DE2722214C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum elektromagnetischen Messen des Niveaus und/oder Abstandes von flüssigem, geschmolzenem Metall mit sehr hoher Temperatur in einem Behälter, mit

• a) einer Sendespule, die zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes mit einem Wechselstromnetzgerät verbunden ist,
• b) einer Empfängerspule zum Abfühlen des von der Senderspule erzeugten und von dem flüssigen Metall beeinflußten magnetischen Wechselfeldes,
• c) wobei die Senderspule und die Empfängerspule in einer zur Wand des Behälters im wesentlichen parallelen Fläche in fester Vereinigung mit der Wand des Behälters angeordnet sind sowie
• d) einer Signalverarbeitungseinrichtung, die zum Nachweis und zum Verarbeiten von in der Empfängerspule durch das magnetische Wechselfeld induzierten Wechselstromsignalen mit derselben verbunden ist.

Eine Meßanordnung ähnlicher Art ist aus der GB-PS 11 43 910 bekannt. Dort haben zwei koaxial zueinander angeordnete und identisch ausgestaltete Empfängerspulen einen unterschiedlichen Abstand zu dem flüssigen Metall. Zusätzlich ist eine dritte Spule als Senderspule in der Mitte zwischen den beiden Empfängerspulen angeordnet. Alle Spulen sind außerhalb der Behälterwandung angebracht. Die bekannte Niveaumessung beruht auf dem Prinzip, daß das in der näher an dem Metall liegenden Empfängerspule erzeugte Wechselfeld eine größere Verstärkung erfährt als das Feld in der weiter entfernt liegenden Empfängerspule. Meßgröße ist dabei die Differenz der Signale zwischen der ersten und der zweiten Empfängerspule, die sich nur in ihrem Abstand zum flüssigen Metall voneinander unterscheiden. Zur Erzielung einer ausreichenden Empfindlichkeit ist wie allgemein im Stand der Technik auch hier vorgesehen, daß jede Spule eine größere Anzahl von Windungen (500) aufweist.

Aus der DE-OS 19 08 881 ist eine Meßvorrichtung für eine Flüssigkeit oder das veränderliche Volumen eines metallischen Innenbehälters in einem metallischen Außenbehälter bekannt. Die hiernach bekannte Messung beruht auf dem Prinzip, daß die Resonanzfrequenz eines metallischen Hohlraumes, der eine dielektrische Flüssigkeit enthält, sich als Funktion der in dem Hohlraum enthaltenen Flüssigkeitsmenge, nämlich dem Dielektrikum, ändert. Zwar ist nach dieser Entgegenhaltung die Erregersonde separat von der Ausgangssonde in einem Abstand angeordnet, die Sonden weisen aber winzige Schleifen oder auch gerade Teile am Ende eines Koaxialleiters auf. Mit diesen wird nicht die absolute Änderung der Stärke des elektromagnetischen Wechselfeldes in Abhängigkeit vom Füllgrad eines mit flüssigem Metall gefüllten Behälters gemessen, sondern mit ihnen werden die Maxima und Minima der Feldstärke in Abhängigkeit von einer sich verändernden Frequenz festgestellt. Dieses Verfahren ist aufwendig und ungenau. Es mag sich beim Messen im Weltraum, z. B. im Zustand der Schwerelosigkeit, geeignet sein, nicht aber bei einer Meßanordnung der eingangs genannten Art.

Schließlich ist aus der Literaturstelle "Liquid Metal Level Measurement (Sodium), State-Of-The-Art-Study", 15. November 1967, insbesondere Fig. 9, eine Anordnung bekannt zum Messen des Oberflächenniveaus von flüssigem Metall in einem geschlossenen Behälter, wobei in einer separaten, in diesen Behälter hineinragenden Metallhülse im Abstand voneinander und von den Behälterwandungen eine flache Primär- und eine flache Sekundärspule kolinear angeordnet ist. Dabei ist auch die Primärspule mit einem Wechselstromnetzgerät und die Sekundärspule mit einem Meßgerät verbunden. Die hiernach bekannte Meßanordnung eignet sich nicht für flüssiges Metall bei sehr hoher Temperatur.

Allgemein kann man sagen, daß Anordnungen zum Messen des Niveaus und/oder Abstandes von flüssigem Metall bei sehr hoher Temperatur entweder ungenaue Meßergebnisse bringen oder mit großem Aufwand verbunden sind, so daß Herstellung, Wartung und Ersetzen verbrauchter Spulen durch neue nicht nur mit erheblicher Arbeit, sondern auch mit hohen Kosten verbunden sind.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Ansprechempfindlichkeit erhöht werden kann und gleichzeitig einfachere Bauteile verwendbar sind, die flexibler montiert werden können und preiswerter sind.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination folgender Merkmale erfindungsgemäß gelöst:

• e) Die Empfängerspule ist separat von der Senderspule in einem Abstand angeordnet, der größer ist als der kleinste Abstand zwischen dem flüssigen Metall und einer Spule,
• f) die Empfänger - und die Senderspule sind innerhalb der Behälterwand in oder hinter einer inneren feuerfesten Auskleidung angeordnet,
• g) die Empfänger - und die Senderspule weisen eine oder wenige Leiterwindungen auf, und
• h) die Leiter der Spulen sind isoliert in einer Metallhülle eingeschlossen.

