 11 und der Gußpfanne 7, um zu erkennen, wenn die Schlacke beginnt, in den Abstichstrom 9 einzutreten und in wesentlichen Mengen in die Gußpfanne 7 zu strömen.
Gemäß der verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung kann jede IR-Wellenlänge von der Kamera 13 verwendet werden, um Schlacke/Stahl zu sehen. Jedoch ergibt sich in den bevorzugten Ausführungsformen eine verbesserte Schlackedetektion im Abstichstrom 9, wenn (i) die IR-Kamera 13 nur Wellenlängen im langwelligen IR-Bereich (z. B. IR-Wellenlängen größer oder gleich 8 μm) verwendet, und/oder (ii) große IR-Wellenlängen (d. h. größer oder gleich 8 μm) von der Kamera 13 überwacht werden und andere IR-Wellenlängen herausgefiltert werden (oder herausgefiltert werden können). Auf eine Analyse hin wurde festgestellt, daß diese größeren IR-Wellenlängen (anders als die kleineren Wellenlängen) weniger gut dazu geeignet sind, von den schwebenden Staubpartikeln und vom Rauch, welche in BOF-Umgebungen vorhanden sind, blockiert zu werden. wie es im folgenden beschrieben wird, wurde weiterhin herausgefunden, daß die schwebenden Gase (d. h. CO₂ und H₂O), die für gewöhnlich in BOF-Umgebungen auftreten, kurze IR- und mittlere IR-Wellenlängen absorbieren oder abblocken, aber viele große IR-Wellenlängen (d. h. diejenigen die größer 8 μm) im wesentlichen nicht absorbieren oder abblocken. Zudem funktioniert es bei diesen großen IR-Wellenlängen besser, da bei diesen Wellenlängen der Emissionsunterschied zwischen Schlacke und Stahl größer ist, wodurch ein größerer Farbwechsel auf dem Monitor erzeugt wird. In bestimmten Ausführungsformen werden nur diese großen Wellenlängen überwacht, während in anderen weniger bevorzugten Ausführungsformen andere Wellenlängen zusammen mit diesen großen Wellenlängen überwacht werden. In noch anderen Ausführungsformen können Wellenlängen im Bereich von etwa 1 bis 7 μm überwacht werden und in bestimmten Ausführungsformen wird Bildverarbeitungs-Software verwendet, um die gesehenen Bilddaten so zu manipulieren, daß die Schlacke im Stahl in einem Abstichstrom oder ähnlichem detektiert werden kann.
Die Kamera 13 ist vorzugsweise derart ausgelegt, vornehmlich IR-Wellenlängen von wenigstens etwa 8 μm (d. h. große Wellenlängen) zu verwenden und bestenfalls Wellenlängen von etwa 8 bis 12 μm zu verwenden. Die Schlacke wird als Farbänderung auf dem Monitor 15 detektiert, so daß eine visuelle Erkennung durch den Benutzer wirksam ist.
Die vorliegende Erfindung reduziert die Wartungskosten im Vergleich zu herkömmlichen Techniken zur Minimierung von Schlackeübertrag, hat die Verläßlichkeit und Effizienz im Vergleich zu diesen Techniken verbessert und verbessert die Kontrolle des Herstellers über den Schlackeübertrag in BOF-Umgebungen. Durch Reduzierung des BOF-Schlackeübertrags werden die folgenden weiteren Vorteile erzielt: Der FeO-Gehalt in der Gußpfannenschlacke wird reduziert, der Verbrauch von teuren Schlackemodifizierern wird reduziert, die Phosphorumkehrung in der Gußpfanne wird reduziert, die Stahlentschwefelung in der Gußpfanne wird verbessert, die Reinheit des Stahls wird verbessert, die Verwendung von teuren Schlackerückhaltesystemen (d. h. Anker und Bälle) wird reduziert, der Eisenertrag wird verbessert, die Verläßlichkeit der Schlackedetektion wird verbessert, und es besteht kein Bedarf, Drähte und Detektorspulen am BOF selbst zu warten.
5 ist ein Blockdiagramm einer IR-Kamera 13, die verwendet werden kann, um in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung den Abstichstrom 9 zu überwachen. Eine bevorzugte Kamera 13 ist ein Modell 760 IR-Abbildungs-Strahlenmeßgerät, das bei FLIR, Inc. erhältlich ist. Kamera 13 kann ein eigenständiges thermisches Abbildungs-, Archivierungs- und Analytisches-System mit einem integralen Farb-LCD, Micro-Diskettenlaufwerk und integriertem Kühlelement sein, das mit dem externen Monitor 15 verwendet werden kann. Der Monitor kann ein Teil eines Personal-Computers 16 sein oder mit ihm in Verbindung stehen (Computer 16 kann gemäß dem Anhang auf Microfiche, der hier beigefügt ist, programmiert sein, so daß die Schritte aus 9 durchgeführt werden können). Die Kamera kann einen Quecksilber/Kadmium/Telorid-Detektor beinhalten, der von einem integrierten Kühlelement für eine maximale thermische Empfindlichkeit und ein hohes Auflösungsvermögen bis 77 Kelvin gekühlt wird. Unter Bezugnahme auf den optischen Weg der Kamera trifft thermische Strahlung von dem Abstichstrom (ROI #1 und/oder ROI #2) durch eine Kollimationslinse in ein evakuiertes Abtastungsmodul ein, wird durch horizontale und vertikale Abtastungsspiegel umgelenkt und tritt durch ein zweites Fenster, um durch die Detektorlinse auf den Detektor zu treffen. Wie dargestellt, umfaßt die Kamera 13 Schaltkreise zur Verarbeitung, Digitalisierung und zum Umformatieren des IR-Signals, um es in Farbe oder in schwarzweiß auf dem integrierten LCD und/oder externen Video-TV Computer Monitor 15 darzustellen. Der Microprozessor macht individuelle Bildelemente (d. h. Pixel) zugänglich und berechnet dann Temperaturen unter Verwendung von Kalibrierungstabellen entsprechend der verwendeten optischen Filterlinsekombination. Optische Filter 30, in dem Abtastbereich 31 der Kamera 13 können die Spektralempfindlichkeit der Kamera genau einstellen, um die Messung des BOF-Abstichstromes 9 zu optimieren. In bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung ist ein Hochpaßfilter innerhalb der Kamera 13 implementiert, um die Übertragung von IR-Wellenlängen von etwa 0–8 μm zu absorbieren oder zu blockieren, wodurch die Kamera 13 dazu befähigt wird, den Abstichstrom nur unter Verwendung größerer IR-Wellenlängen größer oder gleich 8 μm (d. h. des langwelligen IR-Bereichs) darzustellen. Bestimmten Ausführungsformen erlaubt der Hochpaßfilter im wesentlichen nur die Übertragung von IR-Wellenlängen von etwa 8–14 μm oder 8–12 μm und blockiert im wesentlichen die Übertragung aller anderen IR-Wellenlängen in und/oder durch den Abtaster der Kamera 13. Bei der oben beschriebenen, bevorzugten Kamera wird dieser Hochpaßfilter namentlich in einem Setup-Menü ausgewählt und automatisch eingesetzt. Unter Verwendung dieses Filters (dieser Filter) reagiert die Kamera 13 auf die Summe der emittierten, reflektierten und übertragenen Energien, die von dem Abstichstrom ausgehen. Diese Kombination von Energien wird als effektive Strahlung des Stroms bezeichnet. Um die Temperatur des Stroms zu erhalten, wird die emittierte Energie durch Subtraktion der reflektierten und übertragenen Energien von der eingehenden effektiven Strahlung errechnet. Das Ergebnis wird anhand des Schwärzungsgrades skaliert, um einen dem Schwarzkörper entsprechenden Wert zu erhalten, der unter Abfrage einer Kalibrierungs-Nachschlagetabelle zu einer Temperatur umgewandelt werden kann. Die sich ergebende Temperatur des Abstichstroms, die Farb- (und Emissions-)Unterschiede zwischen dem geschmolzenen Stahl und der Schlacke zeigt, wird auf dem Monitor 15 dargestellt. Während die oben beschriebene IR-Abbildungskamera 13 in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung verwendet wird, wird Fachleuten klar sein, daß andere Arten von IR-Abbildungsvorrichtungen/Kameras anstelle von dieser verwendet werden können, solange sie dazu geeignet sind, lange IR-Wellenlängen zu erzeugen oder andere Wellenlängen zur Detektion von Schlacke in dem Abstichstrom (z. B. Mikrobolometer) zu verwenden. Es wird einem Fachmann auch klar sein, daß andere Typen von Infrarotabbildungsvorrichtungen/Kameras anstatt dessen verwendet werden können, solange sie einen Kontrast zwischen Stahl und Schlacke vorsehen, sogar wenn solch ein Kontrast durch die Verwendung von Bildverstärkungs-Software vorgesehen ist, wobei die ausgewählte Infrarotbildgebungsvorrichtung/Kamera versagt, ein direktes Bild mit gutem Kontrast zwischen Stahl und Schlacke vorzusehen.
