Способ и устройство для бесконтактного определения температуры т металлического расплава
Изобретение относится к способу и устройству для точного бесконтактного определения температуры Т металлического расплава (2) в печи (1), которая содержит по меньшей мере один блок (3) горелки-копья, который направляется над металлическим расплавом (2) через стенку (1b) печи в печное пространство (1а). Измерение температуры осуществляется с помощью расположенного после блока (3) горелки-копья блока (10) измерения температуры. Способ измерения температуры включает: направление газового потока в виде кислорода или содержащего кислород газа в печное пространство (1а) со сверхзвуковой скоростью; сдувание с помощью газового потока с поверхности металлического расплава (2) шлака (2а); переключение с первого газа на второй газ; выполнение непрерывного измерения температуры, при этом измеренная температура определяется в качестве температуры Т металлического расплава (2) лишь тогда, когда газовый поток находится в ламинарном состоянии, и после того, как в течение промежутка времени, равного по меньшей мере 2 секундам, колебания измеренной температуры не превышают 1%. Технический результат заключается в увеличении точности и упрощении измерения температуры металлического расплава. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к способу бесконтактного определения температуры Т металлического расплава в печи, которая содержит по меньшей мере один блок горелки-копья, который проходит над металлическим расплавом через стенку печи в печное пространство, с помощью по меньшей мере одного расположенного за блоком горелки-копья блока измерения температуры. Кроме того, изобретение относится к устройству для бесконтактного определения температуры Т металлического расплава в печи, при этом устройство содержит по меньшей мере один блок горелки-копья, который проходит над металлическим расплавом через стенку печи в печное пространство. Дополнительно к этому, изобретение относится к печи, в частности электродуговой печи, содержащей такое устройство.
Печи для получения и/или размещения металлических расплавов используются, как правило, в сталелитейной промышленности. Такая печь может быть, например, электродуговой печью, ковш-печью, установкой для дегазации или другой установкой металлургии вторичных металлов. При производстве стали важно знать в любой желаемый момент времени температуру металлического расплава в печи. Это можно осуществлять посредством контактного измерения, как правило, с помощью копья для отбора вручную пробы и измерения температуры, или же посредством бесконтактного измерения на основе отдаваемого металлическим расплавом электромагнитного излучения.
Из ЕР 1440298 В1 известно устройство для бесконтактного измерения температуры металлического расплава в печи. Оно снабжено расположенным в копье инструментом для анализа тепла, который выдувает инертный газ на поверхность находящегося на металлическом расплаве шлака.
Из WO 2004/083722 А1 известно устройство для оптического анализа металлического расплава в печи. Устройство содержит копье с выходным отверстием для когерентного газового потока, который направлен на металлический расплав, смотровое окно на копье, которое расположено так, что можно измерять оптические данные вдоль направления распространения когерентного газового потока, а также анализатор и средства для передачи оптических данных в анализатор.
Известны блоки горелки-копья, которые состоят из горелки и копья, при этом работа такого блока может осуществляться в режиме горелки или в режиме копья.
Металлургические печи, в частности электродуговые печи, имеют, как правило, установленные на стенке печи, направленные на поверхность металлического расплава в печном пространстве горелки, с целью ввода энергии в металлический расплав, соответственно, для ускорения процесса плавления в печи. С помощью такой горелки в режиме горелки образуется пламя. При этом сжигается топливо, в частности природный газ, нефть или т.п., с подмешиванием горючего газа, содержащего кислород.
Обычно копья вводятся в печное пространство локально и часто лишь в течение ограниченного времени, например, для подачи газов, таких как кислород, для фришевания металлического расплава, выполнения измерений и взятия проб.
Как в обычной горелке, в блоке горелки-копья, когда он работает в режиме горелки, создается пламя и в печное пространство вводится энергия. Однако блок горелки-копья после выключения режима горелки, т.е. после выключения пламени, можно использовать в качестве копья, с помощью которого можно вдувать газовый поток в печное пространство и выполнять измерения металлического расплава. Для этого дополнительно к имеющимся на обычной горелке соединениям для топлива и горючего газа на блоке горелки-копья имеются газовые соединения по меньшей мере для одного подлежащего вдуванию в режиме копья газа. За счет применения и модификации обычной горелки для блока горелки-копья так, что его можно использовать также в качестве копья, не возникают дополнительные затраты и нет необходимости в месте для дополнительных устройств.
