DE10141771C1

DE10141771C1 - Vorrichtung zur Kontrolle des Futterverschleißes bei metallurgischen Gefäßen

Info

Publication number: DE10141771C1
Application number: DE2001141771
Authority: DE
Inventors: Stefan Dappen
Original assignee: Otto Junker GmbH
Current assignee: Otto Junker GmbH
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: WO2003027591A1; EP1319160A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Kontrolle des Futterverschleißes bei metallurgischen Gefäßen, die in der Gefäßwandung oder im Bereich der Außenfläche des Gefäßes angeordnet ist, ist mindestens eine Kontrollsektion vorgesehen, in der ein Lichtleiter (1) in auf Abstand voneinander verlaufenden Gängen geführt ist, wobei Eingang und Ausgang des Lichtleiters (1) an ein Auswertesystem angeschlossen sind. Einer derartigen Vorrichtung liegt die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise relevante Veränderungen in der Wandung eines Gefäßes zuverlässig zu erfassen und akustisch und/oder optisch anzeigen zu können. Zur Lösung dieser Aufgabe ist es vorgesehen, dass der Kern (2) des Lichtleiters (1) eine lichtreflektierende Ummantelung (3) aufweist, die ihre reflektierende Wirkung in einem Temperaturbereich verliert, der Veränderungen der Gefäßwandstärke anzeigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle des Futterverschleißes bei metallurgischen Gefäßen, z. B. Tiegelöfen, Rinnenöfen, Gießpfannen, die in der Gefäßwandung oder im Bereich der Außenfläche des Gefäßes angeordnet ist, mindestens eine Kontrollsektion aufweist, in der ein Lichtleiter in auf Abstand voneinander verlaufenden Gängen geführt ist, wobei Eingang und Ausgang des Lichtleiters an ein Auswertesystem angeschlossen sind.

Vorrichtungen zur Kontrolle des Futterverschleißes werden bei Schmelzöfen mit vorwiegend keramischer Zustellung angewendet, um einen bevorstehenden Durchbruch von Schmelze durch die Tiegelwand oder den Tiegelboden frühzeitig zu erkennen. Ein Tiegeldurchbruch ist mit einer erheblichen Gefährdung der Arbeitssicherheit verbunden und führt zu großen materiellen Schäden am Ofen selbst und im Umfeld des Ofens. Die Tiegelwandung kann durch thermische, mechanische und metallurgische Einflüsse Beschädigungen erfahren, i. A. Futterverschleiß genannt, die sich z. B. als gleichmäßige oder lokale Auswaschungen oder in Form von Rissen darstellen. Durch diese Beschädigungen wird ein Vordringen von flüssiger Schmelze in Richtung Tiegelaußenfläche möglich. Als Folge kann eine erhöhte Temperatur in den äußeren Bereichen der Tiegelwandung gemessen werden. Oft ist diese Wandung allerdings nur schlecht einer Messung zugänglich, und eine lokale Temperaturmessung erlaubt keine Aussage über die Gefahr eines Durchbruchs an einer anderen Stelle des Tiegels.

Eine Reihe von technischen Verfahren zur Erkennung des Futterverschleißes sind bekannt geworden.

Ein solches Verfahren macht sich die Eigenemission des Lichtleiters zu Nutze (DD 240 947). Hier wird ein in die Tiegelwandung eingebetteter Lichtleiter verwendet. Als Strahlungsquelle dient der Tiegel selbst, der sich und den Lichtleiter als Folge einer Auswaschung zunehmend erwärmt und somit langweilige Strahlungsenergie in den Kern des Lichtleiters einbringt. Diese Eigenstrahlungsenergie kann an beiden Enden mit einem Pyrometer erkannt werden. Die abgestrahlte Leistungsdichte eines Körpers erhöht sich mit der vierten Potenz seiner absoluten Temperatur, so dass mit zunehmender Erwärmung der Signalpegel am Pyrometer ansteigt. Genau dieser Zusammenhang ist jedoch auch der wesentlichste Nachteil dieses Verfahrens. Um einen auswertbaren Signalpegel zu erhalten sind sowohl hohe Temperaturen als auch große Ausschnitte des Kerns des Lichtleiters notwendig. Um die hohe Temperatur frühzeitig erfassen zu können, muss die Lage des Lichtleiters weit im Inneren der Tiegelwandung gewählt werden oder bei Positionierung der Lichtleiter im Außenbereich des Tiegels auf eine herabgesetzte Vorwarnzeit bis zum Tiegeldurchbruch in Kauf genommen werden. Größere Kernausschnitte erschweren die Verlegung des Lichtleiters im Tiegel. Die Messwerterfassung ist vergleichsweise aufwendig, da langweiliges Licht niedriger Intensität z. T. bis in den IR- Bereich ausgewertet werden muss.

