DE3050498T1

DE3050498T1 - Light guide for transmitting thermal radiation from the melt to a pyrometer and method of measuring the melt temperature in a metallurgical plant with the use of that light guide

Info

Publication number: DE3050498T1
Application number: DE803050498T
Authority: DE
Inventors: E Chugunny; V Shumikhin; G Semchenko; L Zhukov; M Zhelnis; I Kushinsky; P Zemlyavichus
Original assignee: INST LITYA AKADEMII NAUK USSR
Current assignee: INST LITYA AKADEMII NAUK USSR
Priority date: 1980-07-31
Filing date: 1980-07-31
Publication date: 1982-09-09
Also published as: JPS57501145A; US4533243A; DE3050498C2; WO1982000518A1; JPH0353568B2

Description

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sicn auf die Meßtechnik, insbesondere auf die optische Pyrometrie von Schmelzen und betrifft speziell einen Lichtleiter zur Übertragung der War me st rail lung von der Schmelze zum Pyrometer sowie ein Verfahren zur Messung der Schmelzguttemperatur in einem Hüttenaggregat unter Verwendung des erwähnten Licht leiters.

Vorheriger Stand der Technik

Neben den unwiderlegbaren Vorteilen der optischen Pyrometrie im Vergleich zu anderen Verfahren zur Temperaturmessung, insbesondere zur Temperaturmessung mit Hilfe von in die Schmelze eingetauchten Thermoelementen (Möglichkeit einer kontinuierlichen Temperaturkontrolle, kontaktlose Durchführung des Meßvorgangs u. dgl.) stößt man beim Durchführen der optischen Pyrometrie bei industrieller Produktion auf gewisse Schwierigkeiten. Insbesondere sind die Pyrometeranzeigen in bedeutendem Maße von den optischen Kennwerten der Ausstrahlfläche und des Zwischenmediums abhängig.

Sine der aussichtsreichen Riehtungen in der optischen Pyrometrie ist die £nt w i c id. ung von Verfahren, welche auf der Verwendung von Lichtleitern basieren, die einen isolierten Kanal für die Übertragung der Wärmestrahlung vom Schmelzgut zum Pyrometer bilden und somit ermöglichen, die Einwirkung der vorstehend erwähnten Faktoren auf den Meßfehler herabzusetzen.

Sin wichtiges Problem, auf welches die Fachleute auf diesem Gebiet der optischen Pyrometrie stoßen, ist die Entwicklung von Licntleitern mit einer hohen Betriebssicherheit ^c sowie mit zufriedenstellenden optiscnen Kennwerten, welche eine Erhöhung der Genauigkeit der Temperaturmessung soprar bei Verwendung von baulich einfachen Pyrometern gewährleisten.

Von der Aktualität dieses Problems und von den vorgenom-

menen Versuchen, das letztere zu lösen, zeugt eine große Anzahl von Patenten, die in der letzteren Zeit in verschiedenen Ländern erteilt worden sind (s. beispielsweise UdSSR-Urheberschein 146533, Int. Cl.² G Ol K 1/00, veröffentlicht im Jahre 1961; 271067, Int. Cl.² G Ol J 5/02, veröffentlicht im Jahre 1970; US-PS 3745834, Nat. Cl. 73-343 R, veröffentlicht im Jahre 1973, DE-PS 2338532, Int. Cl² G 01 J . 5/Oä, veröffentlicht im Jahre 1976"). Ungeachtet mehrerer unternommener Versuche konnte das beschriebene Problem befriedigend nicht gelöst werden.

Bei sämtlichen bisher bekannten baulichen Gestaltungen ist der Lichtleiter mit einem konstanten Querschnitt, beispielsweise in Form eines Zylinders, ausgeführt. Eine derartige Ausführung weist insbesondere der Lichtleiter zur Übertragung der Wärme stranlung von der Schmelze zum Pyrometer auf, welcaer in AT-PS 280650, Int. Cl.² G Ol K 1/16, veröffentlicht am 27.04.70, beschrieben ist. Dieser Lichtleiter ist aus lichtdurchlässigem hochschmelzendem korrosionsbeständigem Werkstoff, beispielsweise Quarzglas, hergestellt. Die Messung der Schmelzguttemperatur wird unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Lichtleiters wie folgt durchgeführt. Der Lichtleiter wird in der Auskleidung des Aggregats, vorzugsweise eines Hüttenaggregats mit dem Schmelzgut so angeordnet, daß die Arbeitsstirn des Lichtleiters mit dem ^chmelzgut in Berührung tritt. Am gegenüberliegenden ßnde des Lichtleiters wird ein Spektralpyrometer angeordnet. Die bei einer hohen Temperatur des zu kontrollierenden Mediums (der Schmelze) entstehende Wärmestrahlung wird über den Lichtleiter durch die Auskleidung des Aggregats auf das Pyrometer übertragen, nach dessen Anzeigen die Schmelzguttemperatur bestimmt wird.