В режиме копья можно использовать внутреннее пространство блока горелки-копья для выполнения с помощью измерительного блока измерения температуры на металлическом расплаве. При этом, в частности, в режиме копья подлежащий вдуванию газ вдувается со сверхзвуковой скоростью в печное пространство в направлении металлического расплава с целью сдувания образующегося на металлическом расплаве шлака и локальной очистки поверхности металлического расплава для бесконтактного измерения температуры. Для создания газового потока со сверхзвуковой скоростью блок горелки-копья имеет, в частности, сопло Лаваля, в которое подается подлежащий вдуванию газ с давлением в несколько бар.
При этом стандартная работа металлургической печи по меньшей мере с одним блоком горелки-копья происходит обычно следующим образом.
Во время загрузки подлежащего плавлению материала в печное пространство блок горелки-копья работает с защитным пламенем с целью удерживания свободным направленного в печное пространство отверстия блока горелки-копья. Затем блок горелки-копья работает в режиме горелки, и мощность ступенчато повышают для поддержки плавления материала в печном пространстве. Как только имеется достаточное количество металлического расплава, блок горелки-копья переключают в режим копья и вдувают через сопло со сверхзвуковой скоростью кислород или содержащий кислород газ в печное пространство для фришевания металлического расплава. Во время режима копья обычно снова горит защитное пламя, которое окружает вдуваемый через сопло газовый поток. Как только из печи можно выпускать металл, т.е. опустошать печное пространство, газовый поток выключают, блок горелки-копья продолжает работу с образованием защитного пламени, и выпускают металлический расплав. Стандартную работу возобновляют посредством загрузки подлежащего плавлению материала.
Для выполнения бесконтактного измерения температуры на образованном металлическом расплаве после блока горелки-копья может быть расположен по меньшей мере один блок измерения температуры, который расположен на противоположном металлическому расплаву конце блока горелки-копья или вблизи него. При этом измерение температуры осуществляется, например, через центральное отверстие в блоке горелки-копья, которое проходит через блок горелки-копья вдоль продольной оси и через которое можно измерять испускаемое металлическим расплавом электромагнитное излучение.
Однако было установлено, что блок горелки-копья нельзя непосредственно использовать при указанной выше стандартной работе для бесконтактного измерения температуры. Так, во время режима горелки имеются мешающие факторы на основании собственного излучения пламени, которые приводят к неправильному измерению температуры Т металлического расплава. Во время режима копья, в котором при стандартной работе в печное пространство вдувается через сопло кислород или содержащий кислород газ, кислород сгорает экзотермически в печном пространстве, так что в это время также имеются мешающие факторы на основании процесса сгорания, которые приводят к неправильному измерению температуры Т металлического расплава.
В основу изобретения положена задача создания способа и устройства указанного в начале вида, с помощью которых возможно бесконтактное определение температуры Т металлического расплава в печи особенно простым и точным образом.
Задача решена для способа бесконтактного определения температуры Т металлического расплава в печи, которая содержит по меньшей мере один блок горелки-копья, который направляется над металлическим расплавом через стенку печи в печное пространство, с помощью по меньшей мере одного расположенного после блока горелки-копья блока измерения температуры, содержащего следующие стадии:
а) работы по меньшей мере одного блока горелки-копья в режиме копья посредством направления газового потока в печное пространство со сверхзвуковой скоростью;
b) сдувания с поверхности металлического расплава шлака с помощью газового потока;
с) образования газового потока в течение первого периода времени с помощью первого газа в виде кислорода или содержащего кислород газа;
d) переключения с первого газа на второй газ при сохранении режима копья в течение второго периода времени;
е) выполнения непрерывного измерения температуры по меньшей мере в течение второго периода времени, при этом измеренная температура определяется в качестве температуры Т металлического расплава лишь после того, как газовый поток находится в ламинарном состоянии, и после того, как в течение промежутка времени Δt, равного по меньшей мере 2 секундам, возникают лишь колебания измеренной температуры максимально 1%.
