DE3116688A1

DE3116688A1 - "messverfahren und metallurgisches gefaess zur durchfuehrung des verfahrens"

Info

Publication number: DE3116688A1
Application number: DE19813116688
Authority: DE
Inventors: Franz-Rudolf Dipl.-Phys. Dr. 5106 Roetgen Block
Original assignee: BLOCK FRANZ RUDOLF DIPL PHYS D
Current assignee: BLOCK FRANZ RUDOLF DIPL PHYS D
Priority date: 1981-04-28
Filing date: 1981-04-28
Publication date: 1982-12-09
Also published as: FR2504420A1; FR2504420B1; IT8220751A0; DE3116688C2; BE892855A; IT1151546B; US4365788A

Description

HUBERT BAUER PATENTANWALT

VNR: loo 3o7

H. BAUBR PAT.-ANW. . LOTHRINGER STRASSB 08/BCKB WILHBLMSTRASSB · D-SlOO AACKRN

Deutsches Patentamt ZweibrUckenstr. 12

ftooo München 2

TELKKON (0241) BO 42 BB TELEOBAMMBl PATBNTBAUBR AACHBN

PO8TBCHKCK KÖLN 281383-ΒΟΘ (BLZ 8701OO 00)

DEl)TSCHB BANK AO, AACHEN 8 002 (BLZ 390 7OO 20)

IHRB ZRlCHBN IHRB NACHRICHT MBINB ZKICHBN

B/M J (141o)

AACHKN

16. April 1981

Patentanmeldung Anm.: Dr. Franz-Rudolf Block, Kaifstr. 58, 51o6 Roetgen

Bez.: "Meßverfahren und metallurgisches Gefäß zur Durchführung des Verfahrens"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Füllstandes und/oder der Temperatur und/oder des Verschleißes in bzw. an feuerfest zugestellten metallurgischen Gefäßen und erstreckt sich auf ein metallurgisches Gefäß zur Durchführung des Verfahrens.

Mit zunehmender Automatisierung stellt sich insbesondere die Aufgabe, den Füllstand in metallurgischen Gefäßen zuverlässig zu überwachen.. Daneben ist es aber auch erforderlich, die Temperatur in und den Verschleiß an feuerfest zugestellten metallurgischen Gefäßen laufend zu kontrollieren.

Bezüglich des Füllstandes müssen beispielsweise im Hüttenwerk Torpedopfannen daraufhin überwacht werden, daß diese nicht zu voll werden oder gar überlaufen»

Beim Stranggießen ist es aus metallurgischen Gründen erwünscht, daß der Stahl ohne Kontakt mit der Umgebun.gsluft, also in einem geschlossenen System, abgegossen wird und daß zugleich das Niveau im Tundish konstant gehalten wird«. Voraussetzung dafür ist aber eine laufende Messung des Badspiegels.

In Transportpfannen oder.im LD-Konverter ist mit der Angabe des Bruttogewichtes der Füllstand im Gefäß oft nicht mit genügender Genauigkeit festgelegt, da die Stärke der feuerfesten Zustellung sich während der Betriebs^eit ändert.

Das Problem der Füllstandsmessung ist bedingt vereinfacht, wenn nur Schranken für den Füllstand vorgegeben werden müssen, d.h. daß der Füllstand unter einer bestimmten Marke oder zwischen zwei Marken zu halten ist.

Um Durchbrüche im metallurgischen Gefäß zu vermeiden, müssen aber auch die Temperaturen und der Verschleiß der feuerfesten Zustellung dauernd überwacht werden.

Zur Messung des Füllstandes von Flüssigkeiten sind zahlreiche Methoden bekannt. Es ist auch bekannt, daß elektrisch leitende Flüssigkeiten als leitende Verbindung zwischen zwei- Kontakten dienen können, wobei aus dem elektrischen Widerstand zwischen zwei Elektroden darauf geschlossen werden kann, ob die Flüssigkeit unterhalb der oberen Elektrode steht oder darüber hinaus reicht.

Bei hochschmelzenden Materialien, insbesondere bei Stahl, versagen jedoch im Dauerbetrieb alle bekannten Elektroden. Beispielsweise bilden Metallelektroden Legierungen und schmelzen auf. Elektroden aus Graphitstäben werden aufgelbst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen des Füllstandes und/oder der Temperatur und/oder des Verschleißes in bzw. an feuerfest zugestellten metallurgischen Gefäßen vorzuschlagen, mit dem die dafür relevanten Werte zuverlässig' anzeigbar sind.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, so zu verfahren, daß an verschiedenen Stellen in der Gefäßzustellung als Kombinationselektroden aus von einer schlecht leitenden Masse ummantelte feuerfeste Halbleiter mit höherer Leitfähigkeit und darin eingebettete, mit einer Stromquelle verbundene elektrische Leiter so verwendet werden, daß über die Ableitwiderstände der elektrischen Leiter und über die Widerstände zwischen den einzelnen elektrischen Leitern

die Anwesenheit von Schlacke oder Stahl, die innere Temperaturverteilung der Masse und ihr Verschleißgrad anzeigbar sind..

