DE3042103C2

DE3042103C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Höhenverlaufs der Schmelzzone in einem Hochofen

Info

Publication number: DE3042103C2
Application number: DE3042103A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Yokkohama Kanagawa Fukushima; Takeshi Yokohama Kanagawa Furukawa; Takashi Tokyo Kobayashi; Takeo Yokohama Kanagawa Yamada
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1980-11-07
Publication date: 1984-05-03
Also published as: AU6419080A; FR2469459B1; AU533099B2; NL8006120A; DE3042103A1; JPS5849612B2; FR2469459A1; US4378993A; JPS5669313A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Höhenverlaufs der Obergrenze der Schmelzzone einer Charge in einem Hochofen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, die so ausgelegt sind, daß der Höhenverlauf der Obergrenze der Schmelzzone im Hochofen als Ergebnis einer elektrischen Messung der Länge eines in

den Hochofen von dessen oberem Ende aus hineingezogenen Kabels ermittelt wird, und daß diese Messung der Obergrenze des Höhenverlaufs dauernd an verschiedenen Stellen über eine längere Betriibszeit des Hochofens durchgeführt wird, so daß der Temperatur- -, zustand im Inneren des Hochofens mit größerer Genauigkeit erfaßt wird. .»

Beim Betrieb eines Hochofens wird im hohen Temperaturbereich (1000-1500°C) vom unteren Schachtteil zum Kohlensack und zur Rast des ι π Hochofens eine sogenannte Schmelzzone erzeugt in der die Erweichung, das Schmelzen und Austreten aus dem Erz stattfindet Neuerdings durchgeführte Untersuchungen bei Überhoiungsarbeiten an Hochöfen etc haben gezeigt, daß wegen der abwechselnden Lagenform der Erzschicht und der Koksschichten in der Schmelzzone die Verteilungsform der Schichten eine beträchtliche Auswirkung auf die Verteilung des Gasstroms im unteren Teil des Hochofens ausübt, was für den Betrieb des Hochofens wichtig ist, und auch der _'<> Höhenverlauf der Schmelzzone spiegelt die Temperaturbedinguiigen des Hochofens wider. So haben zum Beispiel die Bedingungen in einem Hochofen, über die aufgrund der Untersuchungen bei Überholungsarbeiten berichtet wurde, gezeigt, daß bei einem Hochofen, der r> mit hohem Wirkungsgrad bei einem Brennstoffverhältnis von 547 kg/t Roheisen betrieben wird, die Schmelzzone im Querschnitt eine scharf ausgeprägte umgekehrte V-Form aufweist (Fig. 1a), und daß bei einem anderen Hochofen, der mit einem niedrigen Brennstoff- j<> verhältnis von 470 bis 486 kg/t Roheisen betrieben wurde, die Schmelzzone im Querschnitt W-förmig ausgebildet ist. Somit wurde erwiesen, daß ein enges Verhältnis zwischen Hochofenbetrieb und Form und Lage der Schmelzzone besteht. Demzufolge ist das J5 Erfassen und Steuern von Höhe und Form der Schmelzzone beim Betrieb eines Hochofens eine sehr wichtige Angelegenheit für den Hochofenbetrieb, da hierdurch der Betrieb stabilisiert und das Brennstoffverhältnis reduziert wird. 4(1

Da jedoch die Temperatur der Schmelzzone hoch ist (1000-1600°C), da der Innendruck bei in neuerer Zeit erbauten großen Hochöfen hoch ist (3 — 4 kg/cm²) und da für den Hochofen strenge Bedingungen insofern gelten, als die Charge laufend absinkt und das -15 Schmelzen und Flüssigwerden des absinkenden Erzes etc. sich in einem fortgeschrittenen Stadium befindet, ist es äußerst schwierig, die tatsächliche Lage und Form der Schmelzzone zu messen. In Anbetracht dieser Tatsachen wurden die Bedingungen im Inneren eines in 5ii Betrieb befindlichen Hochofens durch Messen der Temperatur, des Drucks, der Gaszusammensetzung etc. mit Hilfsmitteln wie Vertikalsonden, Horizoncjlsonden etc. untersucht. Diese Messungen wurden jedoch weitgehend auf die oberen Abschnitte des Hochofens beschränkt, wo die Temperatur unter 1000°C liegt, und in den Bereichen mit hohen Temperaturen in der Nähe der Schmelzzonen wurden keine Dauermessungen durchgeführt. Da Temperatur und Druck im Bereich der Schmelzzone, wie bereits erwähnt, sehr hoch liegen, da Wi die Messungen mit einer Sonde unter den erschwerten Bedingungen durchzuführen sind, bei denen die Charge laufend absinkt, und da die Messung mil einer Sonde weitere Schwierigkeiten mit sich bringt wie z. B. die Schwierigkeit des Festhaltcns und Handhabens der f> Sonde und die Tatsache, daß die Messungen zwangsläufig diskontinuierlich durchgeführt werden, wurden bisher die Bedingungen in solchen Schmelzzonen lediglich aufgrund von Messungen der Bereiche mit Temperaturen von weniger als 1000° C abgeschätzt