Mit einer solchen Anordnung kann das Niveau und/ oder der Abstand eines flüssigen Metalls bei sehr hoher Temperatur gemessen werden, wobei der das flüssige Metall enthaltende Behälter auch ein Kanal oder dergleichen sein kann. Eine solche Anordnung ist besonders in der metallurgischen Industrie anwendbar, wo das Niveau von flüssigen Metallen in Torpedo- oder Blasenschöpfwagen oder auch Formen zum kontinuierlichen Gießen, in Schmelzöfen, Gießpfannen und dergleichen, mehr oder weniger fortlaufend über größere Zeiträume und mit großer Genauigkeit gemessen werden soll. Dadurch können nämlich Steuerungen auch für kontinuierliche Prozesse verwendet und eine Automatisierung großer Anlagen vorgenommen werden. Die erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung eignet sich auch für die Benutzung in Betrieben unter harten Bedingungen, z. B. hohe Temperaturen, Verarbeitung korrosiver Materialien, das Auftreten von viel Eisen in den Behältern und der Umgebung, wodurch insbesondere elektromagnetische Messungen bislang häufig verfälscht wurden.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung können die sehr einfach ausgestalteten, nämlich nur eine oder wenige Leiterwindungen aufweisenden Spulen unter wenig Raumaufwand an den verschiedensten Stellen in einem mit einer inneren feuerfesten Auskleidung versehenen Behälter angeordnet werden. Erfindungsgemäß werden die Spulen innerhalb der Behälterwand angeordnet und nicht außerhalb derselben, wie dies beim Stand der Technik üblich war. Die Behälterwand kann eine äußere Metallhülle, eine Isolierung, feuerfeste Auskleidungen, aufweisen, und es ist dabei zweckmäßig, die Spulen in der feuerfesten Auskleidung selbst, z. B. in Fugen oder Spalten, oder auch hinter der inneren feuerfesten Auskleidung, anzuordnen, wenn man vom Zentrum des Behälters nach außen auf die Auskleidung blickt. Dadurch wird die jeweilige Spule durch die feuerfeste Auskleidung gegen die hohen Temperaturen und andere schädliche Einflüsse des flüssigen Metalls geschützt. Durch die separate Anordnung der Empfängerspule im Abstand von der Senderspule ist eine freie Einstellbarkeit und Anordnung ohne besondere Randbedingungen mit Vorteil möglich. Die erfindungsgemäße Anordnung hat damit eine größere Flexibilität, weil sie besser anpaßbar wird, und dennoch erreicht man exakte und leicht auslesbare Meßwerte.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung wirkt das flüssige Metall beim Anstieg im Wirk- und Meßbereich der beiden Spulen wie ein magnetischer Wechselstromschirm. Mit der Senderspule wird ein Wechselstrom erregt, dessen magnetisches Wechselfeld im geschmolzenen Metall je nach dessen Höhenposition einen unterschiedlichen Wechselstrom induziert. Dessen magnetisches Wechselfeld wird seinerseits von der getrennt vom Sender angeordneten Empfängerspule abgefühlt.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die jeweilige Spule kernlos ist. Dadurch ist die Flexibilität bei Herstellung, Einbau und Wartung der Behälter bzw. Gießpfannen verbessert.

Es hat sich gezeigt, daß sehr vorteilhafte Meßergebnisse und Anwendungen möglich sind, wenn bei weiterer Ausgestaltung die Spulen im wesentlichen auf demselben Niveau angeordnet sind. Die Feldlinien aus der Senderspule durchgreifen dann zu einem großen Bruchteil derselben die Empfängerspule, so daß das sich gegebenenfalls zwischen den beiden Spulen befindliche geschmolzene Metall einen deutlichen präzisen meßbaren Einfluß gibt.

In zweckmäßiger Weise ist die Senderspule im wesentlichen in einer ersten Ebene angeordnet, und die Empfängerspule ist im wesentlichen in einer zweiten Ebene angeordnet, wobei die zweite Ebene im wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld der Senderspule liegt sowie zum Magnetfeld der Ströme, die in dem flüssigen Metall induziert sind.

Weiterhin kann mit Vorteil eine Spule über der Oberfläche des flüssigen Metalls angeordnet sein, wobei die Achse der Spule zur Oberfläche hin gerichtet ist, und dabei kann die andere Spule so angeordnet sein, daß ihre Achse quer zur Achse der ersten Spule gerichtet ist und sich ihr oberster Teil im wesentlichen auf einem vorbestimmten Niveau des flüssigen Metalls befindet.

Ordnet man bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Spule in Vereinigung mit einer ersten Seitenwand des Behälters an, wobei die Achse der Spule in den Behälter hinein gerichtet ist, und die andere Spule in Vereinigung mit einer zweiten Seitenwand des Behälters an, wobei die Achse der anderen Spule in den Behälter hinein gerichtet ist, und wenn dann vorzugsweise die Achsen der Spulen einen Winkel einschließen, dann läßt sich diese Anordnung besonders günstig bei Messungen an einem offenen Kanal anwenden.

