DE2637275C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Änderungen in einer in einem Ofen wie einem Hüttenofen, Hochofen, Schachtofen o.dgl. befindlichen Charge - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Änderungen in einer in einem Ofen wie einem Hüttenofen, Hochofen, Schachtofen o.dgl. befindlichen Charge

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DE2637275C3
DE2637275C3 DE2637275A DE2637275A DE2637275C3 DE 2637275 C3 DE2637275 C3 DE 2637275C3 DE 2637275 A DE2637275 A DE 2637275A DE 2637275 A DE2637275 A DE 2637275A DE 2637275 C3 DE2637275 C3 DE 2637275C3
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Koosuke Fukuoka Harada
Tosiro Urawa Kikuchi
Tokuji Shokyu
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Änderungen in einer in einem Ofen wie einem Hiiltenofen, Hochofen, Schachtofen oder dergleichen
befindlichen Charge sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Um den Gang eines Ofens optimal steuern zu können, ist es notwendig, das Absinken der Beschickung oder Charge innerhalb des Ofens zu kennen. Hierzu gehören beispielsweise die Absinkgeschwindigkeit, seitliche Verschiebungen, Gleichmäßigkeit der Verteilung, Schwankungen in der Form der Schichten und dergleichen der Charge, die sich in dem Ofen befindet
Üblicherweise werden bei einem Ofen, d.h. Hoch- iö ofen, Blasofen usw., der typischerweise einen vertikalen Aufbau besitzt, Erze, Sintererze, Kalkstein, Koks usw. nacheinander von der Gicht des Ofens in Form von Schichten eingebracht, und vom unteren Teil des Ofens werden heiße Luft und Brennstoff in den Ofen eingeblasen, um so das Frischen durchzuführen. Es ist verständlich, daß zur optimalen Durchführung der Prozeßsteuerung die Kenntnis erforderlich ist, wie die von oben an eine Stelle eingebrachte Charge sich in dem Ofen verschiebt, wie ihre Verschiebungsrate ist, wie die Verteilung der Schichten aussieht und wie diese Verteilung der Schichten Schwankungen unterworfen ist. Jedoch sind diese Verhaltensweisen der Charge bisher niemals genau genug nachgewiesen worden, was darauf zurückzuführen ist, daß ein solcher Ofen einen geschlossenen Aufbau besitzt, daß er weiterhin innen dick mit hochschmelzendem Metall oder Stahl abgedeckt ist und daß das Frischen bei sehr hoher Temperatur durchgeführt wird.
Es ist bereits beispielsweise aus der DE-OS 20 31 835 eine Vorrichtung bekannt, mit der zur Bestimmung des Verhaltens einer Charge die Form der Verteilung der Oberflächenschicht einer Charge am oberen Teil des Ofens durch Fernsehen beobachtet werden kann. Es wurde ebenfalls eine Vorrichtung entwickelt, mit der das Verhalten einer Charge durch Messen der Temperaturverteiiung oder der Verteilung der Gase an der Gicht beobachtet werden knrn. Jedoch kann mit keiner dieser beiden Verrichtungen das Verhalten einer Charge unterhalb der Füllinie des Ofens bestimmt werden. Daher ist die Steuerung der Ofenreaktionen aufgrund der Ergebnisse, die diese Vorrichtungen liefern, in jedem Falle nicht präzise genug. Um nun dem Mangel der ungenügenden Präzision des Nachweises mit den oben beschriebrnen indirekten Mitteln ζ ι beseitigen, wurde eine Vorrichtung entwickelt, die das Verhalten einer Charge durch Messen der magnetischen Kraft, die in Erzen gebildet wird, unter Verwendung eines magnetischen Meßfühlers erfa?'- Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise im einzelnen in der japanischen Zeitschrift für offengelegte Patente »Japanese Laid-Open Patentiazette« No. 3, 570— 1973 beschrieben. Dieses Verfahren arbeitet so, daß ein magnetoelektrisches Wandle reit ment, ein Magnetometer und ein Gaußmetcr, die als magnetische Meßfühler bekannt sind, auf der Wand des Ofens angeordnet werden, um so die magnetische Kraft bzw. Feldstärke zu messen, die von den Erzen selbst erzeugt wird, und die Bewegung einer im Ofen befindlichen Charge sowie Fluktuationen ihres Verteilungszustandes werden durch Schwänkun- 6ö gen der magnetischen Feldstärke der Erze nachgewiesen. Dieses Verfahren wird jedoch zu einem großen Teil durch Restmagnetismus des Stahlmantels, der den Ofen umgibt, und durch Erdmagnetismus beeinflußt, so daß es schwierig ist, die magnetische Feldstärke der Erze vom Störuntergrund zu trennen.
Es ist weiterhin aus dem »Automatik Katalog«, Verlag Max Binkert & Co., Frankfurt/Main, 1964, Seiten 139 bis 14!, bekannt, die Durchflußrate von Flüssigkeiten in einem Rohr durch die elektromotorische Kraft ui messen, die die Flüssigkeit als bewegter Leiter in einem Magnetfeld erzeugt. Es bereitet jedoch Schwierigkeiten, ein hinreichend großes gleichförmiges magnetisches Feld innerhalb eines heißen Ofens aufzubauen, so daß dieses Verfahren für die vorliegenden Anwendungszwecke nicht geeignet ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erfassen des Verhaltens von Chargen in einem Ofen zu schaffen, mit dem präzise Informationen über das Absinken und die Gleichmäßigkeit der Verteilung der einzelnen Chargenschichten innerhalb eines Ofens erhalten werden können. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in mindestens einem in Ofenwandnähe lokal erzeugten vorzugsweise horizontalen Magnetfeld dip Änderung der Magnetfeldstärke durch die sich verteuernden Chargenschichten gemessen wird und die Meßwerte in elektrische Signale umgesetzt werden.
Die Magnetfeldachse verläuft dabei vorzugsweise in radialer Richtung des Ofenquerschnitts.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält gemäß der Erfindung einen Erregerund einen magnetischen Fühler in Kombination. Der magnetische Abtastteil des Magnetometers befindet sich bei dem magnetischen Fühler auf der Mittelachse des von dem Erreger erzeugten magnetischen Feldes. Der Erreger und der magnetische Fühler befinden sich auf der Wand des O-ens. Vorzugsweise sind sie in ein Loch der Ofenwand cngefügt.
Es wird weiterhin bevorzugt, mehrere magnetische Fühler vorzusehen, die an verschiedenen Stellen entlang des Umfanges und auf verschiedenen Höhen in senkrechten Richtungen des Ofens angeordnet sind. Es sind außerdem eine Signalverarbeitungsvorrichtu<ig, die ein von dem magnetischen Fühler übertragenes Ausgangssignal geeignet verarbeitet, und eine Vorrichtung zum Aufzeichnen oder Anzeigen des Ausgangssignals der Signalverarbeitungsvorrichtung vorgesehen. Eine Schwankung des magnetischen Flusses, der durch den magnetischen Abtastteil hindurchtritt, aufgrund einer Bewegung der Charge wird in Form eines elektrischen Signals aufgenommen und arithmetisch verarbeitet. Die magnetischen Fühler sind vorzugsweise so ausgelegt, daß sie gekühlt werden können. Dadurch kann auch das Verhalten einer Charge im Zustand hoher Temperatur gleichermaßen richtig erfaßt und nachgewiesen werden. Der magnetische Abtastteil ist vorzugsweise im vorderen Abschnitt des Erregers, der die Chaige magnetisiert, nahe der Charge angeordnet, und es werden Fluktuationen der Vektorkomponenten des erregenden magnetischen Feldes in Riditung der magnetischen Nachweisachse des magnetischen Abtastteiles nachgewiesen, da das magnetische Feld durch die Charge, die sicn in der Nähe dieses magnetischen Abtastteiles verschiebt, Fluktuationen unterworfen ist. Dadurch wird die Charge von dem Einfluß durch das umgebende magnetische Rauschfeld freigehalten, weil von dem Erreger ein starkes künstliches erregendes Magnetfeld erzeugt wird. Dadurch ist es möglich, das Verhalten der Cha-pe mit hoher Präzision nachzuweisen.
Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung, die die lagemäßige Anordnung zwischen dem erregenden Magnetfeld und dem magnetischen AbtastteÜ zeigt,
Fig.2 eine schematische Darstellung des Verlaufs des magnetischen Flusses, der durch eine Meßobjektsubstanz mit hoher Permeabilität konzentriert wird,
Fig.3 ein Blockschaltbild der GrUndschaltungen des magnetischen Fühlers, der in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird,
F i g. 4 eine schematische Darstellung des Grundprinzips eines magnetischen Differentialfühlers, der in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird,
Fig. 5 eine schemalische Darstellung, die die Anbringung, den Aufbau und die Wirkungsweise des magnetischen Fühlers erläutert, der bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird,
Fig.6 eine detaillierte Schaltung eines bei der Erfindung vorgesehenen Magnetometers,
Fig.7 eine andere Detailschaltung eines Magnetometers, das bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird,
F i g. 8 eine schematische Darstellung der Anbringung und des Aufbaues eines magnetischen Differentialfühlers, der in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird,
Fig.9 eine schematische Darstellung der Anbrin-•gung, des Aufbaues und der Funktion des Magnetometers für den Fall, daß ein Paar vertikal angeordneter magnetischer Fühler verwendet wird,
Fig. 10a und 10b schematische Darstellungen der Anbringung und der Anordnung der magnetischen Fühler, die in einem Blasofen oder Hochofen angeordnet sind,
Fig. 11 eine schematische Darstellung, die einen Zustand bei der Verwendung der Magnetometer zeigt, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden,
Fig. 12 eine graphische Darstellung, die die Wellenformen der Ausgangssignaie zeigt, die von übereinanderliegenden Magnetometern erhalten werden,
Fig. 13 einen Kurvenverlauf, der die Korrelationsfunktion zeigt,
Fig. 14 eine schematische Darstellung der Hauptbestandteile einer Schweröleinblassteuerung für den Fall, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Blasofen angewendet wird,
Fig. 15 ein Blockschaltbild, das die arithmetischen Grundzüge der arithmetischen Signaleinhei: zeigt, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird,
F i g. 16 eine schematische Darstellung der Grundzüge der Steuerung der Verteilung von Chargen am oberen Teil des Ofens für den Fall, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Hochofen angewendet wird und
Fig. 17 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Grundzüge der Signalverarbeitung zur Steuerung der Verteilung von Chargen.
Verfahren zur Messung der Eigenschaften eines Meßobjektes (im folgenden auch einfach als »Objekt« bezeichnet), des Abstandes zu dem Objekt und der Fluktuationen des Abstandes durch die Verwendung verschiedener Arten von Magnetometer« sind allgemein bekannt. Was hierbei jedoch bekannt ist, sind solche Verfahren, bei denen der Eigenmagnetismus des Objektes in dessen ursprünglichem Zustand oder der Restmagnetismus des Objektes nach der Magnetisie
rung direkt durch die Verwendung eines Magnetomeiers gemessen wird. Aus diesem Grunde besaßen diese Verfahren ihnen innewohnende Nachteile, wobei einige von ihnen bezüglich der Empfindlichkeit begrenzt waren und andere die Neigung besaßen, durch das magnetische Rauschfeld beeinflußt zu werden, was selbst dann auftrat, wenn ausreichende Empfindlichkeit erhalten werden konnte.
Bei der Erfindung wird der magnetische Abtastteil eines Magnetometers an einer Stelle in der Nähe des Vorderen Teiles eines Erregers angeordnet, oder mit anderen Worten an solch einer Stelle angeordnet, die entlang der Mittelachse des erregenden magnetischen Feldes des Erregers ausgewählt ist. Dadurch wird, wenn sich das Meßobjekt, d.h. eine Charge, innerhalb des erregenden magnetischen Feldes befindet, oder wenn die Charge in dieses erregende magnetische Feld eindringt oder wenn die Charge aus dem Inneren des erregenden magnetischen Feldes nach außen (also außerhalb des erregenden magnetischen Feldes) entweicht, eine Schwankung der Dichte des erregenden magnetischen Flusses, der durch den magnetischen Abtastteil hindurchdringt, erzeugt, wobei das Entstehen einer Schwankung in einer Weise verursacht wird, die jedem einzelnen zu prüfenden Fall entspricht. Auf der Grundlf^e der erzeugten Schwankung werden der Abstand zu dem Meßobjekt, Schwankungen des Abstandes und/oder der Eigenschaften (Arten der Chargen) des Meßobjektes gemessen.
Zunächst wird zusätzlich eine Beschreibung bezüglich der Messung des Abstandes, der Schwankungen des Abstandes und der Eigenschaften des Meßobjektes, d. h. einer Charge, gegeben. Im Falle der vorliegenden Erfindung bedeutet der »Abstand« nicht einen absoluten Wert sondern einen relativen Wert Das gilt gleichermaßen für den Fall der Schwankungen des Abstandes. Jedoch können dann, wenn ein Paar magnetischer Fühler in vertikaler Richtung (d. h. in Aufwärtsrichtung oder Abwärtsrichtung) verwendet wird, der absolute Wert der Geschwindigkeit des Objektes und der absolute Wen der Dicke einer Schicht auf der Grundlage des trennenden Abstandes zwischen den beiden magetischen Fühlern und der Phasendifferenz der elektrischen Signale, die von den beiden magnetischen Fühlern abgegeben werden, berechnet werden. Außerdem ergibt sich noch bezüglich der Bedeutung der Eigenschaften die Möglichkeit, daß bezüglich ihrer Permeabilität verschiedene Chargen erkannt werden können, wenn eine Differenz '■> den Werten der Permeabilität der Charge in Abhängigkeit davon auftritt, ob die Charge eine nichtmagnetische Substanz oder eine ferromagnetische Substanz ist, und daß die Eigenschaften der Charge bezüglich ihrer Dichte erkannt werden können, wenn die Dichte nicht konstant bleibt, obgleich die Art der Charge die gleiche ist und konstant bleibt Weiterhin sei bemerkt, daß der Bereich des erregenden magnetischen Feldes nicht eine mit theoretischer Präzision speziell bestimmte Größe ist, sondern das magnetische Feld in dem Meßbereich eines Magnetometers bezeichnet, insoweit als es den Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft
Wie im vorstehenden ausgeführt worden ist betrifft die Erfindung ein Verfahren, das zum Nachweis der
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magnetischen Flusses anwendbar ist, wie er durch den magnetischen Abtastteil hindurchgeht, oder mit anderen Worten zum Nachweis der Fluktuationen anwendbar ist die durch die Bewegung einer Meßobjektsub-
stanz hervorgerufen werden, wobei der magnetische Fluß eine Komponente in Richtung der magnetischen Nachweisachse des magnetischen Abtastteiles in dem erregenden magnetischen Feld aufweist. Daher besitzt das Verfahren ein hohes Maß an Empfindlichkeit und wird "uf in einem vernachlässigbaren Grad durch das umgebende magnetische Feld beeinflußt bzw. gestört. Aus diesem Grunde besitzt das Verfahren gemäß der Erfindung den Vorteil einer seht1 hohen Meßpräzision. Ein weiteres Merkmal der Erfindung beruht darin, daß lü Fluktuationen eines starken erregenden magnetischen Feldes selbst gemessen werden, das sich zum Nachweis eines Meßobjektes mit ganz niedriger Permeabilität als wirksam genug erweist. Aus diesem Grunde können sogar solche Materialien in geeigneter Weise gemessen werden, deren Wert des magnetischen Restflusses nahezu Null ist.
Als nächstes wird das Prinzip des Nachweises durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Grundaufbaues und zeigt die Beziehung zwischen einem Erreger 1, einem solchen erregenden magnetischen Feld, wie es durch den Erreger erzeugt wird, und einem magnetischen Abtastteil 2 eines Magnetometers für den Fall, wenn keine Meßobjekte vorhanden sind. Wie in F i g. 1 gezeigt ist, verläuft die Richtung der magnetisch η Nachweisachse 4 des magnetischen Abtastteiles 2 entlang der Mittelachse des Erregers 1, was den Zweck hat, Schwankungen der Dichte eines erregenden Magnetflusses 3 in der Nähe des Endes des Erregers 1 nachzuweisen. Hierbei ist es wünschenswert, daß das für die Verwendung ausgewählte Magnetometer eine solche Charakteristik aufweist, daß es durch das erregende magnetische Feld, das auf den magnetischen Abtastteil wirkt, nicht gesättigt werden kann.
Fig.2 ist eine Darstellung der Verteilung des erregenden magnetischen Flusses, der Veränderungen im erregenden magnetischen Feld zeigt, wenn sich ein MeUobjekt mit einem hohen PermeaDilitatswert in diesem erregenden magnetischen Feld befindet Wenn sich eine hochpermeable Substanz 5 dem Erreger 1 und dessen Mittelachse nähen, wird der durch den Erreger 1 erzeugte Magnetfluß 3 in solch einer Weise fokussiert, wie es in F i g. 2 dargestellt ist In diesem Falle wird die Magnetflußdichte in dem magnetischen Abtastbereich 2 und in dessen nächster Umgebung sehr hoch im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten Fall, wie es in F i g. 2 gezeigt ist. Eine Änderung der Magnetflußdichte wie diese ermöglicht, daß die Permeabilität dieses Meßobjektes richtig gemessen wird, wenn vorher der Meßwert zu dem Wert der Permeabilität einer speziell gewählten bekannten Substanz in Beziehung gebracht worden ist Neben der Dichte eines Meßobjektes können durch Ausarbeitung eines geeigneten Nachweisverfahrens zum Beispiel die wirkliche Dichte der Substanz selbst und der Grad der Füllung, wenn das Meßobjekt ein Stück, eine teilchen- oder eine pulverförmige Substanz ist, die Menge und die Gestalt derselben gleichermaßen gemessen werden. Dazu können ebenfalls der Abstand zwischen dem Meßobjekt und dem magnetischen Fühler und auch der Abstand der Verschiebung des Meßobjektes gemessen werden, wie es oben angegeben worden ist Diese Art der Messung durch das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn sich ein körperliches Hindernis wie eine nichtmagnetische Wand oder eine nichtmagnetische Schicht oder ein anderes Hindernis, einschließlich eines gefährlichen Gases oder einer gefährlichen Flüssigkeit hoher Temperatur, zwischen dem Meßobjekt und dem Erreger und/oder zwischen dem Meßobjekt Und dem magnetischen Abtastteil befindet oder wenn eine Bedienungsperson nicht in sicherer Weise Zugang hat Und Bedarf besteht, ferngesteuerte Messungen durchzuführen.
