DE2829355C2

DE2829355C2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Höhe einer Flüßigkeitsoberfläche in einem Behälter

Info

Publication number: DE2829355C2
Application number: DE2829355A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Garry Lambton Neusüdwales Kemlo
Original assignee: Broken Hill Proprietary Company Pty Ltd
Current assignee: Broken Hill Proprietary Company Pty Ltd
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1978-07-04
Publication date: 1982-04-08
Also published as: BE868883A; NL7806880A; JPS5419427A; IT7825729A0; FR2397626B2; CA1108269A; DE2829355A1; IT1097545B; FR2397626A2; AT373390B; ATA455578A; GB1600310A

Description

a) zur Bestimmung der Höhe der Grenzfläche zwischen einer Metallschmelze und eii;er darauf schwimmenden Schlackenschicht die Höhenstandsanzeige (36) eine Einrichtung zur Anzeige eines durch elektrochemische Reaktion zwischen der Metallschmelze und der Elektrode (29) erzeugten ersten Spanpungsbereiches und eines durch elektrochemische Reaktion zwischen der Schlacke und der Elektrode (29) erzeugten zweiten Spannungsbereiches aufweist, und

b) eine Einrichtung (39, 40) zur Einstellung der Elektrode (29) auf eine derartige Höhe in dem Behälter (1) vorgesehen ist, daß eine anschließende Relativbewegung zwischen der Elektrode (29) und dem Behälterinhalt die Anzeigeeinrichtung (36) durch Erfassung der Änderung der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsbereich diejenige Stellung anzeigt, in der die Elektrode (29) und die Grenzfläche auf gleicher Höhe in dem Behälter (1) stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung der Elektrode (29) ein Kabel (39) aufweist, das mit seinem einen Ende an der Elektrode (29) und mit seinem anderen Ende an einer umsteuerbaren hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung (40) angebracht ist.

3. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 in einem Behälter (1) mit einer relativ zu diesem in vertikaler Richtung bewegbaren Vakuumentgasungseinrichtung (20), die eine an eine Vakuumquelle angeschlossene Vakuumkammer (21) und ein von deren Unterseite nach unten ragendes Eintauchrohr (23) zum Eintauchen in den Behälterinhalt aufweist, wobei nach Einstellung der Elektrode (29) auf eine Stellung in dem Behälter (1) eine anschließende Relativbewegung zwischen der Elektrode (29) und dem Behälterinhalt an der Anzeigeeinrichtung (36) eine Höhenstandsanzeige der Grenzfläche durch Änderung der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsbereich ergibt.

4. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 in einem basisch zugestellten Ofen (50) mit einer Sauerstofflanze CSl), wobei nach Einstellung der Elektrode (29') auf eine Stellung in dem Ofen (50) eine anschließende Relativbewegung zwischen der Elektrode (29') und dem Ofen (50) an der Anzeigeeinrichtung (36') eine Anzeige der Grenzfläche durch Änderung der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsbereich ergibt.

5. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 in einer Gießpfanne (1) mit einer selektiv zu öffnenden und zu verschließenden Bodenabgießöff-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung zur Bestimmung der Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche in einem Behälter. Insbesondere soll die Höhe der Grenzfläche zwischen einer Metallschmelze und einer darauf schwimmenden Schlackenschicht bestimmt werden.

Aus der DD-Patentschrift 66 029 ist eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung bekannt, die zur automatischen Höhenstandsmessung von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten, insbesondere Abwasser, dient. Bei der bekannten Vorrichtung wird eine Elektrode durch einen Motor abgesenkt, bis sie die Flüssigkeitsoberfläche berührt, woraufhin der Motor umgesteuert und die Elektrode wieder angehoben wird. Diese Bewegung der Elektrode wird von einem Schreiber nachgezeichnet, der eine Aufzeichnung erzeugt, in der die untersten Enden der aufgezeichneten senkrechten Linien die zeitlichen Schwankungen des Flüssigkeitspegels wiedergeben. Die bekannte Vorrichtung ist ersichtlich nicht dazu geeignet, die Grenzfläche zwischen einer Metallschmelze und einer darauf schwimmenden Schlackeschicht zu bestimmen, da sowohl die Metallschmelze als auch die Schlackeschicht elektrisch leitfähig sind.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 21 294 ist zwar eine Vorrichtung bekannt, bei der die elektrochemische Reaktion zwischen einer Elektrode und dem sie umgebenden Material zur Bestimmung der Höhe der Grenzfläche zwischen Metallschmelze und Schlackeschicht herangezogen wird. Bei dieser Vorrichtung ist jedoch die Elektrode an einer festen Stelle innerhalb einer Gießpfanne angeordnet und dient dazu festzustellen, wenn die Oberfläche der Metallschmelze eine vorgegebene Höhe erreicht. Auf diese Weise läßt sich sicherstellen, daß während des Gießens nur walzfähige Restblöcke erzeugt werden. Für andere Anwendungszwecke läßt sich diese mit einer fest angeordneten Elektrode arbeitende Vorrichtung dagegen nicht verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Grenzfläche zwischen einer Metallschmelze und einer darauf schwimmenden Schlackeschicht in einem beliebigen Höhenstandsbereich innerhalb eines Metallschmelze-Behälters zu ermitteln.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im

Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Wie weiter unten noch näher erläutert wird, treten bei

der erfindungsgemäßen Höhenstandsmessung drei Spannungswerte auf, nämlich ein Wert von 0 Volt, der sich dann ergibt, wenn sich die Elektrode außerhalb von Schlacke und Schmelze befindet, ein erster (höherer) Spannungsbereich, der dann erreicht wird, wenn die Elektrode in die Schlacke eintaucht, und ein zweiter (niedrigerer) Spannungsbereich, der sich beim Eintauchen der Elektrode in die Metallschmelze einstellt. Da eine bestimmte Höhenstandsanzeige nur durch sprunghafte Änderung der Ausgangsspannung der Elektrode

feststellbar ist und eine solche sprunghafte Änderung zweimal — zum einen zwischen dem Wert von 0 Volt und dem ersten Spannungsbereich, und zum anderen zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsbereich — auftritt, ist erfindungsgemäß die Elektrode auf eine derartige Höhe einstellbar, daß sich bei anschließender Relativbewegung zwischen Elektrode und Behälterinhalt eine Änderung zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsbereich ergibt Mit anderen Worten sorgt die Einrichtung zur Einstellung der Elektrode Jafür, daß diese je nach dem Verwendungszweck in die Schlacke oder in die Metallschmelze eintaucht, so daß sichergestellt ist, daß die anschließend ablesbare Spannungsänderung einer Anzeige der Grenzfläche zwischen Metallschmelze und Schlacke entspricht. Die Erfindung gestattet somit eine genaue Bestimmung der Höhe der Grenzfläche zwischen Metallschmelze und Schlacke in jedem beliebigen Höhenstandsbereich innerhalb des Behälters.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sowie vorteilhafte Verwendungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

So ist es bei einer mit einer Vakuumentgasungseinrichtung zusammenarbeitenden Gießpfanne zur Erzielung maximaler Wirksamkeit des Entgasungsvorganges von Bedeutung, daß das untere Ende des Eintauchrohres so weit in die Gießpfanne eintaucht, daß keine Schlacke in das Eintauchrohr gelangt und in die Vakuumkammer eingezogen wird. Andererseits soll die Eintauchtiefe des Eintauchrohrs in die Schmelze möglichst klein sein, da die Wirksamkeit der Entgasung durch eine zu große Metallmenge in der Vakuumkammer während des Entgasungsvorgangs herabgesetzt wird.

Ähnlich kommt es bei einem basisch zugestellten Ofen darauf an, den Höhenstand der Grenzfläche zwischen Metall und Schlacke genau zu kennen, um das untere Ende einer Sauerstofflanze zum Einblasen von Sauerstoff (etwa zum Vorfrischen) auf die optimale Höhe über dieser Grenzfläche einstellen zu können.

Bei einer Gießpfanne mit Bodenabgießöffnung läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung derart verwenden, daß jeweils ermittelt wird, wann die Grenzfläche zwischen Metallschmelze und Schlacke eine bestimmte Höhe über dem Gießpfannenboden erreicht. Da die Elektrode gegenüber der Gießpfanne verstellbar ist, äßt sich diese Höhe in Abhängigkeit von den jeweils zu füllenden Gießformen derart wählen, daß in jedem Fall der Guß walzfähiger Blöcke sichergestellt ist.

