用於在頂吹方法情況下確定點火時刻的方法

2023-09-15 09:45:40

專利名稱：用於在頂吹方法情況下確定點火時刻的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在鋼轉爐中在頂吹方法情況下、尤其是在LD方法情況下確定點火時刻的方法，其中探測在點火時出現的在轉爐口與排放罩之間逸出的輻射，以及涉及一種相應的設備。
背景技術：
鋼生產的目的是製造鋼，也就是具有小的碳含量以及期望的諸如硬度、防鏽性或可塑性的特性的鐵合金。在鼓風方法中，用氧氣對生鐵進行精煉。在這些方法中，降低碳分量(精煉(Frischen))的該氧化過程提供足夠的熱以使鋼保持液態，因此在轉爐中不需要外部熱輸送。可以將鼓風方法附加地劃分為頂吹方法和底吹方法。屬於底吹方法的有酸性轉爐方·法、託馬斯方法、直接煉鐵法(Rennfeuer)和早期的高爐。最公知的頂吹方法是LD方法。在Linz-Donawitz方法(簡稱LD方法)情況下，在LD轉爐中注入金屬廢料和液態生鐵並且添加造渣劑。經由噴管將氧氣吹到熔液上。在此，在鋼中不期望的伴生元素，如硫、磷、碳等燃燒並且轉化為煙氣或爐渣。通過與燃燒所關聯的巨大的放熱，熔化所添加的廢料或可以通過添加廢料和礦石減少生鐵使用並且將熔液冷卻。鼓風持續時間為10至20分鐘之間，並且被選擇為使得實現期望的脫碳和不期望的雜質的燃燒以及期望的最終溫度。製成的鋼通過轉爐容器翻轉到桶中而被放出。首先，具有超過1600°C溫度的鋼池通過出鋼口而被放出到桶中，然後爐渣經由轉爐邊緣被倒掉。但是，在鋼轉爐中的燃燒不隨著氧氣的吹入而立即開始，而是一般延遲幾秒直至90秒，以然後在不可預定的時刻自發地開始。對點火的準確時刻的認識是非常重要的，因為只有從該時刻起氧氣才與熔液反應並且該反應的實際持續時間對於過程引導和鋼質量、尤其是其碳含量是決定性的。點火時刻與其它參數一起能夠實現從開始到結束對鼓風過程的控制。通過對點火時刻的準確認識，可以改善鋼的質量，並且省去重新吹入氧氣(再鼓風)或重新滲碳(與重新使用硫相關聯)。鼓風過程的可重複性得到改善，這也積極地影響過程鏈的其它步驟，例如二次冶金。迄今通過操作者藉助對轉爐的觀察來確定點火時刻並由此手動地將點火時刻輸入過程控制裝置中。但是，與操作者的無經驗或可能的注意力不集中同樣地，劇烈的煙霧和灰塵生成影響通過操作者進行的明確的點火識別。也間接地經由測量鋼轉爐的廢氣或廢氣管道中的溫度上升來自動探測點火。但是該方法與在實際點火時刻和點火時刻的檢測之間的多秒、通常直至30秒的時間延遲相關聯。但是，這種對點火時刻的延時的確定對於過程引導來說是不利的。此外，事後可能不精確地、而是僅近似地確定點火時刻。噴管頭中的熱膨脹也可以被考慮用於確定點火時刻(藉助應變計)。但是這是以高的技術耗費為條件並且只能延遲地確定點火時刻。由專利文獻AT 299 283 B已知，為了準確地確定點火時刻，通過光電池、也就是更更廣泛意義下的電子管來測量火焰亮度。根據AT 299 283 B，該光電池以其光軸水平地布置在轉爐出口的上邊緣上方大約IOcm處，使得該光電池在煙囪罩打開的情況下探測在轉爐出口(轉爐口)的上邊緣與煙囪罩(排放罩)的下邊緣之間逸出的輻射。現在光電池被調整為，使得光電池的控制電流在力求達到的反應氣體的溫度超過大約1100°C、優選大約1200°C的情況下出現，並由此表示點火時刻。光電池的控制電流觸發對預先確定的「冶金」氧氣量的測量。AT 299 283 B的方法的缺點在於，其僅提供唯一的數據值，對於頂吹方法的可靠點火識別來說該唯一的數據值通常是不夠的。光電池也可以通過一次地幹擾、例如在光電池附近的唯一的火花來觸發，儘管氧氣的真實的點火還未發生。

