DE3641987A1 - Vorrichtung zur bestimmung der schlackenhoehe in einer metallschmelze - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Schlackenhöhe in einer Metallschmelze.

Bei der Metallherstellung, insb. bei der Stahlproduktion wird das flüssige Metall aus dem Schmelofen in einen Behälter, eine sogenannte Gießpfanne, gebracht, die danach bewegt wird, beispielsweise auf Schienen, um zur nächsten Verarbeitungsstation zu gelangen, in welcher, beispielsweise Sauerstoff, in das Metall geblasen wird. Der Behälter enthält üblicherweise etwa 10 Kubikmeter flüssiges Metall, wobei es wünschenswert ist, ihn maximal bis zu einem vorbestimmten Pegel mit flüssigem Metall zu füllen. Wenn das flüssige Metall in den Behälter gegossen wird steigt eine Schicht Schlacke durch die Schmelze auf und sammelt sich an der Oberfläche. Im Augenblick sind keine Verfahren verfügbar, um die Höhe der oberen Oberfläche der Schlackenschicht und damit den maximalen Füllungsgrad zu bestimmen. Auf der anderen Seite gibt es ein Anzahl Verfahren zur Bestimmung der Höhe der Fläche zwischen der Schmelze und der Schlacke.

Beispiele solcher Einrichtungen sind in der US 33 95 908 und in der SE 79 07 816-8 dargestellt.

Die US 3 395 908 zeigt eine Lanze an deren Ende im Abstand voneinander zwei elektrisch leitende Stangen vorgesehen sind. Die SE 79 07 816-8 zeigt eine Lanze mit einem induktiven Meßaufnehmer zur Bestimmung der Fläche zwischen Schlacke und Metallschmelze. Durch die Anordnung zweier axial versetzter Sensoren der Lanze können die Signale der beiden Sensoren miteinander verglichen werden, wenn die Lanze in die Schmelze getaucht wird, so daß Informationen über die Stärke der Schlackenschicht gewonnen werden können.

Die Vorrichtung nach der US 33 95 908 funktioniert nicht zufriedenstellend, da die Meßergebnisse von Ablagerungen beeinflußt werden, welche auf den elektrisch leitfähigen Stangen auftreten, wenn diese in die Schlackenschicht eingeführt werden. Durch diese Ablagerungen kann die Vorrichtung nicht wiederholt verwendet werden, da sich der elektrische Widerstand zwischen den Stangen zwischen den Messungen ändert. Die Vorrichtung nach der schwedischen Patentanmeldung arbeitet zufriedenstellend unter der Bedingung, daß die Schlackenschicht eine Metallkonzentration aufweist. Die Genauigkeit der Messung liegt in der Größenordnung von etwa ±2,5 cm.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine genaue Messung der oberen Oberfläche der Schlackenschicht ermöglicht, bei einer Genauigkeit von mindestens ±0,5 cm. Darüberhinaus soll es möglich sein diese Vorrichtung wiederholt einzusetzen, ohne daß dabei die Meßgenauigkeit schwankt.

Das kennzeichnende Merkmal der Erfindung besteht darin, daß an der Spitze der Lanze eine Antenne vorgesehen ist, welche Rauschsignale, insb. den Netzbrumm empfängt. Ein Brummdetektor steht mit der Antenne elektrisch in Verbindung und gibt ein Signal ab, sobald der Netzbrumm empfangen wird. In einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist der Detektor ein elektrischer Schaltkreis, derart wie er in Berührungslichtschaltern Verwendung findet. Wenn sich die Antenne in einem bestimmten Abstand von der Schmelze befindet wird vom Detektor kein Signal abgegeben. Wenn jedoch die Spitze der Antenne mit der oberen Oberfläche der Schlackenschicht in Berührung kommt, erzeugt der Detektor ein Ausgangssignal.

Die Lanze sitzt vorzugsweise in einer Halterung, welche sie mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, beispielsweise mittels eines Schrittmotors, so daß auch die Antenne der Spitze der Lanze abwärts in Richtung auf die Metallschmelze bewegt wird. Wenn die Abseitsbewegung der Lanze von einem bestimmten Ausgangspunkt beginnt und die Bewegung angehalten wird sobald der Detektor sein Ausgangssignal abgibt, so ergibt sich ein Maß für die Höhe der Schlackenschicht aus der Anzahl der Schritte, die der Schrittmotor, von der Ausgangsposition angerechnet bis zur Endposition der Lanze bei Auftreten des Ausgangssignales, ausgeführt hat.

Anstelle einer offenen Antenne, welche von der Lanze elektrisch isoliert ist, kann ein herkömmliches Thermoelement als Antenne Verwendung finden, dessen Anschlußdrähte in herkömmlicher Weise durch eine Quarzschicht isoliert sind. Die gesamte Thermoelementanordnung ragt über die Endfläche der Lanze hinaus und ist durch eine Metallgehäuse geschützt.