Ein Kippwinkelsensor 14, der in Verbindung mit Computer 16 steht, ist in 5 gezeigt. Der Sensor 14 mißt den Winkel θ (die Winkel θ), um welchen der Konverter während des Abstichprozesses gekippt wird, und gibt ihn auf dem Computer zur Verwendung bei den Vergleichsschritten, die in 9 gezeigt sind, aus. Der Sensor 14 kann mit der Rotationsachse 5 des Konverters verbunden sein und mißt dessen Rotation, oder kann alternativ optisch das Kippen des Konverters 3 (oder des Hochofens der 10) durch jedes geeignete Mittel wie z. B. eine IR-Kamera messen.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen kann ein handgehaltenes ThermaCAM Ultra IR-Abbildungs-Strahlenmeßgerät (z. B. Modelle SC2000, PM395, PM295, und/oder PM195), die von FLIR erhältlich sind, als Kamera 13 verwendet werden. Dieses ist ein Brennebenen-Feld-Strahlenmeßgerät in der Größe eines Handtellers mit Ganzschirm-Temperaturmesserung und eingebauten Bildspeicher und Analysemöglichkeiten. Daten können auf einem wechselbaren Festkörper Flash oder SRAM PCMCIA Speicherkarten (SC2000, PM395, PM295) gespeichert werden. Die kalibrierten IR-Daten werden als TV kompatibles Video für eine ausführliche, echtzeit Datenanalyse ausgegeben. Der SC2000 hat eine digitale Videoschnittstelle, die echtzeit 14-Bit-Digital-Videodaten ausgibt. Dieses kann auch einen 320 × 240 Microbolometer Brennebenen-Feld-Strahlenmeßgerät in bestimmten Ausführungsformen verwenden. In anderen Ausführungsformen kann die Kamera 13 eine Thermovisions-Modell 570 Kamera sein, die ein ungekühltes Brennebenen-Feld-Microbolometer mit 320 × 240 Pixel beinhaltet, das bei FSI Automation, Bothell, WA erhältlich ist.
Wenn große IR-Wellenlängen in der Kamera 13 verwendet werden, um den Abstichstrom 9 zu sehen, wird der Emissionsunterschied zwischen der geschmolzenen Schlacke und dem geschmolzenen Stahl auf dem TV-Monitor 15 sofort sichtbar. Mit Bezug auf 1 erscheint der geschmolze ne Stahl im Abstichstrom 9 verglichen mit der geschmolzenen Schlacke ziemlich dunkel, und wenn die Schlacke anfängt den Abstichstrom 9 zu erreichen, erscheint solche Schlacke auf dem Monitor 15 in einer Farbe (z. B. helles weiß), welche sehr unterschiedlich zu der von Stahl ist. In bestimmten Ausführungsformen wird die Schlacke durch weiße Farbe repräsentiert, während der Stahl durch eine dunkle Farbe repräsentiert wird. Dies ermöglicht den Benutzern des Abstichprozesses (oder Computern oder Bildanalysesystemen in 6 bis 9) einfach zu bestimmen, wenn die Schlacke den Abstichstrom 9 erreicht hat, so daß ein Benutzer (mehrere Benutzer) den Abstichprozeß oder das Gießen stoppen können, wenn eine wesentliche Weißfärbung (oder eine andere Änderung in der Farbe) im Strom 9 auf dem Monitor 15 erscheint. Wenn also der Benutzer (oder ein Computer 16 oder Bildanalysesysteme über eine IR-Kamera in den Ausführungsformen in den 6 bis 10) auf den Monitor 15 schaut und sieht, daß die Schlacke beginnt, den Abstichstrom 9 zu dominieren, stoppt er den Abstichprozeß, indem er entweder den Konverter 3 nach oben über die Achse 5 kippt oder das Abstichloch 11 schließt. In solch einer Weise wird ein übermäßiger Schlackeübertrag vom Konverter 3 in die Gußpfanne 7 vermieden.
Gemäß bestimmter Ausführungsformen dieser Erfindung kann der Abstichvorgang des BOF Konverters 3 automatisch unterbrochen oder angehalten werden, wenn die Kamera eine vorbestimmte Schlackemenge in dem Abstichstrom 9 detektiert. Beispielsweise kann das Abstichprozeß-System unter Verwendung eines Grauskalen Vergleichsverhältnisses, welches im folgenden mit den 6 bis 9 diskutiert wird, darauf programmiert werden, anzuhalten (d. h. den Konverter aufwärts oder aufrecht zu kippen), wenn der Kontrast in dem überwachten Abstichstrom ein vorbestimmtes Niveau erreicht, welches das Vorhandensein einer vorbestimmten Schlackemenge in dem Abstichstrom anzeigt. Gemäß weiterer Ausführungsformen dieser Erfindung kann der Kippvorgang des BOF Konverters während des Abstichprozesses durch die Schlackemenge gesteuert werden, die von der Kamera 13 in dem Abstichstrom detektiert wird. Beispielsweise kann das System zu Anfang des Abstichvorgangs darauf programmiert werden, daß der Konverter 3 um einen Winkel θ gekippt wird, bei dem weniger als eine vorbestimmte Schlackemenge von dem Abstichloch 11 in die Gußpfanne 7 gegossen wird, und danach der Kippwinkel θ des Konverters 3 gemäß des Programms während des Abstichprozesses eingestellt werden, um so die Schlacke in dem Abstichstrom zu minimieren. Das System kann dann, wenn, wie es zuvor beschrieben wurde, eine vorbestimmte Schlackemenge (ein vorbestimmter Emissionsunterschied) in dem Abstichstrom nach einer vorbestimmten Abstichprozeßzeit (z. B. zum Ende des Abstichprozesses) detektiert wird, den Abstichprozesses automatisch abbrechen. Durch die Korrektur des Kippwinkels θ des BOF-Konverters während des Abstichprozesses kann die Anwesenheit von Schlacke in dem Strom im wesentlichen bis zum Ende des Abstichprozesses verhindert werden.