發明內容
因此本發明的任務是說明一種允許可靠地確定點火時刻的方法，其中不僅僅考慮 在轉爐口和排放罩之間逸出的輻射的一個測量值。該任務通過以下方式解決，即最早(因為否則必要時其它、不是來自點火的火焰還在明亮地熊熊燃燒)從氧氣噴吹開始(例如在達到一定的氧氣流量時)，藉助包含多個分別與一個圖像點相應的光電二極體的傳感器、優選藉助CCD圖像傳感器對轉爐口和排放罩之間的同一區域的多個時間上相繼的圖像進行記錄，基於由光電二極體測量的輻射強度確定輻射強度在時間上的變化過程(Verlauf)，並且將達到預定的輻射強度或預定的輻射強度上升的時刻確定為點火時刻。在大多數應用中事先將確定的輻射強度定義為極限值，超過該極限值就確定點火時刻。但是也可以設想，不僅僅使用輻射強度的確定的值用於確定點火時刻。從而可以例如對於輻射強度的多個相繼的值(或平均值，見下)來計算輻射強度曲線的斜率，並且將確定的斜率確定為與點火相應的極限值。為此可以計算兩個非相繼的、而是相距例如I秒的值之間的平均輻射強度的差異。如果該差值(Delta)超過事先確定的、對於點火來說典型的極限值，則直接在該時刻發出點火信號。從而在藉助斜率或差測量確定點火時刻時出現小的延遲，因為的確在點火時刻之後必須等待輻射強度的至少一個直至η個測量值，其中η是被求平均的值(「最終的輻射強度或灰度值」)的數量。但是所述延遲總是仍然比在常規方法中出現的延遲小一些。對於本發明方法所需要的光電二極體是半導體二極體，它們將可見光、但是視實施而定也將紅外(IR)射線、紫外(UV)射線或X射線通過內部光電效應轉換為電流。傳感器的每個光電二極體都與傳感器的一個圖像點或像素相應，並由此與所記錄的圖像的一個圖像點或像素相應。CO)圖像傳感器是由所謂的CO)元件(電荷f禹合器件(Charge-coupled devices))構建的傳感器。CCD圖像傳感器大多由具有稱為像素或圖像點的光敏光電二極體的矩陣(一行是比較少見的)組成。這些CCD圖像傳感器可以是矩形的、方形的或者多邊形的，其中邊長小於3 μ m至超過20 μ m。像素的面積越大，CXD傳感器的動態範圍以及光敏性越高，但是在傳感器大小相同的情況下圖像解析度越小。CXD圖像傳感器既可以針對可見波長也可以針對近紅外範圍、UV範圍和X射線範圍來製造。由此針對特殊應用的光譜從O. Ipm擴展直至大約I. Ιμπι。其它優點是其寬光譜靈敏性、其高動態範圍(也就是同時檢測圖像的非常弱光的和非常明亮的區域的能力)以及以下事實圖像信息以數字方式產生，這例如在光度測定(亮度測量)和應用經過完善的圖像處理方法時是有利的。由CCD圖像傳感器和光學系統構成的CCD照相機可以被遙控用於工業中的應用，並且將圖像自動存儲在數據載體上。接著的圖像分析已經部分地參與了 CXD元件的讀取算法，以更快地讀取感興趣的圖像區域(英語Region of Interest, ROI,感興趣區)。但是，除了 CXD圖像傳感器之外還可以使用其它基於光電二極體工作的傳感器。例如存在所謂的有源像素傳感器(APS, aktiver Pixelsensor),其是以CMOS技術製造並因此通常稱為CMOS傳感器的用於光測量的半導體探測器。通過使用CMOS技術，可以將其它功能集成到傳感器晶片中，例如曝光監督、對比度校正或模擬數字轉換。數字像素傳感器(DPS)是基於CMOS傳感器的原理的的圖像傳感器，但是由於特殊的採樣方法而與常規傳感器相比具有顯著更大的動態性並且在很多情況下具有明顯更好的信噪比。此外，在合適的光情況時可以實現每秒直至10000個圖像的圖像速率。
