DE69025445T2

DE69025445T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Schmelzpegels

Info

Publication number: DE69025445T2
Application number: DE69025445T
Authority: DE
Inventors: Masaki Motomura; Yoichi Naganuma
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2010-09-11
Also published as: CA2025187A1; KR910005951A; AU6242990A; DE69025445D1; EP0419104A3; EP0419104A2; EP0419104B1; CA2025187C; US5103893A; AU618686B2; ES2083434T3; KR930007115B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Pegelposition von schmelzflüssigem Metall und insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Pegelposition von schmelzflüssigem Metall in einer Form im Betrieb einer Stranggußvorrichtung.
Bekannt sind die folgenden Verfahren zum Ermitteln der Pegelposition von schmelzflüssigem Metall:

1) Verwendung eines Schwimmers

Ein Schwimmer schwimmt auf einer schmelzflüssigen Metalloberfläche, und die Position dieses Schwimmers wird durch einen Stab, eine Kette o. ä. ermittelt.

2) Verwendung einer optischen (optoelektrischen Umwandlungs-) Technik

Da sich die Helligkeit an einer Grenze zwischen der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls und dem Behälter, z. B. einer Form, ändert, wird diese Grenze durch eine Triangulationstechnik mit z. B. einem Sensorfeld, Fernsehkameras o. ä. gemessen.

3) Verwendung einer Ultraschallwelle

Die Entfernung zu einer Oberfläche von schmelzflüssigem Metall wird anhand der Zeit gemessen, die eine auf die Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls abgestrahlte Ultraschallwelle benötigt, um zu einer Ausgangsposition nach Reflexion durch die Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls zurückzukehren.

4) Verwendung eines radioaktiven Strahls

Ein radioaktiver Strahl wird in Diagonalrichtung durch das schmelzflüssige Metall übertragen, und der Oberflächenpegel des schmelzflüssigen Metalls wird anhand des Dämpfungswerts des radioaktiven Strahls bei Übertragung durch das schmelzflüssige Metall ermittelt. 5) Verwendung einer Tauchelektrode Der Pegel des schmelzflüssigen Metalls wird durch Einoder Ausschalten einer elektrischen Schaltung ermittelt, die durch das schmelzflüssige Metall und eine Tauchelektrode gebildet ist.

6) Verwendung eines Thermopaars

Mehrere Thermopaare werden in der Außenoberfläche der Wand des Behälters für das schmelzflüssige Metall verlegt, und der Pegel des schmelzflüssigen Metalls wird indirekt anhand des Änderungspunkts der durch die Thermopaare gemessenen Temperaturverteilung ermittelt.

7) Verwendung elektromagnetischer Induktion

Beispielsweise ist in der JP-A-55-16749 eine Spule, die in die Tiefenrichtung des Behälters lang ist, an der Außenoberfläche der Formwand vorgesehen und mit einer Seite einer Impedanzbrückenschaltung verbunden. Da sich die Formwandtemperatur mit der Änderung des Pegeis des schmelzflüssigen Metalls in der Form ändert, was zu einer Änderung des spezifischen Widerstands der Formwand führt, wird der Pegel des schmelzflüssigen Metalls anhand der Änderung des in der Formwand infolge der Änderung des spezifischen Widerstands der Formwand erzeugten Wirbelstroms ermittelt.
Die herkömmlichen Verfahren zum Ermitteln des Pegels des schmelzflüssigen Metalls bringen jedoch die folgenden Probleme mit sich:

1) Verwendung eines Schwimmers

Der Schwimmer korrodiert durch das schmelzflüssige Metall mit hoher Temperatur, und ferner haften Metallklumpen, das schmelzflüssige Metall o. ä. am Schwimmer, was die relative Dichte des Schwimmers ändert und eine Neukalibrierung notwendig macht.

2) Verwendung einer optischen (optoelektrischen Umwandlungs-) Technik

Liegt Rauch, Staub o. ä. vor oder schwimmen Metallklumpen (mit allgemein geringer Helligkeit und schwarzem Aussehen) auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls, ist die Messung schwierig. Ist ferner der optische Sensorabschnitt durch diesen Rauch o. ä. verunreinigt oder hat das schmelzflüssige Metall eine hohe Temperatur und wird das Licht durch die Wirmewellen gebrochen, kann die Messung fehlerbehaftet sein.

