WO2020161079A1 - Verfahren zum betrieb einer messsonde und messsonde - Google Patents

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WO2020161079A1
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measuring probe
software
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SMS Group GmbH
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a measuring probe in a metal melt in a metallurgical vessel for recording chemical or physical measurement data.
  • the invention also relates to the corresponding measuring probe.
  • Such measuring probes and methods for their operation are basically known in the prior art.
  • This laid-open specification discloses a measuring probe in the form of a projectile body with at least one sensor, for example in the form of a thermocouple for detecting the temperature, in particular in a molten metal.
  • the measuring probe has a transmitting device which, when a predetermined temperature is exceeded, generates an electromagnetic signal and transmits it wirelessly to a receiver.
  • the projectile body is intended to be thrown into the molten metal and to send out a transmission signal as long as it remains functional within the molten metal.
  • British patent specification GB 1, 096,499 likewise discloses a metal probe and a method for measuring the temperature in a metal melt in a metallurgical vessel without a treatment process of the metallurgical melt having to be interrupted.
  • the measuring probe has a ballast body, which ensures that the measuring probe is aligned vertically within the melt.
  • the length of the measuring probe ie in particular the distance between the ballast body and the measuring head of the sensor, is dimensioned so that the sensor of the measuring probe measures the temperature of the metal melt at a predetermined height level within the melt.
  • the measuring probe can have a drive device for changing the position or the spatial one Alignment of the melt measuring probe.
  • the sensor of the measuring probe can, for example, be a thermocouple for detecting the temperature of the melt.
  • the known measuring probes 100 there is the problem of transmitting the large number of acquired measuring data, preferably in real time, to a receiver E1 outside the metallurgical vessel; see Figure 5, left picture.
  • Data transfers from metallurgical vessels are therefore usually difficult, especially when they are in operation. This is true because the metallurgical vessels often have thick steel walls, are water-cooled, or because electrical fields cause interference in the vicinity of these metallurgical vessels.
  • the electric fields can arise, for example, from an electric arc furnace, drives or moving charge carriers. All of the problems mentioned lead to the fact that data packets with measurement data are often lost during transmission; see figure 5, middle picture.
  • the invention is based on the object of developing a known method for operating a measuring probe and a known measuring probe itself in such a way that the security of the transmission of data from a measuring probe within a melt to an external receiver is increased.
  • the method according to the invention is characterized in that a parameter is calculated within the measuring probe with the aid of the software, which represents the plurality of measurement data and / or is derived therefrom, the parameter being described by a smaller data volume than the plurality of measurement data; and that the transmission signal is generated in such a way that the transmission signal represents the parameter instead of the plurality of measurement data and transmits it to the receiver.
  • the method according to the invention for operating the measuring probe requires a very powerful microcomputer and a correspondingly well and quickly programmed software that makes it possible to reduce a large number of recorded measurement data with regard to their data volume to a meaningful parameter with a significantly lower data volume.
  • the high computing power is required in particular because the service life of the measuring probe in the molten metal, which typically has a temperature between 1,200 ° C. and 1,600 ° C., is naturally only very limited.
  • the solution to the problem according to the invention is that the evaluation of the measurement data recorded by the measurement probe takes place on the measurement probe itself, which results in the said parameter.
  • This has the advantage that instead of the multitude of individual measured values or a corresponding multitude of individual data packets that traditionally had to be transmitted to a receiver outside the metallurgical vessel, according to the invention only the parameter has to be transmitted to the external receiver.
  • This has the advantage that the amount of data to be transmitted is significantly smaller and the available transmission capacity per unit of time can therefore advantageously be used to measure the parameter simultaneously and / or over time one after the other, preferably several times, which significantly increases the transmission reliability.
  • the parameter can be calculated from the multitude of measurement data by modeling, filtering and / or smoothing the measurement data.
  • the calculation of the parameter is differentiated according to whether the parameter represents the large number of measured data or whether the parameter is derived from these.
  • the parameter is calculated as a mathematical, physical or chemical function or as a parameter field which represents the distribution of the measurement data in a coordinate system.
  • physical or chemical basic functions stored in the software are used, which are parameterized on the measuring probe by evaluating the measurement data with the aid of the software.
  • the parameter is then a datum which represents the said basic function, the parameter additionally also including the necessary parameter values determined during the parameterization. Said date and the parameter values can, however, be written with significantly less data volume than the large number of measurement data originally recorded.
  • the characteristic variable determined in this way with a relatively small volume of data is then transmitted, according to the invention, to a receiver, typically a master computer, outside the metallurgical vessel.
  • the characteristic quantity determined in this way in the form of the said function or the parameter field represent the multitude of measurement data or their distribution as precisely as possible.