根據本發明，傳感器對準轉爐口與排放罩之間的區域，並且一旦開始了氧氣噴吹並且從而因此發生點火，就連續地記錄圖像並存儲。總是對相同的圖像區域進行記錄。藉助圖像處理程序，從每個所記錄的圖像確定在轉爐口和排放罩之間的在所述圖像上成像的區域的輻射強度。如果將所計算的強度值繪製在時間軸上方，則看見輻射強度的時間上的變化過程。如果一次地、可以說是為了初始化該方法確定該輻射強度，其中在該輻射強度時出現點火，則只有該輻射強度必須在所計算的輻射強度的時間變化過程中被搜索。分配給該輻射強度的時刻於是是點火時刻。由於在點火之後輻射強度相對迅速地升高，因此還可以將以下時刻確定為點火時刻，即自所述時刻起，輻射強度的時間變化過程經歷確定的、事先所確定的上升(見上)。已被證明有利的是，選擇主要探測可見光的傳感器，例如以C⑶照相機的形式。這樣的照相機與熱圖像照相機不同地可在市場上有益地獲得，並且同樣提供關於輻射強度的期望信息(特定于波長的最大輻射功率隨著溫度的升高從IR在可見範圍的方向上移動_>Wien的位移法則)。為了保證沒有紅外輻射進入CXD照相機中並且從而保護傳感器免受熱輻射的影響，可以前置IR阻擋濾波器。如果傳感器在可見光的範圍內工作，則該傳感器還可以在點火時間之外用作監控照相機。傳感器的圖像應當最好包括在轉爐口邊緣與排放罩邊緣之間的整個空隙。例如可以規定，物鏡的張角被調整為，使得根據可能性在轉爐口與排放罩之間的整個空隙是可見的，但是至少該區域的50%，優選從該空隙的中間。根據本發明，在該方法中將傳感器的靈敏性調整為，使得在氧氣噴吹之前、也就是在確實還未發生點火時所記錄的圖像儘可能不具有曝光，也就是幾乎是黑色的。這例如可以通過將物鏡中的光闌固定地調整到高的光闌數(=光闌幾乎被關閉)和/或通過固定地調整出照相機(電子快門)的短曝光時間來實現。由於該原因，物鏡的光闌必須可以手動地調整或者必須在自動光圈(Auto-Iris)物鏡中設置專用電路，通過該專用電路在點火識別的時間段內去活自動光闌調節。傳感器應當至少包括10000個的多個圖像點。例如，傳感器可以包括480X640個圖像點或者(在模擬照相機的情況下)根據PAL標準包括768 X 576個像素，這完全足夠了。
本發明的方法規定，對每個圖像僅選擇在轉爐口與排放罩之間的確定數量的最亮的圖像點，與轉爐口與排放罩之間的區域(ROI)的O. 1%-1%的部分相應，並且從這些圖像點中通過求平均確定轉爐口與排放罩之間的輻射強度。的確僅在轉爐口與排放罩之間的空隙對於輻射強度的計算是有關的，因為的確僅從該空隙中漏出的輻射說明了所實現的點火。與此相應地，為了確定輻射強度僅考慮該空隙，更準確地說是該空隙的成像在圖像上的部分。該空隙的成像在圖像上的部分因此基本上是用於對圖像進行進一步分析所考慮的所謂「感興趣區」(R0I)。因此原則上僅需要對空隙的圖像點或像素讀取像素的輻射強度或灰度級。但是在上述實施中，不是將所有像素用於確定輻射強度，而是僅使用確定數量的最亮像素。一般僅選擇表示在轉爐口與排放罩之間的區域(也即空隙)的O. 1%_1%的部分那麼多的最亮像素。