In Anbetracht der Tatsache, daß die Wichtigkeit der Erfassung von Höhenverlauf und Form einer Schmelzzone und deren Steuerung in jüngster Zeit erkannt wurde, erschienen Berichte über Verfahren unter Verwendung eines Radioisotops (RJ) und Verfahren unter Verwendung eines Indikatorgases zum Messen von Höhe und Form einer Schmelzzone. Das Verfahren mit einem festen RI erfolgt in der Form, daß das feste RI zusammen mit der Charge an eine gewünschte Stellung im Hochofen auf seiner Oberseite eingebracht wird, und die Lage des RI oder die Lage der Schmelzzone wird aus dem Zeitabstand zwischen dem Zeitpunkt, in dem das zusammen mit der Charge absinkende RI in der Schmelzzone schmilzt, und dem Zeitpunkt in dem das geschmolzene RI zusammen mit dem geschmolzenen Metall am Stichloch erscheint geschätzt. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß die Messungen aufgrund der Art des Meßverfahrens zwangsläufig diskontinuierlich durchgeführt werden müssen und daß die Gefahr eines Irrtums beim Schätzen des zeitlichen Abstands zwischen dem Schmelzen und dem Austreten des RI besteht. Andererseits sieht das Verfahren unter Verwendung eines Indikatorgases vor, daß eine Kapsel, in der ein Indikatorgas eingeschmolzen ist, in einen Hochofen in gleicher Weise wie im Fall des festen RI eingebracht wird, so daß das beim Schmelzen der Kapsel freigesetzte Indikatorgas zusammen mit dem Hochofengas nach oben zieht und das Indikatorgas im oberen Teil des Hochofens gemessen wird, wodurch die Lage der Schmelzzone aus der Absinkgeschwindigkeit der Charge geschätzt wird. Wenngleich dieses Verfahren eine Verbesserung der Schätzgenauigkeit der Schmelzhöhe bewirkt, da der zeitliche Abstand zwischen dem Schmelzen der Kapsel und dem Nachweis des Indikatorgases vernachlässigbar ist, erscheint dieses Verfahren doch insofern als nachteilig, als das Indikatorgas durch die große Menge des vorhandenen Hochofengases verdünnt wird, so daß Schwierigkeiten für den genauen Nachweis des Indikalorgases oder Schwierigkeiten in bezug auf den Werkstoff der Kapsel selbst auftreten, und es gibt kein Beispiel für tatsächliche industrielle Anwendungen. Außer diesen Verfahren wurden verschiedene Verfahren zum Abschätzen von Höhe und Form der Schmelzzone vorgeschlagen, bei denen die Schätzung mit Hilfe einer Musterberechnung auf der Grundlage von Meßwerten eines Druckmessers, eines Temperaturmeßgerätes und eines Gasprüfers etc. erfolgt, die im Ofengestell untergebracht sind. Es gibt jedoch in Wirklichkeit keinen Fall, bei dem die Genauigkeit der auf diese Weise geschätzten Höhe und Form einem Vergleich mit den tatsächlichen Meßwerten standhielten, und die Messungen waren nichts weiter als die Ergebnisse bloßer Schätzungen. Somit besteht bis heute kein Verfahren, mit dem Höhe und Form einer Schmelzzone in einem Hochofen für ihre Bestimmung direkt und kontinuierlich gemessen werden könnte. Aus dem Vorangehenden ist ersichtlich, daß trotz der großen Wichtigkeit der Erfassung von Höhe und Form einer Schmelzzone bisher kein wirksames Meßverfahren entwickelt wurde. Somit besteht ein Bedarf für ein Verfahren zum Messen einer Schmelzzone, das (i) eine kontinuierliche Messung von Lage und Form einer Schmelzzone über einen langen Zeitraum und (ii) die ständige Durchführung von Messungen mit einem hohen Genauigkeitsgrad sowie auch eine Direktmes-

sung der Schmelzzone ermöglicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine automatisch arbeitende Vorrichtung zu schaffen, die eine kontinuierliche und direkte Messung von Höhe und Form einer Schmelzzone in einem Hochofen während des Betriebs und eine kontinuierliche Messung ohne Störung der Verteilung der Charge innerhalb des Hochofens während der Messung ermöglichen und keine Präzisionsteile, wie eine Sonde oder ein Radioisotop, verwendet, die für Meßzwecke in den Hochofen eingeführt werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst.

Es werden mehrere Kabel mit elektrisch offenen Vorderenden kontinuierlich in einen Hochofen von dessen oberem Ende aus eingeführt und zusammen mit der absinkenden Charge in den tieferen Teil des Hochofens gezogen. Wenn die Vorderenden der Kabel die Obergrenze der Schmelzzone im Hochofen erreichen, schmelzen diese vorderen Enden und werden elektrisch kurzgeschlossen. Ein Spannungsimpuls mit steil ansteigender Flanke wird an jedes Kabel angelegt, und der Impuls setzt sich zum geschmolzenen Ende fort. Der wandernde Impuls erzeugt eine Reflexion am geschmolzenen Ende, und die reflektierte Welle läuft in entgegengesetzter Richtung des ursprünglichen Impulses zurück mit einer Geschwindigkeit, die durch die elektrischen Eigenschaften des Kabels bestimmt wird. Der zeitliche Abstand zwischen dem Anlegen des Spannungsimpulses und dem Empfang der reflektierten Welle wird an der Kabelbefestigung oder an einer Meßstelle im oberen Ende des Hochofens empfangen und die Länge des Kabels bis zum geschmolzenen Vorderende wird gemessen. Die Temperaturverteilung und die Absinkgeschwindigkeit der Charge im Hochofen sowie die Abzugsgeschwindigkeit (Ausgabegeschwindigkeit) des Kabels werden getrennt gemessen, so daß die Kabellänge bezüglich des Temperatureinflusses aufgrund der Messung der Temperaturverteilung des Hochofens sowie bezüglich der Auswirkung von Verbiegungen des Kabels innerhalb des Hochofens in Abhängigkeit von den Messungen der Absinkgeschwindigkeit der Charge und der Ausgabegeschwindigkeit des Kabels korrigiert wird. Diese Messungen und Korrekturen der Kabellänge werden kontinuierlich in jedem Augenblick durchgeführt, und auf diese Weise wird der Höhenverlauf der Obergrenze der Schmelzzone im Hochofen an einer in Radialrichtung gewählten Stelle des Hochofens in jedem Augenblick bestimmt Durch die gleichzeitige Durchführung solcher Messungen an mehreren in Radialrichtung verteilten Stellen im Hochofen und durch Sammeln der Meßergebnisse ist es möglich, Änderungen der Oberflächenform der Schmelzzone des Hochofens in jedem Augenblick zu messen.

Die Werkstoffe für die im Rahmen der Erfindung verwendeten Kabeladern werden nach dem Gesichtspunkt gewählt, daß z. B. dann, wenn die zu schmelzende Charge des Hochofens aus Rohmaterial für die Herstellung von Eisen besteht, Werkstoffe verwendet werden, deren Schmelzpunkte demjenigen des Eisenerzes entsprechen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert Es zeigt

Fig. la und Ib schematische Darstellungen der Verteilung einer Schmelzzone in einem Hochofen,

F i g. 2 eine schematische Darstellung für eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung, Fig.3a ein Blockschaubild zur Erklärung des Funktionsprinzips der Impulserzeugung und -Erfassung mit einem Verfahren der Gleichstromimpuls-Reflektometrie,

F i g. 3b eine Darstellung der am Vorderende eines ίο Kabels reflektierten Wellenform,

Fig.4a einen Längsschnitt eines im Rahmen der Erfindung verwendeten Kabels,

F i g. 4b einen Querschnitt des Kabels von F i g. 4a,

Fig.5a einen schematischen Längsschnitt mit den Meßergebnissen für Höhe und Form der Schmelzzone im Hochofen,

F i g. 5b eine Draufsicht der Stellen zum Einführen der Kabel am oberen Ende des Hochofens,

Fig.6a, 6b und 6c graphische Darstellungen der Beziehung zwischen der Hochofen-Kabellänge (Ordiante) und der während der Messung der Schmelzhöhe an entsprechenden in Radialrichtung gewählten Stellen der Südseite, der Mitte und der Nordseite des Hochofens verflossenen Zeit (Abszisse),

Fig. 7a eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Einrichtung zum Messen der Kabelausgabe und einer Spannungsimpuls-Erzeugungseinheit im Zusammenhang mit der Erfindung,

F i g. 7b eine Darstellung zur Erklärung des prinzipiellen Berechnungsverfahrens für die Stellung des vorderen Kabelendes,

F i g. 8 eine ausführliche Darstellung eines Teils von F i g. 7a,

Fig.9 ein Ablaufdiagramm für den Arbeitsablauf zum Abschätzen einer Schmelzhöhe,

Fig. 10 eine Darstellung zur Erklärung des im Zusammenhang mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten Gleichstromimpuls-Reflektometrie-Prinzips,

F i g. 11 eine Darstellung der Änderung der Wellenform infolge der Verbindung eines Koaxialkabels mit einem Mantelkabel,

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer automatischen Meßanlage gemäß der Erfindung,

Fig. 13a und 13b Darstellungen der Wellenform zur Erklärung eines Algorithmus für die Erkennung eines Wendepunktes,

Fig. 14 eine Darstellung zur Erklärung der Wellenformänderung aufgrund der Abschlußwiderstände des Kabels,

F i g. 15 eine Kurve eines wirklichen Meßbeispiels der Zeit (Abszisse) nach dem Absenken des Kabels vom Oberteil des Hochofens und der Stellung des vorderen Kabelendes (Ordinate).