In den Figuren sind Ausführungsbeiipiele der Erfindung dargestellt, anhand dieser Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schnittbildliche Darstellung einer Gießpfanne zusammen mit einer Vakuumentgasungsvorrichtung, in welcher eine vertikalbewegliche Elektrode angeordnet ist zur Bestimmung der Berührungsfläche zwischen Metallschmelze und Schlacke, so daß eine exakte Positionierung des Eintauchrohrs der Vakuumentgasüngsvorrichtung möglich ist,

F i g. 2 eine vergrößerte schematische schnittbildliche Teildarstellung einer Stopfenstange in die eine Elektrode zur Steuerung des Ai's§!ießens der Schmelze aus der Pfanne,

Fig.3 eine TeilaHsitht in auseinandergezogener Stellung von Verbindungsstücken für die Stopfenstange,

F i g. 4 eine vergrößerte schematische Teilansicht in schnittbildlicher Darstellung einer Elektrodenlanze zur Bestimmung der Berührungsfläche zwischen der Schlakke und der Metallschmelze, so daß eine exakte Positionierung des Eintauchrohrs der Vakuumabgasvorrichtung möglich ist,

F i g. 5 und 6 schematische Darstellungen der Einrichtung in der Fig. 1, weiche zur Bestimmung der Berührungsfläche zwischen Schlacke und Metallschmelze vorgesehen ist und welche zur Bestimmung der Dicke der Schlackenschicht dient,

F i g. 7 eine schnittbildliche Darstellung durch einen basisch zugestellten Ofen zur Stahlherstellung mit einer Sauerstofflanze und einer beweglichen eintauchbaren Lanze, die eine Elektrode aufweist und

Fig.8 eine Kurvendarstellung für die Spannungen, welche bei einem Versuch gewonnen wurden zur Bestimmung der Schlackendicke in einer Gießpfanne, welche im Zusammenhang mit einer Vakuumentgasungsvorrichtung betrieben wurde.

In der Fig. 1 ist eine Gießpfanne 1 dargestellt mit einer öffnung im Pfannenboden zum Ausgießen der Schmelze. Diese kann mit einer Vakuumentgasungsvorrichtung 20 zusammenarbeiten. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Gießpfanne I eine Stopfenstange 2, welche eine Stahlelektrode 8 mit 8 mm Durchmesser aufweisen kann. Die Stahlelektrode befindet sich in einem Hohlraum einer hitzebeständigen Hülse 4 (Fig.2). Die hitzebeständige Hülse in der Stopfenstange 2 kann beispielsweise aus hochtemperaiurbeständiscm Zement bestehen. Die Hülse 4 in der Fig. 2 bildet eine von 17 Standardhülsen 5 in der Stopfenstange. Die spezielle Hülse 4 ist in einem bestimmten Abstand vom Pfannenboden bzw. der unteren Spitze der Stange 2 angeordnet. Die Elektrode 3 ist elektrisch an einen Stahlkern 6 der Stopfenstange 2 mit Hilfe eines Leiters 8 angeordnet. Dieser ist in Nuten im Ende der Elektrode 3 eingefräßt und mit dem Kern 6 durch einen explosiv in den Kern 6 eingetriebenen Stift verbunden. Üblicherweise wird das obere Ende der Stopfenstange 2 von einem Schwanenhalsanschlußstück 9 getragen, durch welches die Stange 2 zur Regelung des Gießvorgangs angehoben und abgesenkt werden kanr. Dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stopfenstange 2 mittels Faserscheiben 10, von dem Schwanenhalsanschlußstück 9 isoliert. Diese sind zwischen der Gabel des Schwanenhalsanschlußstücks 9 und Stahlscheiben 11. die als Lastverteiler für die Verbindungsmuttern 12 wirken, eingesetzt. Fine Faserfolie 13 befindet sich zwischen der Stange 2 und der Gabel des Schwanenhalsanschlußstücks 9. Eine elektrische Verbindungsstange 14 ist in entsprechender Weise an dem oberen Ende des Kerns 6 der Stange 2 befestigt und ein elektrisches Kabel 15 ist mit einem daran befestigten Anschlußstück 16 verbunden. Das Kabel 15 ist wiederum mit einer Anschlußklemme eines Mehrbereichs-Spannungsschreibers V verbunden, während die andere Anschlußklemme Verbindung zu Masse hat, welches auch das Potential der Gießpfanne 1 ist.

Im Stromkreis befindet sich der Strom der aus der Gießpfanne ausgegossenen Schmelze während des Ausgießvorgangs. Da der Metallschmelüestrom im elektrischen Kontakt mit der Gießform steht, in welche die Metallschmelze eingegossen wird, wenn die Stopfenstange 2 angehoben wird, und da die Gießform über die Schienen, auf welcher sie ruht, geerdet ist, ergibt sich ein Stromfluß zur Erde. Demzufolge ist zur Vervollständigung des Stromkreises ein Anschluß des Spannungsschreibers Vgeerdet. Hierzu kann dieser mit der Wandung der Gießpfanne verbunden sein, wie das in F i g. 1 dargestellt ist. Wenn der Ausgießvorgang der Stahlschmelze dadurch unterbrochen wird, daß die

Stopfenstange 2 in die Schließstellung gebracht wird, fließt der elektrische Strom weiterhin. Jedoch erfolgt dann der Stromfluß von der Elektrode zur Stahlauskleidung der Gießpfanne durch das feuerfeste Futter und von dort zur Erde. Natürlich ist der Stromfluß in der Schließstellung der Stopfenstange unterschiedlich zu der geöffneten Stellung der Stopfenstange. Es herrscht ein Widerstand von etwa 10 Ohm im Stromkreis, wenn die Stopfenstange geöffnet ist und ein Widerstand von 10 000 Ohm, wenn die Stopfenstange geschlossen ist.

