Today, everyday objects are becoming more and more intelligent and some-times even have self-learning capabilities. These self-learning capacities in particular also act as catalysts for new developments in the steel industry.Technical developments that enhance the sustainability and productivity of steel production are very much in demand in the long-term. The methods of Industry 4.0 can support the steel production process in a way that enables steel to be produced in a more cost-effective and environmentally friendly manner. This thesis describes the development of an opto-acoustic system for the early detection of slag slopping in the BOF (Basic Oxygen Furnace) converter process. The prototype has been installed in Salzgitter Stahlwerks, a German steel plant for initial testing. It consists of an image monitoring camera at the converter mouth, a sound measurement system and an oscillation measurement device installed at the blowing lance. The camera signals are processed by a special image processing software. These signals are used to rate the amount of spilled slag and for a better interpretation of both the sound data and the oscillation data. A certain aspect of the opto-acoustic system for slopping detection is that all signals, i.e. optic, acoustic and vibratory, are affected by process-related parameters which are not always relevant for the slopping event. These uncertainties affect the prediction of the slopping phenomena and ultimately the reliability of the entire slopping system. Machine Learning algorithms have been been applied to predict the Slopping phenomenon based on the data from the sensors as well as the other process parameters. / Idag blir vardagliga föremål mer och mer intelligenta och ibland har de självlärande möjligheter. Dessa självlärande förmågor fungerar också som katalysatorer för den nya utvecklingen inom stålindustrin. Teknisk utveckling som stärker hållbarheten och produktiviteten i stålproduktionen är mycket efterfrågad på lång sikt. Metoderna för Industry 4.0 kan stödja stålproduktionsprocessen på ett sätt som gör att stål kan produceras på ett mer kostnadseffektivt och miljövänligt sätt. Denna avhandling beskriver utvecklingen av ett opto-akustiskt system för tidig detektering av slaggsslipning i konverteringsprocessen BOF (Basic Oxygen Furnace). Prototypen har installerats i Salzgitter Stahlwerks, en tysk stålverk för första provning. Den består av en bildövervakningskamera på omvandlarens mun, ett ljudmätningssystem och en oscillationsmätningsenhet som installeras vid blåsans. Kamerans signaler behandlas av en speciell bildbehandlingsprogram. Dessa signaler används för att bestämma mängden spilld slagg och för bättre tolkning av både ljuddata och oscillationsdata. En viss aspekt av det optoakustiska systemet för släckningsdetektering är att alla signaler, dvs optiska, akustiska och vibrerande, påverkas av processrelaterade parametrar som inte alltid är relevanta för slöjningsevenemanget. Dessa osäkerheter påverkar förutsägelsen av slopfenomenerna och i slutändan tillförlitligheten för hela slöjningssystemet. Maskininlärningsalgoritmer har tillämpats för att förutsäga Slopping-fenomenet baserat på data från sensorerna liksom de andra processparametrarna.