2 zeigt eine Ausführungsform dieser Erfindung, die ähnlich der Ausführungsform der 1 ist, mit dem Unterschied, daß der Konverter 3 und die Gußpfanne 7 verschiedene Aufbaumerkmale aufweisen. Der Konverter 3 schwenkt weiterhin um die Achse 5, um den Strom von geschmolzenem Metall 9 aus dem Abstichloch 11 zu gießen. Wenn die Kamera 13 (oder die Software, die darin oder im Computer gespeichert ist) Schlacke in dem Strom 9 detektiert, kann ein Benutzer alarmiert werden, so daß er den Abstichprozeß unterbricht, wie es zuvor beschrieben wurde. Ein weiteres, signifikantes Merkmal der Ausführungsform der 2 ist das Vorhandensein eines kreisförmigen oder rechteckigen Fensters 21, das innerhalb des Kameragehäuses 23 angeordnet ist. Die Kamera 13 ist an dem Aufbau 25 innerhalb des Gehäuses 23 befestigt, so daß die Kamera den Abstichstrom 9 durch das Fenster 21 sieht. In bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung ist das Fenster 21 für große IR-Wellenlängen durchlässig (z. B. IR-Wellenlängen größer als 8 μm). In bestimmten Ausführungsformen ist das Fenster 21 aus Glas oder anderem Material hergestellt, die im wesentlichen durchlässig oder transparent für alle oder nur einige IR-Wellenlängen sind. Jedoch muß das Fenster 21 in bestimmten Ausführungsformen nicht für Wellenlängen außerhalb des IR-Bereiches durchlässig sein.
In bestimmten Ausführungsformen besteht das Fenster 21 im wesentlichen aus transparentem, monokristallinen Material, das Kalziumfluorid beinhaltet, wobei es ein nicht hydroskopisches Fenster ist. Ein derartiges Fenster ist bei Heise's Online Thermographic Services (H. O. T. S.), die ihren Sitz in Knoxville Tennessee haben, als H.VIR Comet Fenster 21 erhältlich. Dieses Fenster ist zu etwa 95% für IR-Wellenlängen und nahezu zu 100% für sichtbare Wellenlängen durchlässig. Weiterhin sind bei H. O. T. S. Langwellen-Betrachtungsfenster 21 erhältlich wie beispielsweise das Model H.VIR 75, das wenigstens zu 95% (z. B. 98%) für IR-Wellenlängen von 8–12 μm durchlässig ist, wobei ein solches Fenster keine UV-Sensibilität und eine thermische Leitfähigkeit von etwa 11,72 W/mK bei 13°C aufweist. Diese Fenstersorte kann oder kann nicht für andere Wellenlängen außerhalb des 8–12 μm Bereiches durchlässig sein. Vorzugsweise weist das Fenster 21 wenigstens eine Durchlässigkeit von 95% für IR-Wellenlängen größer als 8 μm auf.
In anderen Ausführungsformen kann das Fenster ZnSe, GaAs, Germanium, CdTe oder ZnS enthalten und ähnliche Merkmale wie die zuvor beschriebenen aufweisen. Jedoch können Beschichtungen auf einigen dieser alternativen Fenster wie beispielsweise Fenster, die ZnSe enthalten, erforderlich sein.
Das Fenster 21 wird zusätzlich zu möglichen Filtern verwendet, die innerhalb der Kamera 13 angeordnet sind und es einem Bediener ermöglichen, wahlweise zu bestimmen, welche Wellenlänge die Kamera 13 verwendet.
Für das Fenster 21 können verschiedene Materialien verwendet werden, und die Verwendung dieses Fensters anstel le eines Filters dient dazu, die Kamera zu schützen. In bestimmten Ausführungsformen hat das Fenster eine hohe Durchlässigkeit in dem 8–12 μm Bereich, wodurch die IR-Kamera oder das IR-Abbildungsgerät mit ihren eigenen 8–12 μm Filtern verwendet werden können, wenn das der Wellenlängenbereich ist, der für das Überwachen des Stroms ausgewählt worden ist.
3 ist ein Graph, der die Emission gegen die Wellenlänge aufträgt, der darstellt, wie die Emission sowohl der Schlacke als auch des Stahls als eine Funktion der IR-Wellenlänge variiert. Wie zu erkennen ist, ist die Überwachung von Schlacke innerhalb eines Abstichstroms von geschmolzenem Metall bei der Verwendung von langen IR-Wellenlängen (z. B. wenigstens etwa 8 μm) aufgrund des größeren Unterschieds zwischen der Emission von Stahl und Schlacke bei diesen höheren Wellenlängen einfacher als bei anderen Wellenlängen.
4 ist ein Graph, der die Transmission gegen die Wellenlänge aufträgt, der darstellt bis zu welchem Ausmaß bestimmte Gase bestimmte IR-Wellenlängen absorbieren (d. h. eine Durchlässigkeit verhindern). Beispielsweise wurde festgestellt, daß H₂O Gas im wesentlichen einen großen Bereich der Wellenlänge zwischen 5 und 8 μm absorbiert. Auf ähnliche Weise wurde festgestellt, daß H₂O und/oder CO₂ viele Wellenlängen zwischen 1 und 5 μm absorbieren. Dieser Graph zeigt, daß die größte Durchlässigkeit durch diese Gase (beispielsweise CO₂, O₃, H₂O) stattfindet, wenn Wellenlängen von etwa 8 bis 14 μm ver wendet werden. Da es sich bei CO₂ und H₂O um Gase handelt, die häufig in der Nähe von BOF-Abstichströmen existieren, ist zu erkennen, daß die Schlacke und der Stahl in einem BOF-Abstichstrom einfacher unter Verwendung von großen IR-Wellenlängen (beispielsweise Wellenlängen von wenigstens etwa 8 μm) gesehen/detektiert werden können. Jedoch zeigt 4 auch, daß andere Wellenlängen auch verwendet werden können, um Schlacke zu detektieren, und diese anderen Wellenlängen in den nicht so bevorzugten Ausführungsformen (z. B. 1,4 bis 1,8 μm, 1,9 bis 2,5 μm, 2,9 bis 4,1 μm) nicht wesentlich abgeblockt werden.
Die 6 bis 9 sind beispielhaft für eine andere Ausführungsform dieser Erfindung, wobei die 6 bis 8 Computerschirmbilder eines Monitors, die von einem Benutzer an verschiedenen Stationen einzusehen sind, darstellen, und 9 stellt die verschiedenen Schritte dar, die durchgeführt werden, um den Schlackeübertrag in die Gußpfanne 7 zu reduzieren oder zu minimieren. Durch den Einsatz von Bildverarbeitung, um die Ausgabe der Kamera (Kameras) 13 zu bearbeiten, werden die Verfahren unter Verwendung des Computers 16, um den Übergang von Stahl zu Schlacke im Abstichstrom 9 zu detektieren, effizienter. Das System kann ein elektrisches Signal zu einem Audioalarm oder visuellen Alarm 17 (gezeigt in 1) ausgegeben und/oder automatisch den Konverter 3 des Hochofens bei einer wesentlichen Schlackedetektion im Strom 9 in der ROI #1 anheben, wodurch die Gesamtschlackemenge, die in die Stahlgußpfanne 7 vom Schmelzgut übertragen wird, minimiert oder reduziert wird.
Unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 beinhalten die Komponenten, welche verwendet werden können, die IR-Kamera (Kameras) 13, oben diskutierte Optiken, programmierte Computer 16, die die beigefügte Software verwenden, Monitor 15 (z. B. ein Computermonitor und/oder externer Monitor), analog und digital I/O und Audioalarm oder visuellen Alarm. Die Kamera 13 ist bevorzugt in einer weise positioniert, die es unabhängig vom Kippwinkel θ des Abstichofens erlaubt, den Strom über die ROI #1 zu überwachen. Das System verwendet Hard- und Software, die von National Instruments, mit Sitz in Austin, Texas hergestellt ist. Die Hardware beinhaltet ein PXI 1000 Chassis, eine integrierte Steuerung 8155, eine PXI Bildaufnahmekarte, eine PXI 604E I/O Karte, eine PXI 8210 Ethernet/SCSI Schnittstellenkarte und eine PXI 8220 PCMCIA Karte. Die Software beinhaltet LabVIEW 5.0, IMAQ 1.5 und das Microsoft NT 4.0 Betriebssystem (siehe hierfür auch den beigefügten Anhang auf Microfiche). Das Anwendungsprogramm wurde in LabVIEW 5.0 und IMAQ 1.5 geschrieben, um das Videosignal von Kamera 13 zu bearbeiten und zu bestimmen, wieviel Schlacke im Abstichstrom 9 in einem bestimmten Moment oder in einer bestimmten Zeitspanne vorhanden ist.
Unter Bezugnahme auf 9 beginnt das System im Ruhezustand 101. Am Beginn des Abstichprozesses, wenn der Benutzer veranlaßt, daß der Konverter 3 in den Abstichprozeß-Startwinkel θ gekippt wird, drückt der Benutzer einen „Start-Abstichprozeß"-Knopf 103, was ein digitales Signal zu dem PLC sendet, welches als 18 in der 1 gezeigt ist. Der Konverter wird gekippt, um das Gießen des Abstichstroms zu beginnen. Das Signal, welches durch die Betätigung des „Start-Abstichprozeß"-Knopfes 103 bewirkt wird, wird an das optische System übermittelt, um die Bild- und Verarbeitungsparameter 107 der ROI #1 und/oder der ROI #2 kurz bevor oder kurz nach dem Beginn des Abstichprozesses zu initiieren. Ein Rohbild wird auf dem Computer oder dem Monitor im Gebiet 109 dargestellt, was in den 6 bis 8 gezeigt ist und im folgenden diskutiert werden wird (6 stellt den Bildschirm dar, wenn kein Stahl oder keine Schlacke ausgeschüttet wird, 7 stellt den Schirm mit mehrheitlich Stahl im Abstichstrom dar, und 8 stellt den Schirm später während des Prozesses mit einer wesentlichen Schlackemenge im Abstichstrom dar. Die Verarbeitung von den Videobildern von Kamera 13 wird wie folgt durchgeführt.
Die IR-Kamera (IR-Kameras) 13 sieht den Abstichstrom 9 in der vorselektierten ROI #1 und sieht auch ein Gebiet über die ROI #2. Das Standard RS-170 Videosignal von beiden ROIs wird von der Infrarotkamera (den Infrarotkameras) 13 zu dem Visualisierungssystem durch ein RG 59 Videokabel geschickt. Die Videobilder werden durch die Bildakquisitionskarte annähernd in Echtzeit erfaßt. Die maximale Auflösung in bestimmten Ausführungsformen der Bildakquisitionskarte beträgt 640 × 480 Pixel, doch können andere Karten mit anderen Maxima in anderen Ausführungsformen anstelle dessen verwendet werden. Das Bild wird als „Rohbild" bezeichnet und wird auf dem Computermonitor 15 in dem dafür vorgesehenen Fenster 109 bei Schritt 108 gezeigt. Die ROI #1 wird für die Bildverarbeitung ausgewählt, wobei die ROI #1 bevorzugt ein etwas größeres Gebiet als die gesamte Breite des Abstichstroms, wie sie von der Kamera 13 gesehen wird, umfaßt. Unter Bezug auf die 6–8 wird Gebiet/Fenster 111 auf dem Computerschirm verwendet, um die Schlacke darzustellen und Gebiet/Fenster 113, um den Stahl im Strom darzustellen.
Es sollte jedoch klar sein, daß die IR-Kamera (IR-Kameras) 13 auch genauso gut einen Digitalausgang vorsehen kann, z. B. einen 14-Bit-Ausgang, der von dem Computer 16 zur weiteren Verarbeitung, wie es hier beschrieben wurde, empfangen wird, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen. Solche Stand der Technik IR/Digitalausgangs-Kameras können im Vergleich zu dem Videoausgangs-IR-Gerät (Geräten), das gegenwärtig beim Anmelder in Betrieb ist, eine verbesserte Auflösung vorsehen.
Die Grauskalenniveaus der Pixel, die in der ROI #1 enthalten sind, werden mit dem visuellen System im Schritt 115 gemessen, und Grauskalenniveaus der Pixel in der ROI #2 werden in Schritt 117 gemessen. In bestimmten Ausführungsformen, bei einem 8-Bit Bild, können die Graustufenwerte eines Pixels von z. B. 0 bis 255 variieren. Ein Wert von 0 kann schwarz repräsentieren und ein Wert von 255 kann weiß repräsentieren (Schlacke erscheint weiß), während verschiedene Schattierungen einen dazwischen liegenden Wert haben.
Ein Bin ist ein Bereich der Pixel-Graustufenwerte oder Pixel-Grauskalenniveaus eines interessierenden Objekts. Zum Beispiel ist ein Stahl-Bin ein Bereich der Graustufenwerte des Bildes, das indikativ für geschmolzenen Stahl im Abstichstrom ist. Der Computer oder seine Software sind darauf programmiert, sowohl das Stahl-Bin wie auch das Schlacke-Bin zu beinhalten, so daß es möglich ist zu bestimmen, wieviele Pixel geschmolzene Schlacke und wieviele Pixel geschmolzenen Stahl beinhalten. Der Computer bestimmt so für jedes Einzelbild 115 die Anzahl (von 0 an) der Pixel, die zu den jeweiligen Stahl- oder Schlacke-Bins gehören oder in sie fallen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Stahl-Bin durch Pixel mit Grauskalenniveaus von ungefähr Niveau 60 bis 160 repräsentiert werden, wie in den 6–8 gezeigt ist, und das Schlacke-Bin kann durch Pixel mit Grauskalenniveaus von ungefähr 230 bis 255, wie ebenfalls in den 6–8 gezeigt, repräsentiert und identifiziert werden. Pixel mit Graustufenwerten innerhalb keines Bins werden als nichtcharakteristisch für Stahl oder Schlacke klassifiziert.