Wie in der deutschen Offenlegungsschrift 25 21 294 bereits ausgeführt ist, wurden Vorversuche mit einer Kohlenstoffelektrode durchgeführt, die mit einer Batterie in Reihe geschaltet war, zur Lieferung eines durch die Stahlschmelze fließenden Stroms. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß der Kohlenstoff mit dem Sta'ni reagierte, wodurch in Zusamrnenwirkung mit der angelegten Spannung keine vollständig akzeptablen Ergebnisse erzielt werden konnten, obgleich sich dieses Verfahren in Verbindung mit anderen Flüssigkeiten, beziehungsweise Schmelzen, anwenden läßt. Weitere Versuche bestätigten das Vorhandensein einer meßbaren EMK bei einer passiven Elektrode, z. B. aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, welche durch die elektrochemische Potentialdifferenz zwischen der Stahl- und der Schlackenphase hervorgerufen wurde.

Wenn die Stahlelektrode 3 von geschmolzenem Stahl umgeben ist, beträgt die Gleichgewichtskonslante K für die Reaktion Fe (fest) Fe (flüssig) nahezu eins. Da die elektromotorische Kraft E⁰ proportional ist zu In K ist E⁰ sehr klein. Während des Ausgießens aller Gußblöcke vor dem Kontrollgußblock ist die an der Elektrode gemessene Spannung nahezu Null. Die kleinen Änderungen dieser gemessenen Spannung von Charge zu Charge ergeben sich größtenteils aus Änderungen der Sauerstoffkonzentrationen, wodurch das Ausmaß der Fe-FeO-Reaktion bestimmt wird. Wenn die Elektrode 3 in die Schlacke eingetaucht wird, findet die Reaktion Fe (fest) FeO (flüssige Schlacke) statt. Die Gleichgewichtskonstante K ist für diese Reaktion anders und wegen der Beziehung E = aL (wobei a eine Konstante ist) unterscheidet sich auch E, wenn die Schlacke mit der Elektrode in Berührung steht.

Die Art und Weise wie die vorstehende Anordnung zur Steuerung des Abgießens verwendet wird, damit die Erzeugung auch von walzbaren Restblöcken möglich ist, ist im einzelnen in der deutschen Offenlegungsschrift 25 21 294 beschrieben.

Eine andere Möglichkeit der Anordnung zur Steuerung des Abgießens ist in den F i g. 7 und 8 der deutschen Offenlegungsschrift 25 21 294 gezeigt Dabei ist ein Stein in der Wandung der Gießpfanne ersetzt du^rch einen sppyiellen Stein, in welchem eine Stahl-. Kohlenstoff- oder Molybdänelektrode in ähnlicher Weise, wie vorstehend beschrieben, befestigt ist. Dieser spezielle Stein ist bevorzugt an der Mittellinie, die durch die Gießpfannenzapfen bestimmt ist, angeordnet, so daß durch das Kippen der Gießpfanne hervorgerufene Fehler verringert sind. Die Elektrode ist mit einem in geeigneter Weise befestigten Zuleitungsdraht versehen, welcher zwischen den Ziegelsteinen und dem Sicherheitsfutter bis hin zu einer auf dem Futter angeordneten Kontaktklemme verläuft. Ein weiterer Zuleitungsdraht führt, wie im vorstehenden schon beschrieben, von der Kontaktklemme zu einem Spannungsaufzeichnungsgerät

Es hat sich herausgestellt, daß mit dieser alternativen Elektrodenanordnung noch bessere Ergebnisse erzielt werden können als mit der zuerst beschriebenen Ausführungsform. Die Betriebsweise dieser alternativen Ausführungsform ist im wesentlichen jedoch die gleiche, wie die der ersten Ausführungsform.
Bei anderen Ausführungsformen kann der Zuleitungsdraht von der Stopfenstange oder der Elektrode zum Aufzeichnungsgerät durch ein Sender-Empfänger-System ersetzt sein. Die Isolierung des Schwanenhalsanschlußstückes läßt sich auch ersetzen durch eine

ίο vollkommene Isolierung der gesamten Stopfenanordnung von der Gießpfanne. Das vorstehend beschriebene System läßt sich auch dahingehend abändern, daß damit die Lagen der Grenzschichten zwischen dem Metall und der Schlacke und zwischen der Schlacke und der Luft festgestellt werden können. Hierdurch läßt sich dann die Schlackenmasse bestimmen. Es wird noch einmal darauf hingewiesen, daß die verwendete Bezeichnung »Flüssig keit« sowohl geschmolzene Metalle als auch Schlacken sowie andere Flüssigkeiten umfaßt.