F i gi 3 ist ein Blockschaltbild, das eine Grundschaltung bzw. -anordnung einer Vorrichtung zeigt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Der Erreger 1 besitzt eine Spule 9, die um einen magnetischen Kern 8 entsprechend dessen Gestalt gewickelt ist. Der Erreger 1 ist mit einer Stromquelle 10 verbunden, die entweder eine Wechselstromquelle oder eine Gleichstromquelle sein kann. 6 ist eine Versorgungsschaltung, die den magnetischen Abtastteil 2 versorgt, und 7 ist eine Signalverarbeitungsvorrichtung. Der Teil, der in der vorliegenden Beschreibung ein Magnetometer genannt wird, umfaßt grundsätzlich den magnetischen Abtastteil 2, die Versorgungsschaltung 6 und die Signalverarbeitungsvorrichtung 7, und ein erzeugtes Ausgangssignal wird einer geeigneten Verarbeitung durch die an sich bekannte Signalverarbeitungstechnik in der Signalverärbeitungsvorrichtung 7 in einer Weise unterworfen, die der Wellenform des Ausgangssignals entspricht. Hierbei werden Speicherung des Signals und andere Funktionen wie Vergleich, arithmetische Operation und Anzeige des Signals durchgeführt, wie es erforderlich ist Es soll auch hinzugefügt werden, daß die Niveaubestimmung frei durchgeführt werden kann, z. B. kann das Ausgangssignalniveau des Magnetometers zu der Zeit, wenn überhaupt kein Meßobjekt vorhanden ist, als Standardniveau gewählt werden, oder dieses Ausgangssignalniveau kann so gesteuert werden, daß es durch die Signalverarbeitungsvorrichtung 7 auf das Niveau Null abgesenkt wird.
Als nächstes wird das Grundprinzip des differentiel len Typs unter Bezugnahme auf F i g. 4 beschrieben.
Zwei magnetische Abiastteiie, d. n. ein Paar magnetische Abtastteile 2a, 2b, sind an den Enden des Erregers 1 angeordnet. Die magnetischen Abtastteile 2a, 2b sind jeweils in einer entsprechenden elektrischen differentiellen Weise mit einer Signalverarbeitungsschaltung 70 über Versorgungsschaltungen 6a, 6b verbunden. Dadurch kann richtig geprüft werden, ob ein magnetisches Feld wie der Erdmagnetismus außerdem auf das erregende magnetische Feld als ein magnetisches Rauschfeld, d. h. Untergrundfeld, einwirkt d. h. ob ein paralleles magnetisches Feld seinen Einfluß ausübt. Die Eigenschaften eines Meßobjektes, sein Abstand und dessen Schwankungen können so durch den magnetischen Abtastteil 2a im wesentlichen richtig gemessen werden. In diesem Zusammenhang wird auch auf F i g. 8 verwiesen.
Das Grundprinzip, auf dem die vorliegende Erfindung beruht, wurde oben angegeben. Demnach können Verhaltensweisen einer in einem metallurgischen Ofen, Hochofen oder dergleichen befindlichen Charge, die bisher ganz schwierig zu untersuchen waren, geeignet und richtig nachgewiesen werden. Eine detaillierte Beschreibung für die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung folgt unten durch Auswahl und Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, bei dem die Erfindung auf einen Hochofen oder Blasofen angewendet wird.
F i g. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem das erfindungsge-
mäße Verfahren in einer Ausführungsforrn angewendet wird. 111 bezeichnet Eisenerz (oder Möller), mit dem ein Hochofen beschickt worden ist. 112 ist Koks. Wie bekannt ist, Fällt die Charge, d. h. Möller, Eisenerz (einschließlich Sintererz) 111, die sich in einem Schachlabschnitt befindet, zusammen mit dem Koks nach unten, v/enn der Hochofen im Betrieb ist. Die Fallgeschwindigkeit und die Dicke der Schicht ändern sich von Augenblick zu Augenblick. Wenn nun die Änderungen in den vertikalen Richtungen und in den Ümfangsrichtungen innerhalb des Ofens nicht gleichmäßig sind, sind die Reaktionen in dem Ofen entsprechenden Änderungen unterworfen. Um die normalen Reaktionen in dem Ofen aufrechtzuerhalten, muß zwangsweise die richtige Einstellung getroffen werden bezüglich der Menge einer Charge, der Bedingung zur Beschickung und des Zeitablaufs der Beschickung bei völliger Kcnntnss der Bewegung der Charge, mit anderen Worten der Verschiebung ihrer Lage, der Geschwindigkeit ihrer Verschiebung, Fluktuationen ihres Niveaus, Fluktuationen ihrer Dichte, ob Eisenerz 111 an einer richtigen Stelle entsprechend der spezifischen Meßstellung vorhanden ist oder nicht, ob Koks 112 vorhanden ist oder nicht und auf welche Weise diese Bestandteile ihre Stellungen wechseln. Da nun ein metallurgischer Ofen wie ein Hochofen, Hüttenofen oder dergleichen, üblicherweise aus einer dicken hochschmelzenden Wand aufgebaut ist und darüber hinaus hohe Temperatur besitzt, ist es nicht leicht, die Lageänderung einer Charge zu erfassen. Um in dieser Situation Abhilfe zu schaffen, ist die Erfindung speziell dafür bestimmt, ein geeignetes Verfahren zu liefern, das gut zum richtigen Erfassen dieser Bewegung dient.
Wie in F i g. 5 gezeigt ist, ist der magnetische Fühler 100 in ein Loch eingefügt, das durch eine Eisenblechverkleidung 114 und eine Schamottesteinwand 113 eines Ofens in der Richtung des Kernes des Ofens gebohrt ist. Der magnetische Fühler 100 besitzt einen magnetischen Abtastteil 2, der an seinem Ende angeordnet ist, einen Erreger 1. der in eihtin daran angrenzenden Teil eingepaßt ist, und eine Versorgungsschaltung 6, die den magnetischen Abtastteil 2 versorgt und antreibt und am hinteren Ende des Erregers angeordnet ist, und umfaßt weiterhin ein inneres Gehäuse 8, das diese Teile enthält, ein äußeres Gehäuse 9 mit einem Zwischenraum für ein hindurchströmendes Kühlmittel, der geeigneterweise zwischen diesem äußeren Gehäuse 9 und dem inneren Gehäuse 8 ausgebildet ist, wobei das äußere Gehäuse das innere Gehäuse 8 einschließt, eine Zuführungsleitung 12 für ein Kühlmittel 11, eine Kühlmittelauslaßleitung 13 und eine Passungsvorrichtung 14 zum Einpassen einer Stahlabdeckung, z. B. eine flanschförmige Passung.
In F i g. 5 ist nur ein Ausführungsbeispiel dargestellt; daher soll der dort angegebene Aufbau nicht als Beschränkung angesehen werden, er kann vielmehr Abänderungen bezüglich seiner Auslegung erfahren, so lange diese nicht den Umfang des Erfindungsgegenstandes verlassen. Insbesondere sind der Winkel, der zwischen der Richtung der magnetischen Nachweisachse 4 des magnetischen Abtastteiles 2 und der Richtung des Ofenkernes gebildet wird, und der Winkel, der zwischen der Richtung der magnetischen Nachweisachse 4 und der axialen Richtung des erregenden magnetischen Feldes des Erregers 1 gebildet wird, nicht begrenzt. Weiterhin kann eine Anordnung, bei der die Versorgungsschaltung 6 mit dem magnetischen Abtastteil 2 zusammengefaßt an der Stelle des letzteren angeordnet sind, gewählt werden, oder die Versorgungsschaltung 6 kann außerhalb eines Schutzgehäuses 10 angebracht sein, wenn dies die Gegebenheiten erfordern. Und bezüglich des Kühlmittels kann entweder ein gut bekanntes gasförmiges Kühlmittel wie Luft, Stickstoff oder dergleichen oder ein flüssiges Kühlmittel wie Wasser, Öl oder ein anderes Kühlmittel vorteilhaft angewendet werden, wie es am besten für die Wahl der Temperatur der Ofenwand und der peripheren Umgebungen geeignet ist.