  • the parameter can also be derived from the measurement data, the parameter in this case no longer accurately representing the large number of measurement data or their distribution.
  • the physical or chemical functional relationship stored in the software on the measuring probe is used and a functional value or a result function is then calculated.
  • Characteristics derived in this way can, for example, be a quantity specification for a substance which, if possible, corresponds to the current treatment process
  • the parameter is transmitted according to the invention to another recipient outside the metallurgical vessel, e.g. B. to an aggregate which is designed to supply the desired substance to the current melting treatment process in an amount also represented by the parameter.
  • FIG. 1 shows a metallurgical vessel with the measuring probe and a receiver arranged outside
  • FIG. 2 shows the measuring probe according to the invention in detail
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment for the method according to the invention
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment for the method according to the invention
  • FIG. 5 shows a method for operating a measuring probe according to the prior art. The invention is described in detail below with reference to the figures mentioned in the form of exemplary embodiments.
  • Figure 1 shows a metallurgical vessel 200, for example one
  • a metal melt 220 is located in the vessel, on which slag 210 typically floats.
  • a measuring probe 100 is located here only by way of example at the phase boundary. The measuring probe 100 is in wireless or wired contact with receivers E1, E2 outside of the metallurgical vessel 200 for transmitting transmission signals.
  • the receiver can be, for example, a master computer E1 or a unit E2 which, on request, can supply a desired substance in a desired amount to a current treatment process of the melt.
  • FIG. 2 shows the measuring probe 100 according to the invention in detail.
  • the measuring probe is designed to carry out the method according to the invention described below.
  • it has at least one, preferably a plurality of sensors 110 for recording a physical and / or chemical measured variable relating to the molten metal or the measuring probe itself.
  • the measurement data relating to the measuring probe itself can be, for example, its spatial position and / or its location in space, its speed, its axial acceleration, its Rotational speed or its rotational acceleration in the metallurgical vessel, in particular in the melt act.
  • the measurement data relating to the melt can be, for example, its temperature or its chemical composition or its chemical state, for example the active oxygen content of the melt. All measurement data naturally relate to the local location of the measuring probe within the melt.
  • the measuring probe 100 preferably has a plurality of the above-mentioned sensors 110.
  • the sensors are designed to generate a measurement signal that represents the measurement variable.
  • the measuring probe has a conversion device 120 in the form of a microcomputer on which software or a computer program runs.
  • the software is designed to calculate a parameter from the large number of recorded measurement data which represents the large number of recorded measurement data and / or is derived from the measurement data.
  • the key figure calculated according to the invention is described by a significantly smaller data volume than the large number of measured data recorded.
  • the software is designed to generate a transmission signal which represents the parameter - instead of the measurement data, as is usual in the prior art.
  • the measuring probe comprises a transmission device 130 with at least one antenna 132 for wireless transmission of the transmission signal, ie according to the invention the code number, to the said receivers E 1, E2.
  • a redundant radio protocol is preferably used, ie preferably the measurement data or the corresponding data packets are transmitted redundantly, ie several times in succession to the receivers E1, E2, so that failed data packets can be reconstructed or their content can be reproduced.
  • the plurality of sensors 110 can be useful for the simultaneous acquisition of different measured variables or for the redundant acquisition of the same measured variables.
  • the conversion device or the microcomputer 120 and the transmission device 130 are typically arranged in a core 140 of the measuring probe.
  • the core 140 is typically surrounded by an insulating material 150 which keeps the heat of the melt away from the core 140 for as long as possible in order to keep the data processing components in a functional state for as long as possible. If the insulating material 150 is no longer able to keep the high temperatures of the melt, around 1,600 ° C. in the case of steel, from the core, the core 140 and thus the microcomputer are destroyed and the service life of the measuring probe ends.
  • FIG. 3, left-hand image shows, by way of example, the course of a large number of measurement data as can be recorded by the sensors 110 of the measurement probe 100 according to the invention.
  • the recorded measured values are evaluated directly on the measuring probe with the aid of the microcomputer located there.
  • software running on the microcomputer or a computer program running on the microcomputer recognizes that the measured values represent at least approximately a third-order polynomial curve.
  • Such a curve profile can be stored on the microcomputer in the form of a mathematical or physical basic function. If the software detects such a process, it can fall back on the correspondingly stored basic function and assign it to the measurement data. The takes place, as shown by way of example, in FIG. 3, middle.
  • the software determines the necessary parameters a, b and c.
  • the recorded measurement data are not only represented individually, but also interpolated at the same time.
  • the function determined in this way can advantageously be described by a significantly lower data volume than the large number of individual measured values, typically a few flounders or even thousands.