In der Fig. 1 ist die Gießpfanne im Zusammenhang mit einer Vakuumentgasungsvorrichtung 20 gezeigt. Der Inhalt der Gießpfanne kann dabei einer Vakuumentgasung vor dem Abgießen des Gießpfanneninhalts in Gußformen unterzogen werden.

Die Vakuumentgasungsvorrichtung 20 enthält eine mit einem feuerfesten Futter versehene Vakuumkammer 21, mit einem oberen Auslaß 22, der an eine nicht näher dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen werden kann. Ferner besitzt die Vakuumentgasungsvorrichtung ein Eintauchrohr 23 aus keramischem Material, das sich von einer Bodenöffnung 24 in der Vakuumkammer weg nach unten erstreckt. Die Kombination aus Vakuumkammer 21 und tintauchrohr zi wird von einem Traggerüst gehalten, das ein Hebegerüst 52 aufweist, welches durch vertikale Verbindungselemente 53 mit der Vakuumentgasungsvorrichtung 20 verbunden ist. Zwischen dem Hebegerüst 52 und einem umgebenden Traggerüst 55 sind hydraulische Kolben 54 vorgesehen. Kohlenstoffheizelemente 25 sind im feuer-

festen Futter der Vakuumentgasungskammer vorgesehen, so daß die Stahlschmelze in der Entgasungskammer bei erhöhter Temperatur gehalten werden kann, so daß sichergestellt ist, daß das Metall in seinem geschmolzenen Zustand verbleibt.

Beim normalen Betrieb wird die Vakuumentgasungsvorrichtung in eine solche Stellung abgesenkt, in welcher die untere Öffnung des Keramikeintauchrohrs 23 in das Metallbad in der Gießpfanne 1 eintaucht Daraufhin wird die Vakuumkammer 21 mit Vakuum beaufschlagt, so daß die Metallschmelze aus der Gießpfanne in das Keramikeintauchrohr eingezogen wird. Die untere Öffnung des Eintauchrohrs ist mit einer dünnen Stahlkappe versehen, so daß das Eindringen von Schlacke in das Eintaurhrohr verhindert wird, wenn das Eintauchrohr durch die Schlackenschicht in die Metallschmelze abgesenkt wird. Sobald diese Metallkappe mit der Schmelze in Berührung kommt, schmilzt sie. Die Metallschmelze steigt durch das Eintauchrohr 23 so lange an, bis die Höhe der Metalloberfläche im

Eintauchrohr sich im Gleichgewicht befindet mit dem Atmosphärendruck, der auf den Gießpfanneninhalt wirkt Daraufhin wird die Gießpfanne 1 gegenüber dem Eintauchrohr 23 angehoben, so daß das Metall in die Vakuumkammer 21 gelangen kann.

Die Tiefe der Metallschmelze in der Vakuumkammer 21 ist relativ gering und besitzt jedoch eine große

• Oberfläche, die dem Vakuum in der Vakuumkammer ausgesetzt ist Auf diese Weise erzielt man eine rasche

Entfernung von unerwünschten Gasen aus dem Metall.

Die Gießpfanne kann zum Anheben und Absenken auf einer Plattformanordnung 26 mit einer Plattform 27 angeordnet sein. Unter der Plattform 27, auf welcher die Gießpfanne 1 angeordnet ist, befindet sich ein Paar hydraulischer Kolben 28. Durch diese können die Plattform und die Gießpfanne angehoben und abgesenkt werden. Im wesentlichen werden nur 10% des Gießpfanneninhalts in die obere Kammer während eines Entgasungszyklus angezogen. Insofern sind etwa 10 Zyklen notwendig, um eine im wesentlichen vollständige Entgasung des gesamten Gießpfanneninhalts zu erzielen.

