DE2757785C3

DE2757785C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Niveauhöhe einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, insbesondere einer metallischen Schmelze

Info

Publication number: DE2757785C3
Application number: DE19772757785
Authority: DE
Inventors: Reinhard W. Dr.-Ing. Zuerich Theiler (Schweiz)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1981-01-29
Also published as: DE2757785B2; DE2757785A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Art. Sie bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptanspruch, insbesondere an einem Metallschmelzofen.

Durch die DE-PS 3 69 611 ist eine Vorrichtung zur elektrischen Fernübertragung des Standes von Flüssigkeitssäulen bekannt, wobei im Bereich des Flüssigkeitsniveaus mittels an der Behälterwand angebrachter stromdurchflossener Spulen Wechselspannungen erzeugt werden, die innerhalb der Flüssigkeit Ströme induzieren, die der Anzeige und als Maß für die Füllhöhe der elektrisch leitenden Flüssigkeit dienen. — Hierbei wird der jeweilige Niveaustand der Flüssigkeit durch eine Transformator-Anordnung gemessen, bei der der stromdurchflossene Kern des Transformators im Innern der Flüssigkeit angeordnet ist — Ein solches Verfahren ist daher weder bei aggressiven, noch bei Flüssigkeiten hoher Temperatur wie Schmelzen anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die auch bei aggressiven Flüssigkeiten sowie bei Flüssigkeiten hoher Temperatur, z. B. bei Schmelzen, anwendbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs vor. Die Merkmale der Unteransprüche dienen der Verbesserung und Weiterbildung des Verfahrens nach dem Hauptanspruch bzw. kennzeichnen sie die der Ausübung des Verfahrens dienende Vorrichtung. Der Vorteil des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß unter Abkehr von der Messung des Flüssigkeitsniveaus mit Hilfe eines Transformators mit Kern (DE-PS 3 69 611) und der Anwendung des Prinzips des kernlosen Induktionsofens nicht nur Messung bei aggressiven und heißen Flüssigkeiten möglich ist, sondern auch eine vollständig verschleißfreie Meßmethode geschaffen wird, deren Genauigkeit im allgemeinen für alle vorkommenden Messungen genügt Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglichen auch das Messen des

is Flüssigkeitsniveaus von einer Bezugsebene unterhalb oder oberhalb des Flüssigkeitsbehälters unabhängig vom Stand des Flüssigkeitsniveaus in dem Behälter, d. h. bei gegebenem Flüssigkeitsniveau kann die Höhe des Behälters z. B. dessen Auslauföffnung gegenüber einer

Rinne, gemessen und gesteuert werden.

Auf der Zeichnung sind im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung erläutert und zwar zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung ein Schmelzegehäuse sowie den außerhalb desselben angeordneten Meßtransformator vi\d

Fig.2 eine Vorrichtung für die Steuerung der Kokillenbewegung beim Elektroschlackeumschmelz verfahren.

In der F i g. 1 bedeutet 1 ein kastenartiges Gehäuse, das in die Wandung eines Gefäßes eingelassen ist in dem die erfindungsgemäße Niveauregelung vorgenommen werden soll. Dieses Gehäuse wird vorteilhaft aus austenistischem Stahl hergestellt 2 ist ein Deckel für den Abschluß des Gehäusekastens nach außen. Der Innenraum 3 ist je nach der Höhe der Temperatur, die in dem Regelgefäß 4 herrscht, mehr oder minder stark gekühlt, beispielsweise durch Einführen und Abführen von Kühlwasser in an sich bekannter Weise. Die Innenwand des Gehäuses liegt direkt gegen die fluiden Stoffe in dem Regelgefäß an. Im vorliegenden Fall soll beispielsweise das Niveau in einem Gefäß geregelt werden, in dem sich eine Metallschmelze mit darüber liegender Schlacke befindet. 5 ist die Metallschmelze, 6 ist die Schlacke, 7 ist das einzuregelnde Niveau. In dem Gehäuseraum 3 befindet sich ein aus Trafoblech in bekannter Weise hergestelltes Joch 8 mit 3 Spulenträgern. Auf dem unteren Spulenträger befindet sich die Arbeitsspule 9, auf dem oberen Spulenträger die Arbeitsspule 10 und auf dem mittleren Spulenträger die Meßspule 11. Die Arbeitsspulen 9 und 10 sind hintereinander geschaltet Über die Kontakte 12 und 13 wird diesen Spulen ein Arbeitswechselstrom zugeleitet.