Bei der Messung der Schmelzguttemperatur mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Lichtleiters entstehen folgende Schwierigkeiten. In erster Linie ist es zu bemerken, daß die bauliche Gestaltung des bekannten Lichtleiters die Einwirkung des Strahlungsvermögens der Arbeitsstirn des Lichtleiters auf die Genauigkeit der Messung nicht ausschließt. -Diese Änderung ist beispielsweise die Folge der Änderung der

chemischen Zusammensetzung des zu kontrollierenden Mediums (Übergang von einer Schmelze auf eine andere) bzw. der Änderung des Zustandes der Arbeitsstirn während des Betriebs (Vergrößerung der Rauhigkeit, Bildung von Mikrorissen u.dgl.)· Iⁿ solchen Fallen wird eine eindeutige Übereinstimmung zwischen der Wärmestrahlung der Arbeitsstirn und deren Temperatur, d.h. auch der Temperatur der Schmelze, vergrößert.

Bei Überwachung der Schmelze mit derartigen optischen Kennwerten, bei welchen das Strahlungsvermögen der Arbeitsstirn des Lichtleiters und aomit der zu übertragenden Strahlung geringfügig sind, entsteht ferner die Möglichkeit, Pyrometer mit hochempfindlichen Strahlungsempfängern zu verwenden.

Es ist ferner hervorzuheben, daß infolge eines beachtlichen Einflusses der Änderung des Stranlungsvermögens der Arbeitsstirn des Liohtleiters auf die Genauigkeit der Temperaturmessung, wie vorstehend erwähnt, werden zur Herabsetzung dieses Einflusses konstruktionsmäßig komplizierte kostspielige Pyrometer wie Spektralpyrometer sowie Pyrometer mit automatischer Korrektion benötigt. Selbst mit Hilfe von derartigen Pyrometern gelingt es jedoch nicht, den Einfluß des besagten Faktors auf den Meßfehler vollständig auszuschalten.
Es ist auch zu unterstreichen, daß bei dem bekannten

Verfahren zur Messung der Schmelzguttemperatur mit Hilfe des beschriebenen Lichtleiters die Frage nach der Wahl der optimalen Anordnungsstelle des Lichtleiters in der Auskleidung des Hüttenagbregats nicht beantwortet ist. Bei einer will-JO kürlichen Anordnung des Lichtleiters in der Auskleidung zerstört sich öfters dessen Arbeitsstirn infolge von Wärmestößen (starker Temperaturwechsel der Arbeitsstirn^ welcne beim Eingießen der Schmelze in den Tiegel des Aggregats, beim Ausguß der Schmelze, bei der Beschickung, bei Verkanten des Aggregats und in anderen Fällen in Erscheinung treten.

Außerdem zerstört sich der Lichtleiter in menreren Fällen in jenem seinen Teil, welcher in der Auskleidunysschicnt

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liegt, wegen der Änderung des Temper at ur gefälle s auf der Auskleidungsdicke an der Anordnungsstelle des Lichtleiters bzw. infolge der Verschiebung der Auskleidung gegen den Mantel sowie der gegenseitigen Verschiebung deren Scnichten während des Betriebs.

Dabei ist es zu unterstreichen, daß, da im Hüttenaggregat Bereiche vorhanden sind, in welchen sich die Temperatur der Schmelze von deren Mitteltemperatur wesentlich unterscheidet, eine willkürliche Anordnung des Lichtleiters keine zuverlässige Information über die Mitteltemperatur sicherstellt. Es ist aucn hinzuzufügen, daß falls sich der Lichtleiter im Bereich der Tiegelversinterung befindet, der Ueiifehler beim Wechsel des Temperaturgefälles zwischen dem Schmelzgut und der Arbeitsstirn des Lichtleiters sich noch stärker vergrößert.

Demzufolge wird bei einer willkürlichen Anordnung des Lichtleiters die erforderliche Genauigkeit der Messung der Mitteltemperatur der Schmelze im Hüttenaggregat nicht gewährleistet, was Öfters den Anforderungen des technologiao sehen Ablaufs des Verhüttungsvorgang:? nicht genügt.

Offenbaruns der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtleiter zur Übertragung der Wärmestraalung von der Schmelze zum Pyrometer sowie Verfahren zur Messung der Schmelzguttemperatur in einem Hüttenaggregat unter Verwendung

des erwähnten Lichtleiters zu entwickeln, welche

es ■ ermöglichen, durch Stabilisierung der Kennwerte der zu übertragenden Wärmestrahlung die Genauigkeit der Messung der Mitteltemperatur z\x erhöhen und dabei einfachere Pyrometer j>0 au verwenden.