In Fig.2, die eine schematische Darstellung zur Erklärung des Verfahrens gemäß der Erfindung gibt, bezeichnet die Bezugszahl 3 einen Hochofen im Betrieb, 4 die Stellung der Mittellinie des Hochofens, 5 eine Düse und m die Schmelzhöhe. Die Bezugszahl 2 bezeichnet Meßkabel, von denen jedes aus einem Koaxialkabel oder einem Mantelkabel besteht, dessen Oberzugsschichten und Drahtadern im Temperaturbereich von 1200—1600⁰C schmelzen, wie noch im einzelnen beschrieben wird. Wenn auch die Figur den Fall zeigt, bei dem mehrere Kabel 2 vom vorderen Teil des Hochofens in die gewünschten Stellen im Hochofen abgesenkt werden, gibt es selbstverständlich Fälle, bei denen ein einziges Kabel 2 verwendet wird. Die

Bezugszahl 1 bezeichnet ein Gerät zur Abgabe von Spannungsimpulsen mit steiler Anstiegsflanke und zum Erfassen der reflektierten Welle des Spannungsimpulses, um dadurch die Länge der Kabel zu messen. Das Gerät 1 kann z. B. das Verfahren der Gleichstromimpuls-Reflektometrie verwenden, bei der die Laufzeit einer durch das Anlegen eines Spannungsimpulses entstehenden reflektierten Welle gemessen wird. Dieses Verfahren wurde entwickelt als Mittel zur Untersuchung der Beziehung zwischen einer Übertragungsleitung und deren Last in Abhängigkeit von den verteilten konstanten Leitungseigenschaften. Fig.3a zeigt ein Anwendungsbeispiel des Verfahrens auf die Messung der Länge eines Kabels, und die Messung erfolgt mit Hilfe eines Spannungsimpulsgenerators 11, eines Geräts 12 zur Beobachtung der Wellenform und eines Spannungsverteilers oder Richtkopplers 13 in der noch zu beschreibenden Weise. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 2 eine Meß-Übertragungsleitung, die dem Meßkabel gemäß der Erfindung entspricht. Die Bezugszahl 14 bezeichnet eine zu messende Impedanz Zl, die der elektrischen Impedanz am vorderen Ende des Meßkabels gemäß der Erfindung entspricht. F i g. 3b zeigt die durch den Spannungsimpuls vom Generator 11 hervorgerufene reflektierte Wellenform. In Fig.3b ist die Wellenform I diejenige, die von einem Kabel erzeugt wird, dessen vorderes Ende elektrisch offen ist, die Wellenform II diejenige eines Kabels, dessen vorderes Ende durch das Anhaften eines Leiters wie z. B. des geschmolzenen Eisens kurzgeschlossen ist, und die Wellenform III diejenige eines Kabels, an dessen vorderem Ende ein Halbleiter wie z. B. Schlacke haftet. Die Bezugszahlen 15, 16 und 17 bezeichnen jeweils Zeitabschnitte, die der Lage des hinteren Kabelendes, der Lage des vorderen Kabelendes und der Kabellänge entsprechen. Der vom Spannungsimpuls-Generator 11 erzeugte Spannungssprung wandert längs des Meßkabels 2 dergestalt, daß, wenn das Meßkabel 2 irgendeinen fehlangepaßten Teil enthält, ein Teil des wandernden Stromimpulses am fehlangepaßten Teil reflektiert wird und eine aus der wandernden Welle und der reflektierten Welle zusammengesetzte Welle am Gerät 12 zur Beobachtung der Wellenform erscheint. Wenn V_p die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Spannungswellenform längs des Meßkabels 2 und ε die Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen den Adern des Meßkabels 2 bedeutet, gilt folgende Gleichung

V. =

vT

worin V_c die Lichtgeschwindigkeit ist. Wenn andererseits L die Länge des Meßkabels 2 von seinem Ende bis zum fehlangepaßten Teil und Tdie Zeit darstellt, welche die am fehlangepaßten Teil reflektierte wandernde Welle benötigt, um zum Beobachtungspunkt zurückzukehren, so ergibt die Beobachtung der Wellenform

Erfindungsgemäß wird die Länge des Meßkabels 2 von seinem hinteren Ende zum vorderen Ende (oder dem geschmolzenen Ende) durch die Impulslänge 17 nach dem oben genannten Prinzip gemessen. Fig.4 zeigt eine Form des Meßkabels (einadriges Koaxialkabel), wobei die Bezugszahl 8 eine Drahtader, 9 ein Isoliermaterial und 10 einen Mantelleiter bezeichnet Gemäß der Erfindung müssen bei der Auswahl der Werkstoffe für das Kabel folgende drei Forderungen berücksichtigt werden.

(1) Die Kabelleiter haben ihren Schmelzpunkt in der Nähe der Temperatur der Schmelzzone (1200-1600⁰C).

(2) Das Kabel weist eine ausreichende Festigkeit auf, so daß es zusammen mit der Charge vom oberen Teil des Hochofens in die Schmelzzone abgesenkt werden kann.

(3) Der elektrische Verlust des Kabels als Übertragungsleitung ist niedrig.