如果例如傳感器包括480X640個圖像點或像素並且其中大約五分之一與ROI相應(在使用廣角物鏡的情況下一對於點火階段之外的監控有意義一包括遠多於僅 轉爐與罩之間的空隙的圖像區域)，則大約僅空隙的100個最亮像素可以被選擇用於確定輻射強度，其中這應當僅理解為參考值，因為最亮像素的數量可以被調整為可變參數。對最亮像素的輻射強度或灰度值求平均，並且由此確定該圖像的輻射強度或灰度值的平均值。這對每個所記錄的圖像而言重複並且在時間軸上方繪製出輻射強度或灰度值的結果，其中作為相應的時刻使用記錄圖像的時刻。為了獲得輻射強度的曲線在時間上儘可能平滑的變化過程，可以規定，對輻射強度在多個相繼的圖像上求平均，尤其是在至少五個圖像上或在兩秒的最大時間間隔上求平均。已經表明，特別是在氧氣噴吹的開始時僅出現單個火花，這些單個火花又很快熄滅。相應地，在一圖像中可以識別出特別明亮的圖像點，但是在隨後的圖像中僅識別出相對於其較暗的圖像點。因此如果將會在不對所計算的灰度值求平均的情況下依次對圖像進行進一步處理，則從具有特別明亮的圖像點(例如，熾熱的火花或短時的火焰舌到達直至接近物鏡之前)的單個圖像中已經可以得出對用於噴吹氧氣的點火的輻射強度的超過(或輻射強度的時間曲線的特別陡峭的上升)，而隨後的較暗的圖像將會給出低於用於噴吹氧氣的點火的該輻射強度的輻射強度(或輻射強度的時間曲線的特別陡峭的下降)。因此有意義的是，對輻射強度的曲線進行平滑，以獲得連續上升的曲線，然後利用該曲線可以明確地確定點火時刻。根據本發明的圖像記錄最晚在排放罩下降到轉爐口時結束。因為排放罩與轉爐口之間的空隙於是閉合，並且圖像對於點火不再是有關的。當然，圖像記錄也可以在以前就已經被調整，例如在基於通過本發明的方法確定的輻射強度已經確定了點火時刻並且通過在廢氣煙囪中達到一定的廢氣溫度而確認了點火時刻時。當然也可以還在達到點火點之後或者在排放罩下降之後記下其它圖像，以便能識別其它與過程有關的事件或用於監控。本發明的用於執行該方法的設備包括照相機，所述照相機具有傳感器，所述傳感器包含多個光電二極體，優選具有CCD圖像傳感器，其中所述照相機以其光軸對準轉爐口與排放罩之間的空隙，以及包括用於對照相機的圖像進行分析的計算機，其中該計算機被編程為，使得該計算機基於由傳感器記錄的輻射強度確定輻射強度在時間上的變化過程，並且將達到預定的輻射強度或預定的輻射強度上升的時刻確定為點火時刻。所述計算機與鋼轉爐的過程控制系統連接並且將點火時刻通知給過程控制系統或控制裝置(PLC)。最簡單地，照相機可以安置在鋼轉爐的外罩(Umhausing)上。為了保護照相機免受鋼轉爐的強烈輻射熱以及外罩的傳導熱，可以規定照相機被冷卻的外殼包圍，其中冷卻可以通過水、通過空氣或者通過氮氣進行。還要注意將用於物鏡的觀察口(AusblicksSffnung)保持得小(大約5mm直徑)。此外應當採用所謂的針孔(Pinhole)物鏡。為了不讓通過該觀察口進入外殼的灰塵、煙霧、火花或火到達物鏡並且到達照相機，通過藉助氮氣或空氣吹洗使照相機前的該區域不阻塞。附加地可以規定，外殼在照相機的物鏡前具有活門或滑塊形式的可氣動或手動操作的閉鎖。由此可以在點火過程之間的間歇中保護照相機免受輻射和汙染。


藉助示意圖以及藉助圖像和圖表示例性闡述本發明。圖I示出具有傳感器的鋼轉爐的側截面視圖，
圖2示出具有安裝在外罩(所謂的鼓形罩)中的傳感器的鋼轉爐的側截面視圖，
圖3示出由傳感器記錄的圖像，
圖4示出在排放罩與轉爐口之間的空隙的圖像序列，
圖5示出具有輻射強度的時間變化過程和其它過程參數的圖表，· 圖6示出圖5的片段。