3) Verwendung einer Ultraschallwelle

Bei schmelzflüssigem Metall mit hoher Temperatur kommt es durch die Wärme zu Luftwelligkeit (ihre Dichte ändert sich), was eine komplizierte Schallbrechung mit sich bringt und die Messung unmöglich macht.

4) Verwendung eines radioaktiven Strahls

Hier liegt ein Sicherheitsproblem vor, und die Strahlungsquelle sowie der Detektor müssen in einem Spezialraum untergebracht sein.

5) Verwendung einer Tauchelektrode

Die Elektrode wird im schmelzflüssigen Metall mit hoher Temperatur stark aufgezehrt und kann daher nicht langzeitig verwendet werden.

6) Verwendung eines Thermopaars

Da der Behälter für das schmelzflüssige Metall mit hoher Temperatur aus Schamottesteinen hergestellt ist, hat er eine schlechte Wärmeleitung. Dadurch wird nicht nur die Messung verzögert, sondern auch die Ermittlungsgenauigkeit ist schlecht. Außerdem ist es schwierig, die Thermopaare in der Behälterwand zu verlegen oder ein defektes Thermopaar durch ein neues zu ersetzen.

7) Verwendung elektromagnetischer Induktion (JP-A-55-16749)

Die Temperaturänderung an der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls wird indirekt als Temperaturänderung an der Formwand gemessen. Die Temperaturänderung an der Formwand an der schmelzflüssigen Metalloberfläche ist jedoch weniger scharf, wodurch Meßfehler zustande kommen.
Da außerdem die Form abgekühlt wird, ist es schwieriger, diese Temperaturänderung als Impedanzänderung zu erfassen, was zwangsläufig Meßfehler hervorruft.
In einer unlängst entwickelten Stranggußvorrichtung unter Verwendung einer Form mit Riemenantrieb, die z. B. in der JP-A-60-152347 offenbart ist, muß der Pegel des schmelzflüssigen Metalls in der Form kontinuierlich während des Betriebs ermittelt werden. Dazu ist aber jedes der vorgenannten herk:mmlichen Verfahren schwierig einsetzbar, da die zur Oberseite dieser Art von Form freiliegende Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls klein ist und verschiedene Hilfsgeräte zum Betrieb der Form außen an der Form angeordnet sind, was zu einem ungenügenden physischen Raum führt.
Die US-A-4138888 offenbart eine Anordnung zum elektromagnetischen Messen des Pegels von in einem Behälter enthaltenem schmelzflüssigen Metall und/oder der Entfernung zu ihm. Eine Senderspule und eine Empfängerspule sind in einem zigarrenförmigen Torpedopf annenwagen für schmelzflüssiges Metall angeordnet. Die Senderspule befindet sich im obersten Teil des Torpedopfannenwagens, ist quadratisch und besteht aus einer einzelnen horizontalen Leitungswindung. Die Empfängerspule befindet sich im Seitenteil des Torpedopfannenwagens und ist rechteckig, wobei die Empfängerspule ebenfalls eine einzige planare Leitungswindung aufweist.
Eine Wechselstromversorgung speist die Senderspule über eine Stromerfassungsschaltung mit Strom konstanter Stärke. Die Empfängerspule ist mit der Primärwicklung eines Transformators verbunden, dessen Sekundärwicklung mit dem Eingang eines Verstärkers verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers ist mit einem Eingang einer Differenzierschaltung verbunden, deren anderer Eingang von der Wechselstromversorgung über eine Schaltung gespeist wird, die angeordnet ist, um eine einstellbare Steuerung von Amplitude und/oder Phase 50 vorzusehen, daß bei Abwesenheit von flüssigem Material im Behälter das Grundsignal von der Differenzierschaltung im wesentlichen Null ist. Der Ausgang der Differenzierschaltung ist mit dem Eingang einer Hoch- oder Bandpaßfilterschaltung verbunden. Der Ausgang der Filterschaltung ist mit einer Signalverarbeitungseinrichtung mit einer ersten und zweiten Amplitudenerfassungsschaltung verbunden.
Die erste Amplitudenerfassungsschaltung ist angeordnet, um ein erstes Steuersignal zu erzeugen, wenn die Amplitude des Signals von der Filterschaltung einen ersten vorbestimmten Wert überstiegen hat und anschließend merklich unter einen zweiten vorbestimmten Wert gefallen ist. Die andere Amplitudenerfassungsschaltung ist vorgesehen, um ein zweites Steuersignal proportional zum oberen Amplitudenwert des signals von der Filterschaltung zu erzeugen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln des Pegels eines schmelzflüssigen Metalls mit hoher Temperatur in einer Form von der Außenseite der Form vorzusehen, ohne das schmelzflüssige Metall direkt zu berühren, ohne wesentlich durch die atmosphärischen Bedingungen wie Rauch, Staub oder Wärme beeinträchtigt zu sein und ohne einen relativ großen Raum zu benötigen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Ermitteln des Pegels des schmelzflüssigen Metalls in einer Form einer Stranggußvorrichtung während ihres kontinuierlichen Betriebs vorzusehen.
Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Ermitteln des Pegels von innerhalb einer Form vorliegendem schmelzflüssigen Metall vor, das die folgenden Schritte aufweist:
Anordnen der Spulen mindestens eines Satzes von Spulen mit einer Sendespule und einer Empfangsspule, So daß sie einander gegenüberliegen, wobei die Form zwischen ihnen angeordnet bzw. eingefügt ist.
Anlegen einer Wechselspannung an der Sendespule des mindestens einen Satzes, um einen Wechselmagnetfluß so zu erzeugen, daß mindestens ein Teil des Wechselmagnetflusses durch die Form und das gegebenenfalls vorhandene schmelzflüssige Metall fließt und die Empfangsspule des mindestens einen Satzes erreicht; und
Bestimmen des Pegels des schmelzflüssigen Metalls durch Erfassen sowohl des Spannungswerts als auch der Phase des Wechselspannungssignals, das in der Empfangsspule des mindestens einen Satzes durch den Teil des Wechselmagnetflusses induziert wird.
Ferner sieht die Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln des Pegels von innerhalb einer Form vorliegendem schmelzflüssigen Metall vor, die aufweist:
mindestens einen Satz von Spulen mit einer Sendespule und einer Empfangsspule, die so angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen, wobei die Form zwischen ihnen angeordnet bzw. eingefügt ist.
eine Spannungsanlegeeinrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung an der Sendespule des mindestens einen Satzes, um einen Wechselmagnetfluß so zu erzeugen, daß mindestens ein Teil des Wechselmagnetflusses durch die Form und das gegebenenfalls vorhandene schmelzflüssige Metall fließt und die Empfangsspule des mindestens einen Satzes erreicht; und
eine Einrichtung zum Bestimmen des Pegels des schmelzflüssigen Metalls durch Erfassen sowohl des Spannungswerts als auch der Phase eines Wechselspannungssignals, das in der Empfangsspule des mindestens einen Satzes durch den Wechselmagnetfluß induziert wird.
Im folgenden wird eine Möglichkeit zur Realisierung der Erfindung als Beispiel anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Pegelermittlungsvorrichtung, die nicht die Erfindung verkörpert;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Abwandlung der Vorrichtung von Fig. 1;
Fig. 3 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der in der Empfangsspule induzierten Spannung und dem Pegel des schmelzflüssigen Metalls in der Anordnung von Fig. 1;
Fig. 4 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der in der Empfangsspule induzierten Spannung und dem Pegel des schmelzflüssigen Metalls in der Anordnung von Fig. 2;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Ausgabe des Phasendetektors und dem Pegel des schmelzflüssigen Metalls; und
Fig. 7 eine Kurvendarstellung des Vergleichs zwischen der Ausgabe des Tiefpaßfilters und eines Werts der Ausgabe, der mit dem Kosinus der Phasendifferenz in der Anordnung von Fig. 5 multipliziert ist.
Eine Vorrichtung zur Ermittlung des Pegels des schmelzflüssigen Metalls innerhalb einer Form wird nunmehr anhand von Fig. 1 beschrieben. In Fig. 1 sind Seitenwände 2, 3 einer aus dünnem Stahlblech hergestellten Form in z. B. einer Stranggußvorrichtung sowie schmelzflüssiger Stahl 1 gezeigt. Bekanntlich wird in der Stranggußvorrichtung schmelzflüssiger Stahl in die Form aus einer (nicht gezeigten) Zwischenpfanne gegossen, und der schmelzflüssige Stahl wird in der Form zu einem halbfesten Stahl abgekühlt, der durch eine Bodenöffnung der Form gezogen wird. Um in diesem Fall den Pegel des schmelzflüssigen Stahls in der Form konstant zu halten, muß der Pegel des schmelzflüssigen Stahls ermittelt werden.
Gemäß Fig. 1 ist eine um einen Ferritkern gewickelte Sendespule 4 außen an der Seitenwand 2 der Form vorgesehen, und eine Wechselspannung von einer Wechselstromversorgung 5 wird an der Spule 4 angelegt, um einen Wechselmagnetfluß zu erzeugen. Ein Teil des Wechselmagnetflusses wird über und unter der Spule 4 verteilt, und ein Teil davon tritt in die Seitenwand 2 der aus Stahlblech hergestellten Form ein und wird durch die Seitenwand 2 an ihrem oberen und unteren Abschnitt übertragen. Außerdem durchdringt ein sehr kleiner Teil des Magnetflusses, dessen Dichte klein ist, die Seitenwand 2 und fließt durch den schmelzflüssigen Stahl 1 oder Luft 6 oder einen Zwischenabschnitt mit einer Grenze dazwischen gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit vom Pegel des schmelzflüssigen Stahls, um die Seitenwand 3 der Form zu erreichen. Ein Teil des Magnetflusses, der die Seitenwand 3 erreicht hat, tritt in die Seitenwand 3 ein und fließt durch die Seitenwand 3 an ihrem oberen und unteren Abschnitt. Danach erreicht ein sehr kleiner Teil des Magnetflusses die Empfangsspule 7 und induziert dadurch ein Spannungssignal in der Spule 7. Der Wert des induzierten Signals ist sehr klein, da eine sehr kleine Menge des Magnetflusses die Empfangsspule 7 erreicht.
