DE2602615C3 - Verfahren und Einrichtung zur betriebsmäßigen Überwachung der Tiegelwandstärke an elektrischen Induktionsöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur betriebsmäßigen Überwachung der Wandstärke des Tiegels eines elektrischen Induktionsofens im Bereich einer vorgegebenen Zone seiner Tiegelhöhe durch Überwachung der zeitlichen Veränderung des Meßwertes einer elektrischen Meßgröße, die an einer die Tiegelzone umfassenden Teilspule einer den Ofen beheizenden Induktionsspule ermittel! und vom Widerstand der Teilspule abhängig ist, und durch Vergleich dieses Meßwertes mit einem Vergleichswert sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Aus der DT-PS 10 57 260 ist ein Verfahren, zur Überwachung der Tiegelwandstärke an Induktionsöfen bekannt, bei dem der Zustand der Kopplung zwischen der Ofenspule und dem in dem Ofentiegel befindlichen Schmelzgut, die u. a. von der Wandstärke des Tiegels abhängig ist, durch eine periodische Messung des Quotienten aus dem Spulenstrom und der Spulenspannung laufend überwacht wird. Der Quotient, der mit dem Spulenwiderstand variabel ist, ist u. a. vom Füllstand des Schmelzgutes im Ofen, seinem Aggregatzustand, der Temperatur, der Art des Schmelzgutes, der Kurvenform des Spulenstroms bzw. der Spulenspannung, dem Verlauf des Magnetfeldes im Ofensystem und ggf. auch von der dem Ofen zugeführten elektrischen Leistung abhängig, so daß die entsprechenden Einflußgrößen zum Zweck der Dickenmessung an der Wandstärke des Ofentiegcls vergleichbar gehallen werden müssen. Unter solchen Verhältnissen wird zu Beginn der Ofenreise das Verhältnis aus Strom und Spannung, das sich aus dem Neuzustand der Tiegelwandstärke ergibt, ermittelt, und es werden danach im Ablauf der Reise die eintretenden Veränderungen dieses Verhältnisses laufend gemessen.

Das Verfahren weist den Mangel auf, daß die Kopplung zwischen der Spule und dem Ofensystem empfindlich durch die genannten Einflußgrößen beeinflußt wird, wodurch die genaue Einhaltung dieser Größen zum Zweck der Herbeiführung einer Vcrgleichbarkeit aller Messungen erforderlich ist.

Zur Minderung dieser Abhängigkeiten wird deshalb der vorliegenden Erfindung entsprechend ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das sich dadurch kennzeichnet, daß der Meßwert der an der Teilspule überwachten Überwachungsmeßgröße mit dem Meßwert der physikalisch gleichen Meßgröße, der jedoch an der die Teilspule als Teil enthaltenden Heizspule als Vergleichswert ermittelt wird, hinsichtlich des zeitlichen Gleichlaufs beider Meßwerte überwacht wird.

Als widerstandsabhängige Meßgrößen kommen bei dem Verfahren nach der Erfindung die Leistung, die Spulenspannung und der Widerstand der Spule bzw. der Teilspule in Betracht. Es können auch die zugehörigen reziproken Meßwerte gemessen und miteinander verglichen werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Wandstärken-Indikation die Überwachung der Wirkkomponenten der Leistung, der Spannung bzw. des.

Widerstandes der Teilspule und der Gesamtspule vorgeschlagen.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich durch gleichzeitige Überwachung der Meßwerte der Überwachungs- und der Vergleichsmeßgröße aber auch durch zeitliche nacheinander erfolgende Ermittlung der Meßwerte beider Meßgrößen durchführen. Dabei können die Meßwerte der Überwachungs- und der Vergleichsmeßgröße, d. h. also entweder die Meßwerte der Leistung, der Spannung oder des Widerstandes, visuell angezeigt, mittels eines Schreibers od. dgl. registriert oder aber hinsichtlich des Überschreitens vorgebbarer Grenzen in der Gleichlaufabweichung indiziert werden.

Einrichtungen, die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dienen, kennzeichnen sich durch Meßmittel zur Erfassung der Meßwerte der Überwachungs- und der Vergleichsmeßgröße sowie durch eine Vorrichtung zum Vergleich des zeitlichen Gleichlaufs der Meßwerte beider Meßgrößen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachfolgend anhand einer Zeichnung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens wiedergibt, näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine entsprechende Einrichtung, die zur Überwachung der Wandstärke eines Induktionstiegelofens entlang der Lange seiner gesamten Tiegelachse dient.