Im Falle der dargestellten Ausführungsform ist die Maßnahme, daß ein Kühlmittel 11 verwendet wird, ergriffen worden; diese Maßnahme muß aber nur dann angewendet werden, wenn der metallurgische Ofen oder Hochofen bei hohen Temperaturen betrieben wird. Wenn daher die Temperatur des Hochofens oder dergleichen vergleichsweise niedrig ist, muß diese Kübliing nirht speziell angewendet werden. Da nun jedoch üblicherweise in der Praxis ein metallurgischer Ofen, Hochofen oder dergleichen in vielen Fällen eine hohe Temperatur besitzt oder aber ein Abschnitt mit vergleichsweise niedriger Temperatur aufgrund der Schwankungen in den Betriebsbedingungen vorübergehend hohe Temperatur erreichen kann, ist es auch dann ratsam, daß eine gewisse geeignete erzwungene Kühlung angewendet wird.
Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Signalverarbeitungsvorrichtung oder -schaltung zur Durchführung einer geeigneten Verarbeitung eines von dem magnetisehen Fühler 100 abgegebenen Ausgangssignals mit Anwendung an sich bekannter Signalverarbeitungsmaßnahmen, einschließlich z. B. einer Verstärkung oder einer Wellenformgebung. Diese Signalverarbeitungsschaltung wird jedoch in einigen Fällen weggelassen, folglich also nicht spezifisch verwendet, was von derr Zustand und den Bedingungen des Ausgangssignales abhängt. 16 ist eine Anzeigeschaltung oder ein Anzeigegerät, das zur Aufzeichnung oder Anzeige eines Ausgangssignals der Versorgungsschaltung 6 oder eines Ausgangssignals der Signalverarbeitungfschaltung 7 bestimmt ist. In der vorliegenden Erfindung ist/sind die Signalverarbeitungsschaltung 7 und/oder das Anzeigegerät 16 als Signalverarbeitungsvorrichtung(en) bezeichnet.
Wenn nun in der Anordnung nach F i g. 5 das Eisenerz 111 und der Koks 112 in der Nähe der Spitze des magnetischen Fühlers 100 nach unten fallen, führt das zum Fallen in ein magnetisches Erregerfeld, wie es durch den Erreger 1 erzeugt wird. Dadurch unterliegen die Vektorkomponenten des magnetischen Erregerfeldes des magnetischen Abtastteiles 2 in Richtung der magnetischen Nachweisachse 4 Schwankungen. Wenn daher die Schwankungen in den Vektorkomponenten durch den magnetischen Abtastteil 2 erfaßt werden und seine Signale mittels der Signalverarbeitungsschaltung 7 als Eingangssignal der Anzeigeschaltung 16 zugeführt werden, können Verhaltensweisen einer Charge erfaßt und sauber und korrekt erkannt werden.
Im folgenden wird eine nähere Beschreibung der Signalverarbeitung, die im Falle eines Ausführungsbeispiels nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf F i g. 6 angegeben.
In F i g. 6 ist ein magnetisches Schwingmagnetometer vom Eintransistortyp dargestellt. 2 bezeichnet wieder einen magnetischen Abtastteil und 6 eine Versorgungsoder Antriebsschaltung. Das Einschalten und Ausschalten des magnetischen Kernes 18 und eines Schalttransistors 19 wird über die nichtlineare Charakteristik des
magnetischen Kernes 18 bewirkt, and ein magnetisches Feld 21, das auf den magnetischen Kern 18 einwirken soll, wird durch die IClemmspannung ea von einem Lastausgleichswiderstand 20 abgegriffen, der in diese Schaltung eingefügt ist.
Weiterhin ist bezüglich der Wirkung dieser Schaltung zu bemerken, daß die Stärke des Magnetflusses des magnetischen Kernes 18 durch das äußere Magnetfeld 31 gesteuert wird. Wenn nun eine Gleichspannungsquelle 22 eingeschaltet wird, fließt ein elektrischer Strom entlang des Weges von der Gleichspannungsquelle 22 ->· über einen Widerstand 23 -+ den Schalttransistor 19-> den Lastausgleichswiderstand 20-> zur Gleichspannungsque'le zurück. Dadurch beginnt der Schalttransistor 19 leitfähig zu werden, und ein Kollektorstrom fließt durch eine Erregerspule 27, um so die Erregung des magnetischen Kernes 18 zu bewirken, wodurch in einer Spule 24 als Folge davon Spannung induziert v/'ftl, der Basisstrom des Schalttransistors 19 wächst an iir\d der Schalttransistor 19 wird völlig leitend. Da jedoch nun der magnetische Kern 18 eine nichtlineare Charakteristik besitzt unterliegt der Zeitdifferentiationswert des magnetischen Flusses allmählicher Verringerung, wenn der Wert des Kollektorstromes anwächst, die induzierte Spannung in der Spule 24 bekommt einen niedrigen Wert, der Kollektorstrom des Schalttransistors 19 verringert sich plötzlich und der Schalttransistor 19 wird so am Ende nichtleitend. Als Folge davon kehrt der Wert des magnetischen Flusses des magnetischen Kernes 18 zu dem Anfangswert des magnetischen Flusses zurück. Durch Wiederholung des angegebenen Zyklus in periodischer Weise wird bewirkt, daß die mittlere Gleichspannung der Klemmspannung ea durch die Schwankungen im Magnetfeld 21 richtig gesteuert wird. Der Widerstand 25 und die Spule 26 sind so ausgelegt, daß sie die Erfordernisse zur Bildung einer negativen Rückkopplungsschaltung zum Löschen des Magnetfeldes 21 erfüllen, die zum Zwecke der Ausdehnung des Meßbereiches auf den magnetischen Kern 18 angewendet wird.
In Fig.7 ist ein Schaltbild für ein Magnetometer dargestellt, bei dem ein magnetischer rviehriachfijhier verwendet wird, der durch die Kombination zweier magnetischer Schwingschaltungen, wie sie in Fig.6 gezeigt sind, gebildet wird. Der Vorteil dieses Magnetometers liegt darin, daß die Linearität seiner Eingangs-/Ausgangs-Charakteristiken der des in F i g. 6 gezeigten Magnetometers vom Eintransistortyp weit überlegen ist und daß das Magnetometer eine überlegene Gegentaktcharakteristik besitzt Der Betrieb dieser Schaltung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In F i g. 7 bezeichnen die Bezugszeichen 2', 6' und 7' entsprechend den magnetischen Abtastteil, den Versorgungs- oder Antriebsschaltteil und den Signalverarbeitungsschaltteil. Es sei nun zuerst angenommen, daß ein elektrischer Strom über den Weg von der Gleichspannungsquelle 22-O über den Widerstand 23a->■ über den Schalttransistor 19a-+ den Lastausgleichswiderstand 20a -» zur Gleichspannungsquelle 22 fließt und der Kollektorstrom des Schalttransistors 19a m den Kollektor des Schalttransistors 19a von der Gleichspannungsquelle 22 über eine Spule 27a fließt. Dabei wird in der Spule 24a durch Induktion Spannung erzeugt und der Schalttransistor 19a wird vöiiig leitend. Der Schaiftransistor iSö wird seinerseits aufgrund der in der Spule 246 erzeugten induzierten Spannung nichtleitend.
Da jedoch der magnetische Kern 18 eine niehtlineare Magnetisierungscharakteristik besitzt, sinken die induzierte Spannung der Spule 24a und die der Spule 24b, bis der Schalttransistor 19a nichtleitend wird, und die Stärke des Magnetflusses des magnetischen Kernes 18 kehrt auf solch einen Wert des Magnetflusses zurück, wie er durch das äußere Magnetfeld 21 eingeregelt wird. In dieser Situation wird in der Spule 24£> durch Induktion Spannung von umgekehrter Polarität erzeugt, wodurch der Schalttransistor 19Λ aus dem gleichen
ίο Grund, wie er im vorstehenden Absatz beschrieben worden ist, leitend wird. Die Abweichung der mittleren Gleichspannung der Klemmspannung an den Lastausgleichswiderständen 20a, 206 wird so einer geeigneten Steuerung durch das Magnetfeld 21 unterworfen. Die Widerstände 25 und die Spule 26 sollen zu dem gleichen Zweck verwendet werden wie in dem Fall, der in Verbindung mit dem in F' g. 6 dargestellten Magnetometer beschrieben worden ist.
Bei der Durchführung der Erfindung kann irgendeine beliebige Vorrichtung der Art frei ausgewählt werden, bei der ein bekanntes Luftspaltmagnetometer, ein Hallelement, ein SMD (magnetempfindliches Halbleiterelement), ein magnetisches Widerstandselemcnt oder irgendeine der mannigfachen Meßspulen verwendet wird, und es besteht insoweit keine Beschränkung auf das oben beschriebene Magnetometer, als die Vorrichtung ein mit einem Erreger ausgestatteter magnetischer Fühler ist, und der magnetische Abtastteil des Magnetometers entlang der Mittelachse des erregenden magnetischen Feldes, das von dem Erreger erzeugt wird, virtuell angeordnet ist und die Vorrichtung die Erfordernisse der oben angegebenen Funktionen erfüllt. Jedoch ist ein magnetischer Mehrfachfühler, wie er vorstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf F i g. 7 beschrieben worden ist, als der am besten geeignete Fühler für die Verwendung in einem Hochofen zu empfehlen.