Gemäß einer experimentellen Untersuchung durch die Erfinder beträgt der Wert der in der Empfangsspule 7 induzierten Spannung etwa 1/1000 des Spannungswerts der Wechselstromversorgung 5. Daher wird die Messung im Feld leicht durch schädliche Störkomponenten beeinträchtigt, die für das Meßsignal des schmelzflüssigen Stahlpegels irrelevant sind. Den Erfindern ist eine Entfernung der schädlichen Störkomponenten und eine praktische Verwendung dieser Art von Detektor gelungen. Das heißt, die Ausgabe der Empfangsspule 7 wird zunächst durch ein Bandpaßfilter 8 geführt, das nur die gleiche Frequenz wie die der Wechselstromversorgung 5 durchläßt, so daß die schädlichen Störkomponenten durch das Filter entfernt werden können.
Das durch das Bandpaßfilter 8 geführte Signal kann jedoch mitunter eine Störkomponente mit im wesentlichen der gleichen Frequenz wie die der Stromversorgung aufweisen. Daher wird die Phase der Wechselstromversorgung 5 durch einen Phaseneinsteller 11 eingestellt, um ein Signal mit einer eingestellten Phase zu erzeugen, die der des durch das Bandpaßfilter 8 geführten Nutzsignals entspricht. Die Ausgaben des Bandpaßfilters 8 und des Phaseneinstellers 11 werden an einem bekannten Synchrondetektor 9 angelegt, um aus der Ausgabe des Bandpaßfilters 8 nur eine Komponente zu extrahieren, die mit der eingestellten Phase synchronisiert ist, und um die Komponente in ein Gleichspannungssignal umzuwandeln. Die nicht mit der eingestellten Phase synchronisierten Komponenten (oder unerwünschte Signale) werden als Wechselspannungen vom Synchrondetektor 9 erzeugt und durch ein Tiefpaßfilter 10 entfernt, das nur eine Gleichspannung und sehr niederfrequente Komponenten durchlassen kann, so daß nur das Nutzsignal der Gleichspannungssignalkomponente gewonnen werden kann. Der Phaseneinsteller 11 und der Synchrondetektor 9 können eine beliebige von bekannten Arten sein, die z. B. in "Method of measurement of minute signal" in einem Katalog für die Blockgestaltung von NF-Schaltungen, März 1983, offenbart sind.
Ist das schmelzflüssige Metall 1 in die Form eingefüllt, durchdringt ein Teil des Magnetflusses die Seitenwand 2 der Form und fließt durch das schmelzflüssige Metall 1, wodurch ein Wirbelstrom im schmelzflüssigen Metall erzeugt wird. Da dieser Wirbelstrom teilweise in Form von Joulscher Wärme verbraucht wird, ist der die Empfangsspule 7 erreichende Magnetfluß sehr klein.
Liegt kein schmelzflüssiges Metall 1 in der Form vor, sondern ist sie lediglich mit Luft 6 gefüllt, wird im Gegensatz zum vorgenannten Fall kein Wirbelstrom im schmelzflüssigen Stahl erzeugt. Dadurch wird der Magnetfluß in der Form weniger gedämpft oder geht nicht in Form von Joulscher Wärme verloren, so daßdie die Empfangsspule 7 erreichende Menge des Magnetflusses größer als jene bei Füllung der Form mit dem schmelzflüssigen Metall 1 ist. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Meßwert der induzierten Spannung in der Empfangsspule 7 und dem Pegel des schmelzflüssigen Stahls. In dieser Kurve beträgt die Breite W der Form etwa 50 mm, die Höhe D (die Abmessung in senkrechter Richtung) des rechteckigen Querschnitts der Sendespule beträgt etwa 40 mm, der Mittelpunkt M in der Kurve zeigt die induzierte Spannung an, die erhalten wird, wenn der Pegel H2 des schmelzflüssigen Stahls mit der Oberseite der Sendespule zusammenfällt, und der Maximalpunkt A und der Minimalpunkt B in der Kurve zeigen die induzierten Spannungen an, wenn das schmelzflüssige Metall einen Pegel H1 hat, der 50 mm höher als H2 liegt, bzw. einen Pegel H3 hat, der 50 mm niedriger als H2 liegt. Anders ausgedrückt ändert sich die induzierte Spannung kontinuierlich mit Änderung des Pegels des schmelzflüssigen Stahls über den Bereich von etwa 100 mm. Daher kann die Pegeländerung des schmelzflüssigen Stahls über den Bereich von etwa 100 mm durch Messen dieser induzierten Spannung ermittelt werden. Bei der eigentlichen Messung werden natürlich Störungen unabhängig vom Pegel des schmelzflüssigen Stahls aufgenommen, weshalb der Pegel des schmelzflüssigen Stahls auf der Grundlage einer Ausgabe eines Tiefpaßfilters 10 gemäß Fig. 1 gemessen wird.
