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Vorrichtung zum detektieren von in einem fluss einer metallschmelze mitfliessender schlacke
DE3722795A1
Germany
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English - Inventor
Edmund Dr Ing Julius - Current Assignee
- AMEPA
- AMEPA ANGEWANDTE MESSTECHNIK und PROZESSAUTOMATISIERUNG GmbH
Worldwide applications
Application DE19873722795 events
1987-07-10
1989-01-19
1990-10-11
1990-10-11
Application granted
Status
Granted
Description
translated from
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren von in
einem Fluß einer Metallschmelze mitfließender Schlacke und
besteht aus einem Meßaufnehmer, der mindestens eine Sende- und
eine Empfangsspule aufweist, denen mindestens eine
Referenzspule zugeordnet ist. Der Meßaufnehmer ist im Bereich
einer Bodenplatte eines metallurgischen Gefäßes angeordnet. Die
Bodenplatte ist mit einer Ausflußöffnung versehen, wozu der
Meßaufnehmer so angeordnet ist, daß er den Flußquerschnitt der
Metallschmelze berührungslos umschließt.
Bei einer derartigen, aus der DE-OS 34 39 369 bekannten
Vorrichtung ist der Meßaufnehmer in den Lochstein bzw. die
Ausmauerung des metallurgischen Gefäßes eingebaut und erlaubt
es sogar aufgrund einer hohen Signalamplitude sowie eines
großen Signal-Störverhältnisses, sehr geringe Schlackenanteile
in der abfließenden Schmelze zu erkennen und anzuzeigen, ohne
dazu die Abschirmung des Gießstrahles entfernen zu müssen oder
das Gießen zu behindern.
Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ergibt sich aus der
Anordnung des Meßaufnehmers im Lochstein bzw. in der
Gefäßausmauerung insbesondere dann, wenn diese häufig
gewechselt werden müssen und der Meßaufnehmer infolgedessen
nicht wieder verwendet werden kann, sondern durch einen neuen
Meßaufnehmer zu ersetzen ist.
Ordnet man den Meßaufnehmer auf oder in der Bodenplatte des
metallurgischen Gefäßes an, so werden die Signalamplituden
durch die Metallabschirmung und durch den metallischen Boden
des Gefäßes stark vermindert. Zudem verändern bei dieser
Anordnung die Temperaturänderungen der ferromagnetischen
Metallteile in der Nähe der Meßaufnehmer die Permeabilität
dieser Teile. Dadurch werden starke Signaldriften erzeugt, die
ein Mitlaufen von Schlacke im Gießstrahl vortäuschen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte
Vorrichtung so zu verbessern, daß sich der Meßaufnehmer durch
eine lange Standzeit auszeichnet, die durch einen
erforderlichen Wechsel des Lochsteines oder der Ausmauerung in
keiner Weise beeinträchtigt wird, und ferner, daß sich eine für
die Messung problematische Signaldrift aufgrund von Temperaturänderungen
der ferromagnetischen Bodenplatte des
metallurgischen Gefäßes erheblich vermindern läßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Vorrichtung der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten gattungsgemäßen Art
ausgegangen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil
desselben angegebenen Merkmale aufweist.
Durch die erfindungsgemäße Unterbringung der Sende- und der
Empfangsspule des Meßaufnehmers in einer antimagnetischen
Kassette kann der Meßaufnehmer auf oder im Boden des
metallurgischen Gefäßes angeordnet werden. Durch die Gestaltung
der Kassette kann zusätzlich zu einem Schutz gegen mechanische
Beanspruchungen des Meßaufnehmers auch erreicht werden,
elektromagnetische Felder so zu verändern, daß Änderungen der
Permeabilität der Bodenplatte das Meßsignal nur wenig
beeinflussen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Spulen in
keramisches Material eingebettet, womit die Kassette ausgefüllt
ist.
Durch das beispielsweise in Pulver- oder Faserform in die
Kassette eingebrachte keramische Material lassen sich die
Spulen sicher innerhalb des Kassettenhohlraumes positionieren,
ohne jedoch die Spulen daran zu hindern, sich wiederholt
auszudehnen und zu schrumpfen, was bei einer starren Fixierung
der Spulen dazu führen würde, daß die Spulen beschädigt werden.