F i g. 2 zeigt eine Abänderung der Einrichtung nach Fig. 1.

In Fig. 1 bezeichnen 1 den Tiegel eines Netzfrequenz-Ofens, dessen Inhalt durch die Induktionsspule 2, die den Tiegel von außen entlang seiner Längsachse 3 umfaßt, beheizt wird, und 4 eine die Spule 2 speisenden Wechselstromgenerator einstellbarer Leistung.

Die Wandstärke des Tiegels 1 ist im Bereich seiner Höhenzone h hinsichtlich erosiver Auswaschungen derart zu überwachen, daß beim Absinken der Tiegelwandstärke unter eine vorgebbare Mindestwandstärke, die einen Wanddurchbruch des Tiegels mit Sicherheit gerade noch verhindert, die gesamte Anlage stillgesetzt und der Tiegel repariert werden kann.

Hierzu ist die Induktionsspule 2 mit Anzapfungen 5 und 6 versehen, die zwischen sich eine Teilspule einschließen, die den Bereich h mit einer oder mehreren Spulenwindungen umfaßt. Der Spannungsabfall an der Teilspule 5, 6 ist über die Meßleitungen 7 und 8 dem Eingang einer elektronischen Analog-Rechenvorrichtung 9 zugeführt. Die Analog-Rechenvorrichtung 9 ist als Vier-Quadranten-Multiplizierer ausgebildet, der zur Bildung einer elektrischen Wechselspannung dient, die der an der Teilspule 5, 6 meßbaren Leistung proportional ist. Zur Ermittlung des der Teilspule 5, 6 durchfließenden Stroms / wird die Stromstärke des Stroms durch die Speiseleitung 10, der dem Generator 4 entnommen ist, mittels einer die Leitung 10 umfassenden Induktionsspule 11 mit nachgeschaltetem magnetischem Spannungsmesser 12 und einem dessen Ausgangsspannung integrierenden elektronischen Integrator 13 in eine elektrische Wechselspannung abgebildet, deren Momentanwert und Phasenwinkel den entsprechenden Größen des Stroms der Leitung 10 proportional ist. Die Wechselspannung wird über die Leitung 14, 15 einem zweiten Eingang der elektronischen Analog-Redienvorrichtung 9 zugeführt, die — ihrer Ausbildung entsprechend — phasenrichtig das Produkt der beiden Einga.igsspannungen bildet. Die resultierende Wechselspannung, die einen der Wirkleistung an der Spule 5,6 in oekannter Weise proportionalen Gleichstromanteil aufweist, ist der Ausgangsleistung 16 zugeführt

Als Vergleichsgröße für die Meßspannung der Leitung 16 dient die an der Induktionsspule 2 meßbare Leistung. Zur Bildung einer entsprechenden Wechselspannung ist die Ausgangsspannung der Meßvorrichtung 11, 12, 13 über die Leitung 14, 15 dem einen Eingang einer zweiten elektronischen Analog-Rechenvorrichtung 17 zugeführt, die ebenfalls als Vier-Quadranten-MultipIizierer ausgebildet ist, und es dient dieser Vorrichtung als zweite Steuerspannung eine Wechselspannung, die über die Leitungen 18 und 19 an den Enden der Induktionsspule 2 abgegriffen und damit dem Spannungsabfall an dieser Spule proportional ist. Die Analog-Rechenvorrichtung 17 bildet ebenso wie die Vorrichtung 9 aus den beiden Steuerspannungen eine elektrische Wechselspannung, die der an der Spule 2 meßbaren Leistungen entspricht. Sie enthält ebenfalls einen Gleichstromanteil, so daß der zeitliche Mittelwert der Ausgangsspannung der Vorrichtung 17, die der Leitung 20 zugefiihrt ist, der an der Spule 2 meßbaren Wirkleistung proportional ist.