So wird hier ein Draht aus X 5 CrNiMo 1810-Stahl als Drahtader 8, MgO als Isolationsmaterial 9 und Chromnickelstahl (X 5 CrNiMo 1810) für den Mantelleiter 10 verwendet, und es ist wichtig, Werkstoffe mit den gleichen Eigenschaften zu verwenden. Zu den für die Drahtader und den Mantelleiter verwendeten Werkstoffen gehören rostfreier Stahl, aus 60% Ni, 24% Fe, 16% Cr, 0,1% C bestehende Legierungen, Nickel, unter der Handelsbezeichnung Inconel bekannte korrosionsbeständige Chrom-Nickel-Legierungen eta, und als Isoliermaterial eignen sich MgO, Al₂O₃, SiO₂ etc. Bezüglich der Kabelform können mehradrige Kabel mit zwei oder mehr Adern oder auch Koaxialkabel verwendet werden. Der Durchmesser der Drahtader kann z. B. im Bereich von 4 bis 30 mm 0 liegen, und der Bereich zwischen dem Drehaderdurchmesser und dem Innendurchmesser des Mantelleiters gestattet die Wahl beliebiger Werte, sofern der elektrische Verlust des Kabels keine nachteilige Auswirkung auf die Messung der Lage des geschmolzenen Kabelendes durch das Gerät zum Beobachten der Wellenform aufweist

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird, wie im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben, das gemäß der obigen Beschreibung aufgebaute Meßkabel 2 in einen Hochofen von dessen oberem Ende aus dergestalt eingeführt, daß das Kabel 2 an einem gewünschten Punkt in der horizontalen Ebene des Hochofens abgesenkt wird, und auf diese Weise wird das Kabel 2 zusammen mit der Charge durch die Zugkraft der absinkenden Charge in den Hochofen gezogen. Wenn das vordere Ende des Kabels die Schmelzzone erreicht, wird das vordere Kabelende abgeschmolzen. Die Länge des Kabels von seiner Befestigung bis zum geschmolzenen Ende wird durch das Gerät 1 gemessen, das den reflektierten Impuls erfaßt, wie im einzelnen in bezug auf F i g. 3 beschrieben, und auf diese Weise ergibt sich die Gesamtlänge des Kabels innerhalb des Hochofens. Diese Gesamtlänge wird bezüglich der Verbiegung des Kabels im Hochofen in Abhängigkeit von der Sinkgeschwindigkeit der Charge und der Ausgabegeschwindigkeit des Kabels auf noch zu beschreibende Weise korrigiert, so daß man den Abstand bis zum vorderen Kabelende oder den Höhenverlauf der Schmelzzone bestimmen kann. Da außerdem das Kabel an der gewünschten Stelle in der horizontalen Ebene im Hochofen abgesenkt wird, ist es möglich, den dreidimensionalen Verlauf der Obergrenze der Schmelzzone durch die Meßwerte mehrerer gleicher Kabel zu bestimmen. Da weiterhin infolge der laufend durchgeführten Messung die Kabel kontinuierlieh abgesenkt werden, ist es möglich, Höhe und Form der Schmelzzone im zeitlichen Verlauf dauernd zu messen.
Fig.5 und 6 zeigen Meßergebnisse von Höhe und

Form der Schmelzzone, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung im Hochofen Nr. 1 der Mizue-Werke, Nippon Kokan Kabushiki Kaisha erzielt wurden. F i g. 5a ist eine schematische Schnittzeichnung mit den Meßergebnissen für die Schmelzzone im oben erwähnten Hochofen, und F i g. 5b zeigt eine Draufsicht mit den Einsatzstellen der Kabel am oberen Ende des Hochofens. In dieser Figur bezeichnet die Bezugszahl 2 die Kabel, Bezugszahl 3 einen Ofenpanzer, Bezugszahl 4 die Mittellinie eines Ofenpanzers, Bezugszahl 5 Düsen, Bezugszahl 6 Stangen zum Einführen der Kabel, Bezugszahlen 7a und Tb verschiedene Schmelzzonen. Es werden nun die Meßergebnisse von Fig.5 und 6 beschrieben. Die Kabel wurden an den drei durch schwarze Punkte in F i g. 5b bezeichneten Durchmessersteilen abgesenkt (zwei Stellen auf dem Umfang der Nord- und der Südseite und eine Stelle in der Mitte), und der Höhenverlauf der Schmelzzone wurde durch die Kabel gemessen. In Fig.6a, 6b und 6c zeigen die ausgezogenen Linien die Änderungen der Gesamtkabellängen innerhalb des Hochofens im zeitlichen Verlauf, und die gestrichelten Linien zeigen die Gesamtkabellängen oder Schmelzhöhen, die bezüglich der Verbiegungen der Kabel im Hochofen in Abhängigkeit von der Absinkgeschwindigkeit der Charge und der Ausgabegeschwindigkeit des Kabels korrigiert wurden. Fig.5a zeigt die Mittelwerte der Meßstellen von F i g. 6a, 6b und 6c, die über das Hochofenprofil des oben erwähnten Hochofens Nr. 1 der Mizue-Werke aufgetragen wurden, und die Figur zeigt klar die Höhe und Form der Schmelzzonen. In Fig.5a zeigt die durch »x« gekennzeichnete Schmelzzonenkurve 7a die mit den Koaxialkabeln erzielten Meßergebnisse, wobei jedes Koaxialkabel einen Mantel-Außendurchmesser von 6,4 mm, eine Manteldicke von 0,6 mm und einen Drahtaderdurchmesser von 1,27 mm aufwies, und die mit »O« gekennzeichnete Schmelzzonenkurve Tb zeigt die Meßergebnisse, die mit Koaxialkabeln erzielt wurden, die einen Mantel-Außendurchmesser von 8,0 mm, eine Manteädicke von 0,74 mm und einen Drahtaderdurchmesser von 1,27 mm aufwiesen. In beiden Fällen enthielten die Koaxialkabel als Isoliermaterial MgO, als Mantelwerkstoff X 5 CrNiMo 1810-Stahl und als Werkstoff für die Drahtader X 5 CrNiMo 1810-Stahl und eine aus 60% Ni, 24% Fe, 16% Cr, 0,1% C bestehende Legierung.

Das beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung besitzt folgende Vorteile:

(a) Die Höhe einer Schmelzzone kann direkt und kontinuierlich gemessen werden.

(b) Durch Absenken eines Kabels sn mehreren Punkten im Durchmesser eines Hochofens ist es möglich, die Form einer Schmelzzone kontinuierlich zu messen.

(c) Durch die Verwendung von Kabeln mit kleinem Durchmesser besteht keine Gefahr einer Störung der Chargenverteilung beim Absenken der Kabel in drn Hochofen.

(d) Durch die Verwendung langer Kabel oder durch Zusammensetzen von Kabeln ist es möglich, die Messungen kontinuierlich über lange Zeiträume fortzusetzen.

(e) Der Auswahlbereich für Kabel zur Verwendung im Verfahren gemäß der Erfindung ist sehr breit

Es ist zu beachten, daß das Verfahren gemäß der Erfindung nicht auf das Messen der Schmelzzone in einem Hochofen beschränkt bleiben soll, sondern es kann z. B. zum Messen des Verlaufs der Schmelzzone in einem Kupolofen, zum Messen von Höhe und Form der Schmelzzone in elektrischen Schmelzofen, zum Messen des Metallpegels in Gefäßen, z. B. des Pegels des geschmolzenen Metalls in Mischern etc. verwendet werden. Daneben ist es durch Änderung der Kabelwerkstoffe und zweckentsprechende Wahl des Schmelzpunktes der Kabel möglich, das Verfahren für Messungen der Schmelzhöhe in verschiedenen Trokkenfrischöfen anzuwenden.

