DE19647713A1 - Verfahren zur Erfassung eines Pegels von flüssigem Metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels von flüssigem Metall in einem Gefäß.

Für das Dosieren von flüssigem Metall aus einem Do­ sierofen muß die in dem Dosierrohr ansteigende Me­ tallsäule in ihrer Höhe erfaßt werden, da abhängig von dieser Erfassung die Dosiermenge berechnet wird. Es ist auch möglich, abhängig von der Erfassung der Höhe der Metallsäule unter Berücksichtigung anderer Parameter, zum Beispiel verschiedene Drücke, die Höhe des Flüssigkeitspegels im Ofen zu bestimmen. Aus der US 4 220 319 ist eine Sensoranordnung für Dosieröfen bekannt, bei der der Sensor aus einer senkrecht oder fast senkrecht zur Metalloberfläche stehenden Metall­ nadel besteht, die bei Kontaktierung mit der Flüssig­ metalloberfläche ein Signal abgibt. Um den Verschleiß der Sensoranordnung zu verringern, wird die Metall­ nadel durch ein automatisiertes mechanisches System bei Kontaktierung von der Metalloberfläche wegge­ schwenkt. Diese bekannte Anordnung hat verschiedene Nachteile, insbesondere ist das mechanische Schwenk­ system sehr aufwendig und teuer und trotz des Schwen­ kens ist der Verschleiß durch Ablagerungen und der­ gleichen an der Metallnadel relativ groß.

In der Praxis ist durch den bedingten Verschleiß der Metallnadel ein Schleifen, Reinigen oder der Aus­ tausch der Nadel notwendig, so daß die Abtastposi­ tion über einen längeren Zeitraum nicht gehalten wer­ den kann. Ferner sind in der Praxis keine Justierhil­ fen bekannt, die eine reproduzierbare Abtastung er­ möglichen. Insbesondere ist die Abtastposition im Verhältnis zur Auslaufkante des Dosierrohres bei Do­ sieröfen von besonderer Bedeutung. Die Nadel sollte für eine gute reproduzierbare Dosierung genau die Auslaufposition des Flüssigmetalls an der Auslaufkan­ te des Dosierrohres erfassen (Nadel und Auslaufkante müssen auf gleicher Höhe sitzen). Die Erfassung wird aber in der Praxis nicht nur durch obengenannte War­ tungs- und Instandsetzungsarbeiten an der Metallnadel verschoben sondern auch durch den Austausch des Do­ sierrohres, dessen Einbauhöhe direkt die Position der Auslaufkante bestimmt. Bedingt durch fertigungstech­ nische Toleranzen im Feuerfestbereich kann der Einbau eines neuen Dosierrohres sowie einer neuen Dichtung etc. die Auslaufkante um bis zu 10 mm in senkrechter Höhe verschieben.

Bei Dosieröfen bewirkt eine Verschiebung der Abtast­ position im Verhältnis zur Auslaufkante durch oben­ genannte Maßnahmen von zum Beispiel 5 mm eine Ände­ rung des ausdosierten Metallgewichts von typisch 4%.

Gefordert wird eine Dosiergenauigkeit von 1 bis 2%. Aufgrund des schlechten Zuganges und der Hitze, die in dem Abtastbereich herrscht, wird in der Praxis die Nadel nicht nachjustiert, sondern es werden die Druck- oder Zeitparameter der Dosierung bzw. bei uns das Dosiergewicht, welches bekanntlich nach der In­ tegralmethode (Druck über Zeit) bestimmt wird, geän­ dert, um die Verfälschung des Dosiergewichtes zu kom­ pensieren. Dies hat den Nachteil, daß Gießer, die die Dosierparameter verschiedener Gießteile gespeichert haben, immer wieder Korrekturen dieser gespeicherten Werte vornehmen müssen, da die Abtastverhältnisse und damit die Dosierung eben nicht konstant bleiben.

Aus der DE-OS 44 20 712 ist weiterhin eine Sensoran­ ordnung zur Erfassung des Pegels von flüssigem Metall bekannt, bei der der Sensor aus elektrisch leitender Keramik besteht und in die Wand des Gefäßes oder ei­ nes Steigrohrs bündig eingesetzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zum Erfassen eines Pegels von flüssigem Me­ tall zu schaffen, die den Pegel mit guter Genauigkeit erfaßt und einfach und kostengünstig im Aufbau ist, wobei keine Metall(oxid)reste am Sensor haften blei­ ben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Dadurch, daß eine als Rohr ausgebildete Sonde mit einer Gasquelle verbunden ist und Gas mit einem vor­ bestimmten Druck durch die Sonde und aus ihrer Spitze in relativer Zuordnung zu dem flüssigen Metall aus­ strömt, und daß eine Druckmeßvorrichtung vorgesehen ist, die bei Annäherung der Sonde und des flüssigen Metalls relativ zueinander die Druckänderung in der Sonde aufgrund der geänderten Gasströmungsverhältnis­ se erfaßt und bei einem zuvor bestimmten Druckschwel­ lenwert ein Signal für die Erfassung des Pegels ab­ gibt, wird eine einfache Vorrichtung zur Erfassung des Pegels von flüssigem Metall zur Verfügung ge­ stellt, die kostengünstig ist und trotzdem mit guter Sicherheit den Pegel erfaßt.