Задача решена относительно устройства для бесконтактного определения температуры Т металлического расплава в печи, в частности, в соответствии со способом, согласно изобретению, при этом устройство содержит по меньшей мере один блок горелки-копья, который направляется над металлическим расплавом через стенку печи в печное пространство, при этом блок горелки-копья имеет по меньшей мере соединения для первого газа в виде кислорода или содержащего кислород газа, для второго газа - в виде инертного газа и для горючего газа, при этом устройство дополнительно содержит измерительное приспособление для определения давления р и расхода Q по меньшей мере второго газа, а также по меньшей мере один расположенный по меньшей мере после блока горелки-копья блок измерения температуры для определения температуры Т, при этом устройство имеет по меньшей мере одно переключательное приспособление, которое обеспечивает возможность переключения в режиме копья с первого газа на второй газ и наоборот, и при этом устройство содержит по меньшей мере один соединенный по меньшей мере с одним блоком измерения температуры и по меньшей мере с одним измерительным приспособлением вычислительный блок, который предназначен для непрерывного измерения температуры в режиме копья так, что измеренная температура считается температурой Т металлического расплава лишь после нахождения второго газа в ламинарном состоянии и после того, как в течение промежутка времени Δt, равного по меньшей мере 2 секундам, имеются лишь колебания измеренной температуры максимально 1%.
Лишь с помощью способа, согласно изобретению, и устройства, согласно изобретению, можно точно определять температуру Т металлического расплава с помощью блока горелки-копья. Лишь временное вдувание через сопло инертного газа, в частности дешевого азота, предотвращает возникновение мешающих влияний, которые искажают измерение температуры Т. Расход инертного газа значительно меньше по сравнению с использованием обычного копья, так что достаточными являются обычные, предлагаемые на рынке, средства хранения, соответственно баллоны для обеспечения инертного газа. Такие средства хранения имеют небольшую потребность в месте и могут быть расположены вблизи печи.
Было установлено, что после переключения блока горелки-копья в режиме копья с первого газа, который содержит кислород, на второй газ, который образован из инертного газа, требуется определенное время для установки ламинарного потока инертного газа. Как только достигается нормальное давление р и нормальный расход Q сопла Лаваля блока горелки-копья, как правило, имеются условия для ламинарного потока, которые являются необходимыми для измерения без помех температуры металлического расплава. Было установлено, что при условиях ламинарного потока через определенный период времени устанавливается остающийся почти одинаковым уровень TN температуры, в течение которого измеряемая температура колеблется максимально на 1%. Для обеспечения возможности определения возможно более точного значения температуры Т металлического расплава измеренная температура определяется в качестве температуры Т металлического расплава, когда в течение промежутка времени Δt, равного по меньшей мере 2 секундам, больше не возникают колебания измеренной температуры больше 1%.
Давление р и расход Q по меньшей мере второго газа измеряют предпочтительно по меньшей мере с помощью одного имеющегося в устройстве измерительного приспособления.
После стадии е) способа предпочтительно происходит снова переключение со второго газа на первый газ при сохранении режима копья. А именно, было установлено, что после определенного времени вдувания через сопло инертного газа металлический расплав заметно охлаждается потоком инертного газа и достигнутый уровень TN температуры, на котором можно точно измерять температуру Т, снова покидается. Измерение температуры в этот момент времени является неточным и больше не поддается оценке. Вдуваемый инертный газ нагревается и выводится из печи с помощью отсасывания отходящего воздуха, что приводит к ненужной потере энергии. При слишком позднем выключении потока инертного газа и переключении на первый газ на основании потери энергии и ненужного использования большого количества инертного газа понижается эффективность печи и повышается стоимость производства.