Durch die oben beschriebene Ausgestaltung und Anordnung der Spulen, z. B. ohne Kern und mit nur wenigen oder nur einer einzigen Windung, sind schwierige Probleme in Verbindung mit der Isolation zwischen Spulenwindungen eliminiert. Solche Probleme würde es insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen geben, und Schwierigkeiten können sich auch ergeben, wenn Kohlenstoff ausgefällt wird und zu Verschiebungen oder Versetzen von Drahtwicklungen zueinander führen könnte. Die einfache Gestaltung der Spulen erlaubt hingegen eine flexible Anpassung an die jeweiligen geometrischen Bedingungen der Einbaustelle. Auch kann man die Spulen sehr groß gestalten, ohne daß sie unhandlich werden, und sie können gleichwohl vom Personal sehr leicht eingebaut werden, sogar von ungelerntem Personal, welches sich in der Hauptsache nur darauf versteht, Behälter mit einer feuerfesten Auskleidung zu versehen.

Durch die Anordnung des Leiters der Spule in der diesen umkleidenden, elektrisch leitenden Hülle, die z. B. aus nicht rostendem Stahl oder einem anderen thermisch widerstandsfähigen Material besteht, sind die Spulen widerstandsfähiger, elektrisch abgeschirmt, und die Empfindlichkeit auf elektrische Störungen oder Verzerrungen ist vermindert. In zweckmäßiger Weise sind die Spulenverbindungsdrähte auf der Außenseite des Behälters in Stahlrohren angeordnet, die sich zu einer Verbindungsstelle zu abgeschirmten Kabeln vom Wechselstromnetzgerät, der signalverarbeitenden Einrichtung und einem anderen ähnlichen Gerät erstrecken.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Signalverarbeitungseinrichtung eine erste Amplitudenabfühleinrichtung aufweist zum Messen des oberen Signalwertes und eines vorbestimmten Bruchteils desselben für die Erzeugung eines ersten Steuersignals. Der Fachmann, insbesondere der metallurgischen Industrie, kennt den oft sehr schnellen Abrieb und die Erosion von Auskleidungen aus feuerbeständigem Material. Durch die neue Ausgestaltung und den neuen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung sind auch die notwendige Sicherheit bei der Verwendung und die schon angesprochene Wirtschaftlichkeit gegeben, und gerade im Hinblick auf die Erosion ist man jetzt in der Lage, genau zu bestimmen, wann der Behälter außer Betrieb genommen und mit einer neuen Auskleidung versehen werden muß.

Auch bei häufigem Austausch der feuerfesten Auskleidung ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung nicht nur eine leichtere und damit preiswertere Verkabelung, sondern man kann auch im Verlaufe der Messung, beispielsweise vom niedrigeren Füllniveau bis zum hohen Füllniveau, das Überschreiten eines Maximalwertes des Signales feststellen, und wenn man diesen oberen Signalwert mit einem vorbestimmten Bruchteil desselben in Relation setzt, erhält man stets exakte Steuersignale, und zwar sogar unabhängig von der Erosion der feuerfesten Auskleidung. Damit kann nach der Erzeugung entsprechender Steuersignale beispielsweise das Befüllen des Behälters oder der laufende Betrieb rechtzeitig ab- oder eingeschaltet werden. Man kann in zweckmäßiger Weise das Steuersignal dann erzeugen, wenn die Größe des erfaßten Signals nach Überschreiten des oberen Signalwertes wieder abfällt, d. h. wenn der oben erwähnte Abschirmeffekt des flüssigen Metalls beginnt. Der Signalwert nach Überschreiten dieses oberen Wertes sinkt sehr rasch, und folglich ist der Effekt gut definiert und leicht und genau zu beobachten.

Man hat gefunden, daß der Maximalwert des erfaßten Signals stark vom Abrieb oder der Erosion der Auskleidung des Behälters abhängt, wenn mindestens eine Spule fest in der Wand angeordnet ist. Somit ermöglicht die Bestimmung und die Überwachung dieses oberen Signalwertes die Beobachtung des Abriebes und der Erosion. Man kann dann genau bestimmen, ob und wann eine neue Auskleidung eingebaut werden muß. Deshalb ist es besonders zweckmäßig, wenn bei weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Signalverarbeitungseinrichtung eine zweite Amplitudenabfühleinrichtung aufweist zum Erfassen des oberen Signalwertes und Erzeugen eines zweiten Steuersignals zur Anzeige von Abrieb und Erosion der feuerfesten Auskleidung.