Die gestellte Aufgabe ist dadurca gelöst, daß der aus lichtdurchlässigem hochsmelzendem korrosionsbeständigem Werkstoff ausgeführte Lichtleiter zur Übertragung der Wärmestrahlung von der Schmelze zum Pyrometer erfindungsgemäß einen engen Teil in Gestalt eines Stabes sowie einen an diesem anschließenden breiten Teil mit einer flachen Stirn aufweist, welche die Arbeitsstirn des Lichtleiters bildet, α er im Vergleich zu dem engen Teil einen optischen Hohlraum

darstellt, welcner die Strahlung der Arbeitsstirn im wesentlichen als Hohlraumstrahlung formiert, wobei das Verhältnis der Querschnittsfläche des engen Teiles des Lichtleiters an der Stelle dessen Anliegens am breiten Teil zur Seitenfläche des breiten Teiles 0,5 nicht überschreitet.

Der Lichtleiter einer derartigen Ausführungsform modelliert mit seinem breiten Teil einen absolut schwarzen Körper, dessen Wärmestrahlung bekanntlicn von der chemischen Zusammensetzung der Wände des modellierenden Hohlraums, von der Form und Rauhigkeit dessen Innenfläche unabhängig ist, sondern nur durch die absolute Temperatur dieser Oberfläche, wie es aus den Kirchhoffsehen sowie Plankschen Gesetzen hervorgeht, bestimmt wird. Der enge Teil (der Stab) des Lichtleiters funktioniert dabei als Kanal zur Übertragung der Strahlung des besagten Hohlraums durch die Wand des Aggregats zum Pyrometer. Daher bleibt bei Verwendung eines derartigen Lichtleiters das Strahlungsvermögen seiner Arbeitsstirn bei der gegebenen Schmelzgut temperatur unabhängig von deren chemischer Zusammensetzung und der Oberflächenbeschaffenheit dieser Stirn praktisch stabil, d.h. es wird immer eine eindeutige Übereinstimmung zwischen der Temperatur der Arbeitsstirn und deren Wärmestrahlung eingehalten.

Es ist auch zu bemerken, daß in Übereinstimmung mit dem KircÜioffschen Gesetz die Ausstrahlung von erwärmten Körpern bei der gegebenen Temperatur deren Absorptionsvermögen proportional ist. Da bei einem absolut schwarzen Körper das Absorptionsvermögen 1 gleich ist, strahlt dieser mehr Energie aus, als jeder beliebige Körper mit derselben Temperatur. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Licntleiters, welcher einen absolut schwarzen Körper modelliert, wird es möglich, die Leistung der vom Schmelzgut zum Pyrometer übertragenen Strahlung bis zu einer maximal möglionen Große bei der gegebenen Temperatur zu vergrößern. Infolgedessen werden die an die Empfindlichkeit der Pyrometer sowie an deren bauliche Gestaltung gestellten Anforderungen wesentlich herabgesetzt und eine Ernöhung der Genauigkeit bei Messung der Schmelzguttemperatur gewährleistet.

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Für daa Erhalten des vorstehend beschriebenen Ergebnisses ist es erforderlioh, bei der Herstellung des Lichtleiters das Verhältnis der Querschnittsfläche des engen Teiles des Lichtleiters zur Seitenfläche dessen breiten Teiles in den empfohlenen Grenzen einzuhalten. In dem Falle, wenn dieses Verhältnis 0,5 übertrifft, überhöht die iVleßfehlerkomponente, welche infolge der Änderung des Strahlurigsvermögens der Arbeitsstirn des Lichtleiters entsteht, den bei Messung der Schmlzguttemperatur anfallenden zulässigen Meßfehler.

Der Lichtleiter der erfindungsgemaßen Ausführung ist für die Anordnung in einer beliebigen Schicht der Aggregatauskleidung geeignet und insbesondere in dem ^aIIe vorteilhaft, wenn sein breiter Teil in der isothermischen Auskleidungsschicht untergebracht ist, d.h. in einer Schicht mit für sämtliche Punkte gleicher Temperatur, welche mit der üohmelzguttemperatur im Bereich der Berührung mit der Arbeitsstirn des Lichtleiters übereinstimmt. In der isothermischen Schicht stellt sich zwischen der Arbeitsstirn

20. des Lichtleiters und der Seitenfläche dessen breiten Teiles eine Gleichgewichtswärmestrahlung ein, durch welche eine eindeutige Übereinstimmung zwischen der Temperatur der Arbeitsstirn sowie der durch das Pyrometer aufgenommenen Strahlung aufs beste gewährleistet wird.