Als nächstes wird der Erreger 1 näher beschrieben. Als Erreger 1 kann ein Erreger, der nur aus einer Erregerspule gebildet wird, ein Erreger, der aus einer Kombination eines Magnetkernes und einer Erregerspule gcüi'iücl wiiu, ucicr tiü Erreger, der sus ciPicrn Permanentmagneten besteht, verwendet werd ;n. Dabei kann der elektrische Strom, der zur Erzeugung eines magnetischen Erregerfeldes durch die Erregerspule fließen gelassen wird, entweder ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom sein.
Am einfachsten im Aufbau und am besten für praktische Zwecke handhabbar ist von allen oben
so beschriebenen Erregern ein Erreger mit einem System, bei dem eine Charge nur durch einen Permanentmagnet erregt wird. Wenn nun auf den magnetischen Abtastteil 2 ein erregendes Magnetfeld bis zu solch einer Intensitätsstärke einwirken gelassen wird, daß sie höher als die erforderliche Stärke ist, wird das Magnetometer unter Umständen gesättigt. Wenn daher das an den magnetischen Abtastteil zu legende magnetische Erregerfeld ausgeschaltet werden muß, ist es empfehlenswert, um das magnetische Abtastteil innerhalb eines gewünschten dynamischen Bereiches zu betreiben, daß entweder eine Löschspule in der Peripherie des magnetischen Abtastteiles 2 oder ein Magnet von umgekehrter Polung in der Nähe des magnetischen Abtastteiles 2 angeordnet wird. Außerdem wird für das Schutzgehäuse i0, das das innere Gehäuse 8, das äußere Gehäuse 9, die Kühlmittelzuführungsleitung 12, die Kühlmittelauslaßleitung 13 und die Passungen 14 umschließt, wenn diese erforderlich sind, vorzugsweise
ein Gehäuse, das aus einer nichtmagnetischen Substanz hergestellt ist, ausgewählt und erweist sich dafür als am praktischsten. Die nichtmagnetische Substanz, die sich für den praktischen Gebrauch als gut erweist, schließt z. B. Edelstahl, Kupfer oder dergleichen ein.
Fig.8 ist ein Übersichtsschema eines magnetischen Fühlers 100a, bei dem die magnetischen Abtastteile 2a, 26 in der Nähe der beiden Enden des Erregers 1 angeordnet sind, um dadurch störende Magnetfeldkomponenten, d. h. Untergrundfeldkomponenten, die von der Umgebung her einwirken, auszuschalten. Solch ein magnetischer Differentialfühler für die Verwendung in einem Hochofen, der zum Nachweis des Verhaltens von Eisenerz 11t oder Koks 112 nur in dem Teil, der sich nahe dir Ofenwand befindet, geeignet ist, wird bevorzugt verwendet 6a, 6b sind Versorgungsschaltungen für die magnetischen Abtastteile 2a, Ib, und die Versorgungsschaltungen sind über Differentialschaltungen mit der Signalverarbeitungsschaltung Ta verbunden.
Im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels kann der Bereich der Abtastung des Verhaltens einer Charge dadurch verändert werden, daß die Länge des Erregers 1 und der Abstand zwischen den magnetischen Abtastteilen 2a und 2b verändert wird.
F i g. 9 ist eine schematische Darstellung einer Difierentialmeßanordnung, bei der zwei Magnetometer, vie sie in F i g. 5 gezeigt sind, zur Verwendung in einem Hochofen an einer oberen Stelle und einer unteren Stelle in vertikaler Richtung angeordnet sind. Die Ausgangssignale der entsprechenden magnetischen Fühler lOOi/ und 100c sind über eine Differentialschaltung mit der Signalverarbeitungsschaltung Tb verbunden, wodurch es möglich wird, die Schwankungen in Chargen, einschließlich Eisenerz 111 und Koks 112, die von dem Fallen dieser Chargen herrühren, in geeigneter Weise zu erfassen.
In den Fig. IOa und 10b ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, das sowohl zum synthetischen Erfassen der Schwankungen in den Chargen, und zwar speziell bei der Verwendung in einem Hochofen, in vertikalen Richtungen und Umfangsrichtungen. als auch des Verhaltens dieser Chargen angewendet wird. Dabei sind magnetische Fühler 100 oder 100a in die Wand des üochofens 200 in horizontalen Richtungen (Umfangsrichtungen) und in senkrechten Richtungen (vertikalen Richtungen) eingefügt, und wenn die magnetischen Fühler in vertikalen Richtungen mit bestimmten Abständen in solch einer Weise, wie es in Fig. IOa gezeigt ist. angeordnet sind, können die Verteilung in der vertikalen Richtung und vertikale Fluktuationen im Verhalten der in dem Hochofen 200 befindlichen Chargen in geeigneter Weise erfaßt werden. Und wenn die magnetischen Fühler in Umfangsrichtungen mit bestimmten Abständen in solch einer Weise, wie es in F i g. IOb gezeigt ist, angeordnet sind, kann die Verteilung der Chargen in Umfangsrichtung in geeigneter Weise erfaßt werden. Wenn weiterhin sowohl die beiden Arten dieser Anordnung, die in den Fig. 10a und 10b gezeigt sind, miteinander kombiniert Werden, können der Zustand der Verteilung und das Verhalten der Chargen in vertikalen Richtungen und in Umfangsrichtungen in geeigneter und richtiger Weise nachgewiesen werden. In diesem Falle ist es erforderlich, daß die Ausgangssignale einer Vielzahl dieser oben beschriebenen magnetischen Fühler der SignalverarbeitungsvomcrH tung als Eingangssignale zugeführt werden, dann die Ergebnisse des Vergleichs dieser Ausgangssignale miteinander, die Ergebnisse des Vergleichs dieser Ausgangssignale mit einem Bezugswert und die Gesamtheit der Werte dieser Signale oder die Differenz oder ein Ausgleichswert zwischen den Werten dieser Signale in beliebiger Weise arithmetischer Verarbeitung und Anzeige unterworfen werden. Durchgeführt werden können z. B. der Nachweis, ob eine gewisse Charge vorhanden ist oder nicht, Vergleich eines Wertes, der als Begleiterscheinung bei einer Schwankung in der Charge erkannt wird, mit einem Ausgangssignal, mit dem Zustand des Vorhandenseins keiner Chargen oder einem speziell nachgewiesenen Wert einer bestimmten Charge, die als Standardwert dafür speziell ausgewählt worden ist, Nachweis der Klassifikation (Art) und der Verschiebung einer Charge, wobei die Differenz zwischen den Ausgangssignalen des oberen und unteren magnetischen Fühlers speziell als ein Kriterium dafür ausgewählt wird, und sowohl die Verteilung einer Charge als auch einer Schwankung in ihr kann erkannt werden, indem die Gesamtheit einiger bestimmter spezieller Gruppen von Signalen, die durch eine Vielzahl in Umfangsrichtung angeordneter magnetischer Fühler erzeugt wird, als Grundlage dafür genommen wird.
AI«, nächstes wird ein Beispiel dafür beschrieben, wie von der durch die Anwendung des erfindungsgemäßen. Verfahrens zum Ί lachweis von Schwankungen in einer Charge erhaltenen Information im praktischen Betrieb Gebrauch gemacht wird.