  • the said parameter is transmitted to the receiver E1, here for example in the form of the third-order polynomial function mentioned.
  • FIG. 3 shows an example of a parameter representing the recorded measurement data or their course.
  • FIG. 4 shows an example in which the parameter does not represent the individual measurement data or their progression, but a variable derived from these measurement values.
  • FIG. 4 left picture, shows the measurement data as they are acquired by sensors 110 of measurement probe 100. With the aid of the software running on the microcomputer 120, these recorded measured values are functionally evaluated, that is to say entered into a predetermined mathematical, physical or chemical function and then the result of this function is determined. The result of this calculation is then the characteristic variable Z according to the invention.
  • this measured variable can be for example a quantity.
  • this amount Z can represent, for example, the need for additional oxygen which should be supplied to the current treatment process of the molten metal in order to achieve an optimal treatment result.
  • the receiver E2 is preferably an aggregate which is able to introduce the requested amount Z of oxygen into the metallurgical vessel 200.
  • the parameter Z determined on the measuring probe 100 can be written with a significantly smaller amount of data than the large number of individual measured values determined.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Messsonde in einer Metallschmelze in einem metallurgischen Gefäß. Die Messsonde dient zur Erfassung von chemischen oder physikalischen Messdaten und zum Übertragen dieser Messdaten an einen außerhalb des metallurgischen Gefäßes befindlichen Empfängers E1. Um die Sicherheit bei der Übertragung von Daten von der Messsonde (100) innerhalb einer Metallschmelze (220) an den externen Empfänger E1 zu erhöhen, sieht die Erfindung vor, dass innerhalb der Metallsonde mit Hilfe einer Software eine Kenngröße berechnet wird, welche die Vielzahl der erfassten Messdaten repräsentiert und/oder aus diesen abgeleitet wird. Die Kenngröße ist durch ein wesentlich kleineres Datenvolumen beschreibbar, als die Vielzahl der einzelnen Messdaten. Anstelle der Vielzahl der Messdaten wird erfindungsgemäß dann die datenreduzierte Kenngröße an den externen Empfänger übertragen.

Description

VERFAHREN ZUM BETRIEB EINER MESSSONDE UND MESSSONDE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Messsonde in einer Metallschmelze in einem metallurgischen Gefäß zur Erfassung von chemischen oder physikalischen Messdaten. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die entsprechende Messsonde.
Derartige Messsonden und Verfahren zu deren Betrieb sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, so z. B. aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 1 648 293. Diese Offenlegungsschrift offenbart eine Messsonde in Form eines Wurfkörpers mit mindestens einem Sensor, beispielsweise in Form eines Thermoelementes zum Erfassen der Temperatur, insbesondere in einer Metallschmelze. Die Messsonde weist neben dem Sensor eine Sendeeinrichtung auf, welche beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur ein elektromagnetisches Signal generiert und drahtlos an einen Empfänger aussendet. Der Wurfkörper ist vorgesehen, in die Metallschmelze hineingeworfen zu werden und so lange ein Sendesignal auszusenden, solange er innerhalb der Metallschmelze funktionstüchtig bleibt.
Die britische Patentschrift GB 1 ,096,499 offenbart ebenfalls eine Metallsonde und ein Verfahren zum Messen der Temperatur in einer Metallschmelze in einem metallurgischen Gefäß, ohne dass dafür ein Behandlungsprozess der metallurgischen Schmelze unterbrochen werden müsste. Die Messsonde weist einen Ballastkörper auf, welcher gewährleistet, dass sich die Messsonde innerhalb der Schmelze in der Vertikalen ausrichtet. Außerdem ist die Länge der Messsonde, d. h. insbesondere der Abstand zwischen dem Ballastkörper und dem Messkopf des Sensors so bemessen, dass der Sensor der Messsonde die Temperatur der Metallschmelze auf einen vorbestimmten Höhenlevel innerhalb der Schmelze misst. Außerdem ist offenbart, dass die Messsonde eine Antriebseinrichtung aufweisen kann zum Verändern der Lage bzw. der räumlichen Ausrichtung der Messsonde der Schmelze. Bei dem Sensor der Messsonde kann es sich beispielsweise um ein Thermoelement handeln zum Erfassen der Temperatur der Schmelze. Bei den bekannten Messsonden 100 besteht das Problem, die Vielzahl der erfassten Messdaten vorzugsweise in Echtzeit an einen Empfänger E1 außerhalb des metallurgischen Gefäßes zu übertragen; siehe Figur 5, linkes Bild. Datenübertragungen aus metallurgischen Gefäßen heraus gestalten sich in der Regel deshalb schwierig, insbesondere, wenn sie in Betrieb sind. Dies gilt, weil die metallurgischen Gefäße oftmals dicke Stahlwände aufweisen, wassergekühlt werden oder weil in der Umgebung dieser metallurgischen Gefäße Störungen durch elektrische Felder auftreten. Die elektrischen Felder können beispielsweise durch einen Elektrolichtbogenofen, Antriebe oder bewegte Ladungsträger entstehen. All die genannten Probleme führen dazu, dass oftmals Datenpakete mit Messdaten bei der Übertragung verloren gehen; siehe Figur 5 mittleres Bild. Dies wiederum hat zur Folge, dass die durch die Messdaten oder deren Verlauf repräsentierte Information von dem Empfänger E1 nicht richtig ermittelt bzw. rekonstruiert werden kann. Anstelle des ursprünglichen Verlaufs in Form eines Polynoms höherer Ordnung missinterpretiert der Empfänger den Verlauf tatsächlich beispielhaft lediglich als Polynom 1. Ordnung, also als Gerade; siehe Figur 5, rechtes Bild.