Durch das Bestimmen der Anzahl der Pixel in jedem Bild, welches in jedes Bin fällt, kann jeweils eine ungefähre Anzahl von Stahl- und Schlacke-Pixeln bestimmt werden. Wie an der oberen linken Seite der 6–8 gezeigt, kann ein Benutzer die Schlacke- und Stahl-Bin-Werte oder -Bereiche durch das nach oben oder nach unten Anklicken in den „Bereich Schlacke" und/oder „Bereich Stahl" Gebie ten wie dargestellt ändern, um diese Bins wunschgerecht anzufertigen. Es ist auch dargestellt, wie in der linken Seite der 6–8 gezeigt, daß der Benutzer die Farben für Schlacke und Stahl, die auf dem Monitor gezeigt werden, durch das nach oben oder nach unten Anklikken mit einer Maus oder ähnlichem ändern kann. Die 6 bis 8 stellen des weiteren dar, daß ein Benutzer bestimmte ROIs programmieren kann und diese entsprechend ihrer Größe und Position wunschgerecht anfertigen kann. So wird im Schritt 119 die Anzahl der gesehenen Pixel, der ROI #1 innerhalb der „Stahl-Bereich"-Bin-Parameter sowie die Anzahl der Pixel innerhalb der „Schlacke-Bereich"-Bin-Parameter für ein gegebenes Einzelbild bestimmt. Ähnlich wird die Anzahl der gesehenen Pixel der ROI #2 innerhalb des „Schlacke-Bereich"-Bin-Parameters im Schritt 121 bestimmt. Im Schritt 123 wird bestimmt, ob der Abstichwinkel innerhalb eines vorbestimmten Abstichwinkelbereichs ist (wenn ja, dann wird der Schlackezählschritt 125 durchgeführt; wenn nein, dann wird der Schritt 125 übersprungen und der SSR Schritt 127 durchgeführt). Wenn davon ausgegangen wird, daß der Konverter im vorbestimmten, endgültigen Abstichwinkelbereich ist, dann fährt im Schritt 125 ein Zähler fort, einen Wert um die Anzahl der „Schlacke-Bereich"-Bin-Pixel von der ROI #1, die in 119 bestimmt ist, zu erhöhen, um die Schlackenmenge, die bei jedem Schmelzgut in die Gußpfanne ausgegossen wird, zu messen.
Ein Schlacke zu Stahl Verhältnis (SSR) für jedes Bild (z. B. Binärbild) wird dann bestimmt 127 und auf dem Moni tor dargestellt, wobei die folgende Gleichung verwendet wird: SSR = # ROI #1 Schlacke-Pixel/(# ROI #1 Schlacke-Pixel + # ROI #1 Stahl-Pixel), so daß das SSR von 0 bis 1 geht. Wenn, wie in 7 gezeigt, dort fast keine Schlacke in dem Abstichstrom ist, ist das SSR nahe oder gleich 0 (in 7 als 0.00 dargestellt). Wenn der Abstichprozeß fortschreitet und die Schlacke im Abstichstrom detektiert wird, steigt der SSR Wert an und nähert sich 1 (z. B. als 0,485 in 8 gezeigt). In bevorzugten Ausführungsformen geht das SSR Verhältnis von 0 bis 1,0 und ist eine Verbesserung gegenüber den Verhältnissen, die über 1,0 kommen können.
Z.B. stellt 7 den Computermonitor während des Abstichprozesses dar, wenn keine wesentliche Schlackemenge im Abstichstrom vorhanden ist. Der Abstichstrom kann in der unteren linken Box 109 gesehen werden, wobei die ROI #1 in einer gepunkteten rechteckigen Form in dieser Box gezeichnet ist (die Einzelbilder sind aus den ROIs genommen). Die zwei kleineren Boxen 111, 113 stellen dar, daß Stahl aber keine wesentliche Schlackemenge im Strom 9 vorhanden ist. 8 stellt jedoch den Computermonitor dar, wenn eine wesentliche Schlackemenge im Abstichstrom vorhanden ist. Zu beachten ist die helle weiße Farbe des Stroms in Box 111 der 8, die die Schlacke darstellt. Ein Alarm, welcher dem beobachtenden Benutzer, falls eine wesentliche Schlackemenge detektiert wird, sagt „Schlacke detektiert!!! Hebe den Ofen jetzt!!!", kann auch vorgesehen sein. Während des Sehens/Hörens die ses Alarms hebt der Benutzer den BOF und bricht den Abstichprozeß ab.
Wieder unter Bezug auf 9 wird das SSR für jedes Einzelbild bei 127 berechnet und zeitgemittelt, um das Ende des Abstichprozesses zu bestimmen. Das Vergleichen des berechneten SSR Wertes mit einem vorbestimmten Schlacke zu Stahl Sollwert oder Schwellwert Th₁ wird im Schritt 129 durchgeführt. Wie in den 7–8 gezeigt, kann dieser Schwellwert auf 0,40 oder irgendeine andere geeignete Zahl abhängig davon gesetzt werden, welche Stahlsorte erwünscht ist. Dieser Schwellwert ist so ausgewählt, daß möglichst viel geschmolzener Stahl ohne einen übermäßigen Schlackeübertrag vom Konverter in die Gußpfanne entleert wird. Der Schwellwert kann durch den Benutzer wunschgerecht entsprechend der Qualitätsansprüche der verschiedenen Stahlsorten erstellt werden. Wenn ein sehr kleiner Schlackeübertrag für eine bestimmte Sorte benötigt wird, dann wird der Alarmschwellwert Th₁, z. B. auf einen Wert von 0,05 bis 0,10 gesetzt. Dann wird der Benutzer alarmiert, wenn eine kleine Schlackemenge im Abstichstrom detektiert wird, was in einem kleineren Schlackeübertrag resultiert, als wenn der Schwellwert auf ein höheres Niveau gesetzt werden würde. Wohingegen, wenn der Eisenertrag wichtiger ist, kann der Schwellwert Th₁ auf einen höheren Wert gesetzt werden, z. B. von 0,1 bis 0,6, so daß der Alarm nur betätigt wird, wenn große oder wesentliche Schlackemengen im Abstichstrom detektiert werden. Es sollte klar sein, daß, wenn die Bildqualität exzellent ist, es möglich ist, daß Th₁ auf einen sogar größeren Wert als 0,6 gesetzt werden kann. Diese Schwellwerte dienen nur als Beispiele und sind nicht dafür vorgesehen, in irgendeiner Weise Grenzen zu setzen.
Wenn der SSR Wert diesen Schwellwert nicht überschreitet, dann wird der Abstichprozeß fortgesetzt und das nächste Einzelbild analysiert, wenn der Schritt 108 wiederholt wird, wie in 9 gezeigt ist. Jedoch wenn einmal der SSR Wert diesen Alarmschwellwert überschreitet (z. B. 0,40) bei 129, und (i) bestimmt worden ist, daß die Anzahl der Schlacke-Pixel der ROI #2 nicht größer als die vorbestimmte, zulässige Zahl der Schlacke-Pixel bei 131 ist, und (ii) es durch einen Sensor (durch Sensoren) bestimmt worden ist, daß der Konverter 3 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des endgültigen Kippwinkels θ bei Schritt 133 gekippt ist (z. B. von 90 bis 105°), dann wird der Alarm bei 135 betätigt. Der Alarm kann entweder durch einen Audioalarm oder durch einen visuellen Alarm ausgelöst werden, um den Benutzer des Abstichvorgangs darauf aufmerksam zu machen, den Konverter aufwärts zu kippen, um den Abstichprozeß 137 zu stoppen, oder (ii) das System bringt den Konverter automatisch dazu aufwärts zu kippen, um den Abstichprozeß 137 zu stoppen oder (iii) eine pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Ramme wird in das Abstichloch eingebracht, um es zu schließen und den Abstichprozeß 137 zu stoppen. Der Abstichprozeß ist beendet 137, und das System kehrt in den Ruhezustand 101 zurück.