Nun soll eine bevorzugte automatische Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beschrieben werden.

Die Vorrichtung ist für die automatische Messung von Höhe und Form einer Schmelzzone in einem Hochofen ausgelegt und verwendet ein Gleichstromimpuls-Reflektometer, so daß die gewünschte Messung und Datenverarbeitung automatisch beim Messen des Höhenverlaufs einer Schmelzzone in einem Hochofen erfolgt

Wie bereits mit Bezug auf Fig. la und 1b erklärt zeigten die Ergebnisse einer Untersuchung von Überholungsarbeiten an Hochöfen eta, daß eine enge Beziehung zwischen Höhe und Form einer Schmelzzone in einem Hochofen und den Betriebsbedingungen des Hochofens besteht. Mit den bekannten Meßverfahren war es jedoch bisher unmöglich, einen Fühler in die Nähe der Schmelzzone in einem Hochofen zur Direktmessung der Schmelzzone abzusenken, und gleichfalls war es unmöglich, die Schmelzzone kontinuierlich über längere Zeiträume zu messen. Im Hinblick auf diese Tatsache wurde gemäß der Erfindung ein Verfahren entwickelt, bei dem mehrere Mantelkabel in einen Hochofen von dessen oberem Teil aus abgesenkt werden, und die Gesamtlänge der Kabel wird durch Gleichstromimpuls-Reflektometrie gemessen, so daß die Lage des geschmolzenen Vorderendes des Kabels durch Messung der Kabellänge bestimmt und dadurch der Höhenverlauf und die Form der Schmelzzone ermittelt wird. Dieses Verfahren ermöglicht die Direktmessung der Schmelzzone über längere Zeiträume. Da für die manuelle Durchführung der Messungen viel Arbeits- und Zeitaufwand erforderlich ist wurde ein Verfahren entwickelt bei dem die Meßanordnung automatisiert und die Analyse und Anzeige der Daten automatisch mit Hilfe eines Mikrocomputers durchgeführt wird, wodurch sich der Arbeitsaufwand reduziert und die Meßgenauigkeit verbessert wird.

so Die Meßvorrichtung gemäß der Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. F i g. 7a und 7b sind schematische Darstellungen eines Meßgerätes für die Kabelausgabe, eines Meßgerätes für die Absenkgeschwindigkeit der Charge und eines Gerätes zur Abgabe von Spannungsimpulsen, und Fig.8 gibt eine ausführlichere Darstellung eines Ausschnitts von Fig.7a und 7b. In den Figuren bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Gerät zum Erfassen der Sprungantwort eines reflektierten Impulses für die Messung der Länge eines Kabels, wie in bezug auf Fig.2 beschrieben. Bezugszahl 2 bezeichnet Mantelkabel der in Fig.4 dargestellten Art, Bezugszahl 3 einen Hochofen, Bezugszahl 4 die Mittellinie des Hochofens, Bezugszahl 5 eine Düse, m eine Schmelzzone, 5 einen Bunkerstandpegel, Bezugszahl 18 eine Meßrolle, Bezugszahl 19 Kabeltrommeln, Bezugszahl 20 eine Kabelausgabeeinrichtung, Bezugszahl 6 Einführstangen, Bezugszahl 21 Wähleinrichtungen für die Koaxialkabel,

Bezugszahl 21' ein Koaxialkabel und Bezugszahl 22 einen rotierenden Anschluß. Es wird zunächst die Arbeitsweise der Vorrichtung beschrieben. Die Mantelkabel 2 werden in den Hochofen 3 von dessen oberem Teil aus mit Hilfe von Einführstangen 6 abgesenkt, wie in F i g. 8 dargestellt, und die Einführstangen 6 sind in Umfangsrichtung und in Richtung des Durchmessers des Hochofens beweglich, um die Lage ihrer Vorderenden zu ändern, so daß es möglich wird, die Kabel 2 an jeder beliebigen Stelle in den Hochofen abzusenken. Das Gerät 20 zum Messen der Kabelausgabe mißt die Gesamtlänge des ausgegebenen Kabels und die Kabelausgabegeschwindigkeit in regelmäßigen Abständen. Wenn jedes der auf diese Weise abgesenkten Kabel 2 in die Nähe der Schmelzzone gelangt, beginnt das Kabel 2 zu schmelzen. Demzufolge kann durch geeignete Auswahl der Werkstoffe für den Kabelmantel und die Drahtadern des Kabels 2, deren Schmelzpunkte gleich dem Schmelzpunkt des Erzes sein sollen, erreicht werden, daß das Kabel 2 zu schmelzen beginnt, sobald es die Schmelzzone m erreicht. Es tritt auch der Fall ein, daß das Kabel infolge eines Unterschieds zwischen der Absinkgeschwindigkeit der Charge und der Ausgabegeschwindigkeit des Kabels im Hochofen Biegungen ausgesetzt wird, und daher mißt das Gerät 18' die Absinkgeschwindigkeit der Charge in regelmäßigen Abständen zur Korrektur der Kabellänge bezüglich der Biegungen. Dieses Gerät 18' zum Messen der Absinkgeschwindigkeit der Charge kann nach dem Radioisotop-Verfahren arbeiten oder andere Längenmeß-Einrichtungen verwenden, die gewöhnlich im Betrieb von Hochöfen zum Einsatz kommen. Wenn die Länge des Kabels 2 bis zu seinem vorderen Ende auf diese Weise bestimmt wurde, ist es möglich, die Lage des vorderen Endes oder die Höhe der Schmelzzone m nach der weiter unten angegebenen Formel zu ermitteln.

Wenn in Fig.7 Dt die Länge unterhalb der Bunkerstandlinie zum Vorderende Ai-A% Ft die Gesamtlänge des während der Zeit t ausgegebenen Kabels A\— A*, B die Länge von oberhalb der Bunkerstandlinie bis zum Gerät zum Messen der Ausgabelänge A₃-Aa und L₀-L₁ die durch Abschmelzen verlorene Länge A\ — A₁. bezeichnet, ergibt sich die Länge des Kabels 2 bis zum vorderen Ende durch die Formel

Dt=(F₁-B)-(L₀-L₁)

worin L₀ ein Ausgangswert der Gesamtkabellänge und L, die Gesamtkabellänge zum Zeitpunkt t ist. Da B und Lo Konstanten sind, kann der Wert von D, durch Ermitteln der Werte von F, und L, bestimmt werden. Der Wert von F₁ wird durch das Gerät 20 zum Messen der Kabelausgabe und der Wert von L₁ durch das Gerät

ίο 1 zum Messen der Kabellänge ermittelt.