Um reproduzierbare Meßergebnisse zu erhalten, ist es zweckmäßig, daß das magnetische Wechselfeld, welches von der Senderspule erzeugt wird, sich in seiner Stärke nicht verändert, auch nicht bei sich verändernden Betriebsbedingungen, z. B. sich verändernder Temperatur. Zu diesem Zweck ist das Wechselstromnetzgerät für die Konstantstromversorgung der Senderspule ausgerichtet. Dadurch kann der Einfluß eines sich z. B. verändernden Widerstandes der Senderspule infolge Temperaturveränderung eliminiert werden, denn die Stärke des erzeugten magnetischen Wechselfeldes wird proportional zum Produkt der induktiven Reaktanz der Spule und der Stromstärke gemacht.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann man beim Messen einen sehr charakteristischen Signalverlauf erhalten. Trägt man das Signal in einem Diagramm über dem Niveau des beispielsweise steigenden flüssigen Metalles auf, dann steigt das anfänglich kleine Signal bald auf einen Maximalwert an und fällt nach Überschreiten desselben schnell und stark ab. Dies kann man besonders nützlich ausnutzen, um den Füllgrad des Behälters zu prüfen, denn dieser beschriebene charakteristische Signalverlauf wird gemessen und gibt ein sicheres Kriterium dafür, daß das Meßsystem bzw. die Anordnung richtig arbeitet. Außerdem ist es hierdurch möglich, das Niveau des flüssigen Metalls mit einer Genauigkeit unabhängig vom Grad des Abriebes und der Erosion der Behälterwand bzw. der Auskleidung zu messen. Das oben erwähnte Verhältnis zwischen dem oberen Signalwert bzw. dem Maximum der erwähnten Kurve einerseits und dem ein gegebenes Niveau definierenden Signal andererseits ändert sich nicht bei fortschreitendem Abrieb bzw. Erosion, sondern ist nur vom Ort der verwendeten Spulen abhängig.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch einen Torpedo- bzw. Blasenschöpfwagen, der mit Sender- und Empfängerspule versehen ist,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den in Fig. 1 veranschaulichten Teil des Behälters, und zwar entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Draht, aus welchem die Spulen der Fig. 1 und 2 gebildet sind,

Fig. 4 ein Schaltdiagramm einer Anordnung, hauptsächlich in der Darstellung als Blockdiagramm,

Fig. 5 eine schematische Veranschaulichung des Verlaufes des Ausgangssignales bei einer Anordnung nach den Fig. 1 und 2, wobei sich das Ausgangssignal mit dem Niveau des flüssigen Metalls ändert,

Fig. 6 eine perspektivische schematische Ansicht einer Gießform für das kontinuierliche Gießen, wobei die Gießform mit einer Anordnung mit Spulen versehen ist,

Fig. 7 und 8 schematisch vertikale bzw. horizontale Teilschnitte durch einen Schmelzofen oder eine Form, wobei der Schmelzofen oder die Form mit der Anordnung mit Empfänger- und Senderspulen versehen ist, und

Fig. 9 eine schematische Darstellung des Verlaufes des Signals bei sich änderndem Niveau des flüssigen Metalls, wenn eine Anordnung nach den Fig. 7 und 8 verwendet wird.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen, wie eine Senderspule 1 und eine Empfängerspule 2 in einem herkömmlichen Torpedo- bzw. Blasenschöpfwagen 3 für geschmolzenes Metall angeordnet sind, wobei der Wagen im wesentlichen Zigarrengestalt hat. Die Spulen sind in dem kreiszylinderförmigen Mittelteil des Blasenschöpfwagens in der Nähe des Metallbelade- und -entladeabschnitts 5 des Schöpfwagens angeordnet, wobei dieser Abschnitt in der Mitte des Wagens liegt und mit einer Öffnung versehen ist.

Der Torpedogießpfannenwagen oder Blasenschöpfwagen weist ein äußeres Stahlgehäuse 6, eine Wärmeisolation 7 und eine Auskleidung 9 auf, die aus feuerfester Ausmauerung 8 aufgebaut ist, wobei die Spulen 1 und 2 in Vereinigung mit der Auskleidung 9 angeordnet sind.

Die Empfängerspule 1 ist im obersten Teil des Torpedogießpfannenwagens angeordnet und viereckig. Ihre Länge liegt in der Größenordnung von 1 m. Die Empfängerspule besteht aus einer einzigen horizontalen Drahtwindung, wobei ihre zwei Längsseiten oder teile parallel zur Längsachse des Torpedogießpfannenwagens 3 und symmetrisch zu dieser Achse in der Übergangszone 10 zwischen der Isolierung 7 und der Endoberfläche der feuerfesten Ausmauerungen 8 liegen, welche zur Außenseite des Wagens gerichtet sind. Die Querseiten oder -teile der Drahtwindung sind so ausgestaltet, daß sie auch der zylindrischen Übergangszone 10 zwischen der Isolierung 7 und den Endoberflächen der feuerfesten Ausmauerung 8 folgen, welche zur Außenseite des Wagens gerichtet sind, in diesem Falle allerdings unter rechten Winkeln zur Längsachse des Torpedogießpfannenwagens. Die Verbindungsdrähte 13 der Senderspule 1 erstrecken sich durch die Isolierung 7 und das Stahlgehäuse 6 von einer Ecke der Spule auf beliebige geeignete Weise (nicht dargestellt) direkt nach draußen. Die Verbindungsdrähte 13 bestehen aus Verlängerungen der Spulendrahtwindung. Auf der Außenseite des Torpedogießpfannenwagens sind die Verbindungsdrähte 13 mit herkömmlichen Drähten verbunden, welche für die Verbindung an ein Wechselstromnetzgerät 41, wie im Diagramm der Fig. 4 gezeigt ist, durch (nicht dargestellte) Stahlrohre gehen.