Die Spannungen der Leitungen 16 und 20 sind einer Vergleichsvorrichtung 21, die zum Vergleich des zeitlichen Gleichlaufs der Meßwerte sowohl der Meßgröße als auch der Vergleichsgröße dient, zugeführt. Beide Spannungen sind über zugehörige Potentiometer 22 und 24 jeweils mit einstellbarer bzw. normierbarer Amplitude den beiden Eingängen eines elektronischen Differenz-Gleichstromverstärkers 23 zugeführt, der eine der Differenz beider Eingangsspannungen proportionale Spannung auf seine Ausgangsleitung 25 überträgt. In die Ausgangsleitung 25 ist ein integrierendes elektromechanischen Überwachungsinstrument 26 eingeschaltet, das den zeitlichen Mittelwert des die Leitung 25 durchfließenden Stroms anzeigt. Das Meßinstrument 26 zeigt deshalb eine Differenz aus einem der Wirkleistung an der Teilspule 5, 6 proportionalen und aus einem der Wirkleistung ar. der Gesamtspule 2 proportionalen Meßwert an. Durch passende Wahl der Widerstände 22 bzw. 24 läßt sich die Anzeige des Meßinstruments 26 z. B. auf den Wert Null einstellen, wodurch sich Abweichungen des Gleichlaufs der Meßwerte beider Meßgrößen zu erkennen geben. Lokale Einflüsse an der Teilspule 5, 6, die aus der Veränderung der Wandstärke des Tiegels 1 resultieren, verändern dabei die Wirkleistung an der Teilspule 5, 6 in höherem Maße als den entsprechenden Vergleichswert, der an der Gesamtspule 2 meßbar ist.

Im übrigen ist die Anordnung nach F i g. 1 noch derart getroffen, daß neben der Tiegelzone h noch Nachbarzonen der Tiegelwandung in entsprechender Weise zu überwachen sind. Die Induktionsspule 2 weist hierzu entsprechende Anzapfungen auf, die jeweils Teilspulen der Gesamtspule 2 einschließen. Die Teilspulen sind den entsprechenden Zonen der Tiegelwandstärke zugeordnet und un;fassen den Tiegel in der zugehörigen Zone. Die Spannungsabfälle an diesen Teilspulen sind — wie in der Zeichnung dargestellt — den Eingängen zugeordneter Vier-Quadranten-Multiplizic-er 34, 35, 36 und 37 zugeordnet, deren zweite Eingänge jeweils mit der Spannung der Leitung 14,15 gespeist sind Mit 30,31,32 und 33 sind der Vorrichtung 21 entsprechende Überwachungsvorrichtungen bezeichnenderen Eingänge jeweils mit den Ausgangsspannungen der Vier-Quadranten-Multiplizierer und der der Stromstärke / proportionalen Wechselspannung der Leitung 20 gespeist sind. Im übrigen sind die Vergleichsvorrichtun-

gen hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der Vergleichsvorrichtung 21 identisch.

Die die Gesamtleistung der Spule 2 abbildende Analog-Rechenvorrichtung 20 kann im übrigen durch eine Summationsvorrichtung ersetzt werden, die die phasenrichtig gebildete Summe der Ausgangsspannun gen der Analog-Rechenvorrichtungen 34, 35, 9, 36 und 37 zur Ermittlung der Gesamtleistung bildet. Die Ausgangsspannung dieser Summationsvorrichtung ist wiederum der Leitung 20 zuzuführen.

Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Ausbildung der Vergleichsvorrichtung 21 nach Fig. 1. Die die zu vergleichenden Wechselspannungen der Leitungen 16 und 20 speisen — über einstellbare Potentiometer 41 und 42 — die Eingänge einer Summalionsvorrichiung 43, die die Differenz beider Spannungen bildet. Die resultierende Differenzspannung ist dem Eingang eines Gleichstromverstärkers 44, der über ein Gegenkopplungs-Netzwerk 45 gegengekoppelt ist und infolge der Gegenkopplung ein integrierendes Übertragungsverhalten aufweist, zugeführt. Der Gleichstromverstärker 44 weist Schaltcharakteristik auf, d. h. seine Ausgangsspannung ist gleich Null, solange die mittels der Vorrichtung 43 gebildete Differenz der Steuerspannungen der Leitungen 16 und 20 gleich Null ist bzw. eine vorgebbare Differenzschwelle nicht überschreitet. Weicht die Differenz von Null ab bzw. überschreitet die Differenz die vorgebbare Schwelle, so schaltet der Verstärker 44 auf seine Ausgangsleistung eine Gleichspannung, die mittels einer Indikationsvorrichmng 46 z. B. in Form einer Leuchtdiode, optisch angezeigt wird Die Vorrichtung 46 kann auch durch eine Alarmanlage eine die Speisung der Spule 2 unterbrechende Schaltanlage od. dgl. ersetzt werden.