®³ *^st zweckmäßig, den erfindungsgemäßen Lichtleiter derart auszuführen, daß die Seitenfläche dessen breiten Teiles verspiegelt ist und eine Form aufweist, bei welcher die Ausstrahlung der Arbeitsstirn des Lichtleiters von dieser Oberfläche auf die Arbeitsstirn zurückgespiegelt wird. Der Lichtleiter einer solchen Modifkation kann mit gleichem Erfolg nicht, nur in der isothermisciien, sondern auch in der nichtsothermischen Auskleidungsschicht angeordnet werden. Im letzteren Fall wird sämtliche Ausstrahlung der Arbeitsstirn dank der entsprechenden Form der Seitenfläche des breiten Teiles des Lichtleiters sowie dessen Verspiegelung auf diese zurückgespiegelt. Infolgedessen bleiben die Kennwerte der durch den engen Teil des Lichtleiters auf. das Pyrometer übertragenen Wärme strahlung bei der gegebenen Schmelzgut temperatur immer konstant.

Wünschenswert ist es dabei, den Lichtleiter gemäß einer Modifikation auszuführen, bei welcher die Seitenfläche dessen breiten Teiles die Oberflächenform eines Rotationskörpers mit konvexer Erzeugenden aufweist. V7Ie es die durcügeführten Untersuchungen gezeigt haben, begünstigt eine derartige Form des breiten Teiles des Lichtleiters im höchsten Grade die Reflexion der Strahlung dessen Arbeitsstirn aufjdiese zurück.

Die besten Ergebnisse werden insbesondere dann erreicit, wenn der breite Teil des Lichtleiters in Gestalt einer Halb-' kugel und dessen enger Teil als ein zylind riscner Stab ausgeführt ist, dessen Querschnitt 0,8 des Durchmessers der Halbkugel nicht übertrifft. In dem Falle, wenn der Querschnitt des Stabs 0,8 des Halbkugeldurchmessers überschreitet, übertrifft der Fehler der Temperaturmessung die zulässige Größe.

Die vorstehend erwähnten sowie anderen Ziele der Erfindung werden ferner auch dadurch erreicht, daß bei einem Verfahren zur Messung der Schmelzgut temperatur in einem Hüttenaggregat, welches die Anordnung des Lichtleiters in der Auskleidung des Aggregats sowie Bestimmung der Schmelzguttemperatur unter Verwendung eines Pyrometers nach der Wärmestrahlung, die auf dieses durch den besagten Lichtleiter übertragen wird, vorsieht, der Lichtleiter erfindungsgemäß mit dessen breitem Teil in Richtung zum Scnmelzgut hin angeordnet und der enge Teil des Lichtleiters durch die Auskleidung nach außen hin zum Pyrometer derart ausgeführt wird, daß die geometrische Achse des Lichtleiters über die Stelle der Innenoberfläche der Auskleidung durchläuft, welehe sich im Bereich des größten SchmelzgutUmlaufs befindet und gegenüber dem restlichen Schmelzgutstand in einer Tiefe liegt, die nicht kleiner ist, als die Summe der Auskleidungsdicke in dieser Höhe sowie der Größe, welche der Hälfte des Maximalauerschnittes des breiten Licntleiterteiles gleich ist, die Bestimmung der Schmelzguttemperatur erfolgt dabei durch Messung der Kennwerte der Wärmestrahlung, die durcn die Scnmelze auf der Strecke hervorgerufen wird, die unmittelbar an der vorstehend erwähnten Stelle der-Innen-

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oberfläche der Auskleidung unmittelbar anliegt.

Hier und weiter wird unter dem restlichen Schmelzgutstand der Stand des Schmelzgut teiles verstanden, welcher im Tiegel des Aggregats nach Beendigung der vorhergehenden Verhüttung sowie nach dem Ablaß des größten Teils der Schmelze zurückbleibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren, welches unter Verwendung des beschriebenen Lichtleiters realisiert wird, gewährleistet eine Erhöhung der Meßgenauigkeit der Mitteltemperatur der Schmelze dank folgenden Faktoren.

Erstens, findet im Bereicn des größten Schmelzgutumlaufs keine Verschlackung statt und das Temperaturgefälle zwischen dem größeren Teil des Schmelzgutea und dem in diesem Bereich befindlichen ^chmelzgut (und auch zwischen der Arbeitsstirn des Lichtleiters) ist minimal. Insbesondere überschreitet dieses Gefälle für die in einem Induktions- -Tiegelschmelzofen α er normalen Frequenz befindliche Gußeisenschmelze bei einer Temperatur von I5OO ⁰C und der Umlaufgeschwindigkeit bis 4 m/s 2K nicht. Deswegen ist die im Bereich der besagten Zone gewählte Stelle für die sämtliche Scnmelzgutmasse repräsentativ, da diese eine Temperatur aufweist, die mit der Mitteltemperatur der Schmelze im wesentlichen übereinstimmt. Bei der Messung der Wärmest rahlungskennwerte gerade an einer derartigen Stelle bzw. auf dem an dieser anliegenden Abscnnitt erhält man also zuverlässige Ergebnisse der Temperaturmessung von Schmelzen.