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren zum Betreiben einer Messsonde sowie eine bekannte Messsonde selber dahingehend weiterzubilden, dass die Sicherheit bei der Übertragung von Daten von einer Messsonde innerhalb einer Schmelze an einen externen Empfänger erhöht wird.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch Patentanspruch 1 gelöst. Demnach ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Messsonde mit Hilfe der Software eine Kenngröße berechnet wird, welche die Vielzahl der Messdaten repräsentiert und/oder aus diesen abgeleitet wird, wobei die Kenngröße durch ein kleineres Datenvolumen beschrieben wird als die Vielzahl der Messdaten; und dass das Generieren des Sendesignals derart erfolgt, dass das Sendesignal die Kenngröße anstelle der Vielzahl der Messdaten repräsentiert und an den Empfänger überträgt.
In den Ansprüchen wird begrifflich nicht zwischen Metallschmelze und Metallschlacke, die auf der Schmelze aufschwimmt, unterschieden. Selbstverständlich gilt das beanspruchte Verfahren zum Betreiben der Messsonde auch, wenn sich die Sonde innerhalb der Schlacke oder zwischen der Schmelze und der Schlacke bewegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Messsonde setzt einen sehr leistungsfähigen Mikrorechner sowie eine entsprechend gut und schnell programmierte Software voraus, die es ermöglichen, eine Vielzahl von erfassten Messdaten bezüglich ihres Datenvolumens auf eine aussagekräftige Kenngröße mit deutlich geringerem Datenvolumen zu reduzieren. Die große Rechnerleistung ist insbesondere deswegen erforderlich, weil die Lebensdauer der Messsonde in der Metallschmelze, die typischerweise eine Temperatur zwischen 1.200°C und 1 600°C aufweist, naturgemäß nur sehr begrenzt ist.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, dass die Auswertung der von der Messsonde erfassten Messdaten auf der Messsonde selber erfolgt, was im Ergebnis zu der besagten Kenngröße führt. Dies hat den Vorteil, dass anstelle der Vielzahl der einzelnen Messwerte bzw. einer entsprechenden Vielzahl von einzelnen Datenpaketen, die traditionell an einen Empfänger außerhalb des metallurgischen Gefäßes übertragen werden mussten, erfindungsgemäße nur noch die Kenngröße an den externen Empfänger übermittelt werden muss. Dies hat den Vorteil, dass die zu übertragende Datenmenge deutlich geringer ist und die zur Verfügung stehende Übertragungskapazität pro Zeiteinheit kann deshalb vorteilhafterweise genutzt werden, um die Kenngröße gleichzeitig und/oder zeitlich nacheinander, vorzugsweise mehrfach zu übertragen, was die Übertragungssicherheit deutlich erhöht.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel kann die Berechnung der Kenngröße aus der Vielzahl der Messdaten durch Modellbildung, Filterung und/oder Glättung der Messdaten erfolgen.
In der vorliegenden Beschreibung wird die Berechnung der Kenngröße dahingehend unterschieden, ob die Kenngröße die Vielzahl der Messdaten repräsentiert oder ob die Kenngröße aus diesen abgeleitet wird. In dem ersten Fall wird die Kenngröße als eine mathematische, physikalische oder chemische Funktion oder als ein Parameterfeld berechnet, welches die Verteilung der Messdaten in einem Koordinatensystem repräsentiert. Bei der Berechnung bzw. Modellbildung der Funktion oder des Parameterfeldes wird in diesem besagten ersten Fall auf in der Software hinterlegte physikalische oder chemische Grundfunktionen zurückgegriffen, welche durch Auswerten der Messdaten mit Hilfe der Software auf der Messsonde parametriert werden. Die Kenngröße ist dann ein Datum, welches die besagte Grundfunktion repräsentiert, wobei die Kenngröße zusätzlich noch die bei der Parametrierung ermittelten notwendigen Parameterwerte mit umfasst. Das besagte Datum sowie die Parameterwerte sind jedoch mit wesentlich weniger Datenvolumen beschreibbar, als die ursprünglich erfasste Vielzahl der Messdaten. Die so ermittelte Kenngröße mit relativ kleinem Datenvolumen wird dann erfindungsgemäß an einen Empfänger, typischerweise einen Leitrechner, außerhalb des metallurgischen Gefäßes übertragen. Die so ermittelte Kenngröße in Form der besagten Funktion oder des Parameterfeldes repräsentieren so gesehen möglichst genau die Vielzahl der Messdaten bzw. deren Verteilung.