Da andererseits D₁ die tatsächliche Kabellänge im Hochofen darstellt, ist es für die Bestimmung der Höhe M, einer Schmelzzone erforderlich, daß (a) eine Korrektur bezüglich eines Meßfehlers aufgrund einer durch die Temperaturverteilung im Hochofen bedingten Änderung der elektrischen Eigenschaften des Kabels durchgeführt und daß (b) eine Korrektur bezüglich der Verbiegung des Kabels aufgrund eines Unterschieds zwischen der Absinkgeschwindigkeit der Charge und der Ausgabegeschwindigkeit des Kabels erfolgt. Diese Korrekturen werden in der Weise durchgeführt, wie sie im Flußdiagramm zum Schätzen der Höhe der Schmelzzone in F i g. 9 dargestellt ist Genauer gesagt wird ein Korrekturfaktor β für die scheinbare Änderung der Kabellänge aufgrund der Temperaturverteilung im Hochofen verwendet (gewöhnlich in der Größenordnung von 5% der tatsächlichen Länge im Hochofen). Desgleichen wird die Kabelbiegung aufgrund des Unterschieds zwischen der Ausgabegeschwindigkeit des Kabels und der Absinkgeschwindigkeit der Charge berechnet, indem die Absinkgeschwindigkeit der Charge im oberen Teil des Hochofens durch die Meßeinrichtung 18' gemessen wird, und aus dieser gemessenen Absinkgeschwindigkeit wird die Verteilung der Absinkgeschwindigkeit der Charge in verschiedenen vertikalen Lagen im Hochofen aufgrund des Mantelprofils, der sich ändernden Hohlräume etc. ermittelt und die Differenz zwischen dieser und der entsprechenden Kabelausgabegeschwindigkeit im Verlauf der Zeit bestimmt. Durch Korrektur der Werte von D, um diese Faktoren ergibt sich die Lage des vorderen Kabelendes oder der Höhe Mt der Schmelzzone.

Es wird davon ausgegangen, daß die Berechnungen von (I) (H) und (III) in Fig.9 nach folgenden

Gleichungen erfolgen:

(D

(H)

ursprüngliche Kabellänge L₀

L₁ gemessen mit Gleichstromimpuls-Reflektometer

L, gemessen mit Gleichstromimpuls-Reflektometer

- (ursprüngliche Kabellänge L₀
— tatsächlich im Hochofen ausgegebene Länge- F₁)

= a

Tatsächlich im Hochofen ausgegebene Länge F,
(ΙΠ) D.lß

-ß

Fig. 10 ist eine schematische Darstellung zum Erklären der Erfassung einer reflektierten Welle durch die Gleichstromimpuls-Reflektometrie-Einrichtung und Fi g. 11 ist eine schematische Darstellung zur Erklärung der Wellenform, die erzeugt wird, wenn ein Koaxialkabel und ein Mantelkabel miteinander verbunden werden. In den Figuren bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Spannungssprung-(oder Rechteck-Sinusimpuls-) Generator, Bezugszahl 2 ein MantelkabeL Bezugszahl 12 ein Synchroskop und Bezugszahl 21' ein Koaxialkabel. In Fig. 10 liefert der Spannungssprung- oder Rechteck-Sinusimpuls-Generator 1 einen Spannungsimpuls an das Koaxialkabel 21 und tastet die erzeugte

ω reflektierte Welle ab. Die Reflexion erfolgt an jedem Teil des Kabels, an dem die Impedanz fehlangepaßt ist, oder am vorderen Ende des Kabels. Beim Messen des Zeitabstands Tzwischen der Übermittlung des Impulses und dem Eintreffen der reflektierten Welle gilt

L=VpTAwOrIn Vp die Fortpflanzungsgeschwindigkeit und L die Kabellänge bis zum fehlangepaßten Teil ist Im Fall des Koaxialkabels ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit Vp gegeben durch Vc/i/ε (worin V_c die

Lichtgeschwindigkeit und ε die Dielektrizitätskonstante des Isolators ist), und der Zeitabstand Γ wird durch die Impulsbreite der vom Synchroskop 12 abgetasteten Wellen bestimmt Somit wird die Kabellänge aus den Werten von V_p und T ermittelt Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird das zum Einführen in den Hochofen bestimmte Mantelkabel 2 an das herankommende Koaxialkabel 21' mit herkömmlichem Aufbau angeschlossen. Die entstehende reflektierte Welle wird in F i g. 11 dargestellt In der Figur ist der Punkt A die Verbindungsstelle des Koaxialkabels 21' mit dem Mantelkabel 2 (eine Fehlanpassung der Impedanz erfolgt an der Verbindungsstelle aufgrund des Unterschieds der Wellenwiderstände), und Punkt B ist das vordere Ende des Mantelkabels 2. Somit entspricht die Impulsbreite A — B der Länge des Mantelkabels, und es ist möglich, die Kabellänge L, durch Messen der Impulsbreite zu erhalten. Andererseits erhält man die ausgegebene Kabellänge F₁ durch die Meßrolle 18 des Geräts 20 zum Messen der Kabelausgabe, um die Höhe der Schmelzzone D₁ zu bestimmen.

Im folgenden wird eine spezielle Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben.

(i) Die verwendeten Kabel sind die gleichen Koaxialkabel, die in Fig.4 gezeigt werden, mit einer Drahtader und einem Mantel aus X 5 CrNiMo 1810-Stahlund einem Isoliermaterial aus MgO.

(ii) Die Kabel werden den Kabeltrommeln 19 entnommen, so daß die Kabel ausgegeben werden, wenn sie in den Hochofen abgesenkt werden. Die Kabeltrommeln sind mit je einem rotierenden Anschluß 22 versehen, der zur Übertragung eines elektrischen Signals dient und verhindern soll, daß sich die Kabel durch die Trommeldrehung verwikkein.

(iii) Je ein Kabel wird an mehreren in radialer Richtung verteilten Punkten des Hochofens gleichzeitig abgesenkt, um die Verteilung der Schmelzzone über den ganzen Durchmesser zu erhalten. Die Wähleinrichtungen für die Koaxialkabel werden mit den Koaxialkabeln dergestalt verbunden, daß durch wahlweisen Betrieb der Wähleinrichtungen für die Koaxialkabel 21 die Messung der Länge mehrerer Kabel durch ein einziges Gleichspannungsimpuls-Reflektometer in nacheinander gewählter Reihenfolge möglich wird.

(iv) Die Kabelausgabeeinrichtung 20 ist vorgesehen, damit man sich zum Absenken der Kabel nicht nur auf die Zugkraft der absinkenden Charge verläßt, so sondern daß die Anpassung der Ausgabegeschwindigkeit und die Steuerung der Zugkraft dergestalt erfolgt, daß das Absenken der Kabel auf die absinkende Charge abgestimmt wird.

(v) Die Werte der Kabelausgabe werden durch die Meßrolle 18 gemessen.