Zweitens - wie es die durchgeführten Versuche gezeigt haben -ist eine wesentliche Veränderung des Temperaturgradienten auf der Auskleidungsdicke, welche zur ZerstÖ-rung des Lichtleiters führt, in bezug auf den restlichen Schmelzgutstand in den Grenzen der Tiefe zu vermerken, welche der Auskleidungsdicke in dieser Höhe gleich ist. Deswegen, wenn die vorstehend erwähnte, im Bereich der Zone des größten SchmelzgutUmlaufs gewählte Meßstelle in einer Tiefe liegt, welche die Auskleidungsdicke übertrifft, so stellt eine derartige Stelle nicht nur die ßepräsentationsstelle dar, sondern auch die Stelle, auf deren Höhe der Temperaturgradient sich über die Auskleidungsdioke unwesentlich verändert, darunter auch nur infolge der Änderung der

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Schmelzguttemperatiir beim Betrieb des Aggregats. Zu diesem Zweck soll die geometrische Achse des Lichtleiters in einer Tiefe liegen, die nicht kleiner ist, als die Summe der Auskleidungsdicke in der besagten Höhe und der Größe, welche der Hälfte der maximalen Querabmessung des breiten Teiles des Lichtleiters gleich ist. Bs ist vollkommen klar, daß infolge der dabei erreichbaren Beständigkeit des Temperaturgradienten die Zerstörung des Mittelteiles des Lichtleiters ausgeschlossen wird. Darüber hinaus, da die Arbeitsstirn des Lichtleiters in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ständig (darunter auch nach dem Ablaß des größten Teils der Schmelze) in die Schmelze eingetaucht bleibt, werden Wärmestöße ausgeschlossen, welche die Zerstörung der Arbeitsstirn des bekannten Lichtleiters verursachen können. Dies gewährleistet eine stabile Übertragung der Wärmestrahlung der Schmelze über den Lichtleiter auf das Pyrometer, was die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messung der Schmelzguttemperatur zur Folge hat.

Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturmessung gemäß der bevorzugten Variante durchgeführt, bei welcher der vorstehend beschriebene Lichtleiter derart angeordnet wird, daß die vorstehend erwähnte Stelle der Auskleidungsinnenfläche auf einem mindestmöglichen Abstand im Bereich der Zone des größten Schmelzgutumlaufs vom Boden des Hüttenaggregats liegt.

Bei dieser Durchführ ungs Variante des Verfahrens wird die Wahrscheinlichkeit der Zerstörung des Lichtleiters noch mehr verringert, da die gegenseitige Verschiebung der Auskleidungsschichten, welche eine der Ursachen einer derartigen Zerstörung ist, am Boden des Aggregats minimal ist und je nach der Höhe des letzteren zunimmt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das Wesen der vorliegenden Erfindung wird beim Betrachten deren nachstehend gebracnter konkreter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 äxonometrisen einen Lichtleiter zur Übertragung der Wärmestrahlung vom Schmelzgut auf ein Pyrometer,

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gemäß der Erfindung;

Fig. 2 dasselbe, wie Fig. 1, in der Modifikation, bei welcher die Seitenfläche dea breiten Teiles des Lichtleiters verspiegelt ist und die Form der Oberfläche eines Rotat ions körper s mit konvexer Erzeugenden aufweist, gemäß der Erfindung;

Fig. 3 dasselbe, wie Fig. 1, in der Modifikation, bei welcher der breite Teil des Lichtleiters in Gestalt einer Halbkugel und sein enger Teil als zylindrischer-Stab ausgeführt und die gesamte Seitenfläche des Lichtleiters verspiegelt ist, gemäß der Erfindung;

Fig. 4 dasselbe, wie Fig. 1, in der Modifikation, bei welcher der breite Teil des Lichtleiters als Kegelstumpf ausgeführt ist, gemäß der Erfindung; Fig. 5 dasselbe, wie Fig. 1, in der Modifikation, bei welcher der breite Teil des Lichtleiters in Gestalt eines Halbzylinders ausgeführt ist, gemäß der Erfindung;

Fig. 6 dasselbe, wie Fig. 1, in der Modifikation, bei welcher der breite Teil des Lichtleiters als Pyramidenstumpf ausgeführt ist, gemäß der Erfindung

Fig. 7 dasselbe, wie Fig. 1, in der iViodifikation, bei welcher der breite Teil des Lichtleiters durcxi einen Kegel- - und einen Pyramidenstumpf gebildet ist, gemäß der Erfindung;

Fig. 8 im Schnitt einen Teil des Hüttenaggregats mit dem im isothermiscen Bereich der Auskleidung angeordneten erfindungsgemäßen Lichtleiter und einem außerhalb des Aggregats angeordneten Pyrometer (durcn Pfeile ist bedingt der Laub der '.Värinestrahlen gezeigt); .

