DE2129290B2 - Vorrichtung zum Messen des Full Standes von Hochofen - Google Patents

Description

b) die Antennen sind als Hohlrohr-Trichterantennen

aus Edelstahl ausgebildet;

Die Qualität und die Quantität des pro Zeiteinheit 4° c) die einige GHz betragende Sendefrequenz ist in Hochöfen hergestellten Eisens ist von der Höhe frequenzmoduliert und wird mit der Frequenz des Füllstandes abhängig. Aus diesem Grunde ist man des von der Oberfläche der Hochofenfüllung bestrebt, die Füllstandshöhe während des Betriebes reflektierten Echos zur Bildung der Differenzgenau überwachen zu können. Bisher hat man die frequenz überlagert;

Füllstandshöhe mittels mechanischer Vorrichtungen 45 _dje . Kippstufe konstanter Tastdauer angemessen. Bei diesen Messungen wurden in kurzen _steuernde Wiederholungsfrequenz ist über eine Ze.tabstanden in der Regel an drei verschiedenen _Regelschleife derart veränderbar, daß die Diffe-Stellen Ketten oder Sonden in den Hochofen herab- ^frequenz zu 0 wird und das von der Füllgelassen, bis daß d,e Kette bzw Sonde Kontakt mit _standshöhe abhängige Tastverhältnis als Anzeige der Oberflache des Füllgutes bekam. Die herabge- 50 _{dj t}
lassene Länge der Kette bzw. der Sonde war das
Maß für die Füllstandshöhe. Die Vorrichtung benötigt im Prinzip nur je eine

Die Messungen mit mechanischen Geräten war aber Sende- und Empfangsantenne. Da mit einem Antennenumständlich und störanfällig. Man war deshalb paar aber immer nur ein kleiner Ausschnitt der Füllbestrebt, berührungslos die Füllstandshöhe zu be- 55 gutoberfläche zur Abstandsmessung angepeilt wird, stimmen. Versuche mit optischen, akustischen und der Füllstand aber ungleichmäßig sein kann, ist es elektronischen Reflektionsverfahren erwiesen sich zweckmäßig, mit mehreren Antennenpaaren den wegen der besonderen Abmessungen des Hochofens Füllstand an mehreren verschiedenen Stellen der und der besonderen Atmosphäre im Hochofen als Oberfläche zu messen und so das Profil der Beschickung unbrauchbar. 60 zu bestimmen.

Bei einem bekannten Verfahren zur Messung des Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet in der

Füllstandes von Bunkern und Silos erfolgte die besonderen Atmosphäre im Hochofen kontaktfrei,

Messung nach dem Radarprinzip, bei dem die Lauf- verschlcißfrei und damit wartungsfrei. Sie liefert

zeit des Sendeimpulses von der Sendeantenne zur Meßergebnisse mit einer Meßgenauigkeit von min-

Füllgutoberfläche und zurück zur Empfangsantenne 65 destens ±0,25 m.

gemessen wurde. Diese Meßmethode mag befriede- Für die Messung der Differenzfrequenz ist ein

gende Ergebnisse in Bunkern und Silos mit einer Frequenzzähler vorgesehen. Vorzugsweise sind die

großen Tiefe von über 75 m bringen, da ein Meß- Hohlrohr-Trichterantennen wassergekühlt, und ihre

3 4

Oberflächen werden durch Spülen mit Inertgas von schaltung GD würde dann einen Richtstrom liefern,

Staubablagerungen gereinigt. der unmittelbar auf ein Drehspulinstrument D ge-

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungs- geben werden kann, auf dessen Skala der Höhenabbeispiel näher erläutert. Es zeigt stand direkt z. B. in Dezimetern aufgetragen werden

F i g. 1 ein Prinzipblockschaltbild, 5 kann.

F i g. 2 ein Frequenzdiagramm, Die aus der Frequenzmessung abgeleitete Hohen-

F i g, 3 einen Teilquerschnitt der Hochofenwandung anzeige ist mit einem systematischen Fehler behaftet,

mit der Senderantenne, den man Step-Effekt nennt und dessen Entstehung

F i g. 4 den konstruktiven Aufbau einer Antenne. daher rührt, daß die Differenzfrequenz /d nicht als

Bei dem verwendeten Radar-Höhenmesser erfolgt io reine Spektrallinie vorhanden ist, sondern sich aus

die Messung des Hochofen-Pegelabstandes durch einzelnen nicht kohärenten Kurvenstücken der Lange

Frequenzmodulation des Senders T, dessen Frequenz T_p zusammensetzt. Da die von einem Frequenzzahler

direkt mit der des vom Pegel der Hochofenfüllung während der Periode Tp aufaddierten Nulldurchgange

reflektierten Echos im Empfänger R in der Misch- der Frequenz f_D nur ganzzahlig sein können, wird ein stufe M überlagert wird. Der Funk-Höhenmesser ist 15 linearer Höhenanstieg oder -abfall nur quantisiert

vollständig in Festkörpertechnik ausgeführt. Die angezeigt.