In diesem Zusammenhang wurde bisher in keinem Fall die herkömmliche Gleichstromimpuls-Reflektometrie zum Messen der Bedingungen im Hochofen verwendet, wie sie im Rahmen der Erfindung zur Anwendung kommt, und es war üblich, die Wellenform an der Skala des Synchroskops abzulesen, oder die Messung erfolgt durch Ablesen der Markiererskala durch eine Bedienperson. Diese Verfahren erfordern jedoch mindestens einen vollen Tag für jede Messung, und es ist ein beträchtlicher Arbeitsaufwand für die Beobachtung und Ablesung des Synchroskops in regelmäßigen Abständen über den ganzen Tag erforderlich. Zusätzlich ergeben sich beträchtliche Schwankungen beim Erkennen eines positiv verlaufenden· Spannungssprungs zwischen verschiedenen den Bildschirm beobachtenden Personen. Weitere Schwierigkeiten bei der Beobachtung der Bedingungen in einem Hochofen ergeben sich dadurch, daß zur Messung der Ausgabelänge eine Person in der Nähe des oberen Endes des Hochofens postiert werden muß, wodurch Vorkehrungen gegen mögliche Gefahren für die Person wegen des giftigen CO-Gases etc. getroffen werden müssen.

In Anbetracht dieser Tatsachen wird im Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung zur automatischen Durchführung dieser Messungen durch einen Rechner verwendet Fig. 12 zeigt den Aufbau dieser Vorrichtung. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Gleichstromimpuls-Reflektometer, Bezugszahl 21' ein ankommendes Koaxialkabel, Bezugszahl 21 eine Wähleinrichtung für die Koaxialkabel, Bezugszahl 23 einen Digital/Analog-Konverter, Bezugszahl 24 eine Zentralrecheneinheit Bezugszahl 25 einen Analog-Digital-Konverter, Bezugszahl 26 Zähler, Bezugszahl 27 Einrichtungen zur Längenmessung, Bezugszahl 28 eine Druckertastaur, Bezugszahl 29 Aufzeichnungsgeräte, Bezugszahl 30 ein E/A-Erweiterungsgerät und Bezugszahl 31 einen Digital/Analog-Konverter. Es wird nun die automatische Gleichstromimpuls-Reflektometrie-Meßvorrichtung gemäß der Erfindung in bezug auf ihre Einzelfunktionen beschrieben.

A) Wellenform-Speicherteil:

Anstelle der horizontalen Kippspannung des Gleichstromimpuls-Reflektometers wird eine horizontale Spannung von der zentralen Recheneinheit 24 über den Digital/Analog-Konverter 23 angelegt, und die entsprechende vertikale Spannung wird im Speicher über den Analog/Digital-Konverter 25 gespeichert Durch allmähliche Erhöhung der durch den DigitaWAnalog-Konverter angelegten Spannung ist es möglich, die gesamte Wellenform im Speicher unterzubringen.

B) Erkennen eines Wendepunktes:

Der Wendepunkt wird bestimmt durch Analysieren der gespeicherten Wellenform nach einem Algorithmus, der auf die Bestimmung der Lage der geschmolzenen Vorderenden der Kabel abgestimmt ist. Dieses Prinzip wird in F i g. 13a und 13b dargestellt. Fig. 13a zeigt die Wellenform bei offenem Kreis und Fig. 13b die Wellenform bei geschlossenem Kreis.

Schritt 1:

Wenn xi die horizontalen Adressen und yi die vertikalen Adressen der Wellenform sind, so werden die Differentiale

dyi _ Yi+ 1 - Yi dxi ~ Yi+1-Xi

berechnet, und man erhält den maximalen Absolutwert dymax=\ dym/dxm 1 sowie dessen horizontale Adresse x_m-Schritt 2:

Es ergibt sich ein Schwellenwert Yth. Dieser ist gegeben durch

Yth"«.' ■ dym/dym + ß',

worin <x' und ß' vorbestimmte Konstanten sind.

Schritt 3:

Aus xm werden xm<, Xm₂,... gesucht, um Yrzu erhalten, wobei | Yr \ < Yth | ist, so daß dessen horizontale Adresse scr ein Wendepunkt wird.

Durch die Verwendung eines solchen Algorithmus ist es möglich, einen Wendepunkt zu erkennen. Im tatsächlichen Einsatz können geschmolzene Stoffe, wie Roheisen, am Vorderende des Mantelkabels ankleben und eine Kurzschluß-Wellenform verursachen, wogegen die Wellenform für offenen Stromkreis entsteht, wenn keine solchen Stoffe ankleben. Fig. 14 zeigt diese Wellenformen. Mit dem beschriebenen Algorithmus kann der gewünschte Wendepunkt an der gleichen Stelle erkannt werden, unabhängig von einer solchen Umkehr der Wellenform oder von einem positiven oder negativen Wert im Maximum des Differentials.

C) Auf diese Weise wird die gewünschte Impulsbreite oder die Länge des Mantelkabels ermittelt Zusätzlich werden die Meßwerte des Meßgeräts 18' für die Absinkgeschwindigkeit der Charge und des Meßgeräts 27 für die Ausgabelänge, die im Zähler 26 gespeichert sind, der zentralen Recheneinheit 24 zugeführt, die ihrerseits das vorab eingegebene Korrekturprogramm durchführt, um den Höhenverlauf der Schmelzzone zu bestimmen.

D) Das erzielte Ergebnis wird der Tastatur des Druckers 28 und den Aufzeichnungsgeräten 29 zugeführt

E) Die zentrale Recheneinheit 24 liefert an die Wähleinrichtungen für die Koaxialkabel 21 eine Spannung zur Relaisansteuerung für die Auswahl der Kabel, und auf diese Weise werden die Meßkabel in bestimmter Reihenfolge nacheinander gewählt

Aufgrund des beschriebenen Aufbaus eignet sich die automatische Meßvorrichtung gemäß der Erfindung für automatische Meßvorgänge. Die Vorrichtung führt ihre Datenverarbeitung und -analyse mit Hilfe eines Mikrocomputers durch. Die Vorteile der oben beschriebenen automatischen Gleichstromimpuls-Reflektometrie-Meßvorrichtung lassen sich wie folgt zusammenfassen.

(a) Es ist möglich, die Fühler im Schmelzofen direkt in die Nähe der Schmelzzone zu bringen, um deren Höhenverlauf zu messen. Desgleichen ist es möglich, die Höhenänderun gen im Verlauf der Zeit kontinuierlich zu

messen und die Höhenverteilung der Schmelzzone in Durchmesserrichtung zu bestimmen.

