DD233652A1 - Sonde zur messung der badspiegelhoehe in metallurgischen schmelzgefaessen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur diskontinuierlichen Messung der Badspiegelhoehe eines Metallbades mit Temperaturen bis 1 800C, vorzugsweise zur Fuellstandsmessung des Schmelzbades bei der Stahlerzeugung im Sauerstoffkonverter. Aufgabe der Erfindung ist es, die Genauigkeit bei der diskontinuierlichen Erfassung der Badspiegelhoehe einer Metallschmelze in einem metallurgischen Gefaess, insbesondere in einem nach dem Sauerstoffaufblasverfahren arbeitenden Konverter zu verbessern und Fehlmessungen zu vermeiden. Erfindungsgemaess besteht die Sonde zur Erfassung der Badspiegelhoehe einer Metallschmelze aus einem Naeherungsinitiator, der in einem Sondenkoerper angeordnet ist, welcher bis auf eine am Oberteil befindliche Aufsteckoeffnung allseitig geschlossen ist. Der Naeherungsinitiator ist im unteren Teil des vorzugsweise einen kreisringfoermigen Querschnitt aufweisenden Sondenkoerpers positioniert und als kompakter Spulenkoerper ausgebildet, dessen Magnetfeld auf das zu messende Bad gerichtet ist. Fig. 2

Description

Wegmeßeinrichtung ab, welches als H/L bzw. L/H Sprung anliegt und eine genaue Bestimmung der Badspiegelhöhe ermöglicht. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit erfolgt die Ermittlung der Badspiegelhöhe vorzugsweise unter Verwendung beider Signale des Näherungsinitiators. Es ist jedoch gegebenenfalls auch möglich, die Höhe des Badspiegels eines Schmelzgefäßes unter Ausnutzung eines Signals zu bestimmen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Sonde wird die Meßgenauigkeit erhöht und werden Fehlmessungen, wie sie bei den bisher verwendeten Sondentypen gegeben waren, vermieden. Eine Optimierung des metallurgischen Prozesses, insbesondere bei der Stahlherstellung im Konverter nach dem Sauerstoffaufblasverfahren ist dadurch möglich.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Sonde sollnachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörenden Zeichnungen zeigen Fig. 1: Sonde in einem Konverter Fig. 2: Querschnitt einer Sonde

Fig.3: Querschnitt einer Sonde mit Probenkammer und Thermoelement

Zur Ermittlung des Füllstandes eines als Konverter ausgebildeten Schmelzgefäßes 1 wird eine Sonde verwendet, die aus einem Sondenkörper 5 besteht, in dem ein Näherungsinitiator 7 angeordnet ist. Dieser Sondenkörper 5 ist aus einem dickwandigen, schwer brennbaren Papprohr gefertigt, welches einseitig verschlossen ist. Am Boden des Sondenkörpers 5 ist der Näherungsinitiator 7 positioniert, der über Schaltdrähte 9 mit einem im oberen Teil des Sondenkörpers 5 angeordneten Kontaktelement 6 verbunden ist, welches durch eine Halterung 8 im Sondenkörper 5 befestigt ist. Das Kontaktelement 6 ist vorzugsweise als Kontaktstift ausgebildet, dessen Gegenstück an der Lanze 4 angeordnet ist und über welches nach dem Aufstecken der Sonde auf die Lanze 4 die elektrische Verbindung zu einem nicht näher dargestellten Auswertegerät hergestellt wird. Die Schwingkreisspule des Näherungsinitiators 7 ist als kompakter Spulenkörper ausgebildet. Ein Teil des Feldes tritt senkrecht nach unten in Richtung des Badspiegelsaus. Das Auswertegerät, mit welchem der Näherungsinitiator 7 elektrisch verbunden ist, ist mit der Wegmeßeinrichtung einer Lanzenpositioniervorrichtung eines nach dem Sauerstoffaufblassystem arbeitenden Konverters gekoppelt. Zur Ermittlung der Füllstandshöhe wird die Sonde nach Aufstecken auf die Lanze 4, in Fig. 1 als Position A dargestellt, vertikal von oben in den Konverter 1 eingeführt. Sie taucht zunächst in die schmelzflüssige Schlacke 3 ein und erreicht beim weiteren Absenken die zu ermittelnde Höhe des Badspiegels der Stahlschmelze 2. Beim Passieren des Überganges Schlacke/Schmelze ändert sich das Signal des Näherungsinitiators 7 sprunghaft. Diese sprunghafte Änderung des Signals wird im Auswertegerät erfaßt und zusammen mit der Signaländerung beim Ausfahren der Sonde aus der Schmelze 2 in Verbindung mit der Wegmeßeinrichtung ein Wert fürdie Füllstandshöhe ermittelt. Die Sonde taucht mit dem Näherungsinitiator 7 vollständig, wie aus der Position B gemäß Fig. 1 ersichtlich ist, in die Schmelze 2 ein und wird danach durch die Lanzenpositioniervorrichtung in die Position A zurückgefahren. Das Meßergebnis kann auf Grund der Ausbildung der Sonde durch Badspritzer o. dgl. nicht negativ beeinflußt werden und weist durch die Verwertung von zwei Meßsignalen bei der Ermittlung der Badspiegelhöhe eine hohe Meßsicherheit auf. Die Sonde kann je nach Zustand des Sondenkörpers 5 für mehr als eine Messung verwendet werden.