具體實施例方式在圖I中示出鋼轉爐1，在該鋼轉爐中有待精煉的爐料，即廢料和塊狀生鐵2以及液態生鐵3。在轉爐口上方布置廢氣煙囪4，鋼轉爐I向上朝著轉爐口逐漸變細。可以沿著雙箭頭6下降或提升的排放罩5包圍廢氣煙囪4。該排放罩用於密封轉爐口並且用於在精煉期間捕獲精煉爐氣。可提升和下降的噴管7通過廢氣通道4的開口 8引入鋼轉爐I中。噴管7從位置H2下降直到工作位置H1,在所述位置H2中噴管7用實劃線表示並且在此氧氣輸送還未開放。在達到工作位置H1之前不久就已經開放氧氣輸送，並且用於鼓風所需要的氧氣9逸出。噴管7進一步下降，而氧氣9從出口逸出，直到噴管7達到點劃線示出的工作位置H1為止。這也可以從圖5中看出，其中噴管7的位置通過曲線32示出和氧氣流量通過曲線34示出。如果沒有出現點火延遲，則應當在達到工作位置H1時進行點火。但是，如果點火通過突出的廢料等遭到延遲，則不參與精煉反應並且當然必須被考慮的氧氣量洩出。如果進行點火，則來自鋼轉爐I的反應氣體10上升，該反應氣體主要由一氧化碳(CO)組成。然後排放罩5如圖I中所示打開，從而所謂的滲入空氣11通過排放罩5與鋼轉爐I或其轉爐口之間的空隙流入。反應氣體10的一氧化碳與空氣一起燃燒。以點火開始的、噴吹氧氣與來自生鐵的碳的燃燒產生發白光的火焰或氣體。傳感器/照相機14在I至3m的距離下藉助包圍該傳感器/照相機14的外殼23固定在鋼轉爐I的外罩上，而且如此被固定，使得以該傳感器/照相機的光軸12對準排放罩5與鋼轉爐I或其轉爐口之間的空隙中。傳感器14構造為僅提供灰度值的CXD或CMOS圖像傳感器(黑/白CXD圖像傳感器)。還可以使用彩色照相機，於是所述彩色照相機的圖像經由軟體被轉換為灰度級圖像。在傳感器之前連接物鏡13,物鏡13與傳感器14 一起構成照相機。可以對物鏡的光闌開口以及照相機傳感器的曝光時間進行調整。而且最好如此調整，使得在氧氣噴吹之前記錄的圖像、也就是在確實還沒有發生點火時記錄的圖像不具有曝光、也就是為黑色的。這具有以下優點僅當輻射強度實際上來自如在點火之後才會遇到的熱的火焰時，像素才將進入飽和。火焰較通常地在點火之前也就已經在那兒了，只是遠遠沒有像在點火時那樣高的明亮度。傳感器14的圖像信號經由線路19轉發給計算機20，所述計算機20對所述圖像信號進行處理和分析。這可以是特意僅進行圖像處理和分析並且將在此獲得的數據、尤其是點火時刻轉發給控制系統的中央計算機的計算機。但是計算機20也可以是中央計算機，該中央計算機除了其其它任務之外還進行圖像處理和分析並且將所獲得的數據用於過程控制，例如用於調節到鋼轉爐I中的氧氣輸送或用於送往(Zufahren)排放罩5。還可以向計算機20轉發外殼23中溫度的測量值，因為該計算機20也監控針對外 殼的空氣或水冷卻。此外，該計算機也接管用於打開和關閉活門26的控制。相應地，由計算機20經由線路18向照相機傳導控制信號以調整曝光時間和光闌開口。對外殼23進行冷卻，其中可以由自己的調節器或基於外殼23中的溫度測量由計算機20來執行對冷卻劑流入24和冷卻劑流出25的調節。此外可以規定，用吹洗空氣(未示出)使物鏡13或物鏡13的蓋板不阻塞。冷卻劑流量以及空氣吹洗的氣壓受到持續監控，以便能立即識別故障。附加地，為了保護照相機設置機械活門26，該機械活門被安置在外殼23之前並且氣動或手動地運行。活門26可以在傳感器14或用該傳感器構成的照相機的運行時間之外關閉，以保護照相機免受熱影響或爐渣飛濺物。