Um einen Hochofen in einem günstigen und wirksamen Betriebszustand zu halten, ist es unumgänglich, daß das Verhalten der Chargen, mit denen der Ofen beschickt worden ist, einschließlich des Zustandes der Verteilung der Chargen und des Zustandes des Fallens der Chargen in richtiger Weise erfaßt wird; und wenn dabei erkannt wird, daß die Verteilung und das Fallen eine Neigung zur ungünstigen Veränderung zeigen, müssen richtige und wirksame Maßnahmen zur Modifikation und Korrektur derselben unternommen werden, z. B. Änderung des Verteilungszustandes der Chargen, Änderung der Merge heißer Luft, die durch eine Düse oder die Blasform geschickt wird und/oder Änderung der Menge an Schweröl oder anderem Brennstoff, der durch eine Düse eingeblasen wird, usw. Da nun ein Hochofen ein hermetisch abgeschlossenes Gefäß und außerdem ein Hochtemperatur-Reaktions gefäß ist, ist es sehr schwierig, das Verhalten der Chargen in dem Ofen richtig und genau zu erkennen. Wie eingangs erwähnt, liefert auch die Verwendung eines Fernsehsystems oder magnetischer Fühler, die die von den Erzen selbst erzeugte magnetische Kraft erfassen, nur ungenügende Informationen über das Chargenverhalten. Und wenn die Produktion von F.isen und Stahl ansteigt, wird die Kapazität eines Hochofens außerordentlich hoch, wobei Ungleichmäßigkeiten des Verhaltens von Chargen wie beispielsweise ungleichmäßige Verteilung der Fallgeschwindigkeiten von Chargen in einem Hochofen in Umfangsrichtung, die Produktivität ernstlieh beeinträchtigen und Schwankungen in der Qualität von Roheisen durch Änderungen der Redüktionsreaktionen entstehen, die Von mangelhafter Gleichförmigkeit herrühren, bis der Betrieb in den nachfolgenden Verfahren, einschließlich der Sfahlher* stellungsverfahren, hierdurch beeinflußt wird.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird nun das Verhalten von Chargen, z. B, Schwankungen Und Unterschiede in der Dicke der Schichten, besonders die Fallgeschwindigkeit Und der Verteilungszustand der
Schichtdicken von Chargen durch die Verwendung eines Magnetometers und durch die Ausnutzung der magnetischen charakteristischen Eigenschaften der Chargen gefunden und dient somit als ein Mittel, um die Fallgeschwindigkeit gleichmäßig zu machen, und als ein Mittel zur wirtschaftlichen Gestaltung des Verteilungszustandes der Chargen in einer Weise, die von dem wirklichen, gemessenen Verteilungszustand und der Differenz der Fallgeschwindigkeit oder der Dicke der Schichten der Chargen ausgeht. Dieses Verfahren arbeitet mit solch einer bemerkenswerten Effektivität, wie sie von den herkömmlichen Techniken nicht erwartet werden konnte, vor allem bezüglich des Ausgleichs der Reduktionsreaktion im Ofen, und insbesondere wird mangelndes Gleichgewicht der Reduktionsreaktion in Umfangsrichtung des Ofens hierdurch schnell genug korrigiert und es kann ein günstiger und zufriedenstellender Betriebszustand des Ofens aufrechterhalten werden.
Das bei der Erfindung verwendete rviagnctometer wird beispielsweise aus einer Kombination mehrerer solcher magnetischer Fühler wie der Fühler 100 gebildet, wie es in F i g. 11 gezeigt ist. Die Anzahl der so zu kombinierenden magnetischen Fühler kann größer als zwei sein; jedoch erweist sich die Kombination eines Paares magnetischer Fühler als ausreichend. Und in F i g. 11 sind diese Magnetometer durch das Bezugszeichen 29 bezeichnet.
Bezüglich dieser Magnetometer 29 ist zu bemerken, daß eine beliebig gewählte Anzahl derselben in einer jo arithmetischen Signaleinheil (die nicht in der Zeichnung dargestellt ist) gut kombiniert werden kann, wobei die Magnetometer 29 mit einer Eingangssignalverarbeitungsschaltung 28 verbunden sind. Wenn nun bei der Durchführung der Erfindung solch ein Signal, wie es beim Einschließen der magnetischen Fühler 100 in den Ofenwandziegelsteinen erhalten wird, der Formgebung und Verstärkung durch die Eingangssignalverarbeitungsschaltung 28 unterworfen wird und an einer Anzeigevorrichtung wie einem schreibenden Meßgerät oder einer Bildröhre die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, angezeigt wird, dann werden Wellenformen 30,31 als Ausgangssignalwellenformen entsprechend von dem oberen magnetischen Fühler 100 und dem unteren magnetischen Fühler 100 erhalten. Dabei stellt die Abszissenachse die Zeil dar und die Ordmatenachse gibt die Ausgangsspannung des Magnetometers an. Das Ausgangssignal ist so geändert worden, daß es /u der Zeit positiv ist. wenn das Eisenerz 111 die bezeichneten Stellungen der magnetischen Fühler 100 erreicht, während das Ausgangssignal so geändct wird, daß es zu der Zeit negativ wird, wenn eine unmagnetische Substanz 112 wie Koks die bezeichnete Stellung erreicht. Wenn die Chargen, einschließlich des F.isenerzes 111 und des Kokses 112. herabfallen, ohne daß sie einer Änderung ihres Zustandes unterworfen werden, sollten die Wellenformen 30. 31 eigentlich ähnlich zueinander liegen. In diesem Falle kann die Fallgeschwindigkeit z. B. durch Bestimmen der Phasendifferenz entsprechender Spitzen (peaks) der Kürvenzüge 3Oj 31 erkannt werden, Jedoch wird in der Praxis die Kürvenform 30 etwas Verschieden von der Kurvenform 31 sein bezüglich der lokalen Fallgeschwindigkeit, des Mischens Von Chargen miteinander, lokaler Differenz der Reibung zwischen den Chargen und der Ofenwandziegelsteine Und/öder dergleichen, Aus diesem Grund kann die Fallgeschwindigkeit der Chargen nicht einfach durch Vergleich der beiden Kurvenformen 30, 31 und Bestimmen der Phasendifferenz zwischen den beiden Kurvenformen berechnet werden. Unter Berücksichtigung dieser Situation haben die Erfinder versucht, die gegenseitige Beziehung zwischen den beiden Kurvenformen 30 und 31 zu finden, und es gelang ihnen, die Phasendifferenzzeit zu messen. Mit anderen Worten, in diesem Falle wurden die Ausgangssignale dieser Kurvenformen 30, 31 einer arithmetischen Operation durch Anwendung der Gleichung (1) unterworfen:
■-/'■
Hierbei bedeuten:
°(τ): wechselseitige Korrelationsfunktion
/i: Ausgangskurvenform an dem oberen magnetischen Fühler
17. AusgangskuPrcnform am unteren magnetischen Fühler
/: Zeit
T: arithmetische Korrelations-Operations-Zeit
τ: variable Korrelationszeit.
Änderungen von g(r). die durch arithmetische Operation erhalten werden, sind in Fi g. 13 angegeben. In F i g. 13 erhält der Wert ein Maximum zur Zeit τ = ro: dieses ro gibt jedoch die Phasendifferenzzeit zwische.i den Ausgangskurvenformen der beiden magnetischen Fühler an. Anders gesagt, wenn die Zeit ro, die zum Fallen der Chargen in dem Abstand zwischen dem magnetischen Fühlerpaar 1 'forderlich ist, in solch einer Weise gefunden wird, wie es oben angegeben ist. kann die Geschwindigkeit ν des Fallens der Chargen durch Anwenden der folgenden Gleichung (2) gefunden werden, da der Wert L des Abstandes zwischen den beiden magnetischen Fühlern im voraus bekannt ist.
Wenn weiterhin diese beiden Wellenformen regelmäßig genug sind, kann die Phasendifferenzzeit zwischen den beiden Wellenformen in gleicher Weise durch Verwendung einer Schmidt-Schaltung, einer Nulldurchgangsnachweisschaltung (zero-crossing detection circuit) oder einer Spitzenwertnachweisschaltung gefunden werden, die jeweils im einzelnen an sich bekannt sind. Und wenn die Fallgeschwindigkeit gefunden ist, kann weiterhin die Dicke der Schicht des Eisenerzes und die des Kokses entsprechend durch Multiplizieren der Fallgeschwindigkeit mit der inneren Basis der Ausgangswellenform des magnetischen Fühlers gefunden werden.
Wenn eine gewählte Anzahl von Magnetfühlereinheiten in Richtung des Umfangs des Ofens und/oder in Richtung der Höhe des Ofens so angeordnet werden, wie es oben angegeben ist, wobei die Höhe in der Umfangsrichtung so weit wie es praktisch möglich ist auf ein und dasselbe Niveau eingestellt wird, werden Schwankungen, Unterschiede öder Ungleichmäßigkeit der Fallgeschwindigkeit der Chargen und der Dicke ihrer Schichten in Umfangsrichtng des Ofens auf dem gleichen Niveau des Hochofens gefunden, und Ungleichförmigkeit von Reaktionen in dem Ofen und Verschlechterung der Reaktionen in dem Ofen in Umfangsrichtung des Ofens werden in indirekter Weise
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aus diesen Schwankungen, Differenzen oder Ungleichmäßigkeiten geschlossen, um so Steuerung durchzuführen; auf diese Weise wird bestätigt, daß die Fallgeschwindigkeit und die Dicke der Schichten, von denen angenommen wird, daß sie ungleichmäßig sind, eine ganz feste Beziehung zu der Ungleichmäßigkeit der Reaktionen in dem Ofen besitzen, und der Ofen kann in einem günstigen Zustand gehalten werden, indem geeignete Steuerung in solch einer Weise durchgeführt wird, wie sie den Schwankungen, den Differenzen oder der Ungleichmäßigkeit der Fallgeschwindigkeit entspricht, oder indem geeignete Steuerung zum Gleichmäßigmachen der Fallgeschwindigkeit und der Schichtdikken in Umfangsrichtung des Ofens durchgeführt wird.