Die Empfängerspule 2 ist in dem Seitenteil des Torpedogießpfannenwagens angeordnet und ist rechteckig, wobei die längeren Seiten in der Größenordnung von 1 m und die kürzeren Seiten in der Größenordnung von 0,3 m liegen. Die Empfängerspule 2 weist auch eine einzige, in einer Ebene liegende Drahtwindung auf. Die Längsseiten oder -teile der einzigen Drahtwindung erstrecken sich horizontal und parallel zur Längsachse des Torpedogießpfannenwagens 3 in der oben erwähnten Übergangszone 10 zwischen der Isolierung 7 und der feuerfesten Ausmauerung 8. Die Querseiten oder -teile der Draht- oder Leitungswindung erstrecken sich unter rechten Winkeln zur Längsachse des Torpedogießpfannenwagens in der Übergangszone 10 zwischen der Isolierung 7 und der feuerfesten Ausmauerung 8. Die Querseiten der Senderspule 1 und der Empfängerspule 2 sind in dem selben vertikalen Querschnitt angeordnet, d. h. die Spulen sind in demselben Längsschnitt des Torpedogießpfannenwagens angeordnet (auf gleicher Höhe) und haben dieselbe Längserstreckung. Jedoch bildet die Ebene der Empfängerspule 2 mit der Ebene der Senderspule 1 einen Winkel von etwa 135°. Darunter versteht man denjenigen Winkel, welcher zu dem flüssigen, geschmolzenen Metall 4 gerichtet ist. Die Achsen der Spulen, die zu ihren entsprechenden Ebenen senkrecht stehen, bilden also einen Winkel von etwa 45° zueinander. Die obere Längsseite der Empfängerspule 2 liegt im wesentlichen auf dem gewünschten Füllniveau (d. h. dem gewünschten Niveau der Oberfläche 14 des flüssigen Metalls 4) in dem Torpedogießpfannenwagen, d. h. unmittelbar unter der Unterseite der obersten Ausmauerung 8 oder gerade unter dem obersten Niveau des Innenraums des Torpedogießpfannenwagens. Die Achse der Empfängerspule 2 erstreckt sich senkrecht zur Längsmittelachse des Torpedogießpfannenwagens und durch diese hindurch. Außerdem gilt dasselbe für die Achse der Senderspule 1. Hinsichtlich der Verbindungsdrähte 15 der Empfängerspule 2 gelten dieselben Zustände wie oben in Verbindung mit den Verbindungsdrähten 13 erwähnt. Dabei sind die damit verbundenen Drähte mit der Signalverarbeitungseinrichtung 52, 53 der Anordnung verbunden sind, wie im Diagramm der Fig. 4 gezeigt ist.

In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine Drahtwindung für die Sender- oder Empfängerspule gezeigt. Der Spulendraht weist einen inneren Draht 31 aus "Kanthal", eine Isolation 32 aus keramischem Material, welche den Draht umwickelt und gegen hohe Temperatur widerstandsfähig ist, und eine äußere Hülle 33 aus nicht rostendem Stahl auf. Auf diese Weise erhält man eine Spule, die im allgemeinen Sinne gegen äußeren Einfluß unempfindlich und mechanisch fest und folglich leicht zu handhaben ist. Auch wird der eigentliche Leiter 31 wenig beeinflußt oder wird kaum einer Veränderung unterzogen. Die Hülle 33, welche elektrische Störungen oder Verzerrungen abschirmt, kann an einem Ende geerdet sein, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Fig. 4 zeigt eine kombinierte Schaltung und ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Anordnung zum Messen, insbesondere in Verbindung mit einer Einrichtung gemäß den Fig. 1 und 2. Die Anordnung weist ein Wechselstromnetzgerät 41 auf, welches eine Senderspule 1 über eine Stromabfühlschaltung 42 versorgt.

Das Wechselstromnetzgerät 41 wird über eine Leitung 43 mit einem Steuersignal versehen, welches von der Stromstärke abhängt, die der Senderspule 1 zugeführt ist, so daß die Senderspule 1 mit konstanter Stromstärke versorgt wird. Ein solcher Betrieb zum Konstanthalten der Stromstärke in einem Leiter ist an sich bekannt und braucht deshalb im einzelnen hier nicht mehr beschrieben zu werden.