При этом предпочтительно, когда переключение со второго газа на первый газ происходит как только в течение другого промежутка времени Δt1, равного максимально 10 секундам, регистрируется изменение температуры Т более чем на 1%, в частности более чем на 5%. Таким образом, можно определять оптимальный момент времени переключения со второго газа на первый газ в масштабе времени, близком к реальному, и тем самым экономить энергию, а также инертный газ и уменьшать стоимость производства.
По меньшей мере один вычислительный блок устройства предпочтительно предназначен для обеспечения переключения со второго газа на первый газ с помощью переключательного приспособления, как только в течение другого промежутка времени Δt1, равного максимально 10 секундам, регистрируется изменение температуры Т более чем на 1%, в частности более чем на 5%.
Для выполнения дальнейших измерений температуры предпочтительно затем повторять стадии d) и е) способа, согласно изобретению. Таким образом, в режиме копья можно несколько раз переключать между первым газом и вторым газом, с целью выполнения несколько раз точного измерения температуры для бесконтактного определения температуры Т металлического расплава.
За счет быстрого переключения между различными газовыми потоками можно удерживать возможно меньшими затраты времени для бесконтактного измерения температуры в режиме копья и повышать ввод энергии в металлический расплав.
Предпочтительно, когда первый газ образован кислородом, а инертный газ - азотом. За счет применения этих газов в режиме копья повышается эффективность процесса плавления и измерения температуры и, кроме того, экономится энергия и стоимость.
Инертный газ выходит в зависимости от геометрии сопла Лаваля блока горелки-копья предпочтительно с давлением по меньшей мере 6 бар в направлении металлического расплава из блока горелки-копья в печное пространство с целью создания газовой струи со сверхзвуковой скоростью, которая локально очищает поверхность металлического расплава для измерения температуры. Исходящее из освобожденной зоны поверхности тепловое излучение металлического расплава затем измеряется по меньшей мере с помощью одного блока измерения температуры.
По меньшей мере один блок измерения температуры предпочтительно предназначен для определения излучаемого металлическим расплавом вдоль продольной оси блока горелки-копья в направлении блока горелки-копья излучения. Для бесконтактного измерения температуры предпочтительно используется блок измерения температуры в виде лазера, пирометра или ондометра, при этом их можно использовать отдельно или в комбинации со световодами, которые передают излучаемое из металлического расплава в направлении блока горелки-копья излучение в блок горелки-копья. Однако в качестве альтернативного решения можно использовать другие подходящие устройства, которые пригодны для бесконтактного измерения температуры.
По меньшей мере один блок измерения температуры имеет предпочтительно приспособление для фокусирования излучения. Приспособление для фокусирования теплового излучения может быть выполнено, например, в виде линзы или системы линз. С помощью такого фокусирующего приспособления обеспечивается возможность использования максимальной доли излучаемого металлическим расплавом в направлении продольной оси блока горелки-копья излучения для определения температуры Т.
Предпочтительно, предусмотрена возможность подачи второго газа в блок горелки-копья так, что он применим равным образом как для очистки поверхности металлического расплава, так и для очистки по меньшей мере в некоторых зонах фокусирующего приспособления. За счет этого достигается комбинированное действие потока инертного газа, поскольку он без многих затрат выполняет дополнительные функции.
В одном предпочтительном варианте выполнения устройства несколько блоков горелки-копья соединены с блоком измерения температуры, так что одновременно можно определять температуру Т различных зон поверхности металлического расплава. С помощью соединенного с блоком измерения температуры по меньшей мере одного вычислительного блока можно осуществлять определение распределения по месту и/или во времени температуры металлического расплава из определяемых температур Т. За счет этого можно получать возможно полную картину температур металлического расплава внутри металлургической печи. Это очень важно, поскольку распределение температуры металлического расплава может оказывать значительное влияние на последующие стадии процесса.
Определяемую температуру Т металлического расплава можно предпочтительно применять для управления и/или регулирования параметра происходящего в печном пространстве процесса. Например, можно на основании определяемого распределения температуры целенаправленно управлять, соответственно, регулировать ввод энергии с помощью электродов в электродуговой печи в металлический расплав. Можно также осуществлять подачу добавок или т.п. в зависимости от температуры металлического расплава, соответственно, распределения температуры металлического расплава.