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung kommende Kombinationselektrode besitzt einen bei allen Anwendungstemperaturen elektrisch schlecht leitendem Mantel, z.B. aus oder unter Verwendung von Magnesit oder Dolomit. Ist das metallurgische Gefäß mit einem elektrisch schlecht leitenden Material zugestellt, so kann die Zustellung selbst als Isoliermantel für die eigentliche Elektrode dienen und auf einen gesonderten Isoliermantel verzichtet werden. Für die eigentliche Elektrode werden erfindungsg.emäß halbleitende Feuerfestmaterialien gewählt, die bei hohen Temperaturen eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen - wie insbesondere Zirkonoxidsteine- und mit Materialien - wie mit hochschmelzenden Metallen oder Graphit - armiert sind, die auch bei niedrigen Temperaturen gut leiten.

Damit die Kontaktierung zwischen der Schmelze und der Elektrode nicht durch Ansätze - sogenannte Bären - behindert wird, sieht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß Inertgas durch die Kombinationselektroden oder durch einen unter jeder Kombinationselektrode angeordneten Spülstein eingeblasen wird.

Die Inertgaseinbläsung verhindert die Ansatzbildung in der Umgebung der Elektroden, so daß es zu keiner Behinderung in der Kontaktierung zwischen Schmelze und Elektrode kommt»

Zur Durchführung des Verfahrens dient ein metallurgisches Gefäß, bei dem Kombinationselektroden auf gleichen Höhen

nebeneinander und auf unterschiedlichen Höhen untereinander über mindestens einen Teil der Gefäßwandung in bestimmten Abständen verteilt angeordnet sind.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Kombinationselektroden auf gleichen Höhen nebeneinander kann eine Kontaktierung über erstarrte metallische Ansätze leicht erkannt werden. Der übergangswiderstand 2wischen Elektrode und Bär ist nämlich in der Regel erheblich größer als gegenüber der anliegenden Schmelze, und zwar nicht nur weil die Kontaktierung besser ist, sondern auch weil die Temperaturen im vorderen Bereich der Elektrode dabei niedriger sind, wodurch die Leitfähigkeit herabgesetzt wird.

Erfindungsgemäß kann aus den Übergangswiderständen zwischen den gut leitenden elektrischen Leitern auf die Temperatur geschlossen werden, wodurch zugleich eine Information über den Füllstand gewonnen wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Kombinationselektroden aus in verschiedenen Verschleißschichten der Gefäßwandung eingebauten Steinen.

In Gefäßen mit sehr starkem Auswaschen der feuerfesten Zustellung, wie z.B. LD-Konvertern, können durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kombinationselektroden in verschiedenen Verschleißschichten der Gefäßwandung die in der zweiten oder dritten Verschleißschicht eingebauten Elektroden erst dann ihre Funktion übernehmen, wenn die davor liegenden Schichten verschlissen sind. Ihr Ansprechen gibt dann gleichzeitig eine Information über den erreichten Abbau der feuerfesten Zustellung.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jede Kombinationselektrode mindestens einen aus mehreren Eisendrähten zu einer Litze oder einem Band zusammengefaßten elektrischen Leiter auf, der in einen den Stein bildenden Halbleiter mäander- oder sinusförmig eingebettet ist.·

Durch die erfindungsgemäße Einbettung ist die Durchbruchgefahr für die elektrischen Leiter auf ein Minimum reduziert. Die Elektroden sind äußerst preiswert, so daß eine größere Anzahl ohne nennenswerte Verteuerung eingesetzt werden kann, wodurch verschiedene Badhöhen und verschiedene Korrosionstiefen erfaßt werden können und mit mehreren Elektroden gleichzeitig gemessen werden kann.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in einen Stein mehrere elektrische Leiter eingebettet, die paarweise dieselbe Länge aufweisen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung geben die Widerstände gegenüber der Schmelze und zwischen den einzelnen Adern Informationen über den Füllstand der Schmelze sowie über die Temperatur und den Verschleiß des Steines.

Die Kombinationselektroden können nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus Zirkonoxidsteinen'mit.Zusätzen aus Kalziumoxid oder Titanoxid bestehen, so daß die elektrische Leitfähigkeit bei hohen Temperaturen noch besser ist. Der zu einer Litze oder einem Band zusammengefaßte elektrische Leiter übernimmt im kälteren Teil des Steines den Ladungstransport und ist auf der kalten Seite mit einem metallischen Leiter kontaktiert.

Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß die elektrischen Leiter innerhalb eines Steines oder zwischen zwei einen Stein bildenden Platten eingebettet sind.