Wenn im Schritt 133 bestimmt wurde, daß der Konverter Abstichwinkel nicht innerhalb eines vorbestimmten, endgül tigen Abstichwinkelbereiches ist, dann wird ein Schlakkealarm im Schritt 139 betätigt, der anzeigt, daß Schlakke versehentlich vom Konverter 3 während der frühen Phase des Abstichprozesses gegossen wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß in bestimmten Ausführungsformen ein zeitlich gemitteltes SSR bestimmt wird, und es mit einem Schwellwert verglichen wird, während in anderen Ausführungsformen das SSR nicht zeitgemittelt werden muß. In Zeitmittelungs-Ausführungsformen kann z. B. das Programm und/oder Computer die Anzahl der Schlacke-Pixel in der ROI #1 (oder ROI #2) mit Hilfe folgender Gleichung berechnen: N = i=1 m Ai Wobei A_i die Anzahl der Pixel im Schlacke-Bin im iten Einzelbild und m die gesamte Anzahl der Bilder zwischen dem Zeitpunkt, an dem der Hochofen den endgültigen Abstichwinkelbereich erreicht, und dem Ende des Abstichprozesses ist. Eine Korrelation zwischen der Gesamtzahl der Schlacke-Pixel und dem tatsächlichen Schlackeübertrag kann erreicht werden. Die tatsächliche Schlackemenge, die übertragen wurde, kann durch physikalische Schlacke-Tiefenmessungen in der Gußpfanne, oder durch Massenerhaltungsberechnungen erreicht werden. Diese Korrelation (zwischen der physikalisch gemessenen Schlacke und der Schlacke, die durch das Abbildungssystem detektiert wird) kann verwendet werden, um den Schlackeübertrag in die Gußpfanne mit der beigefügten Bildgebungssoftware vorherzusagen.
Gemäß bestimmter Ausführungsformen dieser Erfindung kann ein beratender Alarm (Alarme) 139 verwendet werden, um den Benutzer auf Unregelmäßigkeiten im Abstichprozeß aufmerksam zu machen. Während des Abstichprozesses kann Schlacke in den Strom übertragen werden, wenn der Konverter 3 nicht korrekt gekippt ist. Die beigefügte Software überprüft kontinuierlich oder periodisch den Kippwinkel des Konverters. Wenn Schlacke im Abstichstrom detektiert wird, aber der Kippwinkel nicht im vorbestimmten, endgültigen Abstichwinkelbereich θ (z. B. 90° bis 105°) ist, dann wird der beratende Alarm 139 (entweder Audioalarm oder visueller Alarm) primär dazu ausgelöst, den Benutzer darauf aufmerksam zu machen, den Kippwinkel zu korrigieren.
Unter Bezugnahme auf die Schritte 117, 121, 122 und 124 der 9 überwacht Kamera 13 (oder eine andere IR-Kamera) zur selben Zeit, zu der die ROI #1 überwacht wird, die ROI #2 (siehe 1). Eine Unregelmäßigkeit, die dann während des Abstichprozesses auftreten kann, ist das Verschütten von Schlacke aus der oberen Öffnung 301 des Konverters. Dies tritt auf, wenn der Konverter 3 zu weit gekippt ist. Das System detektiert dieses Problem und weist den Benutzer (die Benutzer) darauf hin oder bewirkt automatisch, daß der Konverter Kippwinkel korrigiert wird. Dafür wird die ROI #2 mit einer IR-Kamera überwacht und auf einen Monitor dargestellt und durch Bildverarbeitungssoftware analysiert. Die ROI #2 ist über dem Abstichloch aber unter der offenen Öffnung, wie in
1 gezeigt. Wenn detektiert wird, daß eine Anzahl von Schlacke-Pixeln in der ROI #2 in einem gegebenen Einzelbild größer als ein vorbestimmter, „erlaubter" Schwellwert oder eine Anzahl von Pixeln ist, weist das System den Benutzer darauf hin oder bewirkt, daß der Kippwinkel automatisch in 124 korrigiert wird. Von den Schritten 122 und 124 geht das System zum Schritt 119, wenn der Abstichprozeß fortschreitet.
Während des Abstichprozesses ist es üblich, im Abstichstrom kurz vor dem Ende des Anstichprozesses Schlackeschlieren zu beobachten. Wenn die Schlierenbildung auftritt, nimmt das SSR in der Bildbearbeitungssoftware einen Wert größer als 0, aber möglicherweise niedriger als der SSR Schwellwert Th₁ an. Optional kann in bestimmten Ausführungsformen das bildgebende System, welches kontinuierlich das SSR zeigt, programmiert werden, um zu bestimmen, ob das SSR in einem Bereich der mit Schlierenbildung (z. B. größer als 0, 02 aber niedriger als Th₁) in Verbindung gebracht wird, liegt. Wenn es in diesem Bereich liegt, dann ist das Auftreten von Schlieren wahrscheinlich und das System kann einen visuellen Alarm oder Audioalarm auslösen, um einem Benutzer anzuzeigen, daß sich das Ende des Abstichprozesses nähert oder daß der Kippwinkel zu klein ist und daß der Hochofen oder Behälter um einen größeren Winkel gekippt werden muß.
Zusätzlich sei angemerkt, daß die Software hierbei zum Ausführen bestimmter Schritte z. B. eine automatische Detektion des Beginns und des Endes des Abstichprozesses, durch Verwendung der erfaßten Bilder; eine automatische Plazierung der ROI #1, um die ROI #1 kontinuierlich um oder auf den Abstichstrom zu zentrieren; eine Bestimmung der Breite des Abstichstroms, durch Verwendung der Kantendetektion und Breitenmessung; eine Wartungsanzeige für den Austausch des Abstichlochs (Abstichprozeßzeit, Abstichstrombreite); eine automatische Konverter 3 – (aufwärts/abwärts) – Rotation/Kippung für den Abstichprozeß; eine Schlackedetektion; und eine Bereitstellung von Datenbankinformationen, um die Gußpfannen-Schlacke-Abstehbehälter-Zusätze zu minimieren oder reduzieren, enthalten kann.
Unter Bezug auf 10 können gemäß alternativer Ausführungsformen dieser Erfindung die Kamera, der Monitor, der Computer und die Programme von jeder Ausführungsform, die hier diskutiert wird, mit einem elektrischen Hochofen 201 bei der Stahlproduktion anstatt mit einem BOF verwendet werden. Elektrische Hochöfen sind typischerweise Umgebungen ausgesetzt, die denen ähnlich sind, welche einen BOF umgeben, und elektrische, stahlherstellende Hochöfen haben einzelne Öffnungs-/Schließungs-Unterseiten-Auslaßöffnungen, von denen geschmolzener Stahl in eine Gußpfanne 7, die unter ihnen lokalisiert ist (d. h. dort ist kein seitliches Abstichloch), fließt. Bei diesen Ausführungsformen sieht/abbildet Kamera 13 den geschmolzenen, heißen Metallstrom 9, der von der Unterseiten-Auslaßöffnung des Hochofens in die Gußpfanne fließt, und detektiert die Anwesenheit von Schlacke darin auf irgendeine der oben erläuterten Arten. In der Ausführungsform der 10 wird die ROI #2 nicht verwendet, weil dort keine obere Öffnung vorhanden ist, und so unter Bezug auf 9 die Schritte 117, 121, 122, 124 und 131 nicht ausgeführt werden müssen.