Verschiebt sich der Pegel des schmelzflüssigen Stahls stark gegenüber der Position der Sende- oder Empfangsspule, ist er z. B. 50 mm oder mehr davon entfernt, läßt sich der Pegel mit dem vorgenannten Verfahren nicht ermitteln, obwohl ermittelt werden kann, ob der Pegel oberhalb oder unterhalb der Sende- oder Empfangsspulenposition liegt. In diesem Fall sind gemäß Fig. 2 mehrere Sätze von Sendespulen 4a, 4b, 4n und Empfangsspulen 7a, 7b, ..., 7n entgegengesetzt an den Außenseiten der Formwände 2 und 3, in die das schmelzflüssige Metall 1 eingefüllt ist, in Abständen in senkrechter Richtung angeordnet, in der sich der Pegel des schmelzflüssigen Stahls ändert. Die Spannungen mit verschiedenen Frequenzen von Wechselstromversorgungen 5a, 5b, ..., 5n werden zu den jeweiligen Sendespulen 4a, 4b, ..., 4n geführt. Teile des durch die Spulen erzeugten Wechselmagnetflusses werden durch den schmelzflüssigen Stahl 1 oder Luft 6 sowie die Formwände 2, 3 übertragen, um die Empfangsspulen 5a, 5b, ..., 5n zu erreichen und dadurch Wechselspannungen in den Spulen auf die gleiche Weise wie in der vorhergehenden Beschreibung zu induzieren. Die induzierten Spannungen werden jeweils über Bandpaßfilter 8a, 8b, ..., 8n und Synchrondetektoren 9a, ..., 9n zu Tiefpaßfiltern 10a, 10b, ..., 10n auf die gleiche Weise wie in der Beschreibung zuvor geführt. In der Schaltungsanordnung von Fig. 2 sind ferner Phaseneinsteller, die dem Phaseneinsteller 11 von Fig. 1 entsprechen, für die jeweiligen Spulensätze vorgesehen, der Einfachheit halber aber nicht gezeigt.
Außerdem sind die Ausgänge der Tiefpaßfilter 10a, 10b, ..., 10n mit jeweiligen Binärcodierern 12a, 12b, ..., 12n verbunden. Jeder der Binärcodierer erzeugt einen logischen Wert "1", wenn die Ausgangsspannung des entsprechenden Tiefpaßfilters kleiner als ein dem Punkt M in Fig. 1 entsprechender Wert ist, und einen logischen Wert "0", wenn sie gleich oder höher als der dem Punkt M entsprechende Wert ist. Dadurch wird anhand der Ausgaben der Binärcodierer bestimmt, ob der Pegel des schmelzflüssigen Stahls höher oder niedriger als die Oberkante der entsprechenden Sendespule oder die Position H2 des Pegeis des schmelzflüssigen Stahls in Fig. 3 liegt. Indem mehrere Sätze von Sende- und Empfangsspulen in richtigen Abständen vorgesehen sind, um einen Bereich abzudecken, in dem sich der Pegel des schmelzflüssigen Stahls möglicherweise ändert, wird die Region des Bereichs, in der der Pegel des schmelzflüssigen Stahls positioniert ist, auf der Grundlage der Ausgaben der Binärcodierer bestimmt.
Dieses Verfahren kann bestimmen, in welcher der Regionen, die jeweils dem halben Abstand zwischen zwei benachbarten Sätzen von Sende- und Empfangsspulen entsprechen, sich der Pegel des schmelzflüssigen Stahls befindet, kann jedoch nicht kontinuierlich die Änderung des schmelzflüssigen Stahlpegels ermitteln. Soll die Änderung des Pegels des schmelzflüssigen Stahls über einen weiten Bereich kontinuierlich ermittelt werden, werden mehrere Sätze von Sende- und Empfangsspulen so angeordnet, daß der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Sätzen gleich oder geringfügig kleiner als eine Entfernung zwischen den Punkten H1 und H3 in Fig. 3 ist. Dann kann die Pegelposition des schmelzflüssigen Stahls genau anhand der Ausgangsspannungen der Tiefpaßfilter zweier benachbarter Sätze von Sende- und Empfangsspulen ermittelt werden, bei denen die Ausgaben der entsprechenden Binärcodierer "1" bzw. "0" sind. Fig. 4 ist eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen dem Pegel des schmelzflüssigen Stahls und der Ausgabe (induzierte Spannung in der Empfangsspule) der jeweiligen Tiefpaßfilter 10a, 10b, 10c, 10d von vier auf diese Weise angeordneten Sätzen von Sende- und Empfangsspulen.
Während in dieser Ausführungsform die Form aus Stahlblech hergestellt ist, kann sie aus einem anderen Metall oder einem Material wie Schamottestein hergestellt sein.