In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 wird da* Verhältnis der Spannungen auf den Leitungen 16 und 2C hinsichtlich seiner Konstanz bzw. hinsichtlich des Überschreitens vorgebbarer Abweichungsgrenzer

ίο überwacht. Solange die Ausgangsspannung der Vorrichtung 43 gleich Null ist, ist das Verhältnis der beiden Meßgrößen konstant. Weicht das Verhältnis von einem durch die Einstellung der Widerstände 41 und 42 vorgegebenen Wert ab, so wird die Vorrichtung 46 betätigt und die Veränderung der zugehörigen Tiegelwandstarke indiziert.

Die Vergleichsmessungen werden im übrigen unter vergleichbaren Bedingungen, d. h. bei gleicher Füllsiandshöhe des Schmelzguts im Ofen, vorgenommen.

Ls liegt im Rahmen der Erfindung, die Vicr-Quadranten-Multiplizierer des Ausführungsbeispiels durch Vier-Quadranten-Dividierer zur Bildung von dem Widerstand proportionaler Meßgrößen zu ersetzen. Ferner kann die Widerstands- bzw. Leistungsmessung durch eine reine Spannungsmessung ersetzt werden, wobei sich ebenfalls die Wirkspannungsmessung als zweckmäßigerwiesen hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

2(5 02 Patentansprüche:

1. Verfahren zur betriebsmäßigen Überwachung der Wandstärke des Tiegels eines elektrischen Induktionsofens im Bereich einer vorgegebenen Zone seiner Tiegelhöhe durch Überwachung der zeitlichen Veränderung des Meßwertes einer elektrischen Meßgröße, die an einer die Tiegelzone umfassenden Teilspule einer den Ofen beheizenden Induktionsspule ermittelt und vom Widerstand der Teilspule abhängig ist, und durch Vergleich dieses Meßwertes mit einem Vergleichswert, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert der an der Teilspule überwachten Überwachungsmeßgröße mit dem Meßwert der physikalisch gleichen Meßgröße, der jedoch an der die Teilspule als Teil enthaltenden Heizspule als Vergleichswert ermittelt wird, hinsichtlich des zeitlichen Gleichlaufs beider Meßwerte überwacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Teilspule und an der Gesamtspule erfaßten Vergleichsgrößen hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs ihres Verhältnisses überwacht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Teilspule und an der Gesamtspule meßbaren Wirkleistungsmeßwerte miteinander verglichen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Teilspule und an der Gesamtspule meßbaren Wirkwiderstandsmeßwerte miteinander verglichen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Teilspule und an der Gesamtspule meßbaren Wirkspannungsmeßv/erte miteinander verglichen werden.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Meßmittel (7,«, 9; 11, 12, 13, 14, 15) zur Erfassung der Meßwerte der Übenvachungs- und der Vergleichsmeßgröße sowie eine Vorrichtung (21) zum Vergleich des zeitlichen Gleichlaufs der Meßwerte beider Meßgrößen vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß neben Meßmitteln zur Erfassung der Teilspulenspannung (5, 6, 7, 8) und des Teilspulenstroms (11, 12, 13, 14, 15) Meßmittel zur Erfassung der Gesamtspulenspannung (18, 19) und des Gesamtspulenstroms(12,13,14,15), Rechenvorrichtungen (9,17) zur Verknüpfung der Meßwerte dieser vier Meßgrößen zu zwei zusammengesetzten Meßgrößen, die mit dem Teilspulenwiderstand und dem Gesamtspulenwiderstand jeweils variabel sind, und eine Vergleichsvorrichtung (21) zum Vergleich des zeitlichen Verlaufs der beiden Zusammengesetzten Meßgrößen vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenvorrichtungen (9, 17) aus Analogrechnern zur multiplizierenden oder dividierenden Verknüpfung von jeweils mit dem Spannungsabfall an einer Spule und dem Spulensirom variablen Spannungen/Ströme bestehen, deren elektrische Ausgangsströme/Ausgangsspannungen jeweils einer Vergleichsvorrichtung (21) zum Vergleich des zeitlichen Gleichlaufs beider Spannungen/ Ströme zugeführt sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, "dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsvorrichtung (21) aus, einem Differenz-Schaltverstärker (23) besteht, dem die miteinander zu vergleichenden Größen eingangsseitig zum Vergleich zugeführt und dem ausgangsseitig eine Signalvorrichtung (26) nachgeschaltet sind.