Unter Bezug auf 11 beinhaltet eine andere Ausführungsform dieser Erfindung Kamera 13, den Monitor, den Computer und die Programme, die hier diskutiert werden und mit einem Gebläseofen 203 bei der Produktion von geschmolzenem Eisen verwendet werden. Die Abstichprozesse von Gebläseofen finden normalerweise in schmutzigen, staubhaltigen Umgebungen ähnlich zu denen, die den BOF umgeben und zu denen bei dem Berieb von elektrischen, stahlproduzierenden Hochöfen statt. In diesem Fall jedoch entleert das geöffnete Abstichloch 205 geschmolzenes Eisen und Schlacke in eine Gießrinne 207, wo sie durch einen Damm 209 zurückgehalten werden, der eine Öffnung für Eisen 211 und eine höhere Öffnung für Schlacke 213, durch welche die Schlacke fließt, hat. Das geschmolzene Eisen 215 fließt durch die Öffnung 211 in eine Abstichrinne 217, die sich entlang des Gußgehäusebodens 219 erstreckt, zu einem wartenden, feuerfest abgedeckten Unterwasserfahrzeug 220, wo das Eisen zur weiteren Verarbeitung in einem nachgeschalteten Verfahren zur Stahlproduktion gesammelt wird.
Die Schlacke wird von der Oberfläche des geschmolzenen Eisens durch die Schlackeöffnung 213 abgeschöpft und wird in einem wartenden Schlackekübel (nicht gezeigt) zur weiteren Verarbeitung oder Entsorgung gesammelt. Jedoch, wenn das Niveau der Schmelze innerhalb der Gußrinne 207 fällt, kann die Schlacke in dem geschmolzenen Eisen, welches entlang der Abstichrinne zu dem Unterwasserfahrzeug 220 fließt, übertragen werden.
In solchen Fällen ist es für die Eisen- und Stahl-Produzenten wichtig, daß es möglich ist, den Schlackegehalt in dem geschmolzenen Eisen, welches in dem Unterwasserfahrzeug gesammelt wird, zu bestimmen. Dementsprechend sieht/abbildet die Kamera (Kameras) 13 den Strom aus geschmolzenem Eisen 215, der von der Abstichrinne 217 in das Unterwasserfahrzeug 220 fließt, und detektiert die Anwesenheit von Schlacke darin auf irgendeine der hier erläuterten Weisen. In der Ausführungsform von 11 wird die ROI #2 nicht verwendet, weil dort keine obere Öffnung vorhanden ist, und deswegen, unter Bezug auf 9, die Schritte 117, 121, 122, 124 und 131 nicht ausgeführt werden müssen. Darüber hinaus müssen die Schritte 123 und/oder 133 in dem Flußdiagramm der 9 nicht ausgeführt werden, da ein Gebläseofen nicht um eine Kippachse rotiert wird.
Entsprechend zu zusätzlichen, alternativen Ausführungsformen können die Kamera, der Monitor, der Computer und die Programme von jeder Ausführungsform dieser Erfindung außerhalb der Stahlindustrie verwendet werden, z. B. bei Schmelzvorgängen, die das Verfeinern und/oder die Herstellung von Aluminium, Kupfer, Messing und ähnlichem beinhalten.
Nach der oben gemachten Offenbarung werden Fachleuten viele andere Merkmale, Modifikationen und Verbesserungen klar werden. Diese weiteren Merkmale, Modifikationen und Verbesserungen werden daher als ein Teil dieser Erfindung angesehen, wobei der Bereich dieser Erfindung durch die folgenden Ansprüche bestimmt ist.

Übersetzung zu Fig. 6

RANGE SLAG –	Schlacke-Bereich
LOWER VALUE –	unterer Wert
UPPER VALUE –	oberer Wert
RANGE STEEL –	Stahl-Bereich
LADLE IND –	Gußpfanne IND
SLAG COLOR –	Schlacke-Farbe
STEEL COLOR –	Stahl-Farbe
SLAG OFF –	Schlacke aus
ROI DESCRIPTION –	ROI Beschreibung
GLOBAL RECTANGLE –	Global Rechteck
CONTOURS –	Konturen
EXTERNAL –	extern
RECTANGLE –	Rechteck
COODINATES –	Koordinaten
APPLICATION LOOP CTRL –	Anwendungsdurchlauf Steuerung
APPLICATION LOOP COUNTER –	Anwendungsdurchlauf Zähler
IDLE –	Ruhe
START TAP IND –	Abstichbeginn
FCE ANGLE IND –	FCE Winkel IND
END TAP IND –	Abstichende IND
SLAG OFF IND –	Schlacke aus IND
GET/SET WINDOW SIZE –	Erhalte/Setze Fenstergröße
STATUS? (SET)	Status? (Setze)
WINDOW NUMBER –	Fensternummer
SET WIDTH AND HEIGHT –	Setze Breite und Höhe
ACT. WIDTH AND HEIGHT –	Akt. Breite und Höhe
END TAP (sec.) –	Abstichende (Sek.)
START TAP (sec.) –	Abstichanfang (Sek.)
BOF TAP STREAM MONITOR –	BOF Abstichstrom-Monitor
TAP DATE –	Abstichdatum
SLAG METER –	Schlacke-Meter
TAP TIME –	Abstichzeit
RESET –	zurückstellen
AREA –	Gebiet

RAW IMAGE HISTOGRAPH –	Rohbild Histograph
SLAG –	Schlacke
STEEL –	Stahl
SLAG AVG. –	Schlacke-Mittelwert
STEEL AVG. –	Stahl-Mitelwert
LOOP COUNTER –	Durchlaufzähler
SLAG/STEEL RATIO –	Schlacke-Stahl-Verhältnis
RATIO ALARM SP –	Verhältnis-Alarm-SP

Übersetzung zu Fig. 7

RANGE SLAG –	Schlacke-Bereich
LOWER VALUE –	unterer Wert
UPPER VALUE –	oberer Wert
RANGE STEEL –	Stahl-Bereich
LADLE IND –	Gußpfanne IND
SLAG COLOR –	Schlacke-Farbe
STEEL COLOR –	Stahl-Farbe
SLAG OFF –	Schlacke aus
ROI DESCRIPTION –	ROI Beschreibung
GLOBAL RECTANGLE –	Global Rechteck
CONTOURS –	Konturen
EXTERNAL –	extern
RECTANGLE –	Rechteck
COODINATES –	Koordinaten
APPLICATION LOOP CTRL –	Anwendungsdurchlauf
	Steuerung
APPLICATION LOOP COUNTER –	Anwendungsdurchlauf
	Zähler
IDLE –	Ruhe
START TAP IND –	Abstichbeginn
FCE ANGLE IND –	FCE Winkel IND
END TAP IND –	Abstichende IND
SLAG OFF IND –	Schlacke aus IND
GET/SET WINDOW SIZE –	Erhalte/Setze Fenstergröße
STATUS? (SET)	Status? (Setze)
WINDOW NUMBER –	Fensternummer
SET WIDTH AND HEIGHT –	Setze Breite und Höhe
ACT. WIDTH AND HEIGHT –	Akt. Breite und Höhe
END TAP (sec.) –	Abstichende (Sek.)
START TAP (sec.) –	Abstichanfang (Sek.)