Wie im vorstehenden schon erwähnt wurde, ist es wesentlich zur Erzielung einer maximalen Wirksamkeit beim Entgasungsvorgang, daß das Ende des Eintauchrohres 21 mit einer solchen Tiefe in die Metallschmelze der Gießpfanne 1 eingetaucht wird, daß keine Schlacke in das Eintauchrohr eindringt. Die Eintauchtiefe des Eintauchrohrs soll jedoch nicht so groß sein, daß die Wirksamkeit der Entgasung durch eine allzu große Menge an Metall, welche während eines Zyklus entgast werden soll, beeinträchtigt wird. Aufgrund der Veränderung der Dicke der Schlackenschicht ist es jedoch nicht so ohne weiteres möglich, die Stellung des Eintauchrohrs gegenüber der Grenzfläche zwischen der Metallschmelze und der Schlacke genau einzustellen, da diese Grenzfläche nicht gesehen werden kann. Bei zu geringer Eintauchtiefe dringt Schlacke in das Eintauchrohr ein und schwimmt an die Oberfläche der Metallschmelze, welche sich in der Entgasungskammer befindet. Dabei besteht die Gefahr, daß sie mit den Kohlenstoffheizelementen und dem feuerfesten Futter in der Entgasungskammer in Berührung kommen.

Die Aufheizelemente sind jedoch äußerst anfällig gegen einen Angriff durch geschmolzene Schlacke und relativ teuer. Außerdem erfordert das Auswechseln dieser Heizelemente einen erheblichen Zeitaufwand. Darüber hinaus enthält die Schlacke im Vergleich zur Metallschmelze einen hohen Gehalt an Sauerstoff, so daß die Wirksamkeit der Vakuumentgasung empfindlich reduziert wird.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird bei der Erfindung eine zusätzliche Elektrode vorgesehen, die eine genaue Bestimmung der Lage der Berührungsfläehe zwischen der Schlacke und der Metallschmelze in der Gießpfanne 1 vor der Positionierung des Eintauchrohrs angeben kann.

In den Fig. 1, 4, 5 und 6 besitzt diese zusätzliche Elektrode 29 einen unteren Eiektrodenteil in Form eines Metallrohres 30, welches einen isolierenden Hartgummistöpsel 31 am oberen Ende aufweist Dieser Hartgummistöpsel ist mit dem unteren Ende einer länglichen Lanze 32 in Form eines Rohres verschraubt. Ein elektrischer Zuleitungsdraht 33 ist an einer Stelle 34 mit der Elektrode 30 verbunden und erstreckt sich nach oben durch eine Bohrung 35, durch den Hartgummistöpsel 31 sowie durch die obere längliche Lanze 32. Außerhalb ist der Draht mit einem Spannungsaufzeichnungsgerät 36 verbunden. Dieses kann ein Potentiometer enthalten oder mit durch Spannung erzeugtes Licht Die andere Seite des Spannungsaufzeichnungsgeräts ist geerdet

Der Stromfluß zwischen der Elektrode 30 und dem Stahlmantel der Gießpfanne 1 erfolgt durch das feuerfeste Futter der Gießpfanne, das geerdet ist Der elektrische Widerstand zwischen dem Inhalt der Gießpfanne 1 und Erde, an welche das Spannungsaufzeichnungsgerät 36 an einer Anschlußklemme ebenfalls angeschlossen ist, beträgt nicht mehr als etwa 20 000 0hm. Demzufolge können falls notwendig zusätzliche Mittel vorhanden sein, um sicherzustellen, daß der Inhalt der Gießpfanne ausreichend geerdet ist.

Der Erdungsdraht 15, welcher von der Stopfenstange 2 zum Stahlmantel der Gießpfanne 1 über das Aufzeichnungsgerät V geführt ist, genügt im allgemeinen. Bei der Anordnung der Elektrode 3 in einem Stein der Gießpfanne kann der Zuleitungsdraht, falls notwendig, mit dem Stahlmantel der Gießpfanne 1 verbunden sein. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann reiner Kohlenstoff im oberen Teil der Stopfenstange 2 vorgesehen sein, so daß ein guter elektrischer Kontakt mit dem Stahlmantel der Stahlpfanne, welcher selbst geerdet ist. hergestellt wird.

Das obere Ende der länglichen Lanze 32 ist über ein Kabel 39 und ein festes Verbindungsstück 37 mit einem Kolben 38 einer hin- und herwirkenden hydraulischen Kolbenzylinderanordnung 40 verbunden. Wie dargestellt, ist das Kabel 39 über eine Rolle 41 führt. Die hydraulische Kolbenzylinderanordnung 40 kann in beide Richtungen betätigt werden, so daß die Elektrode 29 angehoben und abgesenkt werden kann.