對所述活門的操作可以通過操作員用手地或者通過控制系統的中央計算機自動地觸發。針對照相機的傳感器14的電流供應21，22同樣在圖I中示出。在圖2中示出圖I的設備的片段，在此處外殼23安裝在所謂的鼓形罩29中。在那裡外殼23或照相機經由臺架31可達。用30示出由兩部分組成的所謂鼓形罩門的一側，該鼓形罩門對於裝料過程被打開。在鼓風過程期間外罩完全閉合，這需要根據圖2安裝照相機。在圖3中示出由傳感器14記錄的圖像，其中這裡點火已經發生了。上面的暗的圖像區域表示排放罩5或鼓形罩29的覆蓋物，下面的暗的圖像區域表示鋼轉爐I或其轉爐口。排放罩與轉爐口之間的空隙大部分明亮地被照亮。這也是對於確定點火時刻是決定性的該圖像片段。因此還僅考慮對在圖像中所包含的空隙的大部分成像的矩形圖像區域用於進一步計算。該圖像區域稱為「感興趣區」(ROI) 15。在氧氣仍流經噴管7之前，必要時將活門26打開，從而在鼓風過程開始時一此時氧氣通過噴管被吹到鋼轉爐I中一無論如何輻射/光已經可以通過物鏡13到達傳感器14。圖4中所示的圖像序列的在鼓風過程之前記錄的第一圖像因此幾乎完全是黑色的。然後，最遲從氧氣噴吹開始(例如在氧氣流量>100Nm3/min時)持續地記錄圖像，例如這裡是每秒10個圖像(以IOOms時鐘來記錄)。同時必要時將照相機的曝光時間和光闌開口置於合適的、固定的設定(變暗的圖像)。記錄的開始還可以通過中央計算機來預先給定，該中央計算機利用將氧氣輸送接通到噴管7或者利用達到確定的氧氣流量來啟動記錄的開始。曝光時間根據光闌開口而大多處於1/1000秒和1/50000秒之間的範圍中。作為實際點火的其它條件適用的是給定所需要的最小氧氣流量。在圖4中從第八個圖像(第二行右上方的圖像)開始已經可以識別出飽和的像素。從該時刻起，但是最遲從第十一個圖像開始，實際就允許進行點火。從每個所記錄的圖像，通過計算機20從對於所有圖像而言都由相同的圖像點組成的感興趣區15中來選擇最亮的百個圖像點或像素。對其輻射強度或灰度值求平均並且將其輻射強度或灰度值的平均值確定為所述空隙在圖像記錄時刻的暫時輻射強度或為暫時灰度值。對所述暫時輻射強度或所述暫時灰度值與四個時間上在前的圖像的暫時輻射強度或灰度值一起求平均。也就是在5個相繼的圖像上進行求平均，這在每秒10個圖像的情 況下相當於在半秒的時間間隔上求平均。由在5個圖像上求平均而計算出的值被確定為所述空隙在圖像記錄時刻的最終輻射強度或為最終灰度值並進行存儲。這些計算在當前的鼓風過程期間在線地進行。通過本發明的方法產生的、在轉爐口與排放罩之間的空隙的圖像以及灰度值曲線的時間變化過程也可以持續地並且實時地在控制臺中的監視器上顯示。由此操作員也可以藉助這些圖像或灰度值的明確的上升識別點火時刻。該結果比通過操作員直接觀察空隙更準確，因為傳感器比操作員可能做到的更接近鋼轉爐，並且此外灰度值曲線實現了對該決定性時間段的變化過程的總體概覽。為了能利用本發明的方法確定點火時刻，傳感器或用該傳感器構成的照相機必須被一次地校準在此利用該照相機記錄鼓風過程的圖像，並且如上所述確定最終輻射強度。在此要注意最終輻射強度在點火之前幾乎為零(即圖像幾乎全黑)，而在點火之後至少部分地進入飽和。還可能的是持續地動態地進行精細校準，其方式是根據廢氣煙 4中的廢氣溫度調整敏感度(變暗)。因為根據鋼轉爐或廢料的當前配料(Charge)的成分，在生鐵被裝料之後一些配料已經燃燒。在採用溼廢料的情況下，附加地釋放容易燃燒或甚至引起爆炸的氫氣。