Alternativ oder zusätzlich kann die Kenngröße auch aus den Messdaten abgeleitet werden, wobei die Kenngröße in diesem Fall die Vielzahl der Messdaten oder deren Verteilung nicht mehr genau repräsentiert. Zum Ermitteln werden die Messdaten in der Software auf der Messsonde hinterlegten physikalischen oder chemischen funktionalen Zusammenhang eingesetzt und es wird sodann ein Funktionswert oder eine Ergebnisfunktion berechnet. Bei so abgeleiteten Kenngrößen kann es sich beispielsweise um eine Mengenangabe für einen Stoff handeln, der nach Möglichkeit dem aktuellen Behandlungsprozess der
Metallschmelze noch zugeführt werden soll. Zu diesem Zweck wird die Kenngröße erfindungsgemäß an einen anderen Empfänger außerhalb des metallurgischen Gefäßes übermittelt, z. B. an ein Aggregat, welches ausgebildet ist, den gewünschten Stoff in einer ebenfalls durch die Kenngröße repräsentierten Menge dem aktuellen Schmelzbehandlungsprozess zuzuführen.
Zur Erhöhung der Übertragungssicherheit ist es sinnvoll, die Kenngröße als Datenpaket zeitlich nacheinander und wiederholt an die Empfänger außerhalb des metallurgischen Gefäßes zu senden.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Messsonde zum
Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst. Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Messsonde entsprechen den oben mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen von sowohl dem beanspruchten Verfahren wie auch von der beanspruchten Messsonde sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Beschreibung sind fünf Figuren beigefügt, wobei
Figur 1 ein metallurgisches Gefäß mit der Messsonde und außerhalb angeordnetem Empfänger;
Figur 2 die erfindungsgemäße Messsonde im Detail;
Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren; Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren; und Figur 5 ein Verfahren zum Betreiben einer Messsonde gemäß dem Stand der Technik zeigt. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben.
Figur 1 zeigt ein metallurgisches Gefäß 200, beispielsweise einen
Blasstahlkonverter. In dem Gefäß befindet sich eine Metallschmelze 220, auf welcher typischerweise Schlacke 210 aufschwimmt. Hier lediglich beispielhaft an der Phasengrenze befindet sich eine Messsonde 100. Die Messsonde 100 steht in drahtlosem oder in kabelgebundenem Kontakt mit Empfängern E1 , E2 außerhalb des metallurgischen Gefäßes 200 zum Übertragen von Sendesignalen. Bei dem Empfänger kann es sich beispielsweise um einen Leitrechner E1 oder um ein Aggregat E2 handeln, welches auf Anforderung einen gewünschten Stoff in einer gewünschten Menge einem aktuellen Behandlungsprozess der Schmelze zuführen kann.
Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Messsonde 100 im Detail. Die Messsonde ist ausgebildet zur Durchführung des nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu diesem Zwecke weist sie mindestens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von Sensoren 110 auf zum Erfassen einer physikalischen und/oder chemischen Messgröße betreffend die Metallschmelze oder die Messsonde selber. Bei den die Messsonde selber betreffenden Messdaten kann es sich beispielsweise um deren räumliche Position und/oder deren Lage im Raum, deren Geschwindigkeit, deren axiale Beschleunigung, deren Rotationsgeschwindigkeit oder deren Rotationsbeschleunigung in dem metallurgischen Gefäß, insbesondere in der Schmelze handeln. Bei den die Schmelze betreffenden Messdaten kann es sich beispielsweise um deren Temperatur oder deren chemisches Zusammensetzung oder deren chemischen Zustand handeln, beispielsweise den aktiven Sauerstoffgehalt der Schmelze. Sämtliche Messdaten beziehen sich selbstverständlich jeweils auf den lokalen Aufenthaltsort der Messsonde innerhalb der Schmelze, der z. B. mit Hilfe von Global Positioning System GPS nachverfolgt bzw. getrackt werden kann. In Anbetracht der nur kurzen Lebensdauer der Messsonde in der Schmelze ist es vorteilhaft, wenn eine möglichst große Vielzahl von Messdaten gleichzeitig erfasst werden. Zu diesem Zweck weist die Messsonde 100 vorzugsweise eine Vielzahl der o. g. Sensoren 110 auf. Die Sensoren sind ausgebildet zum Erzeugen eines Messsignals, welches die Messgröße repräsentiert.