Eine Empfängerspule 2 ist mit der Primärwicklung 45 eines Transformators mit einem Ferritkern 46 verbunden, dessen Sekundärwicklung 47 mit dem Eingang eines Verstärkers 48 verbunden ist. Der Transformator ist dicht an der Empfängerspule 2 angeordnet und in einer Stahlhülle eingeschlossen, so daß der Transformator, die Empfängerspule und die Verbindungsdrähte vollständig gegen Einflüsse oder Stör- bzw. Verzerrungsfelder abgeschirmt sind. Der Ausgang des Verstärkers 48 ist mit einem Eingang einer Differenzierschaltung oder eines Verstärkers 49 verbunden. Der andere Eingang der Schaltung 49 wird von dem Wechselstromnetzgerät 41 über eine Schaltung 50 versorgt. Diese steuert die Amplitude und/oder die Phase des Signals einstellbar. Das Signal wird dem anderen Eingang der Schaltung 49 zugeführt, so daß bei der Abwesenheit des flüssigen Metalls 4 im Behälter, in welchem die Spulen 1 und 2 angeordnet sind, das von der Schaltung 49 oder von den folgenden Schaltungen erhaltene Basissignal im wesentlichen Null ist. Der Ausgang der Schaltung 49 ist mit dem Eingang eines Bandpaßfilterschaltkreises 51 verbunden, der für die ausgewählte Betriebsfrequenz ausgelegt ist und gegebenenfalls eine eingebaute Verstärkung hat. Der Ausgang des Filterschaltkreises 51 ist mit der Signalverarbeitungseinrichtung 52 und 53 verbunden, welche erste und zweite Amplitudenabfühlschaltkreise 52 bzw. 53 aufweist. Die erste Amplitudenabfühlschalteinrichtung 52 erzeugt ein erstes Steuersignal auf dem Ausgang 54, wenn die Amplitude des Signals aus der Schaltung 51 ein erstes vorbestimmtes Niveau überschritten hat und danach merklich unter ein zweites vorbestimmtes Niveau abgefallen ist, welches vorzugsweise ein bestimmter Bruchteil des oberen Wertes ist, an welchem das Signal vorbeigelaufen ist. Dieses erste Steuersignal ist dazu vorgesehen, eine Einrichtung zu betätigen, welche z. B. die Zufuhr des Materials zum Behälter steuert, um diese Zufuhr anzuhalten. Die andere Amplitudenabfühleinrichtung 53 erzeugt ein zweites Steuersignal auf dem Ausgang 55. Das zweite Steuersignal ist proportional zu dem oberen Amplitudenwert des Signals von der Schaltung 51 und folglich dem Abrieb und der Erosion der Auskleidung in dem Behälter. Dieses zweite Steuersignal kann mehr oder weniger kontinuierlich mittels eines geeigneten Ausleseinstrumentes gelesen oder überwacht oder mittels einer Alarmschaltung beobachtet werden, welche Alarm gibt, wenn das Steuersignal ein bestimmtes Niveau erreicht hat.

Da es bekannt ist, wie die Amplitudenabfühleinrichtungen ausgebildet sein können, z. B. unter der Benutzung von Gleichrichtereinrichtungen, Spannungsvergleicheinrichtungen, Gatter- und logischer Elemente usw., ist eine genauere Beschreibung derselben hier nicht notwendig.

Hinsichtlich der Dimensionierung der Anordnung gemäß Fig. 4 werden folgende Leitwerte gegeben:

Betriebsfrequenz:
ein oder wenige KHz
Strom durch die Senderspule:	in der Größenordnung von 1 bis 10 A
Widerstand der Senderspule:	in der Größenordnung von 1 bis 10 Ohm
Widerstand der Empfängerspule:	in der Größenordnung von 10 Ohm
Induktive Reaktanz der Primärwicklung (Transformator):	in derselben Größenordnung wie der Widerstand der Empfängerspule
Transformationsverhältnis (Transformator):	in der Größenordnung von 5-50.

In Fig. 5 ist die Abhängigkeit der Größe des Ausgangssignals z. B. von der Schaltung 51 der Fig. 4 vom Niveau des flüssigen Metalls 4 im Behälter gezeigt, in welchem die Spulen 1 und 2 eingebaut sind. In der Figur bezieht sich die ausgezogene Kurve auf die Zustände, wenn die Auskleidung neu ist, während die gestrichelte Kurve sich auf die Zustände bezieht, wenn die Auskleidung schwer unter Erosion gelitten hat. Aus den Kurven erkennt man, daß das Signal bei steigendem Metallniveau bis zu demjenigen Niveau des flüssigen Metalls ansteigt, bei welchem das magnetische Wechselfeld in die Empfängerspule aufhört anzusteigen, weil von da ab bei weiter steigendem Metallniveau das magnetische Feld, welches infolge des Einflusses des flüssigen Metalls komprimiert worden ist, mehr und mehr außerhalb der Empfängerspule zu fallen beginnt. Somit beginnt der Abschirmeffekt des elektrisch leitenden Materials sich selbst zu festigen. Kurz danach fällt das Signal sehr rasch und merklich ab, wenn die Empfängerspule vollständig abgeschirmt wird. Aus den Kurven wird auch klar, daß die Größe des Signals auf ein und demselben Wert des Metallniveaus stark zunimmt, wenn die Auskleidung erodiert oder weggefressen ist. Jedoch stellt unabhängig von der Erosion das Verhältnis eines Signals an einem Zwischenniveau und des Signals am oberen Wert mit Genauigkeit dieselbe Zahl dar. Dies bedeutet, daß die hervorragende Genauigkeit der Niveaumessungen aufrechterhalten werden kann, während der Abrieb oder die Erosion zunehmen, und zwar ohne jegliche Notwendigkeit der Nachkalibrierung oder Einstellung. Gleichzeitig ist es möglich, dem Abrieb oder der Erosion recht leicht dadurch zu folgen oder sie zu beobachten, daß man den oberen Wert des Signals erfaßt.

Die beschriebene Anordnung schließt eine Funktionsprüfung insofern ein, als die Signalkurve den vorbestimmten Verlauf hat, wenn die Funktion oder der Betrieb fehlerlos ist.