Als nächstes wird eine nähere Beschreibung der in einer bestimmten Weise durchgeführten Steuerung anhand eines Ausführungsbeispieles gegeben. Entweder wird die Fallgeschwindigkeit von jeder einzelnen und allen Charge·1 die durch die Verwendung einer gewählten Anzahl von magnetischen Fühlern erfaßt worden ist, wobei diese Fühler in der Umfangsrichtung des Ofens in der oben beschriebenen Weise angeordnet und mit einer Eingangssignalverarbeitungsschaltung versehen sind, dem Vergleich mit einem beispielsweise empirisch vorher erhaltenen Bezugswert unterworfen oder alle Werte der Fallgeschv.indigkeit werden in Form ihrer arithmetischen Mittelwerte erhalten und der Mittelwert der jeweiligen Größe der Fallgeschwindigkeit oder der Wert der Abweichung von dem Bezugswert der Fallgeschwindigkeit wird gefunden, wodurch die Steuerung des Luftstromes erfolgen kann, der durch jede Luftdüse das Hoc'.ofens hindurchgeblasen werden muß, oder ande-s gesagt, die Steuerung des Luftstromes, der durch eine Zwei leitung hindurchgeblasen wird, oder die Steuerung des Fallgleichgewichtes von Chargen in Umfangsrichtung des Ofens zur Steuerung der Verteilung der Chargen durch Steuerung der Verteilung der Chargen vom oberen Teil des Ofens wird in einer Weise durchgeführt, die dieser Abweichungentspricht.
Bei der Steuerung des Luftstromes, der durch die Zweigleitung geblasen werden muß, kann wahlweise entweder ein Verfahren der direkten Steuerung des Luftstromes, der durch jede Düse zu blasen ist, oder ein Verfahren der Steuerung des Durchflusses von Schweröl, das durch jede Düse geblasen werden muß. angewendet werden. Anders gesagt, ist die Düse 32 in eine wahlweise Anzahl von Gruppen in Umfangsrichtung des Ofens unterteilt, wie es in Fig. 14 dargestellt ist, und die magnetischen Fühler sind gleichmäßig verteilt an Stellen angeordnet, die den betreffenden Gruppen entsprechen. Konkreter gesagt, wenn die magnetischen Fühler und die Düsengruppen in einer Weise angeordnet sind, daß sie einander am oberen Teil und am Boden des Ofens entsprechen, wird solch eine Anzahl von Düsengruppen, wie sie von den entsprechenden magnetischen Fühlern gesteuert werden können, in geeigneter Weise ausgebildet. Das bedeutet, daß den magnetischen Fühlern 29λ 29/. 29A solche Gruppen von Düsen 32/, 32/, 32£ entsprechend zugeordnet sind, wie es sich als geeignet erweist und die Gruppen der Düsen 32/, 32/ 32Ϊ werden jeweils getrennte Steuerungsobjekte, was den jeweiligen Ergebnissen des Mächweises durch die Fühler entspricht. Diese Düsengruppen werden jedoch in einigen Fällen bezüglich des Zeitfaktors gleichzeitiger Steuerungunterworfen.
ItI Fig. 14 wird die Fallgeschwindigkeit in der Nähe
der entsprechenden Magnetometer über eine arithmetische Signaleinheit 28a durch die Signale gefunden, die von den magnetischen Fühlern 29/i 29,/ 29A: nachgewiesen werden, und die Abweichung von der mittleren Fallgeschwindigkeit in Umfangsrichtung des Ofens bzw. von einer Bezugsfallgeschwindigkeit wird somit erhalten. Dann wird die so gefundene Abweichung mit einem Gewichtskoeffizienten multipliziert, der durch Experiment im wirklichen Betrieb oder ähnlich bestimmt worden ist, wobei z. B. ein Einstellglied für das Gewicht verwendet wird.
In Fig. 15 ist eine Ausführungsform der in Fig. 14 gezeigten arithmetischen Signaleinheit 28a im einzelnen dargestellt.
Die durch die magnetischen Fühler 29/, 29j, 29k erzeugten Signale werden nacheinander durch einen Umschalter 42 umgeschaltet, und jeder Wert der Geschwindigkeit wird durch Verwendung einer arithmetischen Einheit für die Geschwindigkeit, z. B. ein abwechselnd umschaltendes Wechselbeziehungsmeßgerät 38 gefunden. Als nächstes wird der arithmetische Mittelwert der entsprechenden Werte für die Geschwindigkeit durch eine geschwindigkeit.smittelwertbildende Schaltung 39 gefunden, und Abweichung der entsprechenden Geschwindigkeitswerte entweder von dem arithmetischen Mittelwert oder von dem Wert des Ausgangssignals von einer Bezugsgeschwindigkeitseinstellvorrichtung 40, in der die durch den arithmetischen Mittelwert gefundene Bezugsfallgeschwindigkeit oder ein experimenteütr Wert eingestellt ist, wird dann ermittelt. Der Wert dieser Abweichung wird mit einem derartigen Gewichtskoeffizienten multipliziert, wie er auf der Grundlage von Experimenten oder durch Erfahrung im Betrieb von einer Gewichtseinstellvorrichtung 32a erhalten wird, und dann wird so der Wert der Steuerung für den Ausgleich in Umfangsrichtung des Ofens gefunden, der dem einzelnen Magnetometer entspricht.
Dann wird der Wert der Ausgieichssteuerung in Umfangsrichtung des Ofens, der durch die Verwendung der in Fig. 14 gezeigten arithmetischen Signaleinheit 28a gefunden worden ist, auf den eingestellten Wert der Menge des für jede Gruppe einzublasenden Schweröls, der von einer Gesamtschweröl Einblasmengeneinstellvorrichtung 33 übermittelt wird, über eine arithmetische Werteinstelleinheit 34 für die einzublasende Gruppenmenge an Schweröl gegeben, und ein Ansteigen oder Abfallen der Meng.; an Schweröl, die für jede einzelne und alle Gruppen einzublasen ist. wird so automatisch bewirkt. Wenn z. B. die durch den magnetischen Fühler 29/ der Nummer / gemessene Fallgeschwindigkeit kleiner als die mittlere Geschwindigkeit ist, wird der Wert der Ausgleichssteuerung in Umfangsrichtung des Ofens negativ, und die Menge an Schweröl, die durch die arithmetische Werteinstelleinheit 34 für die einzublasende Gruppenmenge an Schweröl eingestellt werden muß, nimmt bis auf ein Niveau unterhalb des Be/ugswertes ab. Aus diesem Grund wird die Menge an Schweröl, die durch die Düsen der /Gruppe geblasen werden muß, automatisch durch die an der Düse angeordneten Steuereinheiten des Durchfluß-SteUelmeßgerätes 35, des Steuerventils 36 und des Durchfluß-Meßgerätes 37 für Schweröl Verringert. Die Abnahme der Menge des so einzublasenden Schweröls verstärkt die Verbrennung des Kokses vor der Düse und beschleunigt die Rediiklionsreaktiöfi durch Koks, was zu einem allmählichen Anwachsen der Fallgeschwindigkeit der Chargen führt, und dadurch kann eine
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gewünschte Reaktionsrate in dem Ofen erhalten werden. Die Fallgeschwindigkeit der Chargen und die Reaktionsrate in dem Ofen können richtig auf solch eine Weise gesteuert werden, wie es oben angegeben ist, indem die Menge an einzublasendem Schweröl eingestellt wird, und eine ähnliche oder sogar bessere Wirkung kann dadurch erzielt werden, daß die Mengen der anderen Zusatzstoffe wie Sauerstoff, Dampf usw. entweder unaohängig oder zusammen gesteuert werden.
Wenn das Verhältnis der Dicke der Schicht des Kokses zu der von Eisenerz in der Nähe der Ofenwand von dem Bezugswert oder dem mittleren Wert in Umfangsrichtung des Ofens aufgrund ungleichmäßigen Fallens von Chargen in dem Hochofen abweichen sollte, kann dies geeignet als Schwankung in oder als Differenz der Dicke der Schicht in Umfangsrichtung des Ofens erfaßt werden; daher kann der Hochofen in einem stabilisierten Zustand gehalten werden, indem bewirkt wird, daß die Chargen konzentriert zu solch einem Punkt fallen, in dem diese Abweichung entstanden ist, wodurch das Verhältnis von Eisenerz zu Koks (in abgekürzter Form als O/C bezeichnet) auf die gewünschte Höhe eines Wertes zurückgebracht wird.
Eine Beschreibung dieses Steuerungsverfahrens wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles gegeben, wobei als Beispiel ein Hochofen gewählt ist, der mit einer bekannten beweglichen Beschickungsvorrictung, einem beweglichen Panzer, ausgestattet ist Dieses Steuerverfahren kann auch bei der Verwendung eines anderen Beschickungsverfahrens angewendet werden wie beispielsweise bei der bekannten Beschickungsvorrichtung, bei der eine drehbare Schurre zum Beschicken verwendet wird (DE-AS 20 35 458).