Neben den Sensoren weist die Messsonde eine Umwandlungseinrichtung 120 auf in Form eines Mikrorechners, auf welchem eine Software bzw. ein Computerprogramm abläuft. Die Software ist erfindungsgemäß ausgebildet, aus der Vielzahl der erfassten Messdaten eine Kenngröße zu berechnen, welche die Vielzahl der erfassten Messdaten repräsentiert und/oder aus den Messdaten abgeleitet wird. In jedem Fall ist die erfindungsgemäße berechnete Kennzahl durch ein wesentlich kleineres Datenvolumen beschrieben, als die Vielzahl der erfassten Messdaten. Weiterhin ist die Software erfindungsgemäß ausgebildet, ein Sendesignal zu generieren, welches die Kenngröße - anstelle wie im Stand der Technik üblich, die Messdaten - repräsentiert. Schließlich umfasst die Messsonde eine Übertragungseinrichtung 130 mit mindestens einer Antenne 132 zum drahtlosen Übertragen des Sendesignals, d. h. erfindungsgemäß der Kennzahl, an die besagten Empfänger E 1 , E2. Wiederum in Anbetracht der nur sehr begrenzten Lebensdauer der Messsonde ist es vorteilhaft, wenn diese mehrere Antennen 132 aufweist zum gleichzeitigen Übertragen des Messsignals an die Empfänger. Vorzugsweise wird ein redundantes Funkprotokoll verwendet, d. h. vorzugsweise werden die Messdaten bzw. die entsprechenden Datenpakete redundant, d. h. mehrfach zeitlich hintereinander an die Empfänger E1 , E2 übertragen, so dass ausgefallene Datenpakete rekonstruiert werden können bzw. deren Inhalt reproduziert werden kann. Die Mehrzahl der Sensoren 110 kann sinnvoll sein zum gleichzeitigen Erfassen unterschiedlicher Messgrößen oder zum redundanten Erfassen gleicher Messgrößen.
Wie in Figur 2 zu erkennen ist, sind die Umwandlungseinrichtung bzw. der Mikrorechner 120 und die Übertragungseinrichtung 130 typischerweise in einem Kern 140 der Messsonde angeordnet. Der Kern 140 ist typischerweise umgeben von einem isolierenden Material 150, welches die Wärme der Schmelze möglichst lange von dem Kern 140 abhält, um die datenverarbeitenden Komponenten möglichst lange in funktionsfähigem Zustand zu halten. Wenn das isolierende Material 150 nicht mehr in der Lage ist, die hohen Temperaturen der Schmelze, bei Stahl ca. 1.600°C, von dem Kern abzuhalten, wird der Kern 140 und damit der Mikrorechner zerstört und dann endet die Lebensdauer der Messsonde.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Messsonde unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 beispielhaft beschrieben:
Figur 3, linkes Bild, zeigt die beispielhaft den Verlauf von einer Vielzahl von Messdaten, wie sie von den Sensoren 110 der erfindungsgemäßen Messsonde 100 erfasst werden können. Die erfassten Messwerte werden unmittelbar auf der Messsonde mit Hilfe des dort befindlichen Mikrorechners ausgewertet. Bei der Auswertung erkennt eine auf dem Mikrorechner ablaufende Software bzw. ein auf dem Mikrocomputer ablaufendes Computerprogramm, dass die Messwerte zumindest näherungsweise einen polynominalen Verlauf dritter Ordnung repräsentieren. Ein solcher Kurvenverlauf kann auf den Mikrorechner in Form einer mathematischen oder physikalischen Grundfunktion hinterlegt sein. Wenn die Software einen solchen Verlauf erkennt, kann sie auf die entsprechend hinterlegte Grundfunktion zurückgreifen und diese den Messdaten zuordnen. Das erfolgt, wie beispielhaft dargestellt, in Figur 3, Mitte. Der dort beispielhaft abgebildete Verlauf der Messdaten dritter Ordnung lässt sich beispielsweise durch folgende Funktion beschreiben: f(x), t) = a * x3 (t) + b * x2 (t) + c * x (t).