Das verschleißfreie und fest eingebaute Abtastsystem hat den Vorteil, daß die Abtastverhältnisse konstant bleiben. Einerseits ändert sich die Höhe der Abtast­ position des Keramikröhrchens nicht (fest eingebaut), zum anderen nicht dessen Position relativ zur Aus­ laufkante (fest eingebaut). Das heißt, die Abtastver­ hältnisse bleiben konstant, selbst wenn das Dosier­ rohr mal höher oder tiefer im Dosierofen eingebaut ist.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich. Das Rohr bzw. die Sonde kann in die Wand oder das Steigrohr eines Dosierofens fest einge­ setzt werden, wobei bei Passieren des Flüssigkeits­ pegels an dem Steigrohr das gewünschte Signal abgege­ ben wird. Vorzugsweise besteht die Sonde aus Keramik und es haftet kein Metall an der Sonde. Die Vorrich­ tung zum Erfassen des Pegels nach der Erfindung kann zur Bestimmung der Höhe eines Flüssigkeitsspiegels bestimmt werden, wobei dann vorzugsweise die Sonde relativ zum Metallspiegel bewegt wird und zusätzlich zu dem Druck der Weg der Sonde von einer vorbestimm­ ten Ausgangsstellung bis zu der Abgabe des Signals für die Erfassung des Flüssigkeitsspiegels gemessen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch ein Dosierofen mit Steigrohr, und

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht des Endes der in die Steigrohrwand eingesetzten rohrförmigen Sonde.

Fig. 1 zeigt einen Dosierofen 1, in dem flüssiges Metall zum Beispiel Aluminium in einem Bad 2 aufge­ nommen ist. In den Dosierofen 1 ist ein Steigrohr 3 eingesetzt, das durch die Wandung 4 des Ofens 1 nach außen geführt ist. Über das Steigrohr 3 wird in be­ kannter Weise flüssiges Metall ausdosiert. Für das Ausdosieren ist es notwendig, daß die Höhe der Me­ tallsäule genau erfaßt wird, wobei für diese Erfas­ sung eine pneumatische Sensorvorrichtung 6 verwendet wird.

Die pneumatische Sensorvorrichtung weist eine als Rohr ausgebildete Sonde 5 auf, die vorzugsweise aus Keramik besteht, und die gemäß Fig. 2 in die Wand 7 des Steigrohrs 3 eingesetzt ist. Dazu ist beispiels­ weise in der Wand 7 eine Stufenbohrung 8 vorgesehen, wobei in dem Bohrungsteil mit größerem Durchmesser das Ende der Sonde 5 von außen in die Steigrohrwand 7 eingepreßt und/oder eingeklebt ist, und wobei der kleinere Durchmesser der Stufenbohrung 8 in etwa dem Innendurchmesser des Rohrs 5 entspricht. Die Sonde 5 ist über eine Druckmeßeinrichtung 9 mit einer Gas­ quelle 10 verbunden. Die Gasquelle liefert Gas mit einem bestimmten Druck an die Sonde 5, das aus ihrem vorderen Ende und durch die Bohrung 8 ausströmt. Wenn sich der Metallspiegel in dem Steigrohr dem Ende der Sonde nähert, verändern sich die Strömungsverhältnis­ se am Ende der Sonde und es tritt eine Druckänderung in der Sonde auf. Diese Druckänderung wird von der Druckmeßvorrichtung 9 bestimmt.

Um den Pegel des flüssigen Metalls genau erfassen zu können, wird vor den eigentlichen Messungen die Druckkurve bei der Annäherung bzw. beim Ansteigen des Pegels gemessen und es wird ein Druckschwellenwert bestimmt, bei dem der Pegel eine vorbestimmte Zuord­ nung zu dem Ende der Sonde 5 aufweist. Die Druckmeß­ vorrichtung 9 gibt dann ein entsprechendes Signal an ihrem Ausgang 11 zu den weiteren Auswerte-Steuer/Re­ geleinrichtungen.