In den Fig. 16 und 17 wird das Signal 44 der Fallgeschwindigkeit der Chargen in der Nähe der Nachweisvorrichtung aus den Ausgangskurvenformen 30,31 des magnetischen Fühlers 29 durch Verwendung einer arithmetischen Signaleinheit 28a ermittelt, und in Anbetracht dessen werden das so gefundene Signal 44 und die Länge der Nulldurchgangszeit der Ausgangskurvenform, die durch das Meßinstrument 45 gefunden wird, in dem Steuermeßgerät 43 miteinander multipliziert, wodurch entsprechend die Dicke der Schicht des Erzes und die Dicke der Schicht des Kokses gefunden werden können. Die Schichtdicke des Erzes und die Schichtdicke des Kokses, die so abwechselnd ermittelt werden, werden nacheinander in das Verhältnis der Schichtdicken durch Verwendung des arithmetischen O/C-Verhältnis bildenden Organs 46 umgewandelt, das Verhältnis der Schichtdicke des Erzes zu der des Kokses wird berechnet, das Ergebnis der Berechnung wird mit dem Ausgangssignal, das von der O/C-Einstellvorrirhtung 48 zum Einstellen des Bezugschargenverhältnisses von dem Erz zu dem Koks übertragen wird, in dem Steuerteil 47 verglichen, und die so gefundene Abweichung besitzt Steuerelemente wie Verhältnis-, Differenzierungs-, Integrations- und Verzögerungsfunktion, um so geeignete Steuersignale zu bilden.
In F i g. 17 ist der detaillierte Aufbau des Einstellmeßgerätes 43 für den beweglichen Panzer in Verbindung mit den Grundzügen der Signalverarbeitung dargestellt, und in diesem Fall kann die mittlere Schichtdicke in Umfangsrichtung des Ofens gefunden und anstelle des von der O/C-Einstellvorrichtung 48 übermittelten Signals verwendet werden. Nun wird das Steuersignal, das auf der Grundlage der Abweichung des Dickenverhältnisses der Schicht des Erzes zu der des Kokses von der- Bezugswert auf die Beschickungsantriebs- und -steueremgabeeinheit 49 gegeben, in die Antriebskraft für den beweglichen Panzer 50 umj: >vandel( und ändert die Stellung des Panzers 50. Ais Foige r'-eser Änderung der Panzerstellung, durch die das Erz und der Koks an andere Stellen fallen, und die Korrektur der Beschikkung, durch die das O/C-Verhältnis mit dem vorbestimmen Bezugswerte übereinstimmt, kann das Dikkenverhältnis der Schicht der Chargen in Umfangsrichtung des Ofens auf dem Niveau des vorgegebenen Wertes gehalten werden.
Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck »das Niveau der Steuerung der Reaktion in dein Ofen finden« das Auffinden der Menge an Schweröl, der zuzugebenden Sauerstoffringe, der einzublasenden Menge (z. B. an Luft), der Temperatur des Windes, der Beschickungsmengen bzw. der Mengen der Chargen, die durch die Gicht eingegeben werden, und des Niveaus der Steuerung des Verteilungs-, Chargen- oder Beschickungsverhältnisses. Die Verbesserung der Reduktionsreaktion in dem Oc"en du'ch die lokale Steuerung und die insgesamte Steuerung der oben angegebenen Punkte in Umfangsrichtung des Oiens (wodurch eine gleichmäßige Reduktionsreaktion in der Nähe der Ofenwand in Umfangsrichtung des Ofens durchgeführt werden kann) wird als »Durchführung der ausgleichenden Steuerung« bezeichnet.
Wie sich im einzelnen aus dem Vorstehenden ergibt, kann der Betrieb eines Hochofens mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit durchgeführt werden, wodurch die Produktivität des Hochofens stark erhöht werden kann. Auch kann der Betriebszustand des Hochofens stabil gehalten und daher die Lebensdauer des Hochofens beachtlich verlängert werden.
Hicr/u l> Bhitt ZciclnniHL'cn

Claims (19)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Erfassen von Änderungen in einer in einem Ofen wie einem Hüttenofen, Hochofen, Schachtofen oder dergleichen befindlichen Charge, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem in Ofenwandnähe lokal erzeugten vorzugsweise horizontalen Magnetfeld die Änderung der Magnetfeldstärke durch die sich verlagernden Chargenschichten gemessen wird und die Meßwerte in elektrische Signale umgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß das Verhalten der Charge an verschiedenen Stellen entlang des Umfangs und in vertikalen Richtungen auf verschiedenen Höhen des Ofens mittels magnetischer Fühler erfaßt wird, die «n Stellen auf der Wand des Ofens angebracht end/oder in Löcher der Ofenwand eingefügt sind. 2η
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennleichnet, daß die Fühler gekühlt werden.
4. Vorrichtung zum Erfassen von Änderungen in einer in einem Ofen wie einem Hüttenofen, Hochofen, Schachtofen oder dergleichen befindlichen Charge nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes •mfaßt:
Wenigstens einen Erreger (1), der an einer Stelle auf der den Of ?n umschließenden Wand (113, 114) jo angebracht und/oder in ein Loch der Ofenwand (113, 114) eingefügt ist,
♦inen magnetischen Fühier. der auf der Mittelachse des erregenden Magnetfeldes \ jn dem Erreger (1) angebracht ist und den Magnetfeld-Abtastteil (2) tines Magnetometers enthält,
•inen Wandler, der die durch die Bewegung der Charge innerhalb des Ofens entstehenden Änderungen des durch den magnetischen Abtastteil (2) liindurchflicßenden erregenden magnetischen Flusles in elektrische Signale umsetzt, und Signalverar beitungsvorrichtungen (7) zum Nachweis des Verlialtens der Charge durch die Änderungen dieser Signale.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekenn· leichnet, daß eine Vielzahl magnetischer Fühler in Umfangsrichtungen und in vertikalen Richtungen des Ofens an einer Stelle auf der Wand (113,114) des Ofens angebracht und/oder in Löcher der Wand (113,114) des Ofens eingefügt sind. w
6. Vorricitung nach Anspruch 4, dadurch gekenn· reichnet, diß der magnetische Fühler Kühlvorrichtungen (11,12,13) enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennteichnet. daß die Richtung der magnetischen 5 Nachweisachse (4) des magnetischen Abtastteiles (2) Io angeordnet ist. daß Schwankungen der Dichte des erregenden Magnetflusses (3) nahe des Endes des Erregers (1) aufgenommen werden können.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger (1) eine Spule (9) enthält, deren Wicklung sich auf einem magnetischen Kern (8) befindet und mit einer Gleichspannungs- oder Wechselspannungsstromquelle (10) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Wandler eine elektrische Schaltung (6) zur Versorgung des magnetischen Abtastteils (2) enthält.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger (1) einen Permanentmagneten enthält
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar magnetische Abiastteile (2a, 2b) an den Enden des Erregers (1) angeordnet ist, die in einer elektrischen Differentialschaltung mit einer Signalverarbeitungssi_ha!tung (7a) verbunden sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Fühler (100) in ein durch die Blechverkleidung (114) und die Schamottesteinwand (113) in Richtung des Ofenkernes reichendes Loch eingefügt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Abtastteil (2) an einem Ende des magnetischen Fühlers (100) angeordnet ist und der Erreger (1) dazu benachbart angebracht und an seinem anderen Ende mit einer Versorgungsschaltung (6) versehen ist, die den magnetischen Abtastteil (2) versorgt
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Erreger (1), der magnetische Abtastteil (2) und die Versorgungsschaltung (6) innerhalb eines Schutzgehäuses (10) befinden, das e;n inneres Gehäuse (8) und ein äußeres Gehäuse (9) enthält, zwischen denen ein Zwischenraum für ein hindurchströmendes Kühlmittel (11) ausgebildet ist, wobei der Zwischenraum mit einer Zuführungsleitung (12) und einer Auslaßleitung (13) für das Kühlmittel verbunden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungsschaltung (7). die die von dem Magnetometer abgegebenen Ausgangssignale verarbeitet, eine Anzeigevorrichtung (16) zur Aufzeichnung oder Anzeige der Ausgangssignale von der Versorgungsschaltung (6) und/oder der Signalverarbeitung^schaltung (7) nachgeschaltet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei magnetische Fühler (100£>. iOOc) in einem Hochofen in vertikaler Richtung an einer oberen und einer unteren Stelle angeordnet sind und die Aisgangsanschlüsse der Magnetometer gemeinsam mit einer einzigen Signalverarbeitungsschaltung (7b) verbunden sind, wodurch gleichzeitig der Nachweis der Änderungen in Eisenerz-(111) und Koksschichten (/12) ermöglicht wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl magnetischer Fühler (100; lOOajan der Wand des Hochofens (200) sowohl in Umfangsrichtungen als auch in vertikalen Richtungen vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein magnetisches Schwingmagnetometer vom F.intransistortyp (Fig. 6) enthält.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetometer die Kombination zweier magnetischer Schwingschaltungen (Fig. 7)umfaßt.
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