Beim Absenken der Elektrode 30 kommt diese in Berührung mit der Schlackenschicht, und das Spannungsaufzeichnungsgerät gibt eine Spannung wieder, insbesondere zwischen 200 — 250 Millivolt. Bei weiterem Absenken der Elektrode fällt die Ausgangsspannung auf etwa 20 — 50 Millivolt, wenn die Elektrode mit der Stahlschmelze in Berührung kommt. Die vertikale Stellung der Elektrode kann visuell festgestellt werden, wenn die Berührungsfläche zwischen Schlacke und Metallschmelze erreicht ist. Diese Stellung kann mit der vertikalen Stellung der Gießpfanne verglichen werden. Insofern läßt sich auch die Position der Bodenöffnung des Eintauchrohrs gegenüber der Berührungsfläche zwischen Metall und Schlacke feststellen. Die Gießpfanne 1 kann dann durch entsprechende Betätigung der hydraulischen Kolben 28 um eine gewünschte Strecke angehoben werden. Diese Strecke ist so bemessen, daß während des Vakuumentgasens keine Schlacke in das Eintauchrohr gelangt.

Als Alternative oder zusätzlich zur Bestimmung der Höhe der Schlackenschicht durch Vergleich der Stellung der Elektrodenanordnung 29 gegenüber der Gießpfanne 1 kann eine Meßskala vorgesehen sein, die mit der Plattform 27 der Plattformanordnung 26 verbunden ist Diese Meßeinrichtung kann ein Kabel 42 enthalten, das sich von der Plattform 27 über eine Rolle 43 nach oben erstreckt und horizontal über eine weitere Rolle 44 geführt ist und mit einem Gegengewicht 45 verbunden ist Der Bereich des Kabeis 42 zwischen den beiden Rollen 43 und 44 ist mit einer Skala 46 versehen, die unter einem feststehenden Skalenzeiger 47 angeordnet ist Die Elektrodenanordnung 29 kann so weit in der Gießpfanne abgesenkt werden, bis durch die Spannung angezeigt wird, daß die Elektrode 30 die obere Fläche ■der Schlackenschicht erreicht hat An der Skala kann ■dann die vertikale Stellung der Plattform 27 und damit die vertikale Stellung der Gießpfanne 1 abgelesen werden. Die Plattform und die Gießpfanne können dann angehoben werden, bis durch die Spannungsanzeige angezeigt wird, daß die Elektrode 30 die Berührungsfläche zwischen Metall und Schlacke erreicht hat Durch Ablesen der neuen Skaleneinstellung gewinnt man aus der Differenz gegenüber der ersten Skalenablesung eine genaue Bestimmung der Dicke der Schlackenschicht

Die Fig. 8 zeigt in einem Kurvenverlauf die Spannungen, welche vom Spannungsmeßgerät während eines Versuchs angezeigt wurden. Wie zu ersehen ist, beträgt die Spannung beim Absenken der Elektrode 30 etwa 0 Volt und erhöht sich beim Berühren der oberen Fläche der Schlackenschicht rasch bis in die Größenordnung von 250 Millivolt und bleibt auf einem Wert zwischen 200 und 250 Millivolt, während die Elektrode beim nachfolgenden Absenken der Plattform und der Gießpfanne noch mit der Schlacke in Berührung steht. Sobald die Elektrode mit der Grenzfläche zwischen Metall und Schlacke in Berührung kommt, fällt die Spannung scharf auf etwa 30 Millivolt ab. Dieser Spannungswert wird beibehalten, solange die Elektrode mit der Metallschmelze in direktem Kontakt steht. Während des in der Fig.8 dargestellten Versuchs betrug die Ablesung auf der Skala, bis die Elektrode mit der Schlackenoberfläche in Berührung kam, etwa 15 cm. Die Ablesung auf der Skala während des Zeitpunkts, an welchem die Spannung aufgrund des Kontakts der Elektrode mit der Berührungsfläche zwischen Metall und Schlacke in Berührung gekommen ist, betrug 30 cm. Hieraus ergibt sich eine Schlackendicke von etwa 15 cm. Spannungsänderungen in der gleichen Größenordnung können beim sich daran anschließenden Abgießen der Gießpfanne ergeben, wenn der Schmelzenstand bis zur Elektrode 3 in der Stopfenstange 2 absinkt. Jedoch ist dann die Größe der Spannung etwa 30 Millivolt während des Abgießens, bis die Berührungsfläche zwischen der Schlacke und der Metallschmelze bis auf die Höhe der Elektrode 3 abgesunken ist. Zu diesem Zeitpunkt wächst dann die Spannung sprunghaft auf 200-250 Millivolt an, was durch das Spannungsaufzeichnungsgerät ^angezeigt wird.