Eine weitere Ausführungsform der Sonde ist in Fig. 3 dargestellt. In diesem Falle ist die Sonde so ausgebildet, daß neben der Ermittlung der Badspiegelhöhe gleichzeitig eine Bestimmung der Schmelztemperatur und eine Probenahme erfolgen kann. Am Boden des Sondenkörpers 5 ist dazu ein Thermoelement 11 angeordnet, welches mit einer Schutzkappe 12 versehen ist. Dieses Thermoelement 11 ist ebenso wie der im unteren Teil des Sondenkörpers 5 angeordnete Näherungsinitiator 7 über Schaltdrähte 9 mit dem Kontaktelement 6 verbunden. Im Sondenkörper 5 ist eine Probekammer 10 befestigt, die oberhalb des Näherungsinitiators 7 positioniert ist. Über eine Bohrung im Sondenkörper 5 gelangt nach dem Eintauchen der Sonde in das Schmelzbad die erforderliche Menge an Schmelze in die Probekammer. Die Ermittlung der Badspiegelhöhe erfolgt in analoger Weise wie beim ersten Beispiel. Auf Grund der Kombination des Näherungsinitiators 7 mit einem Thermoelement 11 bzw. einer Probekammer 10, die nur für einen einmaligen Einsatz geeignet sind, ist eine mehrmalige Verwendung derartiger Sonden nicht möglich.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Sonde zur diskontinuierlichen Messung der Badspiegelhöhe in einem Metallschmelzgefäß mit Hilfe einer vertikal verfahrbaren Lanze mit Wegmeßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde einen induktiven Näherungsinitiator (7) enthält, der beim Einfahren bzw. Ausfahren aus der metallischen Schmelze (2) ein charakteristisches Signal abgibt und dieser Näherungsinitiator (7) in einem geschlossenen Sondenkörper (5) angeordnet ist, der zur Ankopplung an eine Lanze (4) im oberen Teil mit einer Aufstecköffnung o. dgl. versehen ist, in deren Bereich ein Kontaktelement (6) positioniert ist, welches mit dem Näherungsinitiator (7) elektrisch verbunden ist.
2. 2. Sonde nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Näherungsinitiator (7) in Kombination mit anderen bekannten Temperatur-und/oder Probenahmesonden verwendet wird, die am bzw. im Sondenkörper (5) angeordnet sind.
3. 3. Sonde nach Pkt. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Schwingkreisspule des Näherungsinitiators (7) im Sondenkörper (5) angeordnet ist.
4. 4. Sonde nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde mehrmals verwendet werden kann.