Fig. 9 dasselbe, wie Fig. d, bei der Anordnung des Licntleiters im nicht isothermischen -Bereich der Auskleidung (durch ununterbrochene Pfeile sind die ausgestrahlten Wärmestrahlen, durch punktierte Pfeile abgespiegelte Strahlen gezeigt);

Fig. 10 das Durchführungsschema des Verfahrens zur Temperaturmessung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Lichtleiters (durcn Pfeile ist bedingt der ^cnmelzgutumlauf im Hüttenaggregat gezeigt);

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Fig. 11 dasselbe, wie Fig. 10; in der Mod ifikationbei welcher der Lichtleiter am Boden dea Hüttenaggregats angeordnet ist, gemäß der Erfindung.

Bevorzugte A us führ ungs variant en der Erfindung

Der erfindungsgemäße Lichtleiter 1 (s. Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen) für die Übertragung der Wärmestrahlung vom Schmelzgut auf öin Pyrometer ist aus lichtdurchlässigem hochschmelzendem korrosionsbeständigem Werkstoff, beispielsweise künstlichem Korund, ausgeführt. Der Lichtleiter 1 weist erfindungsgemäß einen engen Teil 2 in Gestalt eines Stabes und einen an diesem anliegenden breiten Teil 3 mit einer flachen Stirn 3a auf, die als Arbeitsat irn dea Lichtleiters dient. Der Lichtleiter 1 wird so dimensioniert, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche des engen Teiles 2 auf Abschnitt dessen Verbindung mit dem breiten Teil 3 zur Seitenfläche 3b des breiten Teiles 3 0,5 nicht überschreitet. Als bestimmendes Maß gilt dabei die Querschnittsfläche des engen Teiles 2, genauer die maximale Querabmessung dieses Teiles, die je nach den Festigkeitseigenschaften des Materials des Lichtleiters 1 und den optischen Eigenschaften des Pyrometers, für welches der Lichtleiter bestiiümt ist (das Pyrometer ist in der Zeichnung nicnt gezeigt), gewählt wird.

Bei einem solchen Vernältnis der erwähnten Flächen stellt 2$ der breite Teil 3 des Lichtleiters 1 in bezug auf dessen engen Teil 2 einen optischen Hohlraum dar, welcher es ermöglicht, die Strahlung; der Arbeitsstirn 3a, welcne bei der Berührung des letzteren mit dem Scnmelzgut entsteht, im wesentlichen als Hohlraumstrahlung zu formieren. Wie es vorstehend dargelegt ist, bleibt daa Strahlungsvermögen bei einer derartigen Strahlungsart der Arbeitsstirn 3a dea Lichtleiters 1 bei der gegebenen Temperatur der zu kontrollierenden Schmelze stabil und hängt von ihrer chemischen Zusammensetzung sowie von der Rauhigkeit der Arbeitsstirn 3a nicht ab.

Ba ist hervorzuheben, daß daa Querachnittaprofil sowohl des engen 2 als auch dea breiten 3 Teilea dea Lichtleiters 1 "unterschiedlich sein kann und in Abhängigkeit von den reel

vorhandenen Bedingungen der Verwendung des Lichtleiters bestimmt wird. Diese sind die bauliche Gestaltung des Hüttenaggregats, die Anordnungsstelle des Lichtleiters, die Zusammensetzung dessen Werkstoffes, die Temperaturen Schwankungen des Schmelzgutes sowie andere Faktoren. Die

genannten Bedingungen bestimmen dabei in größerem Grade die Form des breiten 3, als die des engen 2 Teiles des Licht-. leiters 1. Einige der möglichen Ausführungsvarianten des Lichtleiters 1, die sich hauptsächlich durch die Form dessen breiten Teiles 3 unterscheiden, sind in Fig. 2 bis 7 der beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht.