Es können Vorrichtungen zusätzlich vorhanden sein, um die exakte Stellung der Gießpfanne zu jeder Zeit zu bestimmen, so daß der Zeitpunkt, zu welchem die Elektrode mit der Schlacke in Berührung kommt, und der darauffolgende Zeitpunkt, zu welchem die Elektrode mit der Schmelze in Berührung kommt, automatisch den bestimmten Gießpfannenhöhenstellungen zugeordnet werden kann.

Dabei ist es dann möglich, daß die Gießpfanne kontinuierlich angehoben wird, ohne daß ein Anhalten der Gießpfanne notwendig ist, um mechanisch eine Ablesung der Höhe vorzunehmen. Außerdem gewinnt man daraus eine direkte Ablesung der Höhe der Schlackenschicht zusätzlich zu der Lage der Berührungsfläche zwischen der Schlacke und der Metallschmelze. Die Gießpfanne kann dabei in eine optimale Stellung für die Vakuumentgasung gebracht werden.

Bei einer weiteren Ausrührungsform kann die Gießpfanne 1 in einer festen vertikalen Stellung gehalten werden. Nach Ermittlung der Berührungsfläche zwischen Schlacke und Metallschmelze kann dann die Vakuumentgasungsvorrichtung abgesenkt werden, so daß die Öffnung des Eintauchrohres mit der gewünschten Tiefe in die Metallschmelze eingetaucht ist.

In der Fig. 7 ist ein basisch zugestellter Ofen zur Stahlerzeugung schematisch dargestellt. Der Ofen

ίο befindet sich in aufrechter Stellung.

Wie im vorstehenden schon erwähnt, ist es bei einem derartigen Ofen wesentlich, daß eine exakte Positionierung der Sauerstoffflanze über der Stahlschmelze im Ofen erzielt wird. Dies setzt eine genaue Bestimmung der Grenzschicht zwischen Schlacke und Stahlschmelze voraus. Wie in F i g. 7 dargestellt, befindet sich der Ofen 50 in aufrechter Position. Eine Elektrodenanordnung 29', welche identisch mit der vorstehend beschriebenen ist und welche im einzelnen in den Fig. 1 und 6 dargestellt ist, besitzt eine Elektrode 30', einen isolierenden Hartgummistöpsel 3Γ, eine obere längliche Lanze 32' und einen elektrischen Verbindungsdraht 33' zu einem Spannungsmeßgerät 36'. Ferner ist ein Kabel 39', eine hydraulische Kolbenzylinderanordnung 40' und eine Rolle 41' vorgesehen. Die Berührungsfläche zwischen Metall und Schlacke wird in der gleichen Weise bestimmt, wie das im Zusammenhang mit den F i g. 1 bis 6 beschrieben worden ist. Insofern ist es möglich, eine genaue Positionierung der Sauerstofflanze 51 über der Metallschicht zu erzielen.

In gleicher Weise kann eine Elektrodenanordnung, ähnlich der Elektrodenanordnung 29 in den F i g. 1 bis 6, im Gießtrichter oder einem anderen Gefäß zum Eingießen von geschmolzenem Metall in eine Gießform, insbesondere beim kontinuierlichen Gießen, angeordnet sein. Die Elektrode kann dabei in der Nähe des Trichterbodens oder Behälterbodens in einer derartigen Höhe angeordnet sein, daß eine Anzeige der Berührungsfläche zwischen Metall und Schlacke erzielt wird, wenn diese Berührungsfläche bis in die Höhe der Elektrode absinkt. Auf diese Weise läßt sich verhindern, daß beim kontinuierlichen Gießen aus dem Trichter bzw. Gefäß Schlacke in die Gußform mitgenommen wird. Auch ist es möglich, die Elektrode so anzuordnen, daß die Berührungsfläche zwischen Schlacke und Metallschmelze so weit ansteigt, daß das Metall über den Trichter bzw. das Gefäß überläuft. Die Vorrichtung zur Erfindung des Gießtrichters ist identisch zu der, welche bei der Gießpfanne zur Anwendung kommt. Der elektrische Stromkreis wird dabei über die abgegossene Metall- bzw. Stahlschmelze geschlossen. Dies gilt auch beim kontinuierlichen Gießverfahren.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche in einem Behälter (1), mit einer relativ zu dem Behälter (1) absenk- und anhebbaren Elektrode (20), die bei elektrischem Kontakt mit der Flüssigkeitsoberfläche ein Signal an eine Höhenstandsanzeige (36) abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß

nung, wobei die Elektrode (29) auf eine bestimmte Höhe oberhalb des Gießpfannenbodens einstellbar ist, um zu ermitteln, wann die Grenzfläche die Höhe der Elektrode (29) erreicht, um den Abgießvorgang dann modifizieren zu können.