Neben dieser Grundfunktion ermittelt die Software darüber hinaus die notwendigen Parameter a, b und c. Mit dieser vollständigen Funktionsangabe, d. h. mit der Grundfunktion und den Parameterwerten sind die erfassten Messdaten nicht nur einzeln repräsentiert, sondern gleichzeitig auch bereits interpoliert. Vorteilhafterweise lässt sich die so ermittelte Funktion durch ein wesentlich geringeres Datenvolumen beschreiben, als die Vielzahl von einzelnen Messwerten, typischerweise einige Flundert oder gar Tausend. Anstelle der Vielzahl der einzelnen Messwerte wird erfindungsgemäß die besagte Kenngröße, hier beispielsweise in Form der genannten Polynomfunktion dritter Ordnung an den Empfänger E1 übertragen. Weil auf diese Weise erfindungsgemäß nur ein wesentlich geringeres Datenvolumen übertragen werden muss als im Stand der Technik, kann die eventuell vorhandene weitere Übertragungskapazität genutzt werden, um die ermittelte Funktion redundant zu übertragen, was die Sicherheit des Empfangs beim Empfänger deutlich erhöht. Figur 3 zeigt ein Beispiel für eine die erfassten Messdaten bzw. deren Verlauf repräsentierende Kenngröße.
Im Unterschied zu Figur 3 zeigt Figur 4 ein Beispiel, bei welchem die Kenngröße nicht die individuellen Messdaten bzw. deren Verlauf repräsentiert, sondern eine aus diesen Messwerten abgeleitete Größe. Figur 4, linkes Bild, zeigt die Messdaten, wie sie von den Sensoren 110 der Messsonde 100 erfasst werden. Mit Hilfe der auf dem Mikrorechner 120 ablaufenden Software werden diese erfassten Messwerte funktional ausgewertet, d. h. in eine vorgegebene mathematische, physikalische oder chemische Funktion eingegeben und sodann das Ergebnis dieser Funktion ermittelt. Das Ergebnis dieser Berechnung ist dann die erfindungsgemäße Kenngröße Z. In Figur 4 kann es sich bei dieser Messgröße beispielsweise um eine Mengenangabe handeln. Konkret kann diese Mengenangabe Z beispielsweise den Bedarf an zusätzlichem Sauerstoff repräsentieren, welcher dem aktuellen Behandlungsprozess der Metallschmelze zugeführt werden sollte, um ein optimales Behandlungsergebnis zu erzielen. Zu diesem Zweck werden dann nicht die einzelnen Messdaten, sondern die bereits auf der Messsonde 100 vorberechnete Kenngröße Z an den Empfänger E2 übertragen, vorzugsweise redundant. Bei dem Empfänger E2 handelt es sich vorzugsweise um ein Aggregat, welches in der Lage ist, die angeforderte Menge Z an Sauerstoff in das metallurgische Gefäß 200 einzuleiten. Auch hier ist erfindungsgemäß die auf der Messsonde 100 ermittelte Kenngröße Z mit einer wesentlich geringeren Datenmenge beschreibbar, als die Vielzahl der ermittelten einzelnen Messwerte.
Bezugszeichenliste
100 Messsonde
110 Sensor
115 Messleitung
120 Mikrorechner
130 Übertragungseinrichtung 132 Antenne
140 Kern der Messsonde 150 Gehäuse der Messsonde 200 metallurgisches Gefäß 210 Schlacke
220 Schmelze
E1 Empfänger
E2 Empfänger
f Funktion
Z Mengenangabe

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Messsonde (100) in einer Metallschmelze (220) in einem metallurgischen Gefäß (200), wobei die Messsonde einen Mikrorechner (120) aufweist auf welchem eine Software abläuft, aufweisend folgende Schritte:
- Einbringen der Messsonde (100) in die Metallschmelze (220);
- Mithilfe der Messsonde: Erfassen einer Vielzahl von physikalischen und/oder chemischen Messdaten die Metallschmelze oder die Metallsonde selber betreffend;
- Generieren eines Sendesignals durch Ablaufen der Software auf dem Mikrorechner (120); und
- Übertragen des Sendesignals an einen Empfänger (E1 , E2) außerhalb des metallurgischen Gefäßes (200);
dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb der Messsonde (100) mit Hilfe der Software eine Kenngröße berechnet wird, welche die Vielzahl der Messdaten repräsentiert und/oder aus diesen abgeleitet wird, wobei die Kenngröße durch ein kleineres Datenvolumen beschrieben wird als die Vielzahl der Messdaten; und dass das Generieren des Sendesignals derart erfolgt, dass das
Sendesignal die Kenngröße anstelle der Vielzahl der Messdaten
repräsentiert und an den Empfänger überträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Berechnung eine Modellbildung, eine Filterung und/oder Glättung der Messdaten vorsieht.