如果已知大致與點火時刻相應的輻射強度或強度曲線的斜率，則在本發明的方法運行時必須至少一直產生圖像，直到得出其最終輻射強度與點火的輻射強度相應或者高於該點火的輻射強度或其最終輻射強度與在前圖像的最終輻射強度處於確定比例(根據在點火進行時所確定的曲線斜率)或者超過該比例的圖像。更好的是，此外也還產生其它圖像，以確保輻射強度不再下降或者斜率不再下降。在此可以忽略由於強烈的煙霧生成而導致的較短的、暫時的強度擾動。在圖5中(尤其是)示出通過傳感器14測量的並且利用本發明的方法確定的輻射強度的時間變化過程，但是是在與圖4的不同的配料的情況下並且由此不能直接與圖4的相比較。所基於的圖像以相同的時間區間被記錄(每秒十個圖像)。豎軸[O…1000]被分配有多個其它測量值，它們全部來自所述設備的已經存在的測量設備並且必須由設備驅動器提供(至少是氧氣流量和廢氣溫度)，以便能夠自動啟動記錄以及確認點火和停止記錄。曲線16表示如上所述確定的、各個圖像的暫時輻射強度(在圖像的感興趣區15的100個最亮像素上求平均的強度或灰度值)。在這種情況下，圖像的記錄以及由此還有該曲線的值的計算在氧氣流量>100Nm3/min情況下開始。在啟動記錄之後，傳感器的曝光首先仍然非常高，由此闡述了在該時刻的曲線峰值。但是，然後在第一圖像期間曝光減少。可以很好地識別出，曲線在上升的區域中具有大的齒，該齒超過灰度值範圍的一半。因此對圖像的暫時輻射強度或灰度值與時間上相鄰的圖像如上所述那樣求平均。在此產生的輻射強度(上面稱為「最終」輻射強度)在曲線17中示出。該曲線17具有更為平滑的變化過程並且在給定附加條件(尤其是最小氧氣流量)的情況下當超過閾值(例如70%)時觸發點火信號。排放罩5的位置通過曲線35示出，在這種情況下，排放罩根據圖5在大約18秒後開始下降，例如在時刻8:48:16。因此通過根據本發明的方法來識別點火，該排放罩可以在18秒以前就已經下降，這又帶來以下優點從該時刻起已經可以回收CO氣體作為用於其它過程的燃燒氣體(最大CO氣體回收)，否則該CO氣體通過侵入到空隙的滲入空氣燃燒。在圖6中示出圖5的針對發生點火的該時間間隔的輻射強度。附圖標記列表 I鋼轉爐 2廢料和塊狀生鐵 3液態生鐵 4廢氣煙囪 5排放罩
6排放罩5的下降或提升的方向 7噴管
8用於噴管7的開口
9氧氣
10反應氣體
11滲入氣體
12光軸
13物鏡
14傳感器
15感興趣區
16輻射強度的曲線
17平均輻射強度的曲線
18用於來自計算機的控制信號的線路
19用於給計算機20的圖像信號的線路
20計算機
21電流供應
22電流供應
23外殼
24冷卻劑流入
25冷卻劑流出
26活門
27
28光軸12至轉爐口的距離29外罩(鼓形罩)
30至鼓形罩29的門31臺架
32噴管7的位置33廢氣溫度[°C ]
34氧氣流量[Nm3/min]
35排放罩5的位置
H1噴管7的工作位置
H2在開放氧氣輸送之前噴管7的位置·
權利要求
1.用於在鋼轉爐(I)中在頂吹方法情況下、尤其是在LD方法情況下確定點火時刻的方法，其中探測在點火時出現的在轉爐口與排放罩(5)之間逸出的輻射，其特徵在於，最早從氧氣噴吹開始，藉助包含多個分別與一個圖像點相應的光電二極體的傳感器(14)，優選藉助CCD圖像傳感器對轉爐口和排放罩(5)之間的同一區域的多個時間上相繼的圖像進行記錄，基於由光電二極體測量的輻射強度確定輻射強度在時間上的變化過程，並且將達到預定的輻射強度或預定的輻射強度上升的時刻確定為點火時刻。