Fig. 6 veranschaulicht sehr schematisch ein Beispiel, wie die Spulen einer Anordnung der hier erläuterten Art in Verbindung mit dem Niveauabfühlen und der Steuerung beim kontinuierlichen Formgießen angeordnet sein können. Die Form weist in herkömmlicher Weise einen inneren Kupfermantel 60 auf mit einer Dicke von z. B. 10 mm und hat durchgehend einen vertikalen Gießkanal 63, der bei der dargestellten Ausführungsform einen rechteckigen Querschnitt hat. Der Kupfermantel 60 ist von einem (nicht dargestellten) Gehäuse umgeben, welches es ermöglicht, den Kupfermantel durch Zirkulieren eines Kühlmediums im Raum zwischen dem Kupfermantel und dem nicht dargestellten Gehäuse zu kühlen. Geschmolzenes Metall wird dem Gießkanal von oben in der Form eines Stromes 64 zugeführt, und ein erstarrter Metallstrang 65 wird von unten herausgezogen, wie in der Fig. gezeigt ist. Die Beschickung oder Zufuhr des geschmolzenen Metalls und das Herausziehen des Metallstranges sollten steuerbar sein, so daß das Niveau der Oberfläche 66 des noch flüssigen Metalls innerhalb des Kupfermantels 60 so konstant wie möglich gehalten wird. Eine solche Steuerung macht es jedoch erforderlich, daß das Niveau des geschmolzenen Metalls innerhalb des Kupfermantels 60 bestimmt werden kann. Dieses wird durch die hier beschriebene Anordnung möglich.

Die mit einer einzigen Windung versehene, im allgemeinen rechteckige Senderspule 61 der zuvor beschriebenen Art wird vertikal neben einer Außenoberfläche des Kupfermantels 60 angeordnet. Die Senderspule 61 hat eine Breite in derselben Größenordnung wie die Breite der Seitenoberfläche und ist so angeordnet, daß ihr Mittelpunkt im wesentlichen auf der Höhe des gewünschten Niveaus für das geschmolzene Metall oder etwas unter diesem innerhalb des Kupfermantels 60 liegt. Mit anderen Worten ist die Senderspule 61 im wesentlichen im Mittenbereich der Seitenoberfläche des Kupfermantels 60 angeordnet.

Eine mit einer einzigen Windung versehene, im allgemeinen rechteckige Empfängerspule 62 ist vertikal neben einer zweiten äußeren Seitenoberfläche des Kupfermantels 60 angeordnet. Die Empfängerspule, deren Ebene somit unter einem Winkel von 90° zur Ebene der Senderspule 61 angeordnet ist, hat eine Breite in derselben Größenordnung wie die Breite der zweiten äußeren Seitenoberfläche.

Die Spulen 61 und 62 haben die gleiche Höhe und sind auf demselben Niveau angeordnet.

Die Spulen 61 und 62 können gemäß den in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Ausführungen hergestellt werden. Da die Spulen 61 und 62 jedoch in dem Kühlraum zwischen dem Kupfermantel 60 und dem umgebenden Gehäuse, welches nicht dargestellt ist, angeordnet werden können, und folglich niedrigeren Temperaturen ausgesetzt sind, können die Spulen auch eine einfachere Gestaltung haben. In diesen Fällen können sogar Spulen mit mehreren Windungen verwendet werden.

In geeigneter Weise sind die Spulen 61 und 62 mit einer Schaltung gemäß Fig. 4 verbunden. Die Signalverarbeitungseinrichtungen 52 und 53 können jedoch durch eine einfache Signalamplitudenabfühleinrichtung für die Erzeugung eines Steuersignals ersetzt werden, welches sich in Abhängigkeit von dem Niveau des geschmolzenen Metalls innerhalb des Kupfermantels 60 verändert. Dieses Steuersignal kann für die Schaffung der oben erwähnten gewünschten Steuerung verwendet werden.

Das erhaltene Steuersignal hat einen Verlauf, d. h. eine Niveauabhängigkeit, der im wesentlichen konform mit dem in Fig. 5 ist.

Um die beste Steuerfähigkeit zu erhalten, sollte das gewünschte Niveau innerhalb des Kupfermantels dasjenige sein, bei welchem man etwa in der Mitte der im wesentlichen linear fallenden Flanke einer Kurve gemäß Fig. 5 ist. Dies bedeutet, daß das gewünschte Niveau näherungsweise mit der horizontalen Mittellinie der Senderspule 61 zusammenfällt oder etwas über dieser Mittellinie liegt.

Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen schematisch, wie eine Senderspule 71 und eine Empfängerspule 72 in der Wand eines Schmelzofens oder einer Form 73 angeordnet sein können. Die Spulen, die in diesem gezeigten Falle gleiche Größe, eine einzige Windung haben und quadratisch sind, sind zwischen dem isolierenden äußeren Gehäuse 76 des Schmelzofens und der feuerbeständigen Ausmauerungs-Auskleidung 78 des Schmelzofens und in Vereinigung mit einer Ecke des Schmelzofens angeordnet. Die ebenen Spulen sind auf demselben Niveau und symmetrisch zur Ecke des Schmelzofens angeordnet. Somit bilden die Spulen miteinander einen Winkel von 90°.

Die Spulen 71 und 72 können mit einer Schaltungsanordnung, welche im wesentlichen der gemäß Fig. 4 entspricht, verbunden sein, mit der Ausnahme, daß die Schaltung 50 und die dzugehörige Verbindung zwischen den Schaltkreisen 41 und 49 weggelassen sind. Die typische Abhängigkeit der Größe des erhaltenen Ausgangssignals von dem Niveau des flüssigen, elektrisch leitenden Materials in dem Schmelzofen ist in Fig. 9 gezeigt. Auch in diesem Falle bezieht sich die ausgezogene Kurve auf die Bedingungen oder Zustände, wenn die Auskleidung neu ist, und die gestrichelte Kurve bezieht sich auf die Zustände, wenn die Auskleidung stark erodiert ist.