Продольная ось по меньшей мере одного блока горелки-копья предпочтительно образует среднюю ось канала, через который в режиме копья в печное пространство вдувается через сопло первый газ и второй газ. Канал выполнен предпочтительно прямолинейным, так что излучение может также распространяться прямолинейно, т.е. по существу без помех. Продольная ось проходит предпочтительно под углом 40°-43° к нормали к поверхности металлического расплава.
Металлургическая печь, предпочтительно электродуговая печь, содержащая по меньшей мере одно устройство, согласно изобретению, имеет то преимущество, что можно точно определять температуру образованного в ней металлического расплава и использовать для эффективного управления и/или регулирования печи.
Другие преимущества изобретения следуют из приведенного ниже пояснения изобретения на основании примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - часть металлургической печи с блоком горелки-копья и устройством для бесконтактного измерения температуры;
фиг. 2 - ход процесса плавления с измерением температуры в соответствии со способом, согласно изобретению; и
фиг. 3 - определение оптимального момента времени для измерения температуры Т металлического расплава и оптимальной точки переключения со второго газа обратно на первый газ в режиме копья.
На фиг. 1 показана в разрезе часть металлургической печи 1, в которой расположен металлический расплав 2. Печь 1 выполнена в данном случае в качестве электродуговой печи с печным пространством 1а и стенкой 1b печи. На поверхности металлического расплава 2 образован шлак 2а. Блок 3 горелки-копья установлен на стенке 1b печи над металлическим расплавом 2 и направлен на поверхность металлического расплава 2. Блок 3 горелки-копья имеет канал К, который предназначен для направления в режиме копья газового потока в направлении металлического расплава 2 в печном пространстве 1а.
Блок 3 горелки-копья имеет несколько соединений, содержащих приспособления 4 для подачи необходимого в режиме копья газа, который предпочтительно вдувается через сопло со сверхзвуковой скоростью в печное пространство. Через приспособление 4 подачи газа в режиме копья вдувается через сопло в печное пространство 1а первый газ, в данном случае предпочтительно в виде кислорода, попеременно со вторым газом, в данном случае инертным газом предпочтительно в виде азота. Для определения, когда в режиме копья имеются условия для ламинарного потока второго газа, предусмотрено по меньшей мере одно, в данном случае изображенное лишь схематично измерительное приспособление 14 для определения давления р и расхода Q по меньшей мере для второго газа в приспособлении 4 подачи газа. Однако можно также контролировать соответствующим образом давление р и расход Q первого газа.
Кроме того, имеются по меньшей мере одно приспособление 5 подачи топлива и по меньшей мере одно приспособление 6 подачи горючего газа. С помощью приспособления 5 в блок 3 горелки-копья подается топливо, в данном случае предпочтительно природный газ. Топливо сжигается вместе с горючим газом, в данном случае предпочтительно в виде кислорода, который подается с помощью приспособления 6 подачи горючего газа.
Кроме того, блок 3 горелки-копья имеет охлаждающее устройство 7 для подачи охлаждающего средства, в частности воды. С помощью охлаждающей среды блок 3 горелки-копья защищается от перегрева.
Блок 10 измерения температуры на противоположной печному пространству стороне блока 3 горелки-копья так соединен с ним, что обеспечивается возможность измерения температуры в печном пространстве 1а. Канал К блока 3 горелки-копья предпочтительно имеет продольную ось А. Из горячего печного пространства 1а электромагнитное излучение, в частности тепловое, соответственно инфракрасное излучение, может распространяться вдоль продольной оси А и попадает в канал К блока 3 горелки-копья. Из канала К излучение попадает в данном случае в фокусирующее приспособление 8, например систему линз, которое фокусирует излучение и вводит в данном примере выполнения в световод 9. С помощью световода 9 излучение подается в блок 10 измерения температуры, который из подводимого излучения определяет соответствующую температуру. Это можно осуществлять, например, с помощью блока 10 измерения температуры, который выполнен в виде пирометра.