Obschon die der Sende- und der Empfangsspule zugeordnete
Referenzspule außerhalb der Kassette angeordnet sein kann, läßt
sich nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die
Referenzspule innerhalb der Kassette unterbringen, wobei sie
durch eine Zwischenwand von der Sende- und der Empfangsspule
getrennt angeordnet und durch eine zusätzliche Wandauskleidung
oder Wandverstärkung abgeschirmt wird.
Durch diese Ausgestaltung ergibt sich eine verbesserte
Driftunterdrückung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da beide
Spulen den gleichen Temperaturen unterworfen sind.
Je nach den Erfordernissen kann es sich empfehlen, auch die
Sende- und die Empfangsspule gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung durch eine gemeinsame zusätzliche Wandauskleidung
oder Wandverstärkung abzuschirmen.
Durch die erfindungsgemäße Einkapselung der Spulen ergeben sich
verschiedene Möglichkeiten für die Anordnung der Vorrichtung:
Eine besonders vorteilhafte Anordnung wird nach einer
Ausgestaltung der Erfindung darin gesehen, daß die Kassette auf
der Oberseite der Bodenplatte angeordnet und in die Unterseite
eines Lochsteins eingelassen ist.
Nach einer anderen Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Kassette als konzentrischer Ring in die Ausflußöffnung
der Bodenplatte eingelassen.
Diese Anordnung ermöglicht es, die Kassette von der Unterseite
des metallurgischen Gefäßes aus einzusetzen, wodurch sich
erhebliche Montageerleichterungen ergeben.
Nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann die Kassette
auch die Führung für eine Ausflußhülse bilden und/oder in einen
Zentrierring für den Lochstein integriert sein.
In jedem Falle läßt sich die Kassette mit dem darin
eingeschlossenen Meßaufnehmer unabhängig von einem Austausch
des Lochsteines oder der Gefäßausmauerung erneut verwenden.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in jeweils einem vertikalen
Schnitt schematisch dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 die Vorrichtung in Verbindung mit einem
Ausgußsystem eines metallurgischen Gefäßes,
Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 auf einer
Bodenoberseite in vergrößertem Maßstab,
Fig. 3 die in eine Bodenplatte eingelassene
Vorrichtung,
Fig. 4 die Vorrichtung in der Anordnung gemäß
Fig. 2, jedoch mit einer außerhalb
angeordneten Referenzspule,
Fig. 5 die Vorrichtung in der Anordnung gemäß
Fig. 3, jedoch gleichfalls mit einer
außerhalb angeordneten Referenzspule.
In Fig. 1 ist eine Bodenplatte 1 eines weiter nicht
dargestellten metallurgischen Gefäßes erkennbar, die mit einer
Öffnung 2 versehen ist. Koaxial zur Öffnung 2 ist auf der
Bodenplatte 1 ein Lochstein 3 angeordnet, in den eine
Innenhülse 4 eingesetzt ist. Durch die so definierte
Ausflußöffnung wird Metallschmelze 5 aus dem mit einer
feuerfesten Ausmauerung 6 versehenen metallurgischen Gefäß
abgelassen.
Auf der Oberseite der Bodenplatte 1 ist eine ringförmige
Kassette 7 so angeordnet, daß sie den Flußquerschnitt der
Metallschmelze 5 berührungslos umschließt. Eingelassen in eine
Ringnut 8 des Lochsteins 3, kann der Lochstein in seiner
Position zentriert und fixiert werden.
Wie Fig. 2 zeigt, ist die auf der Bodenplatte 1 angeordnete
Kassette 7 durch eine Wand 8 in zwei konzentrische Ringkammern
9 und 10 unterteilt. In der Ringkammer 9 ist eine
Sendespule 11 und eine Empfangsspule 12 angeordnet. In der die
Ringkammer 9 umschließenden Ringkammer 10, die innen mit einer
zusätzlichen Wandauskleidung 13 versehen sind, befindet sich
eine Referenzspule 14.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
In die Referenzspule 11 werden Wechselströme bestimmter Frequenz eingespeist. Diese induzieren in der Metallschmelze 5 und in der Bodenplatte 1 Wirbelströme, deren Felder sowohl in der Empfangsspule 12 als auch in der Referenzspule 14 Induktionsspannungen hervorrufen. Durch die besondere geometrische Ausbildung der Kassette 7, insbesondere durch die zusätzliche Wandauskleidung 6 mit einem elektrisch leitenden Material, werden die von der Metallschmelze 5 ausgehenden elektromagnetischen Felder von der Referenzspule 14 weitgehend ferngehalten, während durch die Symmetrie des Bodens der Kassette 7 die von der Bodenplatte 1 ausgehenden elektromagnetischen Felder auf beide Spulen 12 und 14 nahezu gleich einwirken. Durch eine phasenrichtige Differenzbildung der Induktionsspannungen aus Referenzspule 14 und Empfangsspule 12 können daher die durch die Permeabilitätsänderungen der Bodenplatte 1 hervorgerufenen Feldänderungen kompensiert werden.