Weiterhin ist es möglich, die Sender- und/oder Empfängerspule doppelt oder mehrfach auszuführen, um das erzeugte magnetische Wechselfeld und/oder dessen Teil zu erhöhen, der abgefühlt wird, oder um ausgeglichene Zustände und Bedingungen zu erhalten oder um ein eindeutiges Verhältnis zwischen der erhaltenen Signalamplitude und der zu messenden Größe vorzusehen.

Claims (12)

1. Anordnung zum elektromagnetischen Messen des Niveaus und/ oder des Abstandes von flüssigem, geschmolzenem Metall (4) mit sehr hoher Temperatur in einem Behälter (3), mit

• a) einer Sendespule (1), die zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes mit einem Wechselstromnetzgerät (41) verbunden ist,
• b) einer Empfängerspule (2) zum Abfühlen des von der Senderspule (1) erzeugten und von dem flüssigen Metall (4) beeinflußten magnetischen Wechselfeldes,
• c) wobei die Senderspule (1) und die Empfängerspule (2) in einer zur Wand des Behälters (3) im wesentlichen parallelen Fläche in fester Vereinigung mit der Wand des Behälters (3) angeordnet sind, sowie
• d) einer Signalverarbeitungseinrichtung (52, 53), die zum Nachweis und zum Verarbeiten von in der Empfängerspule (2) durch das magnetische Wechselfeld induzierten Wechselstromsignalen mit derselben verbunden ist,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• e) die Empfängerspule (2) ist separat von der Senderspule (1) in einem Abstand angeordnet, der größer ist als der kleinste Abstand zwischen dem flüssigen Metall (4) und einer Spule (1, 2),
• f) die Empfänger- (2) und die Senderspule (1) sind innerhalb der Behälterwand (6-9) in oder hinter einer inneren feuerfesten Auskleidung (9) angeordnet,
• g) die Empfänger- (2) und die Senderspule (1) weisen eine oder weniger Leiterwindungen auf, und
• h) die Leiter (31) der Spulen (1, 2) sind isoliert in einer Metallhülle (33) eingeschlossen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (1, 2) kernlos sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (1, 2) im wesentlichen auf demselben Niveau angeordnet sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderspule (1) im wesentlichen in einer ersten Ebene angeordnet ist und die Empfängerspule (2) im wesentlichen in einer zweiten Ebene angeordnet ist und daß die zweite Ebene im wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld der Senderspule (1) liegt sowie zum Magnetfeld der Ströme, die in dem flüssigen Metall (4) induziert sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spule (1) über die Oberfläche (14) des flüssigen Metalls (4) angeordnet ist, die Achse der Spule (1) zu der Oberfläche (14) hin gerichtet ist und daß die andere Spule (2) so angeordnet ist, daß ihre Achse quer zur Achse der ersten Spule (1) gerichtet ist und sich ihr oberster Teil im wesentlichen auf einem vorbestimmten Niveau des flüssigen Metalls (4) befindet.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spule (1) in Verbindung mit einem Dachwandteil des Behälters (3) angeordnet ist, die Achse der Spule (1) nach unten in den Behälter (3) hinein gerichtet ist und daß die andere Spule (2) in Vereinigung mit einem Seitenwandteil des Behälters (3) angeordnet ist und ihre Achse in den Behälter (3) hinein gerichtet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) ein Torpedo- bzw. Blasenschöpfwagen ist, daß die Spule (1) eine im wesentlichen ebene Gestalt hat, viereckig ist und im wesentlichen horizontal angeordnet ist, daß zwei Seiten der einen Spule im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Behälters (3) ausgerichtet sind, daß die andere Spule (2) eine im wesentlichen ebene Gestalt hat, rechteckig ist und bezüglich der ersten Spule (1) geneigt ist, daß die zwei Längsseiten der anderen Spule (2) im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Behälters (3) ausgerichtet sind und daß die Spulen (1, 2) im wesentlichen in demselben Längsabschnitt des Behälters (3) angeordnet sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spule (1) in Vereinigung mit einer ersten Seitenwand des Behälters (3) angeordnet ist, die Achse der Spule (1) in den Behälter (3) hinein gerichtet ist und daß die andere Spule (2) in Vereinigung mit einer zweiten Seitenwand des Behälters (3) angeordnet ist, wobei die Achse der anderen Spule (2) in den Behälter (3) hinein gerichtet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Spulen einen Winkel von vorzugsweise 90° einschließen.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (52, 53) eine erste Amplitudenabfühleinrichtung (52) aufweist zum Messen des oberen Signalwertes und eines vorbestimmten Bruchteils desselben für die Erzeugung eines ersten Steuersignals.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (52, 53) eine zweite Amplitudenabfühleinrichtung (53) aufweist zum Erfassen des oberen Signalwertes und Erzeugen eines zweiten Steuersignales zur Anzeige von Abrieb und Erosion der feuerfesten Auskleidung (9).