3. Verfahren einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngröße als eine die Vielzahl der Messdaten oder deren
Verteilung repräsentierende mathematische oder physikalische Funktion, ein Parameterfeld oder chemische Funktion (F) berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Berechnung bzw. Modellierung der Funktion (F) oder des Parameterfeldes auf eine in der Software hinterlegte mathematische, physikalische oder chemische Grundfunktion zurückgegriffen wird, welche durch Auswerten der Messdaten mit Hilfe der Software auf der Messsonde den Messdaten zugeordnet und parametriert wird; und
dass als Kenngröße ein die Grundfunktion repräsentierendes Datum und die bei der Parametrierung ermittelten notwendigen Parameterwerte an den Empfänger (E1 , E2) übertragen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die abgeleitete Kenngröße als ein Funktionswert oder als eine
Ergebnisfunktion berechnet wird durch Einsetzen von zumindest einem Teil der Vielzahl der Messdaten in einen in der Software hinterlegten
physikalischen oder chemischen funktionalen Zusammenhang.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei der abgeleiteten Kenngröße um eine Mengenangabe (Z) für einen Stoff, beispielsweise ein Legierungselement oder Sauerstoff, handelt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mengenangabe für den Stoff als Kenngröße an ein den Stoff bereitstellendes Aggregat als Empfänger in der Umgebung des
metallurgischen Gefäßes übertragen wird; und
dass das Aggregat die gewünschte Menge des Stoffes, vorzugsweise noch während eines laufenden Produktionsprozesses, der Metallschmelze in dem metallurgischen Gefäß (200) zuführt.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kenngröße als Datenpaket zeitlich nacheinander wiederholt an den Empfänger (E1 , E2) gesendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Datenvolumen der Kenngröße größenordnungsmäßig um einige Zehnerpotenzen kleiner ist als das Datenvolumen der Vielzahl der einzelnen Messdaten.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den die Messsonde (100) selber betreffenden Messdaten beispielsweise um deren räumliche Position und/oder Lage, deren
Geschwindigkeit, deren axiale Beschleunigung, deren
Rotationsgeschwindigkeit oder deren Rotationsbeschleunigung in dem metallurgischen Gefäß, insbesondere in der Metallschmelze (220) handelt.
11.Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den die Metallschmelze betreffenden Messdaten beispielsweise um deren Temperatur und/oder deren chemische
Zusammensetzung oder Zustand, beispielsweise den aktiven
Sauerstoffgehalt der Schmelze, gemessen jeweils am lokalen Aufenthaltsort der Messsonde, handelt.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei dem metallurgischen Gefäß (200) um einen
Blasstahlkonverter handelt.
13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erfassung der Vielzahl von physikalischen und/oder chemischen Messdaten zumindest teilweise gleichzeitig erfolgt.
14. Messsonde (100) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
vorangegangenen Ansprüche, aufweisend
mindestens einen Sensor (110), vorzugsweise eine Mehrzahl von Sensoren zum Erfassen einer physikalischen und/oder chemischen Messgröße betreffend eine Metallschmelze oder die Messsonde selber und zum
Erzeugen eines Messsignals, welches die Messgröße repräsentiert;
eine Umwandlungseinrichtung (120) in Form eines Mikrorechners, auf welchem eine Software abläuft, wobei die Software ausgebildet ist zum Umwandeln der erfassten Messdaten in ein Sendersignal; und
eine Übertragungseinrichtung (130) mit mindestens einer Antenne (132) zum drahtlosen oder drahtgebundenen Übertragen des Sendesignals an einen Empfänger (E1 , E2);
dadurch gekennzeichnet,
dass die Software ausgebildet ist, aus der Vielzahl der erfassten Messdaten eine Kenngröße zu berechnen, welche die Vielzahl der Messdaten repräsentiert und/oder aus den Messdaten abgeleitet wird, wobei die Kennzahl durch ein kleines Datenvolumen beschreibbar ist als die Vielzahl der Messdaten; und dass die Software weiterhin ausgebildet ist, das Sendesignal derart zu generieren, dass es die Kenngröße repräsentiert.
15. Messsonde (100) nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Software in Verbindung mit dem Mikrorechner ausgebildet ist, die Kennzahl durch Modellbildung, Filterung oder Glättung aus der Vielzahl der Messdaten zu berechnen.
16. Messsonde (100) nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messsonde (100) eine Mehrzahl von Sensoren (110) aufweist zum gleichzeitigen Erfassen unterschiedlicher Messgrößen oder zum
redundanten Erfassen einer der Messgrößen.
17. Messsonde (100) nach Anspruch 14, 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messsonde eine Mehrzahl von Antennen (132) aufweist zum gleichzeitigen redundanten Übertragen des Sendesignals.
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