In die Referenzspule 11 werden Wechselströme bestimmter Frequenz eingespeist. Diese induzieren in der Metallschmelze 5 und in der Bodenplatte 1 Wirbelströme, deren Felder sowohl in der Empfangsspule 12 als auch in der Referenzspule 14 Induktionsspannungen hervorrufen. Durch die besondere geometrische Ausbildung der Kassette 7, insbesondere durch die zusätzliche Wandauskleidung 6 mit einem elektrisch leitenden Material, werden die von der Metallschmelze 5 ausgehenden elektromagnetischen Felder von der Referenzspule 14 weitgehend ferngehalten, während durch die Symmetrie des Bodens der Kassette 7 die von der Bodenplatte 1 ausgehenden elektromagnetischen Felder auf beide Spulen 12 und 14 nahezu gleich einwirken. Durch eine phasenrichtige Differenzbildung der Induktionsspannungen aus Referenzspule 14 und Empfangsspule 12 können daher die durch die Permeabilitätsänderungen der Bodenplatte 1 hervorgerufenen Feldänderungen kompensiert werden.
Die Wandstärken der Kassette 7 werden vorzugsweise so gewählt,
daß
d « δ ,
wobei
und dabei
δ
= Eindringtiefe,
= elektrische Leitfähigkeit der Wand,
μ
= Permeabilität,
ω
= 2π f = Kreisfrequenz des Meßstromes.
Im Unterschied zu den Fig. 1 und 2 liegt die Kassette 7 im
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 nicht auf der Bodenplatte 1
des Gefäßes, sondern befindet sich als konzentrischer Ring in
der Öffnung 2 der Bodenplatte 1. Die Kassette 7 kann
gleichzeitig die Führung einer Ausflußhülse übernehmen oder in
einen schon bestehenden Zentrierring oder dgl. integriert
werden.
Die Wirksamkeit ist bei dieser Anordnung identisch mit der
oben beschriebenen Wirkungsweise, wobei jedoch die Wirbelströme
seitlich in der Bodenplatte 1 induziert werden. Die Rückwirkung
auf die Meßspule 12 und die Referenzspule 14 ist im Prinzip die
gleiche wie bei der Anordnung gemäß Fig. 2. Der Vorteil der
Anordnung gemäß Fig. 3 besteht darin, daß die Ausmauerung der
Lochsteine des metallurgischen Gefäßes nicht verändert werden
muß. Eine Änderung der metallischen Bodenplatte 1 entfällt,
wenn die Ausflußhülse der Kassette 7 angepaßt wird, die
gleichzeitig die Führung der Hülse übernehmen kann. Darüber
hinaus kann die Kassette 7 von der Unterseite der Bodenplatte
1, also ohne Neuzustellung von außen, gewechselt werden.
Bei der Ausbildung der Vorrichtung gemäß Fig. 4 wird auf die
Anordnung einer Referenzspule innerhalb der Kassette 7
verzichtet. Diese wird außerhalb der Kassette 7 angeordnet oder
auf elektronischem Wege nachgebildet.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Durch Einspeisung von zwei Frequenzen in die Sendespule 11 werden in der Metallschmelze 5 und der Bodenplatte 1 Wirbelströme unterschiedlicher Amplitude und Phasenlage induziert. Werden die Frequenzen und die Dicke d₁ einer zusätzlichen Wandauskleidung 15 so gewählt, daß die Felder der höheren Frequenzen nur wenig, die der niedrigen aber deutlich in die Bodenplatte 1 eindringen können, so enthalten die Signale der niedrigen Frequenzen in erster Linie Informationen über die Temperaturänderung der Bodenplatte 1, während die höheren Frequenzen vorwiegend Informationen über die Metallschmelze 5 enthalten. Die Dicke der zusätzlichen Wandauskleidung 15 sollte sich daher ergeben aus:
Durch Einspeisung von zwei Frequenzen in die Sendespule 11 werden in der Metallschmelze 5 und der Bodenplatte 1 Wirbelströme unterschiedlicher Amplitude und Phasenlage induziert. Werden die Frequenzen und die Dicke d₁ einer zusätzlichen Wandauskleidung 15 so gewählt, daß die Felder der höheren Frequenzen nur wenig, die der niedrigen aber deutlich in die Bodenplatte 1 eindringen können, so enthalten die Signale der niedrigen Frequenzen in erster Linie Informationen über die Temperaturänderung der Bodenplatte 1, während die höheren Frequenzen vorwiegend Informationen über die Metallschmelze 5 enthalten. Die Dicke der zusätzlichen Wandauskleidung 15 sollte sich daher ergeben aus:
δ₁ » d₁ und δ « d₁ ,
wobei
worin:
ω₁= Frequenz der niedrigen Meßfrequenz,
ω₂= Frequenz der höheren Meßfrequenz,
₁= elektrische Leitfähigkeit der Wand d,
₂= elektrische Leitfähigkeit der zusätzlichen
Wandauskleidung d₁.