Блок 10 измерения температуры предпочтительно выполнен так, что он может определять температуру различных составляющих излучения, в частности инфракрасного излучения. За счет этого значительно уменьшаются погрешности определения температуры. Этого можно достигать, например, с помощью пирометра частного, который также называется пирометром отношения или двухцветным пирометром. Можно использовать также другие подходящие блоки 10 измерения температуры с соответствующей точностью измерения.
При соединении блока 10 измерения температуры с блоком 3 горелки-копья в данном случае через световод 9 и фокусирующее приспособление 8 блок 10 измерения температуры может находиться не в непосредственной близости от блока 3 горелки-копья. Блок 10 измерения температуры может быть также соединен с другими блоками горелки-копья, которые расположены на печи 1. Однако можно также отказаться от световода 9, когда блок измерения температуры непосредственно соединен с фокусирующим приспособлением 8 или с противоположным печному пространству 1а концом блока 3 горелки-копья.
Предусмотрено регулировочное устройство 13, которое на основе по меньшей мере одного регулировочного сигнала регулирует подачу топлива и горючего газа в режиме горелки и дополнительно подачу струи газа в режиме копья и переключение между первым газом и вторым газом. Для этого регулировочное устройство 13 управляет не изображенным здесь переключательным приспособлением, например, в виде системы клапанов, которое осуществляет переключение между первым газом и вторым газом в приспособлении 4 подачи газа.
Кроме того, предусмотрен вычислительный блок 11, который соединен с блоком 10 измерения температуры и предназначен для оценки измеряемой температуры и выбора из множества получаемых значений температуры тех значений, которые точно указывают температуру Т металлического расплава. Для этого дополнительно измеряемый по меньшей мере одним измерительным приспособлением 14 ход изменения, с одной стороны, давления р и, с другой стороны, расхода Q по меньшей мере второго газа, передается в вычислительный блок 11.
С помощью регулировочного устройства 13 можно осуществлять регулирование, которое приводит к включению и выключению режима горелки, изменению подаваемого количества топлива и/или горючего газа, начала процесса загрузки, начала режима копья, и/или выбору и количеству вдуваемого через сопло в режиме копья газа, при необходимости дополнительно изменению подачи тока в электроды электродуговой печи 1, изменению положения электродов электродуговой печи и т.д. Это показано на фиг. 1 с помощью выходящей влево из регулировочного устройства 13 стрелки 12.
Режим копья предпочтительно начинается лишь тогда, когда подлежащий плавлению в печном пространстве 1а материал полностью находится в состоянии расплава. С помощью газовой струи, которая в режиме копья выходит со сверхзвуковой скоростью из блока 3 горелки-копья, локально удаляется, соответственно, сдувается шлак 2а, образовавшийся на металлическом расплаве 2. Тем самым поверхность металлического расплава 2 освобождается для бесконтактного определения температуры и можно определять температуру металлического расплава 2 в печном пространстве 1а с помощью блока 10 измерения температуры или другого измерителя.
На фиг. 2 показан схематично ход процесса плавления в металлургической печи. В данном случае показано изменение мощности L блока горелки-копья печи в зависимости от времени t. В первой фазе М1 происходит загрузка печи, т.е. подлежащий плавлению материал вводят в печное пространство. Во время этой первой фазы М1 блок горелки-копья работает с защитным пламенем.
Во второй фазе М2 блок горелки-копья работает в режиме горелки, и мощность ступенчато повышается. В конце второй фазы М2 в печном пространстве находится металлический расплав, который покрыт шлаком.
В примыкающей третьей фазе М3 происходит переключение блока горелки-копья в режим копья, при этом в печное пространство вдувают через сопло со сверхзвуковой скоростью первый газ, в частности кислород. Для обеспечения возможности точного определения температуры Т металлического расплава в четвертой фазе М4 первый газ заменяют вторым газом, в частности, в виде азота. При этом сохраняется режим копья. Затем непрерывно измеряют температуру освобожденной с помощью струи второго газа поверхности металлического расплава. Однако в качестве температуры Т металлического расплава измеренные значения регистрируют лишь после нахождения газового потока из второго газа в ламинарном состоянии и после того, как в течение периода времени Δt, равного по меньшей мере 2 секундам, изменяются колебания измеряемой температуры максимально лишь 1%.