Slopping in BOS-processes poses many problems, most significantly to work environmentand process effectiveness. Due to the current weaknesses in slopping prediction systems afoaming slag suppression system with immediate effect is needed to prevent slopping.This project aims primarily to be a proof of concept for pressurized oxygen gas blowing as amean of foam steady-state height suppression to prevent slopping and secondarily toappreciate the viability of this concept economically.Five nozzles were designed and used to blow pressurized air onto foam made of silicon oil, atdifferent air flows. It was then determined which nozzle was the most effective by comparingheight difference with airflow. The airflow was compared to a life scale scenario to determinethe real flow rate which was used to determine economic viability.Results show that a nozzle with a circular small hole is the most effective nozzle requiring20 [ln min-1] to reduce the foam height by 69.6%. The real flow to achieve this would be0.605 [m3 s-1], however due to the cold models limitations this is not the true value. Theslopping suppression technique shows promise as a concept both economically andpractically. / Överkok i BOF-processen skapar många problem, mest i arbetsmiljön och minskar så väl produktionens effektivitet som takt. Eftersom de kontrollsystem som finns att tillgå idag     har vissa begränsningar så behövs det ett system för att motverka skumtillväxt med direkt inverkan för att hindra överkokning.Det här projektet ämnar huvudsakligen till att bevisa att ett pålagt flöde av syrgas kan trycka ned det skummande slaggets höjd och på så sätt förhindra överkokning och sekundärt till att bedöma konceptets ekonomiska rimlighet. Fem  munstycken designades  och användes till  att  blåsa tryckluft, med olika flöden, på skum bestående av   silikonolja.   Effektiviteten   hos   munstyckena   utvärderades   genom  att jämföra höjdskillnaden mot det pålagda luftflödet. Luftflödet jämnfördes sedan mot ett scenario i industriell skala och det verkliga luftflödet kunde därefter beräknas. Med detta  som  bakgrund gjordes en ekonomisk analys. Resultat visar att munstycket med ett litet cirkulärt håll är mest effektivt då det krävdes ett flöde på 20 [ln min-1] för att reducera skumhöjden med 69,6%. Det verkliga flödet beräknades till 0,605 [m3 s-1], men eftersom den kalla modellen har vissa begränsningar så är detta värde inte  sant.  Den  här  tekniken  för   att  förhindra   överkokning  ser   lovande   utbåde  ur  ett   ekonomiskt men också ur ett praktiskt perspektiv.

In the steel industry, slag foaming plays a crucial role in many steel processes, given its positive impact on the thermal efficiency of the furnace and its life span. However, excessive foaming causes an overflow in the converter known as “slopping”. Slopping hinders the effectiveness of the processes, especially with the complex and unpredictable foaming rate. This problem occurs mainly in the BOS-processes and after melt tapping to the ladle furnace. The goal of this study is to test and relate a new foaming control system, by blowing a gas (nitrogen or argon) on the surface of the melt to suppress the foam. Firstly, the foaming index of the provided industrial heats for a general LD converter (21 heats) and Outokumpu’s ladle furnace (31 heats) were calculated to find which heat is most likely to slop. Then, a series of experiments were performed to investigate the new foam controlling system’s reliability using a cold model. The results demonstrated that blowing argon instead of nitrogen from the top nozzle suppresses the foam more effectively, which can be attributed to its higher density. Additionally, the optimal argon flow rate required to suppress the foam in worst-case slopping scenarios in the LD converter and the ladle furnace were 874 and 221 m3/min respectively. The provided data further supports the efficacy of this slopping prevention technique, in theoretical and practical aspects. / I stålindustrin spelar slaggskumning en avgörande roll i många stålprocesser, med tanke på dess positiva inverkan på ugnens termiska effektivitet och dess livslängd. Överdriven skumning orsakar emellertid ett överflöde i konvertern som kallas "utkok". Utkok hindrar processernas effektivitet, särskilt med den komplexa och oförutsägbara skumningshastigheten. Detta problem uppstår främst i BOS-processerna och efter tappning till skänkugnen. Målet med denna studie är att testa ett nytt kontrollsystem genom att blåsa en gas (kväve eller argon) på smältytan för att slå sönder skummet. Först beräknades skumindexet för de tillhandahållna industriella chargerna för en allmän LD (21 charger) och Avestas skänk (31 charger) för att hitta vilken charge som har störst risk för utkok. Därefter utfördes en serie experiment för att undersöka det nya skumstyrsystemets tillförlitlighet med hjälp av en kall modell. Resultaten visade att blåsning av argon istället för kväve från det övre munstycket undertrycker skummet mer effektivt, vilket kan hänföras till dess högre densitet. Dessutom var den optimala argonflödeshastigheten som krävdes för att undertrycka skummet i värsta fallet i LD och skänkanläggningen 871 respektive 221 m3/min. De tillhandahållna uppgifterna stöder ytterligare effekten av denna förebyggande teknik, i teoretiska och praktiska aspekter.