Dem gegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit einer einfach aufgebauten Vorrichtung relevante Veränderungen in der Wandung eines Tiegelofens zuverlässig zu erfassen und akustisch und/oder optisch anzeigen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kern des Lichtleiters eine lichtreflektierende Ummantelung aufweist, die ihre reflektierende Wirkung in einem Temperaturbereich verliert, der Veränderungen der Tiegelwandstärke anzeigt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachstehend anhand von Figuren beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1: einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Lichtleiter mit geschlossener lichtreflektierender Ummantelung,

Fig. 2: einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Lichtleiter mit unterbrochener lichtreflektierender Ummantelung,

Fig. 3: das ungedämpfte Eingangssignal eines Lichtleiters,

Fig. 4: das Eingangssignal eines Lichtleiters bei schwacher Dämpfung und

Fig. 5: das Eingangssignal eines Lichtleiters bei starker Dämpfung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt im Vergleich zu dem vorher erwähnten Verfahren die flächige Überwachung der Gefäßwandung durch einen oder mehrere Lichtleiter, die mehrgängig gewickelt oder zu einer Matte verwebt sind. An die beiden Enden des Lichtleiters 1 wird ein Meßsystem angeschlossen, das auf der einen Seite ein moduliertes Lichtsignal einspeist und dieses Lichtsignal auf der anderen Seite detektiert. Sollte durch eine thermische oder mechanische Beschädigung des Lichtleiters 1 eine erhöhte Signaldämpfung auftreten, die im Grenzfall bis unter die Auflöseschwelle des Lichtempfängers gehen kann, dann kann diese als Warnsignal erkannt werden.

Diese thermisch bedingte Dämpfungseigenschaft beruht auf dem speziellen Aufbau des Lichtleiters (Fig. 1). Er besteht mindestens aus einem Kern 2 und einer ihn umgebenden lichtreflektierenden Ummantelung 3. Diese Ummantelung die wiederum von einer Schutzschicht 4 umhüllt ist, sorgt dafür, dass ein einmal in den Kern 2 eingekoppeltes Lichtsignal ständig an der Grenzschicht zur lichtreflektierenden Ummantelung 3 hin- und her reflektiert wird und so den Kern 2 nicht verlassen kann. Auf diese Weise sind nur kleine Dämpfungen selbst bei großen Lichtleiterlängen (viele hundert Meter) möglich.

Hohe thermisch verursachte Dämpfungen, die im Extremfall auch zur Unterbrechung der Lichtleitung führen, sind durch zwei Mechanismen zu erreichen, die getrennt oder gemeinsam auftreten können:

1. durch eine Beschädigung des lichtleitenden Kerns 2 und
2. durch eine Beschädigung der lichtreflektierenden Ummantelung 3.

Im ersten Fall werden der Kern und die Beschichtung aus Kunststoff, sog. polymer optical fiber, so gewählt, dass der Kern bei erhöhten Umgebungstemperaturen zerstört wird. Hierbei ist allerdings zu berücksichtigen, dass die verwendeten Kernmaterialien eine erhebliche Dämpfung bereits bei vergleichsweise geringer Länge aufweisen und somit Beschränkungen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit als Matte unterliegen.

Im zweiten Fall ist nur das Material der lichtreflektierende Ummantelung 3 so gewählt, dass es durch eine erhöhte Temperatur teilweise oder sogar vollständig zerstört wird (z. B. Glaskern mit Kunststoffbeschichtung, sog. hard clad silica fiber). Mit der Zerstörung der lichtreflektierenden Ummantelung 3 ist eine starke Beeinträchtigung der Reflektionswirkung (Fig. 2) und eine deutlich erhöhte Dämpfung am Empfänger verbunden, die mit preiswerten Standardsensoren leicht zu detektieren ist.

Um eine Beschädigung sicher von möglichen äußeren Streulichteinflüssen und thermisch bedingten Einstreuungen unterscheiden zu können bietet sich die Verwendung eines modulierten Lichtsignals an.

Fig. 3 zeigt das rechteckförmige Eingangssignal des Lichtsenders, Fig. 4 die Auswirkung einer schwachen Dämpfung und Fig. 5 einer starken Dämpfung. Unterhalb einer gewissen Signaldämpfung wird der Tiegel als defekt angesehen (Fig. 5).

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der sicheren und störungsfreien Erfassung einer durch einen Futterverschleiß erhöhten Tiegeltemperatur auch in einer Ofenumgebung, die starken elektromagnetischen Feldern ausgesetzt ist (z. B. Induktionsofen). Weiterhin erhält man durch die Lichtmodulation ein sicheres, auch von anderen Lichtquellen nicht gestörtes Signal.

Claims

1. Vorrichtung zur Kontrolle des Futterverschleißes bei metallurgischen Gefäßen, die in der Gefäßwandung oder im Bereich der Außenfläche des Gefäßes angeordnet ist, mindestens eine Kontrollsektion aufweist, in der ein Lichtleiter (1) in auf Abstand voneinander verlaufenden Gängen geführt ist, wobei Eingang und Ausgang des Lichtleiters (1) an ein Auswertesystem angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) des Lichtleiters (1) eine lichtreflektierende Ummantelung (3) aufweist, die ihre reflektierende Wirkung in einem Temperaturbereich verliert, der Veränderungen der Gefäßwandstärke anzeigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt der lichtreflektierenden Ummantelung zwischen 150°C und 350°C liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (1) mindestens aus einem Glaskern (2) und einer Polymer-Ummantelung (3) besteht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (3) mit einer Schutzschicht (4) umhüllt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere Lichtleiter (1) zu einer Sensormatte verarbeitet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormatte mindestens eine Kontrollsektion darstellt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kontrollsektionen in Umfangsrichtung am Gefäß verteilt angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kontrollsektionen in Längsrichtung des Gefäßes verteilt angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kontrollsektion im oder unter dem Gefäßboden angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kontrollsektionen zueinander versetzt einander überlappend angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit aus einem ein moduliertes Lichtsignal erzeugenden Sender und einem Lichtempfänger besteht.