Vibration measurements of a laboratory-scale ladle

Abstract

The aim of this thesis was to study whether the thickness of the slag layer affects the vibration of the ladle during gas stirring. The study was conducted in a laboratory environment using a 1:5 scale water model of an actual 150-tonne ladle. In the water model, the gas stirring process was simulated with air, water and rapeseed oil representing argon, molten steel, and slag. A measurement campaign was carried out to measure the ladle vibrations using eight accelerometers attached to different parts of the ladle wall. The results of the measurement campaign were used to compile a dataset to investigate the effect of the oil layer thickness on the vibration behavior of the ladle.

This thesis was carried out for the Intelligent Machines and Systems and Process Metallurgy research units of the University of Oulu as a continuation of a previous study focusing on optimizing the number and location of accelerometers in industrial applications and ladle monitoring systems.

The results of the study showed that the thickness of the oil layer affects the vibration intensity in a way that can be detected by accelerometers. The results also showed that the measured vibration intensity depends on the accelerometers’ location. Accelerometers close to the nozzle and gas flow are more sensitive to changes in process parameters than accelerometers on the opposite side.

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää, vaikuttaako kuonakerroksen paksuus senkan värähtelyyn kaasusekoituksen aikana. Tutkimus tehtiin laboratorioympäristössä 1:5-mittakaavan vesimallilla, joka kuvaa oikeaa 150 tonnin senkkaa. Vesimallissa senkkahuuhtelua simuloitiin ilmalla, vedellä ja rypsiöljyllä, jotka kuvaavat argonia, sulaa terästä ja kuonaa. Senkan värähtelyn mittaamiseksi suoritettiin mittauskampanja käyttäen kahdeksaa kiihtyvyysanturia, jotka oli kiinnitetty eri puolille senkan seinämää. Mittauskampanjan tuloksista koostettiin aineisto, jonka avulla voitiin tutkia öljykerroksen paksuuden vaikutusta senkan värähtelykäyttäytymiseen.

Tämä opinnäytetyö tehtiin Oulun yliopiston Älykkäät koneet ja järjestelmät ja Prosessimetallurgian tutkimusyksiköille, jatkona edelliselle tutkimukselle, jossa keskityttiin kiihtyvyysantureiden lukumäärän ja sijaintien optimointiin teollisuussovelluksissa ja senkanvalvontajärjestelmissä.

Työn tulosten perusteella selvisi, että öljykerroksen paksuus vaikuttaa värähtelyn voimakkuuteen tavalla, joka voidaan tunnistaa kiihtyvyysantureilla. Tuloksista ilmeni myös, että mitattu värähtelyn voimakkuus riippuu kiihtyvyysantureiden sijainnista. Lähellä suutinta ja kaasuvirtausta olevat kiihtyvyysanturit ovat herkempiä prosessiparametrien muutoksille kuin vastakkaisella puolella olevat kiihtyvyysanturit.