(b) Infolge der durch die Verwendung eines Mikrocomputers automatisierten Messung er geben sich folgende Vorteile: (1) Im Gegensatz

zu den bekannten Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, die viel Zeit und Arbeitsaufwand für jede Messung erfordern, wird beim Verfahren gemäß der Erfindung wenig

is Zeit und Arbeitsaufwand benötigt, das Verfah

ren kann schnell das Ergebnis der Datenverarbeitung durch On-Une-Betrieb liefern und macht es nicht erforderlich, die Daten von Hand zu ordnen. (2) Während wegen des

Unterschieds von einer Person zur anderen die

Meßgenauigkeit bei Sichtablesung der Synchroskopbilder Abweichungen von mehr als ±50 cm für je 100-m-KabeI und über ±30 cm cm selbst bei qualifiziertem Personal aufwies, kann die automatische Meßvorrichtung gemäß

der Erfindung sämtliche Fehler aufgrund der technischen Qualität der Synchroskopbilder und Fehler des Meßpersonals etc ausschalten, und eine Genauigkeit von ±15 cm kann sichergestellt werden. (3) Während für Sicht

messungen ca. 3 Minuten erforderlich sind, einschließlich der Zeit zum Verstellen der Skala, kann die automatische Meßvorrichtung gemäß der Erfindung jede Verarbeitung in ca.

10 Sekunden durchführen und dadurch die

Meßabstände reduzieren, wodurch es möglich wird, den Höhenverlauf der Schmelzzone häufiger zu messen.

Fig. 15 zeigt ein Beispiel von Meßdaten, welche die Höhenänderungen der Schmelzzone zeigen und in Abständen von 10 Minuten über mehrere Stunden nach dem Eintreffen des Kabels auf der Höhe der Schmelzzone gemessen wurden.

Hierzu 16 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen des Höhenverlaufs der Obergrenze der Schmelzzone einer Charge in einem Hochofen, gekennzeichnet durch folgende Arbeitsschritte:

Einführen und Absenken mindestens eines Koaxialkabels oder eines mehradrigen Kabels mit elektrisch offenem Vorderende von oben in den Hochofen dergestalt, daß das Kabel laufend zusammen mit der im Hochofen absinkenden Charge nach unten gezogen wird;

Anlegen eines Spannungsimpulses mit steiler Flanke an das Kabel von dessen oberem Ende nach unten zum Vorderende in vorbestimmten Zoitabständen; und

Messen der Sprungantwort einer durch den Spannungsimpuls verursachten vom Vorderende reflektierten Welle, wobei die Längenänderung des Kabels aufgrund des Abschmelzens des vorderen Kabelendes gemessen wird, wenn es die Obergrenze der Schmelzzone erreicht, in Abhängigkeit von der Laufzeit der vom Spannungsimpuls reflektierten Welle, wobei aus dem Ergebnis dieser Messung der Höhenverlauf der Obergrenze der Schmelzzone bestimmt wird, und wobei das Kabel Adern aus Werkstoffen enthält, deren Schmelzpunkte in der Nähe des Schmelzpunkts der Charge des Hochofens liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabeladern im Temperaturbereich von 1200 -1600° C schmelzbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Längenänderung des Kabels jeweils für mehrere Kabel durchgeführt wird, die in den Hochofen an mehreren radial verteilten Stellen eingesetzt werden, so daß die dreidimensionale Form der Obergrenze der Schmelzzone aus dem Ergebnis der Messungen ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Arbeitsschritte:

Messen der Absinkgeschwindigkeit der Charge im Hochofen;

Messen der Ausgabegeschwindigkeit des Kabels aufgrund der daran angreifenden Zugkraft; und Korrigieren des gemessenen Wertes der Längenänderung des Kabels um den Betrag der Verbiegung des Kabels im Hochofen, in Abhängigkeit von der gemessenen Absinkgeschwindigkeit der Charge und der Ausgabegeschwindigkeit des Kabels.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Arbeitsschritte:

Messen der vertikalen Temperaturverteilung im Hochofen; und

Korrigieren des Meßfehlers aufgrund der Änderung der elektrischen Eigenschaften des Kabels in Abhängigkeit von der Temperatur, entsprechend der gemessenen Temperaturverteilung.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 zum Messen des Höhenverlaufs der Obergrenze der Schmelzzone einer Charge in einem Hochofen, gekennzeichnet durch:

mindestens ein Koaxialkabel (2) oder mehradriges Kabel mit Adern aus Werkstoffen, deren Schmelzpunkte in der Nähe des Schmelzpunktes der Charge im Hochofen (3) liegen, wobei das Vordtrende des Kabels elektrisch offen ist;

eine Einrichtung (6) zum Einbringen und Absenken des Kabels (2) in den Hochofen (3) von dessen Oberseite aus an einer in Radialrichtung ausgewählten Stelle des Hochofens;

eine Einrichtung (20) zum Messen der ausgegebenen Länge des Kabels (2), das im Hochofen (3) zusammen mit der absinkenden Charge nach unten gezogen wird;

eine Einrichtung (20) zum Messen der Ausgabegeschwindigkeit des Kabels (2) zum Errechnen der augenblicklichen Ausgabegeschwindigkeit des Kabels aus der ausgegebenen Länge; eine Einrichtung (1) zur Abgabe eines Spannungsimpulses zum Anlegen eines Spannungssprunges mit steiler Flanke an das obere Kabelende im Hochofen (3) in vorbestimmten Zeitabständen; eine Einrichtung (1) zum Erfassen der reflektierten Welle zur Ermittlung der Laufzeit einer durch den Spannungsimpuls hervorgerufenen reflektierten Welle;

eine Einrichtung (18') zum Messen der Absinkgeschwindigkeit der Charge im Hochofen (3); und eine Einrichtung (24) zum Berechnen der Kabellänge bis zum Vorderende des Kabels (2) aus der Laufzeit der von dem Spannungsimpuls hervorgerufenen reflektierten Welle und zum Korrigieren der gemessenen Kabellänge aufgrund der Meßwerte für die ausgegebene Kabellänge, die Kabel-Ausgabegeschwindigkeit und die Absinkgeschwindigkeit der Charge im Hochofen (3) und zum dadurch bedingten Messen der Längenverlustes durch Abschmelzen und der Höhenlage des abgeschmolzenen Vorderendes des Kabels (2) in vorgewählten Zeitabständen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zum Einbringen und Absenken aus mehreren Einrichtungen zum Einbringen und Absenken mehrerer Kabel (2) in den Hochofen (3) von dessen Oberseite aus an mehreren in Radialrichtung verschieden ausgewählten Stellen des Hochofens besteht, daß die Einrichtung (20) zum Messen der ausgegebenen Länge mehrere Einrichtungen zum Messen der ausgegebenen Länge für je ein Kabel (2) enthält, daß die Einrichtung (20) zum Messen der Ausgabegeschwindigkeit des Kabels mehrere Einrichtungen zum Messen der Ausgabegeschwindigkeit für je eines der Kabel (2) enthält, und daß die Vorrichtung eine Einrichtung (22) zum Anschließen der Kabel (2) an die Einrichtung (1) zur Abgabe von Spannungsimpulsen, an die Einrichtung (1) zum Erfassen der reflektierten Wellen und an die Recheneinrichtung (24) in ausgewählter Reihenfolge zur gemeinsamen Benützung derselben mit den Kabeln (2) enthält.