Sendeantenne TA und die Empfangsantenne RA wer- Löst man Gleichung (5) nach der Höhe auf, dann

den unmittelbar in der Wandung des Hochofens in ergibt sich

gleicher Höhe montiert. Der Abstand zwischen den . _ fo' c· Tp^ „■. Antennen soll einen bestimmten Mindestwert betra- 20 ' ~~ ~? · Af gen, um die notwendige Entkopplung zu gewährleisten. Die auf den mit Sch angedeuteten Schüttgut- Zählt man während T_p nur einen Nulldurchgang pegel abgestrahlte Leistung wird durch Verachi- als kleinste Einheit, dann erhält man als Höhenfehler: fachung einer Oszillator-Frequenz von etwa 500 MHz

mittels einer Step-Recovery-Diode im Vervielfacher V 25 Ah = · ü)

gewonnen. Die Höchstfrequenz beträgt also etwa 2Af 4 GHz und der Hub etwa 120 MHz.

Um die besondere Art dieses Radar-Höhenmessers Aus (7) ist ersichtlich, daß ein möglichst großer

aufzuzeigen, soll kurz das technische Prinzip an Hand Frequenzhub Af angestrebt werden muß, um den

von F i g. 2 umrissen werden. Die Ausgangs- 30 Step-Effekt klein zu halten. Im vorliegenden Fall

frequenz/₀, die mit der dargestellten Sägezahnspan- erhält man

nung moduliert wird und einen Frequenzhub von Af _ 3 · 10⁸ [ml ^, ^ oq _m

verursacht. 2 -^23 · 10 ~ '"

Die Sendefrequenz ft verläuft also nach der Gleichung 35 Stark vermindert wird dieser Fehler durch Aus- ft = /₀ + st (1) mittelung, indem man über viele Perioden beobachtet, wobei Der Radar-Höhenmesser nach F i g. 1 zählt nun

Af nicht die Differenzfrequenz, sondern ändert die Wieder-

^s - ~ψ~ (2) holungsfrequenz über eine Regelschleife C derart,

^v 40 daß /d praktisch zu Null gemacht wird. Eine von der

die Frequenzzunahme pro Zeiteinheit bedeutet, oder, jetzt variablen Wiederholungsfrequenz angestoßene

da die modulierende Spannung linear ansteigt, Fre- Kippstufe K konstanter Tastdauer liefert ein von der

quenzhub durch Periodendauer. Höhe abhängiges Tastverhältnis, das zur Anzeige

Die Empfangsfrequenz/ hat die Entfernung zum bei A gebracht wird. Durch den Integralregler wird

Boden zweimal durchlaufen und somit eine Zeit- 45 praktisch die Ausmittelung des Step-Effektes bewirkt,

verzögerung vom Augenblick der Abstrahlung bis wodurch sich der Höhenfehler erheblich vermindert,

zum Wiederempfang von Bei der einen Teilquerschnitt eines Hochofens

_2h zeigenden F i g. 3 bedeutet W die Wandung des

At = — (3) Hochofens, in die die Sendeantenne TA montiert ist.

^c 50 Die Empfängerantenne RA wird auf gleicher Höhe um

(c = Lichtgeschwindigkeit) erlitten. 30° versetzt angebracht. Da immer nur ein kleiner

Die Differenzfrequenz, resultierend aus der Über- Ausschnitt der Pegeloberfläche Sch zur Abstandslagerung von Sender- und Empfänger-Frequenz, be- messung angestrahlt wild, die Oberfläche des Schüttträgt demnach gutes relativ ungleichmäßig ist, empfiehlt es sich, mit f_n _ λ __ f _ f ■ ., f „ο _ΛΛ _ .. _At,as 55 drei in gleicher Höhe in der Wandung des Hochofens JD-Jt j_t- Λ + st /ο nt - at) - 5 AtW _angebraohten Antennenpaaren an drei verschiedenen