Die Erfindung wird im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine herkömmliche Lanze mit einer erfindungsgemäßen Antenne;

Fig. 2 die Spitze einer Lanze mit einer anderen Ausführungsform einer Antenne;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem ansich bekannten induktiven Sensor; und

Fig. 4 einen elektrischen Schaltplan eines ansich bekannten elektrischen Schaltkreise eines Brummdetektors.

In Fig. 1 ist eine übliche Anordnung mit einem Behälter 1, einer sogenannten Gießpfanne, welche mit flüssigem Metall gefüllt ist, dargestellt. Auf der Oberfläche des Metalls bildet sich eine Schlackenschicht und es ist jetzt erforderlich den Füllungsgrad des Behälters zu messen, indem die Höhe der Oberfläche der Schlackenschicht bestimmt wird, wobei eine herkömmliche Lanze 2 Verwendung findet, die mit konstanter Geschwindigkeit mit einem Schrittmotor 3 abwärts in die Metallschmelze bewegt wird. Die Lanze ist in einem langgestreckten Gehäuse 4 angeordnet, welche durch bekannte Einrichtungen an einem Halterahmen 5 befestigt ist, welcher über den Behälter hinwegschwenkbar ist. Eine Steuerungseinrichtung 6 steuert die Bewegungen des Schrittmotors. Die Steuerungseinrichtung 6 weist darüberhinaus einige ansich bekannte elektrische Schaltkreise auf, welche elektrisch mit Meßeinrichtungen verbunden sind, die in und an der Lanze vorgesehen sind. Diese Meßeinrichtungen können Thermoelemente, induktive Sensoren oder Meßeinrichtungen zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes der Metallschmelze usw. sein. Die Lanze kann auch so ausgebildet sein, daß sie in ihrem Vorderabschnitt 7 eine Probenkammer aufweist, welche in die Metallschmelze getaucht wird, um eine Probe zu entnehmen. Herkömmlicherweise ist der Vorderabschnitt 7 der Lanze ein dickwandiges Kantonrohr.

Eine Antenne 8 aus elektrisch induktivem Material ist an der Vorderfläche der Lanze vorgesehen und elektrisch von der Lanze isoliert. Die Antenne hat in Fig. 1 die Form einer geraden Stange und ist über eine nicht dargestellte Verdrahtung an einem Brummdetektor angeschlossen, welcher innerhalb des Gehäuses 4 vorgesehen ist, und welcher ein elektrisches Signal an eine nicht dargestellte Signalleitung abgibt, welche es an die Steuereinrichtung 6 weiterleitet, sobald sich die kapazitive Koppelung der Antenne 8 an die Schlackenschicht in zunehmendem Maße erhöht und die Spitze der Antenne schließlich in Kontakt mit der Oberfläche der Schlackenschicht gelangt.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Antenne dargestellt. Die Antenne weist hier ein herkömmliches Thermoelement 9 auf, welches an der Endfläche des Vorderabschnittes 7 der Lanze 8 angeordnet ist. Das Thermoelement besteht hier aus zwei Drähten 10 und 11 aus unterschiedlichem Material, wobei sich die beiden Drähte an der Spitze des Thermoelementes treffen. Die Drähte 10 und 11 sind in einem Quarzrohr 12 untergebracht. Das aus den Teilen 10-12 gebildete U-förmige Thermoelement 9 ist von einem Schutzgehäuse 13 aus Metall umgeben. Das Schutzgehäuse und das Thermoelement sitzen auf einem zylindrischen Körper 14 mit einem Hals 15, welcher in das vordere Ende einer Lanze 2 gesteckt ist. Die elektrischen Leiter 16 und 17 sind an ein elektrisches Kabel angeschlossen, welches im Innern der Lanze entlanggeführt ist und bis zur Steuereinrichtung 6 führt. Das Kabel ist an den Brummdetektor angeschlossen. Das Ausgangssignal des Detektors dient einerseits dazu die Höhe der Schlackenschicht zu berechnen und andererseits zur Ansteuerung eines nicht dargestellten Schalters, welcher bei Auftreten des Signales das nicht weiter dargestellte Anschlußkabel mit einer anderen Meßeinrichtung, beispielsweise einem Temperaturfühler verbindet. Bei der weiteren Abwärtsbewegung der Lanze wird auf diese Weise die Temperatur der Schlackenschicht und der Metallschmelze gemessen.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung ähnlich der in Fig. 2, bei welcher die Lanze zusätzlich mit einem induktiven Sensor 18 versehen ist. Wenn die Lanze abwärts bewegt wird und die Antenne mit der Oberfläche der Schlackenschicht in Berührung kommt, wird ein Signal erzeugt und an einen Zähler weitergegeben, welcher die Anzahl der Schritte wählt, die der Schrittmotor 3 ausgehend von einem Bezugswert ausführt, wobei die Zahl angezeigt wird. Die Lanze setzt ihre Abwärtsbewegung fort, so daß die Temperatur gemessen wird, und wenn der Sensor 18 die Trennfläche zwischen der Metallschmelze und der Schlackschicht erreicht, erzeugt der induktive Sensor bekannterweise ein Ausgangssignal, welches zur Steuereinrichtung 6 gelangt, wobei der Zähler erneut abgelesen wird. Anhand dieser beiden Werte wird die Schlackschicht berechnet.