So ist in Fig. 2 eine AusführungsVariante gezeigt, wenn die Seitenfläche 3b dea breiten Teiles 3 des Lichtleiters 1 die Form der Oberfläche eines Rotationskörpers mit konvexer Erzeugenden aufweist. Dabei ist auf die besagte Oberfläche ein Spiegelbelag 3c aus Platin, R. dium bzw. aus einem anderen geeigneten Stoff aufgetragen. Die Dicke der Schicht 3c und ihre Zusammensetzung werden in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der Schmelze und der Agaregatauskleidung, deren Temperatur, den Abmessungen und vom Werkstoff des Lichtleiters sowie von der erforderlichen Dauer des ununterbrochenen Lichtleiterbetriebs gewählt. Der enge Teil 2 des Lichtleiters 1 ist in Gestalt eines Stabs rechteckigen Querschnitts ausgeführt. Bei der in Fig. 2 gezeigten Form der Seitenfläche 3b des breiten Teiles 3 des Lichtleiters 1 werden die auf die besagte Oberfläche von der Seite der Arbeitsstirn 3a einfallenden Strahlen von dieser auf die letztgenannte gemäß den Gesetzen der geometrischen Optik reflektiert. Es ist voll-30' kommen klar, daß die Seitenfläche 3b, auüer der Form eines Rotationskörpers mit konvexer Erzeugenden, auch eine andere Form haben kann, bei welcher die iffärmestrahlung der Arbeitsstirn 3a von der Oberfläche 3b zurück auf die letztere reflektiert wird. Die Bestimmung einer anderen ähnlichen Form bereitet keine Schwierigkeiten und ist für den Fachmann auf diesem Gebiet der Technik offenkundig. Das Vorhandensein des Spiegelbelages 3c bei einer entsprechenden Form der Seitenfläche 3b ermöglicht es, den erfindungsgemäßen

Lichtleiter mit gleichem Erfolg sowohl in isothermiscner als auch in nichtisothermischer Auskleidungsschicht einzusetzen.

Ss ist zweckmäßig, den Lichtleiter gemäß der in Fig. dargestellten Modifikation aus Quarzglas herzustellen and in Aggregaten zu verwenden, in welchen die Dicke der isothermischen Schicht der Tiegelwand die Länge des breiten Teiles 3 des Licxitleiters 1 unterscneidet.

Hier und weiter wird unter dem Begriff "Länge" die Abmessung des Lichtleiters bzw. dessen Teiles verstanden, welche längs der geometrischen Achse des Lichtleiters best immt w ird . .

Der gemäß der vorstehend erwähnten Modifikation ausgeführte Lichtleiter kann in der Seitenwand des Aggregats, ]_5 insbesondere bei derartigen Hüttenaggregaten wie Induktionskanal-tiegel- und -verteileröfen verwendet werden.

Vorteilhafter unter denselben Einsatzbedir.gungen ist der Lichtleiter, welcher gemäß Fig. 3 der beiliegenden Zeichnungen ausgeführt ist. Nach dieser Modifikation ist der breite Teil 3 des Lichtleiters 1 als Halbkugel und der enge -^eil 2 in Gestalt eines zylinciriscnen Stabes mit einem Durchmesser, der 0,8 des Halbkugeldurchmessers nicht überschreitet, ausgeführt. Bei der sphärischen Form der Oberfläche 3b wird die Zahl der Sückspiegelungen der durch die Arbeitsstirn bei Berührung mit der Schmelze ausgestrahlten Wärmestrahlen minimal, infolgedessen die Verluste der durch den Licntleiter 1 übertragenen Wärmeenergie verringert werden. Bei der gegebenen Modifikation weist nicht nur der breite Teil 3 des Lichtleiters 1 einen Spiegelbelag 3c, sondern auch dessen enger Teil 2 einen ähnlichen Belag 2a zwecks einer noch größeren Herabsetzung der Energieverluste auf.

Ein Lichtleiter nach der beschriebenen Modifikation, welcher eine zylindrische Form des engen Teiles 2 vorsieht, ist herstellungsmäßig viel einfacher, als der nacn der in Fig. 2 veranschaulichten Modifikation. Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn für die Herstellung des Lichtleiters ein derart schwerbearbe itbarer Werkstoff, wie künst-

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1 icher Korund, verwendet wird. Bei der Gegenüberstellung der Möglichkeiten zur Verwendung von in Fig. 2 und 3 gezeigten Modifikationen iat es zu verzeichnen, daß die erste Modifikation sich besonders für Aggregate eignet, bei welchen der restliche Schmelzgutstand niedriger, die zweite Modifikation für Aggregate, bei welchen dieser Stand höher 'liegt.

Bei Betrachtung der nacnstehend gebrachten Modifikationen des Lichtleiters (Fig. 4 bis 7) wollen wir uns auf die Beschreibung der Form dessen breiten Teiles 3 beschränken, der von besonderer Bedeutung ist.

In Fig. 4 der beiliegenden Zeichnungen ist die Modifikation dargestellt, dergemäß der breite Teil 3 des Lichtleiters in Gestalt eines Kegelstumpfes ausgebildet ist. Die Hauptgrundfläche 3a des besagten Kegelstumpfes dient dabei als die Arbeitsstirn des Lichtleiters 1.

Eine derartige Modifikation des Lichtleiters 1 kann für Aggregate mit einer Dicke der isothermiscaen Schicht der Tiegelwand empfohlen werden, welche nicht kleiner ist, als die Länge des breiten Teiles 3 des Lichtleiters, deren bauliche Gestaltung es ermöglicht, den Lichtleiter unmittelbar in den Boden des Aggregats einzubauen. Dieser Lichtleiter eignet sich insbesondere für Induktionstiegelschmelzöfen sowie für KonvertierungsÖfen und kann aus synthetischem Korund gefertigt werden.