oder Stellen der Oberfläche zu messen und den Mittelwert

_ Af 2 Λ über die Oberfläche zu bilden. Die Antenne besteht

*^D ~ ~ψ~ ' ~7" ' ' nach F i g. 4 aus einem Trichterstrahler St und der

'" ^c 60 durch die Wandung des Hochofens hindurchgeführten

Läßt man den Frequenzhub Af (123 MHz) und die Hohlrohrleitung H, die mit einem Flansch FLl zur Periotiendauer T_v konstant, dann ist also die Höhe/; Befestigung an der Wandung des Hochofens verdirekt proportional der Differenzfrequenz fo. sehen ist. Zur Weiterleitung der Höchstfrequenz an Zur Messung der Frequenz fn werden im allge- Sender und Empfänger dient die mit einem Flansch meinen die sinusförmigen Signale geclippt, wodurch 65 FLl angeschlossene Hohlrohrleitung HL. Die Angleichzeitig starke Amplitudenschwankungen ausge- Schlüsse Al, Al dienen zur Zuführung der Kühlglichen und Rechtecksignale gleicher Größe erzeugt flüssigkeit für die Antenne und den Stickstoff zur werden. Ein Gleichrichter hinter einer Differenz- Reinigung der Antennenoberfläche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

ι 2 fehler von ±1 m im Bereich der hier zulässigen Patentansprüche: Toleranz liegt. Für die Messung des Füllstandes in Hochöfen mit einem durchschnittlichen Durchmesser

1. Vorrichtung zur Füllstandsmessung von von 12 m und einer durchschnittlichen Füllhöhe von Hochöfen, bestehend aus einem Radarhöhenmesser 5 15 m ist diese Meßmethode aber nicht geeignet, weil und im Hochofen montierten Sende- und Emp- die Toleranz von ±1 m im Verhältnis zur wesentlich fangsantennen, gekennzeichnet durch geringeren Höhe des Hochofens zu groß ist.

die Kombination folgender Merkmale: Im Normalbetrieb ist der Hochofen bis auf etwa

_λτ, _ΛΛ, . j Tiur -j t 5 m unter der Schüttglocke gefüllt, und der Füllstand

^a) ?■ π' S^au^ndUng _TT ^de _r ^{S Hoch}°^{fens smd} f* ic sou in einem Bereich ±0,5 m konstant gehalten wergleicher Hohe am Umfang und gegeneinander Voraussetzungen erfüllt sein sollen, versetzt ein oder mehrere jeweils aus einer Abstandsmessung mit einer Toleranz von Sendeantenne (TA) und einer Empfangsan- ™» _vorgenOmmen werden können.

tenne (*Λ) bestehende Antennenpaare ange- ±^._{£ beson} ⁸ _{deren Schwier}igkeiten bei der Füll-

°* ' i₅ Standsmessung in Hochöfen ergeben sich jedoch aus

b) die Antennen sind als Hohlrohr-Trichter- den Betriebsbedingungen des Hochofens. Im Raum antennen aus Edelstahl ausgebildet; oberhalb der Beschickung, in welchem die Messung

c) die einige GHz betragende Sendefrequenz ist durchgeführt werden muß, ist die Atmosphäre mit frequenzmoduliert und wird mit der Fre- etwa 50% Eisenerzstaub und 30% Kohlenstaub quenz des von der Oberfläche der Hochofen- »° angereichert, und die Oberflachentemperatur der füllung reflektierten Echos zur Bildung der Beschickung betragt etwa 600 <-·
Differenzfrequenz überlagert· Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt,

_{J Λ}. . , eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung ^;n Hochöfen,

d) die eine Kippstufe konstanter Tastdauer an- bestehend aus einem Radarhöhenmesser und im Hochsteuernde Wiederholungsfrequenz ist über _{a5 ofen montierte}n Sende- und Empfangsantennen, zu eine Regelschleife derart veränderbar, daß _schaffen die es gestattet, den Füllstand unter den die Differenzfrequenz zu 0 wird und das von speziellen Hochofenbedingungen störungsfrei und der Füllstandshöhe abhängige Tastverhältnis _{mit dner M}eßgenauigkeit von ±0,25 m langzeitstabil als Anzeige dient. _{zu messen}

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnet, daß für die Messung der Differenz- Kombination folgender Merkmale gelöst:
frequenz ein Frequenzzähler vorgesehen ist. _{a) In der Wan}d_Ung des Hochofens sind auf gleicher

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch _{Höhe am Um}f_ang und gegeneinander versetzt gekennzeichnet, daß die Hohlrohr-Trichterantennen _{dn oder menrere} jeweils aus einer Sendeanwassergekühlt sind und ihre Oberflächen mit 35 _{tenne {TA) und einer} Empfangsantenne (RA) be-Stickstoff gespult werden. stehende Antennenpaare angeordnet;