Als Druckmeßvorrichtung 9 ist jede Meßeinrichtung zur Messung des Drucks in dem Rohr 5 geeignet. Beispiels­ weise kann eine Brückenschaltung verwendet werden, bei der zwei Drosseln festen Querschnitts in Parallelschaltung mit der Gasquelle 10 verbunden sind. Der Ausgang der ersten Drossel ist mit einer Drossel variablen Querschnitts verbunden und der Aus­ gang der zweiten Drossel mit der Sonde 5. Zwischen den Ausgängen der ersten und zweiten Drossel festen Querschnitts ist ein Meßkolben angeordnet, der sich auf Druckschwankungen in seiner Lage verändert. Durch Einstellen der veränderlichen Drossel kann die Meß­ einrichtung so abgeglichen werden, daß am Meßkolben auf beiden Seiten im wesentlichen der Druck anliegt. Wenn die Strömungsverhältnisse an der Spitze der Sonde 5, das heißt an der Bohrung 8, sich aufgrund des Heranführens bzw. Vorbeiführens des Metallspiegels ändert, verändert sich die Lage des Meßkolbens, wo­ durch eine Aussage über den vorhandenen Druck gemacht werden kann. Die Lage des Meßkolbens kann beispiels­ weise über einen Reed-Kontakt erfaßt werden.

In einer anderen Form wird ein sogenannter Druckwel­ lenschalter verwendet, dessen Einstellbereich etwa zwischen 0,5 und 5 mbar liegt. Diese Schalter besit­ zen im Innern eine Membran, auf der ein Kontakt ange­ bracht ist. Die eine Seite der Membran steht mit dem Umgebungsdruck in Verbindung, die andere Seite ist mit dem Abtaströhrchen oder Sonde 5 verbunden. Wird nun das Abtaströhrchen 5 mit einer Flüssigkeit ver­ schlossen, steigt der Druck im Abtaströhrchen 5 und damit auf einer Seite der Membran und diese wird ge­ gen einen feststehenden Kontakt gedrückt, so daß der Kontakt auf der Membran mit dem feststehenden in Be­ rührung kommt. Dadurch wird ein Stromfluß bei Errei­ chen der Druckansprechschwelle ermöglicht.

Die Verstellung der Druckempfindlichkeit erfolgt ein­ fach durch das Verstellen des Abstandes des festste­ henden Kontaktes zur Membran mit Hilfe einer Schrau­ be, die mit einer Skala versehen ist. Je nach Stel­ lung der Schraube ist der feststehende Kontakt mehr oder weniger weit von dem Membrankontakt entfernt, so daß auch mehr oder weniger Druck aufwendet werden muß, um beide Kontakte in Berührung zu bringen.

In dem in Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbei­ spiel ist die Sonde fest installiert, während sich der Flüssigkeitsspiegel in bezug auf die Sonde be­ wegt. Es ist auch denkbar, daß die Sonde 5 verschieb­ bar bzw. verschwenkbar angeordnet ist und der Flüs­ sigkeitsspiegel durch Heranführen an einen momentan feststehenden Flüssigkeitsspiegel erfaßt wird. Bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise die Höhe eines Badspiegels bestimmt werden, wobei die Aus­ gangslage der mit der Gasquelle verbundenen Sonde vorher bekannt ist und die Sonde über einen gemesse­ nen Weg an den Spiegel herangeführt wird. Bei einem bestimmten Druck, bei dem die Sonde eine bekannte Zuordnung zu dem Badspiegel aufweist, wird der Weg bestimmt und aus den Meßwerten kann die Badhöhe be­ rechnet werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels von flüs­ sigem Metall in einem Gefäß, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Rohr ausgebildete Sonde (5) mit einer Gasquelle (11) verbunden ist und Gas mit einem vorbestimmten Druck durch die Sonde und aus ihrem offenen Ende in relativer Zuordnung zu dem flüssigen Metall ausströmt, daß eine Druck­ meßvorrichtung (9) vorgesehen ist, die bei Annä­ herung zwischen der Sonde (5) und dem flüssigen Metall den Druck in der Sonde erfaßt und daß bei einem zuvor bestimmten Druckschwellenwert die Druckmeßvorrichtung (9) ein Signal für die Er­ fassung des Pegels bei einer vorgegebenen be­ stimmten Zuordnung zwischen Sonde und flüssigem Metall abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sonde (5) in die Wand des Ge­ fäßes (1) oder eines in dem Gefäß (1) vorgesehe­ nen Steigrohrs (3) fest eingesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sonde aus Keramik besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde in eine Bohrung eingepreßt und/oder eingeklebt ist.

5. Dosierofen mit einer Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Dosieren von flüssigem Metall abhängig von dem von der Druckmeßvorrichtung abgegebenen Si­ gnal zur Erfassung des Pegels.