Die gleichzeitige Auswertung der Signale beider Frequenzen läßt
dann eine weitgehende Trennung der Einflußgrößen
"Schlackemitlaufen" und Temperaturdriften zu, insbesondere wenn
durch Abstimmung der Frequenzen und der Dicke d₁ erreicht wird,
daß die Phasenlage der Signale und der Störsignale sich um
jeweils 90° unterscheiden.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 liegt die
Kassette 7 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 nicht in der
Bodenplatte 1 des Gefäßes, sondern - wie in Fig. 3 - als
konzentrischer Ring in der Öffnung 2 der Bodenplatte 1. Die
Kassette 7 kann gleichzeitig die Führung einer Ausflußhülse
übernehmen oder in einen schon bestehenden Zentrierring oder
dgl. integriert werden.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wiederum identisch mit
der Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 4. Im Unterschied zu
dieser Anordnung werden lediglich die Wirbelströme seitlich in
die Bodenplatte 1 induziert.
Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Lochsteine und die
Ausmauerung des Gefäßes nicht geändert werden müssen. Eine
Änderung der Bodenplatte 1 entfällt, wenn die Ausflußhülse der
Kassette 7 angepaßt wird. Darüber hinaus kann die Kassette 7
von der Unterseite der Bodenplatte 1 aus unabhängig von einer
Neuzustellung von außen gewechselt werden.
Claims (8)
Hide Dependent
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Claims (8)
Hide Dependent
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1. Vorrichtung zum Detektieren von in einem Fluß einer
Metallschmelze mitfließender Schlacke, bestehend aus einem
im Bereich einer mit einer Ausflußöffnung versehenen
Bodenplatte eines metallurgischen Gefäßes angeordneten, den
Flußquerschnitt der Metallschmelze berührungslos
umschließenden Meßaufnehmer, der mindestens eine Sende- und
eine Empfangsspule aufweist, denen mindestens eine
Referenzspule zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens die Sende- und die Empfangsspule (11 bzw. 12) in
einer antimagnetischen Kassette (7) untergebracht sind,
welche die Spulen mit einem elektromagnetischen Felder
verändernden und gegen mechanische Beanspruchungen
beständigen Schutzmantel umgibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spulen (11, 12, 14) in keramisches Material eingebettet
sind, womit die Kassette (7) ausgefüllt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Referenzspule (14) gemeinsam mit der Sende- und der
Empfangsspule (11 bzw. 12) innerhalb der Kassette (7)
untergebracht, durch eine Zwischenwand (8) von der Sende-
und der Empfangsspule (11 bzw. 12) getrennt angeordnet und
durch eine zusätzliche Wandauskleidung oder Wandverstärkung
(13) abgeschirmt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sende- und die Empfangsspule (11 bzw. 12) durch eine
gemeinsame zusätzliche Wandauskleidung oder Wandverstärkung
(15) abgeschirmt sind.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette (7) auf der
Oberseite der Bodenplatte (1) angeordnet und in die
Unterseite eines Lochsteins (3) eingelassen ist.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette (7) als
konzentrischer Ring in eine Öffnung (2) der Bodenplatte
(1) eingelassen ist.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette (7) die Führung
einer Ausflußhülse (4) bildet.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette (7) in einem
Zentrierring für den Lochstein (3) integriert ist.