Как только второй газ вызывает значительное охлаждение металлического расплава, снова происходит переключение на первый газ, и повторяется третья фаза М3. За счет смены между третьей фазой М3 и четвертой фазой М4 возможно точное определение температуры Т металлического расплава при одновременном эффективном вводе энергии в металлический расплав. Как показано на фиг. 2, в режиме копья происходит, например, два раза смена с первого газа на второй газ и снова обратно, при этом в каждой четвертой фазе М4 можно точно определять температуру Т металлического расплава. Однако смену между третьей фазой М3 и четвертой фазой М4 можно выполнять как угодно часто. Затем осуществляют выпуск металлического расплава, в то время как блок горелки-копья работает как в первой фазе М1 с защитным пламенем, и выполняют другой процесс плавления с новой загрузкой печного пространства.
На фиг. 3 показан график для определения оптимального момента времени для измерения температуры Т металлического расплава и оптимального момента времени переключения со второго газа обратно на первый газ в режиме копья. График показывает в зависимости от времени t ход изменения давления р второго газа в режиме копья, ход изменения расхода Q второго газа в режиме копья, а также измеряемую непрерывно в режиме копья с помощью блока измерения температуры температуру Tgem. В момент времени tx в режиме копья происходит переключение с первого газа, в данном случае предпочтительно в виде кислорода, на второй газ, в данном случае предпочтительно в виде азота. Относительно фиг. 2 в момент времени tx происходит смена из третьей фазы М3 в четвертую фазу М4. Расход Q второго газа через блок горелки-копья увеличивается до номинального расхода Q, а давление р второго газа падает до номинального давления р, так что в момент времени tx1 поток второго газа находится ниже условий ламинарного потока.
Измеряемая температура Tgem достигает уровня TN температуры и далее едва колеблется. Если в условиях ламинарного потока в течение периода времени Δt, равного по меньшей мере 2 секундам, измеряются колебания измеряемой температуры максимально лишь 1%, то измеряемая температура Tgem принимается равной температуре Т металлического расплава и запоминается. Для оценки измеряемых с помощью по меньшей мере одного измерительного приспособления значения расхода Q, давления р и температуры Tgem, измеряемой с помощью по меньшей мере с помощью одного блока измерения температуры, используется для определения температуры Т металлического расплава по меньшей мере один вычислительный блок, в который передаются измеряемые значения и который выполняет требуемые вычисления.
Пока уровень TN температуры остается стабильным и измеряемая температура Tgem колеблется не больше, чем на 1%, можно продолжать определение температуры Т. Однако как только распознается значительное падение измеряемой температуры Tgem с уровня TN температуры, которое основывается на охлаждении металлического расплава струей второго газа, то в режиме копья происходит переключение снова на первый газ. Относительно фиг. 2 это означает переключение из четвертой фазы М4 в третью фазу М3. Теоретически оптимальный момент времени tx2 для переключения со второго на первый газ в режиме копья показан на фиг. 3. Когда в течение периода времени Δt1, равного максимально 10 секундам, наблюдается падение температуры Т больше, чем на 1%, в частности больше, чем на 5%, относительно уровня TN температуры, то тотчас происходит переключение, и в печное пространство снова вдувается первый газ.
Способ, согласно изобретению, и устройство, согласно изобретению, можно применять в металлургических печах с расположенными по-другому блоками горелки-копья, с несколькими блоками горелки-копья или в имеющих другую геометрическую форму печах без отхода от идеи изобретения.