Über die Kontakte 14 und 15 wird aus der Meßspule 11 eine induzierte Spannung abgeleitet, deren Größe in charakteristischer Weise von der Höhe des Niveaus 7 in dem angrenzenden Gefäß abhängt und die für die Kenntlichmachung der Niveauhöhe herangezogen wird.

Diese an den Kontakten 14 und 15 gemessene Spannung wird schließlich dazu herangezogen, um Maßnahmen durchzuführen, die dazu dienen, die Niveauhöhe 7 so zu verändern, daß sie gerade in der Höhe der Meßspule 11 zum Stehen kommt. Diese Einstellung wird insbesondere re dadurch ermöglicht, daß die Spannung an den Kontakten 14 und 15 dann einen extremalen Wert hat, wenn die Niveauhöhe 7 mit der Achse der Meßspule 11 zusammenfällt.

Das vorangehend dargestellte Arbeitsprinzip der Erfindung kann für verschiedene Verfahren angewandt werden, bei denen eine Niveauregelung für elektrisch leitende fluide Stoffe notwendig ist. Im metallurgischen Bereich liegen wichtige Anwendungsmöglichkeiten vor allem bei der Niveauregelung für das zu vergießende Metall innerhalb der Stranggußkokille, bei der Niveauregelung im Zusammenhang mit dem Elektroschlackenschweißen und schließlich bei der Niveauregelung für das Elektroschlackeumschmelzverfahren, wobei für die letztere Verfahrensweise die Anwendbarkeit sowohl bei der sogenannten Hebekokille wie auch bei der sogenannten Trichterkokille gegeben ist

Im folgenden wird die Anwendung der Erfindung auf das Elektroschlackeumschmelzverfahren mit Hebekokille beispielhaft beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Hebekokille nach Maßgabe der Erstarrung des Blocks im Unterteil der Kokille nach oben verschoben.

In der F i g. 2 ist die Anwendung der Erfindung auf die Regelung beziehungsweise Steuerung der Kokillenbewegung beim Elektroschlackeumschmelzverfahren mit Hebekokille schematisch dargestellt In dec Fig.2 bedeutet 16 die Abschmelzelektrode, 17 die wassergekühlte aus Kupfer bestehende Hebekokille. 18 ist der erstarrte Block, S ist das flüssige Metall und die 6 die flüssige Schlacke, 7 ist das Niveau des flüssigen Metalls auf das die Hebekokille mitsamt der Abschmelzelektrode laufend und möglichst kontinuierlich einreguliert werden muß. 19 ist der Tragarm, der mit der Hebekokille und der Abschmelzelektrode — letzteres ist in der Skizze nicht besonders dargestellt — fest verbunden ist und der mittels der Spindel 20 durch Umdrehung derselben aufwärts bewegt wird. 21 ist der Elektromotor, mittels dessen die Spindel 20 in Umdrehung versetzt wird. 22 ist die Stelle in der Kupferkokille, an der die Meßvorrichtung gemäß F i g. 1 eingesetzt ist 23 ist eine schematische Darstellung des Gehäusekastens mit der Meßvorrichtung gemäß F i g. 1, in deren Meßspule (11 in F ig. 1) durch die im Innern der Kokille induzierten Wirbelströme die Meßspannung induziert wird. 24 ist ein Spannungsverstärker für die in der Meßspule (11 in F i g. 1) erzeugten Signale.