Fig. 4 zeigt einen Schaltplan eines Brummdetektors. In diesem Fall ist der Detektor so ausgebildet, daß er den Netzbrumm erfaßt. Das Herz des Detektors ist ein Schaltkreis 20 , welcher ansich bekannt ist und bei Berührungsschaltern Verwendung findet. Die Antenne 8 ist über einen einzelnen Leiter 21 an einen der beiden Eingänge 22 und 23 des Schaltkreises angeschlossen. Ein Kondensator 23 A stellt den Schaltkreis 20 so ein, daß er die Oberfläche der Schlackenschicht feststellt. Ein zweiter Kondensator 24 koppelt die Antenne an das gleiche Bezugspotential, auf daß auch der Schaltkreis 20 eingestellt ist, und welches von der Spannungsquelle des Schaltkreises erzeugt wird, welche einen Transformator T aufweist, dessen Primärseite an die Phase und den Nulleiter eines Netzes angeschlossen ist. Die Sekundärseite steht mit dem Schaltkreis 20 in Verbindung. Ein Widerstand 25 zwischen der Phase des Netzes und der Erde bestimmt das Bezugspotential, in diesem Fall 7,5 V. Die Antenne 8 liegt auf diese Weise auf dem gleichen Potential wie das Bezugspotential und folgt dem Bezugspotential, falls die Netzspannung schwanken sollte. Der zweite Eingang 23 des Schaltkreises ist in ähnlicher Weise an einen Kondensator 26 angeschlossen, welcher mit dem Bezugspotential in Verbindung steht. Die Netzspannung wird mit dem Eingang 23 erfaßt. Der Schaltkreis weist einen Nulldurchgangsdetektor auf, welcher die Nulldurchgänge der Wechselspannung auf der Sekundärseite des Transformators T am Eingang 27 erfaßt. Der Schaltkreis 20 weist darüberhinaus einen Taktgenerator auf, welcher Taktimpulse erzeugt, die mit den positiven Nulldurchgängen für die Spannung am Eingang 27 zusammenfallen. Diese Taktimpulse gelangen an eine Steuerschaltung innerhalb des Schaltkreises 20. Die Steuerschaltung reagiert auf Signale vom Antenneneingang 22 und vom Netzdetektoreingang 27 nur während eines Taktimpulses, d. h. bei positiven Nulldurchgängen. Die Steuerschaltung vergleicht die Signale am Antenneneingang 22 und am Netzspannungseingang 23 miteinander nur während des Taktimpulsintervalls. Falls drei aufeinanderfolgende Vergleiche zeigen, daß die Signale am Eingang 22 und am Eingang 23 miteinander korrespondieren, wird angenommen, daß ein Rauschsignal vorliegt, so daß ein Ausgangssignal an Ausgang 28 des Steuerschaltkreises 20 erzeugt wird. Die Eingänge 2 und 23 haben den Vorteil, daß die Empfindlichkeit des Detektors automatisch den Brummpegeln an der Antenne angepaßt werden. Der Detektor wird dadurch relativ unabhängig von der Form der Antenne.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können verändert und in vielfältiger Weise angewandelt werden, ohne daß dabei der Erfindungsgedanke verlassen wird. Beispielsweise braucht die Antenne 8 nicht an einer Lanze vorgesehen sein, sondern kann etwa am Ende eines Kabels vorgesehen sein, welches über eine Rolle läuft, und welches abgesenkt wird bis die Antenne mit der Schmelze in Berührung kommt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Schlackenhöhe in einer Schmelze mit einem Träger (2) für Meßeinrichtungen, gekennzeichnet durch eine am Träger vorgesehene Antenne (5, 6) zum Empfangen des Brumms, insb. des Netzbrumms in der Nähe der Antenne und durch einen an die Antenne angeschlossenen Brummdetektor (23).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne an einer offenen Metallstange vorgesehen ist und über die Spitze des Trägers hinausragt und von diesem elektrisch isoliert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne ein am Träger vorgesehenes Thermoelement (5, 6) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor so ausgelegt ist, daß das Antennensignal mit einer Wechselspannung von Netzfrequenz nur bei den Nulldurchgängen der Wechselspannung verglichen wird und der Detektor weiter ausgelegt ist, daß ein Ausgangssignal am Ausgang (22) erzeugt wird, welches den mechanischen Kontakt der Antenne mit der Schlackenschicht anzeigt, sobald das Antennensignal und die Wechselspannung während einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen miteinander korrespondieren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor einen ansich bekannten Schaltkreis eines Berührungslichtschalters aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Lanze (2) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (2) in ansich bekannter Weise mit einer induktiven Sensoreinrichtung (14) zur Bestimmung der Trennschicht zwischen Schlacke und Metallschmelze versehen ist, wobei die Messung der Stärke der Schlackenschicht erfolgt, indem der Ausgang des Detektors mit einem Ausgangssignal der induktiven Sensoreinrichtung (14) verglichen wird.