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Sonde zur diskontinuierlichen Messung der Badspiegelhöhe eines Metallbades mit Temperaturen bis 1800⁰C, vorzugsweise zur Füllstandsmessung des Schmelzbades bei der Stahlerzeugung im Sauerstoffkonverter.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Für die Stahlerzeugung im Konverter nach dem Aufblasverfahren ist die genaue Positionierung der Blaslanze über dem Badspiegel von erheblichem Einfluß auf den Ablauf der Prozeßführung. Außerdem ist für die Probennahme und Temperaturmessung die genaue Lage der Meßpunkte, bezogen auf die Badoberfläche, von Bedeutung. Zur Erfassung der Badspiegelhöhe im Konverter wurden deshalb Meßsonden mit den dazugehörenden Einrichtungen zur Positionierung entwickelt. Eine Meßsonde, die eine wesentliche Verbreitung bei der Füllstandserfassung im Konverter gefunden hat, nutzt die unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit von Stahlschmelze und dem darüber befindlichen Medium aus. Sie besteht aus zwei Elektroden, welche in einem keramischen Körper befestigt sind. Die Elektroden können sowohl aus Metall oder auch aus Kohlenstoff sein und werden durch eine Kappe geschützt, die beim Eintauchen in die Schmelze abschmilzt. Der keramische Körper ist in einem schwer brennbaren Papprohr befestigt, das auswechselbar an einer Lanze mit Positioniereinrichtung angeordnet ist. Durch das Abschmelzen der Schutzkappe nach dem vertikalen Einführen der Lanze in den Konverter werden die beiden Elektroden freigelegt und schließen bei Kontakt mit dem Metallbad einen Stromkreis. Dieser Kontakt wird beim Hochfahren der Lanze unterbrochen, wenn der Übergang von der Schmelze zum darüberliegenden Medium, wie z. B. Schlacke oder Gase erfolgt. In diesem Fall wird durch die Sonde über einen Grenzwertschalter ein Impuls erzeugt, der in Verbindung mit der Wegmeßanordnung der Lanzenpositioniereinrichtung eine Bestimmung der Badspiegelhöhe ermöglicht. Die Genauigkeit bei der Reproduzierbarkeit der Meßwerte beträgt bei derartigen Meßsonden It: Literaturangabe ca. ±2cm. Diese Meßsonden sind zum einmaligen Gebrauch bestimmt und können bei einer Fehlmessung nicht mehr eingesetzt werden. Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser Sonden besteht darin, daß oft keine eindeutige Erfassung der Grenzfläche Schmelze — Schlacke möglich ist, da durch Schlacke- oder Badspritzer die Leitfähigkeit zwischen den Elektroden beeinflußt werden kann, wodurch Fehlmessungen erfolgen können. Eine mechanische Beschädigung der Elektroden durch feste Bestandteile in der Schmelze oder Schlacke ist ebenfalls nicht auszuschließen. Ein weiterer Nachteil dieser Sonden ist dadurch gegeben, daß die metallische Schutzkappe solcher Sonden auf Grund der schwankenden Temperaturen der Metallschmelze zu unterschiedlichen Zeitpunkten abschmilzt, wodurch die Funktion und Meßgenauigkeit der Sonden beeinträchtigt bzw. verhindert wird.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, zur Kontrolle und Optimierung metallurgischer Prozesse die Erfassung von Füllständen in metallurgischen Schmelzgefäßen zu verbessern.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Aufgabe der Erfindung ist es, die Genauigkeit bei der diskontinuierlichen Erfassung der Badspiegelhöhe einer Metallschmelze in einem metallurgischen Gefäß, insbesondere in einem nach dem Sauerstoffaufblasverfahren arbeitenden Konverter zu verbessern und Fehlmessungen zu vermeiden. Erfindungsgemäß besteht die Sonde zur Erfassung der Badspiegelhöhe einer Metallschmelze aus einem induktiven Näherungsinitiator, der entweder komplett oder dessen Schwingkreisspule in einem Sondenkörperangeordnetist, welcher bis auf eine am Oberteil befindliche Aufstecköffnung o. dgl. allseitig geschlossen ist. Der Sondenkörper besteht aus hitzebeständigem bzw. schwer brennbarem Material, das Temperaturen bis 1800⁰C für die Dauer der Messung standhält und somit den im Inneren angeordneten Näherungsinitiator oder dessen Schwingkreisspule ausreichend schützt. Im unteren Teil des vorzugsweise einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisenden Scndenkörpers ist der Näherungsinitiator bzw. dessen Schwingkreisspule positioniert und einjustiert. Das signalauslösende Organ ist die Schwingkreisspule, deren Feld ganz oder teilweise auf das zu messende metallische Bad gerichtet ist. Durch die Annäherung der Spule an das elektrisch leitende Metallbad wird der Schwingkreis bedämpft und die Oszillatorschwingung reißt ab. Beim Entfernen vom Metallbad schwingt der Oszillator wieder an. Der Näherungsinitiator bzw. dessen Schwingkreisspule ist über Schaltdrähte elektrisch mit einem im Oberteil des Sondenkörpers angeordneten Kontaktelement verbunden, über welches in Verbindung mit einem an der Lanze befindlichen Gegenstück nach Ankoppeln der Sonde an eine Lanze des Näherungsinitiators bzw. dessen Schwingkreisspule mit einem Auswertegerät einer Wegmeßeinrichtung verbunden ist, welche mit einer Lanzenpositioniervorrichtung gekoppelt ist. Zur gleichzeitigen Durchführung von Messungen der Badspiegelhöhe, der Temperatur oder von Probenahmen kann der Sondenkörper der Sonde so ausgebildet sein, daß die entsprechenden Sensoren und Probekammern am bzw. im Sondenkörper angeordnet sind. Durch die Ausbildung einer solchen Sondenkombination wird jedoch die Möglichkeit der mehrfachen Verwendung der Sonde eingeschränkt bzw. verhindert.

   Zur diskontinuierlichen Erfassung der Höhe eines Badspiegels wird die Sonde in der Sondenwechselposition an der Lanze befestigt und vertikal in das Schmelzgefäß abgesenkt. Der Näherungsinitiator gibt beim Passieren der Badoberfläche jeweils während des Einfahrens bzw. Ausfahrens der Sonde aus der Schmelze ein charakteristisches Signal an das Auswertegerät der