BOF TAP STREAM MONITOR –	BOF Abstichstrom-Monitor
TAP DATE –	Abstichdatum
SLAG METER –	Schlacke-Meter
TAP TIME –	Abstichzeit
RESET –	zurückstellen
AREA –	Gebiet
RAW IMAGE HISTOGRAPH –	Rohbild Histograph

SLAG	- Schlacke
STEEL	- Stahl
SLAG AVG.	- Schlacke-Mittelwert
STEEL AVG.	- Stahl-Mitelwert
LOOP COUNTER	- Durchlaufzähler
SLAG/STEEL RATIO	- Schlacke-Stahl-Verhältnis
RATIO ALARM SP	- Verhältnis-Alarm-SP

Übersetzung zu Fig. 8

SLAG –	Schlacke
STEEL –	Stahl
SLAG AVG. –	Schlacke-Mittelwert
STEEL AVG. –	Stahl-Mitelwert
LOOP COUNTER –	Durchlaufzähler
SLAG/STEEL RATIO –	Schlacke-Stahl-Verhältnis
RATIO ALARM SP –	Verhältnis-Alarm-SP
SLAG DETECTED RAISE –	Schlacke detektiert Hebe
FURNACE NOW –	Ofen jetzt

Übersetzung zu Fig. 9

IDLE MODE –	Ruhezustand
START TAP –	Abstichprozeßbeginn
INITIATE IMAGING AND –	Imitieren der Bild- und
PROCESS PARAMETERS	Prozeßparameter
RAW IMAGE DISPLAYED –	Rohbild dargestellt
DETERMINE GRAY SCALE –	Bestimme die Graustufe
IN ROI#1	in ROI#1
STEEL PIXELS –	Stahl-Pixel
SLAG PIXELS –	Schlacke-Pixel
TAP ANGLE –	Abstichwinkel
WITHIN FINAL TAP RANGE –	innerhalb des endgültigen Abstichbereichs
PERMISSIBLE –	zulässig
SLAG COUNTER –	Schlacke-Zähler
BLOW SLAG SPILL ALARM –	Schlacke Verschüttungsalarm
EARLY SLAG ALARM –	früher Schlacke-Alarm
FINAL SLAG ALARM –	endgültiger Schlacke-Alarm
END TAP –	Ende des Abstichprozesses

Claims

Verfahren zum Gießen von geschmolzenem Metall aus einem Stahlherstellungsbehälter während der Stahlherstellung, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß: ein Stahlherstellungsbehälter, insbesondere ein BOF-Konverter (3), vorgesehen wird, der ein Volumen von geschmolzenen Metall enthält, wobei das geschmolzene Metall geschmolzenen Stahl und geschmolzene Schlacke beinhaltet; eine Gußpfanne (7) vorgesehen wird, in welche das geschmolzene Metall von dem Stahlherstellungsbehälter (3) fließt; der Stahlherstellungsbehälter (3) so abgestochen wird, daß ein Abstichstrom des geschmolzenen Metalls von dem Stahlherstellungsbehälter (3) in die Gußpfanne (7) durch zumindest einen Bereich einer ersten interessierenden Region (ROI #1) fließt, wobei besagter Abstichprozeß zumindest durch Kippen des Behälters (3) durchgeführt wird; und der Abstichstrom während des besagten Abstichprozesses zumindest in der ROI #1 abgebildet wird, um zumindest ein Einzelbild zu schaffen; gekennzeichnet durch die Schritte, daß für die Pixel des Einzelbildes eine Stahl-Pixelzahl innerhalb eines vorbestimmten Stahl-Bereichs, der auf Stahl im Abstichstrom hinweist, und eine Schlacke-Pixelzahl innerhalb eines vorbestimmten Schlacke-Bereichs, der auf Schlacke im Abstichstrom hinweist, bestimmt wird; ein Verhältnis, das von 0 bis 1,0 reicht, bestimmt wird, welches die Stahl-Pixelzahl und die Schlacke-Pixelzahl verwendet; ein Kippwinkel θ des Behälters (3) bestimmt wird; bestimmt wird, ob das Verhältnis auf zumindest eine vorgewählte Schlackemenge im Abstichstrom hinweist; bestimmt wird, ob der Kippwinkel θ größer als ein vorbestimmter Wert ist oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt; und der besagte Abstichprozeß gestoppt wird, wenn festgestellt wird, daß das Verhältnis auf zumindest eine vorgewählte Schlackemenge im Abstichstrom hinweist und daß der Kippwinkel θ größer als ein vorbestimmter Wert oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1 umfaßt weiterhin, daß bestimmt wird, daß das Verhältnis zumindest für die vorgewählte Schlackemenge im Abstichstrom indikativ ist und daß der Kippwinkel θ größer als ein vorbestimmter Wert oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, und den Schritt des Betätigens eines Alarms, um den Benutzer darauf aufmerksam zu machen, daß der Abstichprozeß gestoppt werden soll.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 umfaßt weiterhin, daß bestimmt wird, daß das Verhältnis zumindest für die vorgewählte Schlackemenge im Abstichstrom indikativ ist und daß der Kippwinkel θ größer als ein vorbestimmter Wert oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, und den Schritt des automatischen Kippens des Behälters nach oben, um den Abstichprozeß zu stoppen.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der besagte IR-Abbildungsvorgang die Verwendung von großen IR-Wellenlängen größer oder gleich 8 μm beinhaltet, um die Anwesenheit von geschmolzener Schlacke im Abstichstrom zu detektieren, und im besonderen die Schritte beinhaltet, daß im wesentlichen Wellenlängen kleiner als 8 μm während des besagten IR-Abbildungsvorgangs heraus gefiltert werden, so daß große IR-Wellenlängen verwendet wer den, um die Anwesenheit von Schlacke im Abstichstrom zu erkennen.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin während des besagten IR-Abbildungsvorgangs Emissionswerte der Schlacke in dem geschmolzenen Metallabstichstrom zwischen 0,7 und 0,9 abgebildet werden, und Emissionswerte des geschmolzenen Stahls in dem geschmolzenen Metallabstichstrom von weniger als 0,25 abgebildet und auf einem Monitor ausgegeben werden.
Das Verfahren nach Anspruch 5, worin während des IR-Abbildungsvorgangs Emissionswerte von geschmolzenem Stahl in dem Abstichstrom von weniger als 0,20 abgebildet und auf einem Monitor ausgegeben werden.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die genannten Schritte in der Reihenfolge, in welcher sie genannt werden, durchgeführt werden.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin die Schritte umfaßt, daß: eine zweite interessierenden Region (ROI #2) IR-abgebildet wird, die zumindest teilweise auf einer Höhe unterhalb der offenen Öffnung des Konverters lokalisiert ist; und ein Alarm betätigt wird, wenn bestimmt worden ist, daß die Anzahl der Pixel in einem Bild von der ROI #2 auf eine vorbestimmte Schlackemenge hinweist.
Das Verfahren von Anspruch 8, worin ROI #2 nicht an ROI #1 angrenzt.
Das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, das weiterhin die Messung der Schlackemenge, die durch den Strom vom Behälter fließt, umfaßt.
Das Verfahren nach Anspruch 10, worin der besagte Meßvorgang die Verwendung eines Schlacke-Zählers, der eine Zahl, die indikaktiv für Schlacke-Pixel von einem Bild ist, zu einer vorherigen Schlacke-Zahl addiert, welche indikativ für die Schlacke ist, die schon aus dem Behälter geflossen ist, umfaßt.