25 ist ein Speicher der sämtliche notwendigen Grenz- und Steuerwerte enthält, um aus dem Vergleich mit den aus 24 eingehenden Werten dem Umsetzer 26 Signale zum Betrieb des Hebemotors 21 zuzuführen, so daß ein gleichmäßig intermittierendes, feinauflösendes Bewegen — vornehmlich Anheben der Hebekokille 17 erzielt

27 ist ein Hochfrequenzgenerator, der das Wechselspannungssignal für die Arbeitsspulen (9 und 10 in F i g. 1) liefert 28 ist ein Netzgerät zur Speisung von 24, 25,26 und 27.

Versuche haben gezeigt, daß mittels des zuvor beschriebenen Niveauregelungs-Mechanismus die Höhe der Hebekokille beim Elektroschlackeumschmelzen von Stahl ±5 mm in Bezug auf den gewünschten Sollwert eingestellt werden kann.

Wie schon zuvor mitgeteilt ist die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung nicht auf das Elcktroschlackeumschmelzen beschränkt sondern es sind vielfältige Anwendungsmöglichkeiten gegeben, wenn die Höhe die ein leitendes fluides Material in einem Gefäß einnimmt festgestellt oder reguliert werden soll.

Die Anwendung der Erfindung empfiehlt sich immer dann, wenn der Innenraum eines das fluide Material enthaltenden Gefäßes zur direkten — zum Beispiel optischen — Messung nicht zugänglich irr.

Gegebenenfalls können die Meßgwäte nach der Erfindung ortsbeweglich gestaltet werden, so daß sie an Vorratsbehälter oder Reaktionsbehälter zur Vornahme von Messungen von außen in die Wand eingeführt und nach erfolgter Messung wieder entfernt werden. Diese Arbeitsweise ist zum Beispiel zweckmäßig, wenn es sich um die Feststellung des Niveaus einer metallischen Schmelze in einer Pfanne handelt, in der die Schmelze zwecks Raffination mit einer Reaktionoschlacke behandelt werden soll.

Eine weitere wichtige Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist neben den obengenannten Beispielen die Steuerung des kontinuierlichen Einschmelzens von Metallen, insbesondere von Eisenschwamm, in einem Schmelzofen, aus dem das Metall entweder durch einen Überlauf (Syphon) oder durch einen gesteuerten Ablaß, wie durch ein ventilartiges Organ, kontinuierlich oder diskontinuierlich abgelassen wird. In diesem Fall wird erfindungsgemäß mittels der in der Meßspule entstehenden Spannung die Zugabe von Schmelzgut in den Ofen, wie durch die Beeinflussung der Geschwindigkeit eines Aufgabebandes, gesteuert, oder die Auslaßgeschwindigkeit für das geschmolzene Produkt, wie über elektrisch bewegte Ventilorgane, oder es werden beide Mal;erialbewegungen durch die Spannung der Meßspule in: Abhängigkeit voneinander gesteuert

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen der Niveauhöhe in einem Gefäß befindlichen elektrisch leitenden Flüssigkeit, insbesondere einer Metallschmelze, bei dem die Meßgrößen durch Induzieren von Wirbelströmen gewonnen werden und der Regelung des Niveaus der Flüssigkeit dienen, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Behälters für die Flüssigkeit nach Art eines kernlosen Induktionsofens derart, daß die Wirbelströme durch die geschlossene Behälterwand durch ausschließlich außerhalb des Behälters gelegene Arbeits- und Meßspulen erzeugt und gemessen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnenen Meßgrößen zum Steuern der Bewegung des Flüssigkeitsbehälters benutzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnenen Meßgrößen zur Regelung eier Auslaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus dem Behälter und/oder zur Regelung der Zugabegeschwindigkeit zu der Flüssigkeit benutzt werden.

4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator aus einem creiarmigen Joch (8) besteht, dessen äußere Arme die Arbeitsspulen (9, 10) und der mittlere Arm die Meßspule (11) trägt

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsbehälter (17) höhenverstellbar und die Meßspule (11) auf den Hebeantrieb (Motor 21) des Flüssigkeitsbehnlters geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flfi-yigkeitsbehälter in seinem mittleren Abschnitt eine Kühleinrichtung aufweist