Bei Steinen, die oxidierend gebrannt werden, können die elektrischen Leiter zunächst ganz in die feuerfeste Masse eingebettet und erst nach dem Brennen durch Absägen der.Köpfe oder Halbieren der Formstücke einseitig freigelegt werden. Ebenso ist es möglich, die Leiter zwischen zwei gebrannten, entsprechend dünnen Platten anzuordnen. Da die 1itzenförmigen Leiter verhältnismäßig dünn sind, dringt die Schmelze beim Verschleiß des Steines kaum ein.

Die Meßspannung wird aus Sicherheitsgründen niedrig, vorzugsweise unter der zulässigen Berührungsspannung von 42 V, gewählt Die Stromversorgung erfolgt über einen Trenntransformator aus dem Netz oder aus Batterien. Die Meßwertverarbeit'ung ist jeweils den besonderen Anforderungen anzupassen. Dabei sind vom einfachen Schwellwertschalter bis zum Mikroprozessor jeweils passende Geräte verfügbar.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Kombinationselektrode im Querschnitt dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine einfache Kombinationselektrode;

Fig. 2 eine mit mehreren elektrischen Leitern ausgestattete Kombinationselektrode.

- Io -

Wie Fig. 1 zeigt, kann die Kombinationselektrode 1 aus einem' rechteckigem Stein 2 bestehen, der elektrisch leitet und von einer schlecht leitenden Masse 3 so ummantelt ist, daß nur eine Seite 4 des Steines 2 zur Innenseite eines nicht dargestellten metallurgischen Gefäßes freifiegt und·insoweit die Gefäßzustellung ergänzt.

In dem Stein 2 ist ein aus mehreren Ädern zusammengefaßter elektrischer Leiter 5 eingebettet, wobei die freien Enden der Adern zur Gefäßinnenwandurrg weisen. Zur kälten Gefäßaußenseite führt ein mit dem elektrischen Leiter 5 verbundener metallischer Leiter 5¹ und ist über einen nicht dargestellten Transformator an eine Stromversorgung angeschlossen.

Wie Fig. *2 zeigt, sind in einen Stein 6 Leiterpaare 7 bis Io eingebettet, wobei die einzelnen Leiter paarweise dieselben, von Paar zu Paar jedoch unterschiedliche Längen aufweisen.

· ■ · ■

Die Kombinationselektroden 1 werden mit der Ummantelung 3 oder in eine solche in der feuerfesten Zustellung eingebaut. Aus den Widerständen zwischen den einzelnen elektrischen Leitern kann auf den Füllstand eines metallurgischen Gefäßes, auf die Temperatur in und auf den Verschleiß an der feuerfesten Zustellung geschlossen werden.

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Claims

Patentansprüche:

3. Verfahren zum Messen des Füllstandes und/oder der Temperatur und/oder des Verschleißes in bzw. an feuerfest zugestellten metallurgischen Gefäßen, dadurch gekennzeichnet, daß an verschiedenen Stellen in der Gefäßzustellu.ng als Kombinationselektroden aus von einer schlecht leitenden- Masse ummantelte feuerfeste Halbleiter mit höherer Leitfähigkeit und darin eingebettete, mit einer Stromquelle verbundene elektrische Leiter so verwendet werden, daß über die Ableitwiderstände oer elektrischen Leiter und über die Widerstände zwischen den einzelnen elektrischen Leitern die Anwesenheit von Schlacke oder Stahl, die innere Temperaturverteilung der Masse und ihr Verschleißgrad anzeigbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Inertgas durch die Kombinationselektroden oder durch einen unter jeder Kombinationselektrode· angeordneten Spülstein eingeblasen wird.

3. Metallurgisches Gefäß zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kombinationselektroden M) auf gleichen Höhen nebeneinander und auf unterschiedlichen Höhen untereinander über mindestens einen Teil der Gefäßwandung in bestimmten Abständ.en verteilt angeordnet sind.

4. Gefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kombinationselektrode.n (1) in verschiedene Verschleißschichten der Gefäßwandung-eingebaut sind.

5. Gefäß nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kombinationselektrode (Ί) mindestens einen aus mehreren Eisendrähten zu einer Litze oder einem Band zusammengefaßten elektrischen Leiter (5) aufweist, der in einen einen Stein (2) bildenden Halbleiter mäander- oder sinusförmig eingebettet ist.

6. Gefäß nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Stein (2) mehrere elektrische Leiter (5) eingebettet sind, die paarweise dieselbe Länge aufweisen.

7. Gefäß nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationselektroden (1) aus Zirkonoxidsteinen mit" Zusätzen aus Kalziumoxid oder Titanoxid bestehen.

8. Gefäß nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (5) innerhalb eines Steines (2) oder zwischen zwei einen Stein bildenden Platten eingebettet sind.