1. Способ бесконтактного определения температуры Т металлического расплава (2) в печи (1), которая содержит по меньшей мере один блок (3) горелки-копья, который направляется над металлическим расплавом (2) через стенку (1b) печи в печное пространство (1а) с помощью по меньшей мере одного расположенного после блока (3) горелки-копья блока (10) измерения температуры, содержащий следующие стадии:
a) работы по меньшей мере одного блока (3) горелки-копья в режиме копья посредством направления газового потока в печное пространство (1а) со сверхзвуковой скоростью;
b) сдувания с поверхности металлического расплава (2) шлака (2а) с помощью газового потока;
c) образования газового потока в течение первого периода времени с помощью первого газа в виде кислорода или содержащего кислород газа;
d) переключения с первого газа на второй газ при сохранении режима копья в течение второго периода времени;
е) выполнения непрерывного измерения температуры по меньшей мере в течение второго периода времени, при этом измеренная температура определяется в качестве температуры Т металлического расплава (2) лишь после того, как газовый поток находится в ламинарном состоянии, и после того, как в течение промежутка времени Δt, равного по меньшей мере 2 секундам, возникают колебания измеренной температуры максимально лишь 1%.
2. Способ по п.1, в котором после стадии е) способа происходит переключение со второго газа на первый газ при сохранении режима копья.
3. Способ по п.2, в котором переключение со второго газа на первый газ происходит, как только в течение другого промежутка времени Δt1, равного максимально 10 секундам, регистрируется изменение температуры Т более чем на 1%.
4. Способ по п.3, в котором переключение со второго газа на первый газ происходит, как только в течение другого промежутка времени Δt1, равного максимально 10 секундам, регистрируется изменение температуры Т более чем на 5%.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором затем повторяют стадии d) и е).
6. Способ по любому из пп.1-4, в котором с помощью по меньшей мере одного блока (10) измерения температуры измеряют испускаемое вдоль продольной оси блока (3) горелки-копья в направлении блока (3) горелки-копья излучение.
7. Способ по любому из пп.1-4, в котором температуру Т металлического расплава (2) применяют для управления и/или регулирования параметра происходящего в печном пространстве (1а) процесса.
8. Способ по любому из пп.1-4, в котором первый газ образован кислородом, а инертный газ образован азотом.
9. Устройство для бесконтактного определения температуры Т металлического расплава (2) в печи (1), в частности, в соответствии со способом по любому из пп.1-8, при этом устройство содержит по меньшей мере один блок (3) горелки-копья, который направляется над металлическим расплавом через стенку (1b) печи (1) в печное пространство (1а), при этом блок (3) горелки-копья имеет по меньшей мере соединения для первого газа в виде кислорода или содержащего кислород газа, для второго газа в виде инертного газа и для горючего газа, при этом устройство дополнительно содержит измерительное приспособление (14) для определения давления p и расхода Q второго газа, а также по меньшей мере один расположенный по меньшей мере после одного блока (3) горелки-копья блок (10) измерения температуры для определения температуры Т, при этом устройство имеет по меньшей мере одно переключательное приспособление, которое обеспечивает возможность переключения в режиме копья с первого газа на второй газ и наоборот, и при этом устройство содержит по меньшей мере один соединенный по меньшей мере с одним блоком (10) измерения температуры и по меньшей мере с одним измерительным приспособлением (14) вычислительный блок (11), который предназначен для непрерывного измерения температуры в режиме копья так, что измеренная температура считается температурой Т металлического расплава (2) лишь после нахождения второго газа в ламинарном состоянии и после того, как в течение промежутка времени Δt, равного по меньшей мере 2 секундам, имеются колебания измеренной температуры максимально лишь 1%.
10. Устройство по п.9, в котором по меньшей мере один вычислительный блок (11) предназначен для переключения со второго газа на первый газ, как только в течение другого промежутка времени Δt1, равного максимально 10 секундам, регистрируется изменение температуры Т более чем на 1%.
11. Устройство по п.9, в котором по меньшей мере один блок (10) измерения температуры предназначен для измерения испускаемого вдоль продольной оси блока (3) горелки-копья в направлении блока (3) горелки-копья излучения.
12. Печь (1), в частности электродуговая печь, содержащая по меньшей мере одно устройство по любому из пп.9-11.