Außerdem kann das zu messende schmelzflüssige Metall ein anderes Metall als Stahl sein, z. B. Aluminium.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Fig. 5 bis 7 beschrieben. In der Anordnung von Fig. 5 sind mit Ausnahme eines Phasendifferenzdetektors 13, eines Kosinusrechners 14 und eines Multiplizierers 15 die Elemente im wesentlichen die gleichen wie in der Vorrichtung von Fig. 1. Die Ausführungsform stellt eine Verbesserung der Detektionsempfindlichkeit gegenüberder Vorrichtung von Fig. 1 dar. Die Phase der Wechselstromversorgung 5 wird durch einen bekannten Phaseneinsteller 11 so eingestellt, daß bei Fehlen von schmelzflüssigem Stahl 1 in der Form die Phase des Wechselspannungsnutzsignals, d. h., eine Ausgabe des Bandpaßfilters 8, gleich der der Ausgabe des Phaseneinstellers 11 ist, wodurch die Ausgabe des Phasendifferenzdetektors 13, der die Phasendifferenz zwischen ihnen in ein Spannungssignal umwandelt, Null ist. Ist der Ausgabewert des Phasendifferenzdetektors 13 Null, d. h., ist die Phasendifferenz Δφ = 0, wird von einem Kosinusrechner 14 cosΔφ = 1 erzeugt. Somit ist die Ausgabe eines bekannten Multiplizierers 15, der ein Produkt aus dem Wert von cosΔφ und der Ausgabe des Tiefpaßfilters 10 erzeugt, gleich der Ausgabe des Tiefpaßfilters 10. Ist andererseits schmelzflüssiger Stahl 1 in die Form eingefüllt, bewirkt ein Teil des durch die Seitenwand 2 der Form gedrungenen Magnetflusses einen Wirbeistrom im schmelzflüssigen Stahl beim Durchfließen des schmelzflüssigen Stahls 1 und geht somit als Joulsche Wärme verloren. Folglich ändert sich die äquivalent durch L (Induktanz) und R (Widerstand) dargestellte Impedanz der Empfangsspule 7 so, daß die Phase der in der Empfangsspule induzierten Spannung um Δφ im Vergleich zum Fall abweicht, in dem kein schmelzflüssiges Metall 1 in der Form vorhanden ist oder nur Luft vorliegt. Beträgt gemäß der experimentellen Untersuchung durch die Erfinder die Frequenz der Wechselspannung der Wechselstromversorgung 5 600 Hz, so beträgt die Phasendifferenz Δφ 72 Grad. Ein Signal entsprechend dieser Phasendifferenz Δφ wird vom Phasendifferenzdetektor 13 ausgegeben und in einen Wert cosΔφ durch den Kosinusrechner 14 umgerechnet, wie erwähnt wurde. Beträgt Δφ 72 Grad, ist cosΔφ mit 0,309 kleiner als "1". Als Ergebnis erzeugt der Multiplizierer 15 ein Produkt aus diesem Wert und dem Ausgabewert des Tiefpaßfilters 10. Dadurch wird der Ausgabewert des Tiefpaßfilters 10, der kleiner als ein Wert seiner Ausgabe bei eingefülltem schmelzflüssigen Metall in der Form ist, durch die Verwendung des Multiplizierers 15 weiter verkleinert. Der Wert der Phasendifferenz Δφ oder die Ausgangsspannung des Phasendifferenzdetektors 13 steigt kontinuierlich gemäß Fig. 6 oder sinkt, wenn der Pegel des schmelzflüssigen Stahls in der Umgebung der Position des Satzes der Sende- und Empfangsspule ansteigt. In der vorgenannten Ausführungsform, die das Produkt aus einem Wert cosΔφ und dem Ausgabewert des Tiefpaßfilters 10 verwendet, wird die Differenz zwischen der Ausgabe des Tiefpaßfilters 10, die bei eingefülltem schmelzflüssigen Stahl in der Form erzeugt wird, und der, die bei Fehlen von schmelzflüssigem Stahl erzeugt wird, durch den Multiplizierer 15 gemäß der Vollinie in Fig. 7 im Vergleich zu dem durch eine Strichlinie gezeigten Fall ohne Multiplizierer vergrößert, wodurch eine höhere Empfindlichkeit zustande kommt.
Bei Verringerung der Bandbreite (Frequenzband) des Bandpaßfilters 8 läßt sich das die Messung beeinträchtigende Störsignal wirksam verringern; ist sie jedoch zu schmal, tritt ein Meßfehler auf, da eine geringfügige Änderung der Frequenz der Wechselstromversorgung 5 infolge von Drift o. ä. eine große Verschiebung in der Phase der Ausgabe des Bandpaßfilters verursachen kann, wenn die Frequenz der Wechselstromversorgung 5 von der Mittenfrequenz des Bandpaßfilters 8 geändert wird. Zur Vermeidung dieser Wirkung ist es wünschenswert, die Bandbreite zu verbreitern oder die Mittenfrequenz des Bandpaßfilters 8 geringfügig höher oder niedriger als die Frequenz der Wechselstromversorgung 5 zu machen.
Durch Erhöhung der Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 10 läßt sich ferner eine größere Stabilität gegenüber dem unerwünschten Störsignal erreichen, wobei jedoch die Meßzeitverzögerung steigt. Folglich beträgt die erwünschte Zeitkonstante etwa 1/3 der zulässigen Verzögerungszeit (in dieser Ausführungsform beträgt die Zeitkonstante 30 ms).
Während gemäß der vorstehenden Beschreibung in dieser Ausführungsform die Ausgabe des Phasendifferenzdetektors 13 Null beträgt, wenn kein schmelzflüssiger Stahl 1 in der Form vorliegt, läßt sich die gleiche Wirkung durch eine Anordnung erreichen, bei der die Ausgabe des Phasendifferenzdetektors 13 Null wird, wenn die Form mit dem schmelzflüssigen Stahl 1 gefüllt ist und ein Sinusrechner anstelle des Kosinusrechners 14 verwendet wird.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln des Pegels von innerhalb einer Form (2, 3) vorliegendem schmelzflüssigen Metall (1), das die folgenden Schritte aufweist:

Anordnen der Spulen mindestens eines Satzes von Spulen mit einer Sendespule (4) und einer Empfangsspule (7), so daß sie einander gegenüberliegen, wobei die Form (2, 3) zwischen ihnen angeordnet ist;

Anlegen einer Wechselspannung (5) an der Sendespule des mindestens einen Satzes, um einen Wechselmagnetfluß so zu erzeugen, daß mindestens ein Teil des Wechselmagnetflusses durch die Form und das gegebenenfalls vorhandene schmelzflüssige Metall fließt und die Empfangsspule des mindestens einen Satzes erreicht; und

Bestimmen des Pegels des schmelzflüssigen Metalls durch Erfassen sowohl des Spannungswerts als auch der Phase des Wechselspannungssignals, das in der Empfangsspule (7) des mindestens einen Satzes durch den Teil des Wechselmagnetflusses induziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zum Bestimmen des Pegels des schmelzflüssigen Metalls erfaßte Spannungswert der Spannungswert der Komponente des Wechselspannungssignals in Phase mit der Wechselspannung (5) ist, die an der Sendespule (4) des mindestens einen Satzes angelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Pegel des schmelzflüssigen Metalls anhand des Produkts aus dem Spannungswert der gleichphasigen Komponente der Wechselspannung (5) und dem Sinus oder Kosinus der Phasendifferenz zwischen der Phase des in der Empfangsspule (7) des mindestens einen Satzes induzierten Wechselspannungssignals und der Phase der an der Sendespule (4) des mindestens einen Satzes angelegten Wechselspannung (5) bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Pegel des schmelzflüssigen Metalls anhand der Phasendifferenz zwischen der Phase des in der Empfangsspule induzierten Wechselspannungssignal und der Phase der an der Sendespule (4) des mindestens einen Satzes angelegten Wechselspannung (5) bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mehrere Sätze von Sendespulen (4a, 4b, ..., 4n) und Empfangsspulen (7a, 7b, ..., 7n) in Abständen in der senkrechten Richtung 50 angeordnet sind, daß sie den Bereich abdekken, über den sich der Pegel des schmelzflüssigen Metalls ändern kann.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sendespule (4) des mindestens einen Satzes um einen Ferritkern gewickelt ist.

7. Verfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei das schmelzflüssige Metall Stahl in einer Form einer Stranggußausrüstung mit mindestens zwei Seitenwänden ist.

8. Vorrichtung zum Ermitteln des Pegels von innerhalb einer Form (2, 3) vorliegendem schmelzflüssigen Metall (1), die aufweist:

mindestens einen Satz von Spulen mit einer Sendespule (4) und einer Empfangsspule (7), die so angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen, wobei die Form (2, 3) zwischen ihnen angeordnet ist;

eine Spannungsanlegeeinrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung (5) an der Sendespule (4) des mindestens einen Satzes, um einen Wechselmagnetfluß so zu erzeugen, daß mindestens ein Teil des Wechselmagnetflusses durch die Form und das gegebenenfalls vorhandene schmelzflüssige Metall fließt und die Empfangsspule (7) des mindestens einen Satzes erreicht; und

eine Einrichtung (10, 13) zum Bestimmen des Pegels des schmelzflüssigen Metalls durch Erfassen sowohl des Spannungswerts als auch der Phase eines Wechselspannungssignals, das in der Empfangsspule (7) des mindestens einen Satzes durch den Wechselmagnetfluß induziert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der in der Pegelbestimmungseinrichtung erfaßte Spannungswert der Spannungswert der Komponente des Wechselspannungssignals in Phase mit der Wechselspannung (5) ist, die an der Sendespule (4) des mindestens einen Satzes angelegt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Pegel des schmelzflüssigen Metalls anhand des Produkts aus dem Spannungswert der gleichphasigen Komponente der Wechselspannung und dem Sinus oder Kosinus der Phasendifferenz zwischen der Phase des in der Empfangsspule (7) des mindestens einen Satzes induzierten Wechselspannungssignals und der Phase der an der Sendespule (4) des mindestens einen Satzes angelegten Wechselspannung (5) bestimmt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Pegel des schmelzflüssigen Metalls anhand des Spannungswerts des Wechselspannungssignals und der Phasendifferenz zwischen der Phase des Wechselspannungssignal und der Phase der an der Sendespule (4) des mindestens einen Satzes angelegten Wechseispannung (5) bestimmt wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei mehrere Sätze von Sendespulen (4a, 4b, ..., 4n) und Empfangsspulen (7a, 7b, ..., 7n) in Abständen in der senkrechten Richtung so angeordnet sind, daß sie den Bereich abdecken, über den sich der Pegel des schmelzflüssigen Metalls ändern kann.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Sendespule (4) des mindestens einen Satzes um einen Ferritkern gewickelt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Vorrichtung angeordnet ist, um den Pegel von schmelzflüssigem Stahl in einer Form einer Stranggußausrüstung mit mindestens zwei Seitenwänden zu bestimmen.