2.根據權利要求I的方法，其特徵在於，所述傳感器(14)主要探測可見光。
3.根據權利要求I或2的方法，其特徵在於，所述圖像包括轉爐口的邊緣與排放罩(5)的邊緣之間的整個空隙。
4.根據權利要求I或2的方法，其特徵在於，所述圖像包括轉爐口與排放罩(5)的邊緣之間的空隙的面積的至少50%，優選從該空隙的中間開始。
5.根據權利要求I至4之一的方法，其特徵在於，將所述傳感器(14)的靈敏性調整為，使得在氧氣噴吹之前記錄的圖像儘可能不具有曝光。
6.根據權利要求I至5之一的方法，其特徵在於，所述傳感器(14)至少包括10000個的多個圖像點。
7.根據權利要求I至6之一的方法，其特徵在於，對每個圖像僅選擇在轉爐口與排放罩(5)之間的確定數量的最亮的圖像點，尤其是與轉爐口與排放罩(5)之間的區域的O. 1%-1%的部分相應，並且從這些圖像點中通過求平均確定轉爐口與排放罩(5)之間的輻射強度。
8.根據權利要求I至7之一的方法，其特徵在於，對輻射強度在多個相繼的圖像上求平均，尤其是在至少五個圖像上或在兩秒的最大時間間隔上。
9.根據權利要求I至8之一的方法，其特徵在於，圖像的記錄在排放罩(5)下降到轉爐口時結束。
10.用於執行根據權利要求I至9之一的方法的設備，包括照相機(13，14)，所述照相機具有包含多個光電二極體的傳感器(14)，優選具有CCD圖像傳感器，其中所述照相機(13，14)以其光軸對準轉爐口與排放罩(5)之間的空隙，以及包括用於對照相機的圖像進行分析的計算機，其中該計算機被編程為，使得該計算機基於由傳感器記錄的輻射強度確定輻射強度在時間上的變化過程，並且將達到預定的輻射強度或預定的輻射強度上升的時刻確定為點火時刻。
11.根據權利要求10的設備，其特徵在於，所述照相機(13，14)安置在鋼轉爐(I)的外罩處。
12.根據權利要求10或11的設備，其特徵在於，所述照相機(13，14)被冷卻的外殼(23)包圍。
13.根據權利要求10至12之一的設備，其特徵在於，用於照相機(13，14)的物鏡的觀察口具有小於6mm的直徑。
14.根據權利要求10至13之一的設備，其特徵在於，採用針孔物鏡。
15.根據權利要求12至14之一的設備，其特徵在於，設置裝置，利用該裝置能夠通過藉助氮氣或空氣吹洗使所述外殼(23)的觀察口不阻塞。
16.根據權利要求12至15之一的設備，其特徵在於，所述外殼(23)在照相機的物鏡(13)前具有活門(26)或滑塊形式的可氣動或手動操作的閉鎖。
全文摘要
本發明涉及一種用於在鋼轉爐(1)中在頂吹方法情況下、尤其是在LD方法情況下確定點火時刻的方法，其中探測在點火時出現的在轉爐口與排放罩(5)逸出之間的輻射。為了能夠可靠地確定點火時刻規定，最早從氧氣噴吹或達到一定的O2流量開始，藉助包含多個分別與一個圖像點相應的光電二極體的傳感器(14)、優選藉助CCD圖像傳感器對在轉爐口和排放罩(5)之間的同一區域的多個時間上相繼的圖像進行記錄，基於由光電二極體測量的輻射強度確定輻射強度在該時間上的變化過程，並且將達到預定的輻射強度或預定的輻射強度上升的該時刻確定為點火時刻。
文檔編號C21C5/46GK102906281SQ201180026997
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月12日 優先權日2010年6月2日
發明者F.哈特爾, T.庫茨曼 申請人:西門子 Vai 金屬科技有限責任公司