Bei den in Fig. 2 bis 4 gezeigten Modifikationen stimmen die geometrischen Achsen des breiten 3 und des engen

2 Teiles des Lichtleiters 1 überein. Möglich sind aber auch andere Ausführungsvarianten, insbesondere wie es in Fig. 5 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist. Gemäß dieser Modifikation ist der breite '^eil 3 in Gestalt eines Halbzylinders ausgeführt, dessen Achse zu dieser des engen Teiles 2 des Lichtleiters 1, d.h. der optischen Achse des letzteren, senkrecht verläuft.

Beim Vergleich der in Fig. 4 und 5 dargestellten Modifikationen maß darauf hingewiesen werden, daß der Lichtleiter i in Übereinstimmung mit der zweiten dieser Modifikationen bei demselben Schwärzegrad der Arbeitsstirn 3a eine

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kleinere, als bei der ersten Modifikation, Längs abmessung des breiten Teiles 3 aufweist. Dies bietet die Möglichkeit, den in Fig. 5 gebrachten Lichtleiter 1 bei Aggregaten mit einer geringeren Dicke der isothermischen Schicht zu verwenden, was es gestattet, diesen Lichtleiter sowohl im Boden als auch in der Seitenwand des Aggregats anzuordnen. Die vorstehend beschriebene Modifikation des Lichtleiters 1 kann für solche Hüttenaggregat, wie Induktionakanal-, -tiegel- und -verteilerofen empfohlen werden (falls der Lichtleiter aus Quarzglas besteht).

In Fig. 6 der beiliegenden Zeichnungen ist eine Modifikation des erfindungsgemäßen Lichtleiters gebracht, dergemäß dessen breiter Teil 3 in Gestalt eines Pyramidenstumpfes ausgeführt ist. Der Lichtleiter 1 einer derartigen Modifikation ist für Aggregate bequem, bei welcher die Dicke der isothermischen Schicht der Seitenwand nicht kleiner ist, als die Länge des breiten Teiles 3 beim Herstellen des Lichtleiters aus Quarzglas. Ein solcher Lichtleiter kann insbesondere in Induktionstiegel-,-kanal- und -verteilerofen sowie in Wannenofen und in magnetohydrodynamischen Pumpen erfolgreich verwendet werden.

Es ist weiterhin zu bemerken, daß die in Fig. 2 und 3 gebrachten Modifikationen des Lichtleiters 1 sich vorzüglich für Aggregat eignen, bei welchen starke Temper at ur-Schwankungen der Schmelze vorliegen, beispielsweise für Hoch frequenz-Induktionsscomelzöfen, Die in Fig. 4 bis 6 gezeigten Modifikationen sind für Aggregate geeignet, in .velcnen die Geschwindigkeit der Änderung der Scnmelzguttemperatur klein ist, wie Kupol-, Misch-, Verteilersöfen u.dgl. Fig. 7 der beiliegenden Zeichnungen stellt eine Modifikation des erfindungsgemaßen Lichtleiters vor, dergemäß dessen breiter Teil 3 durch einen Kegelstumpf 3d und einen Pyramidenstumpf 3c gebildet ist, deren größere Grundflächen aneinander anliegen. Bei einer derart kombinierten Form des Licntleiters 1 kann die Fläche der Arbeitastirn 3a im Vergleich zu dieser der Seitenfläche 3d des breiten Teiles 3 wesentlich vermindert und beliebig klein gehalten werden. Dies ermöglicht es seinerseits, den Einfluß der Änderung

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des Strahlungsvermögens der Arbeitsstirn 3a auf den bei Messung der Schmelzguttemperatur auftretenden Fehler wesentlich herabzusetzen. Darüber hinaus können die an die Temperatur Wechselbeständigkeit des Werkstoffes zum Herstellen des Lichtleiters 1 gestellten Anforderungen herabgesetzt werden, denn je kleiner die Fläche der mit dem Schmelzgut in Berührung tretenden Arbeitsstirn Ja ist, desto größerer Teil der Oberfläcxie des Lichtleiters 1 kann vor der Einwirkung von hohen Temperaturen durch die Auskleidung geschützt werden.

Bei verhältnismäßig kleiner Fläche der Arbeitsstirn 3a vermindert sich die Wahrscheinlichkeit deren Zerstörung durch Wärmestöße, infolgedessen der gemäß Fig. 7 ausgeführte Lichtleiter 1 in solchen Aggregaten verwendet werden kann, bei welchen die Temperatur der Schmelze sich in einem breiten Bereich stark verändert. Sine derartige Änderung der Scozielzguttemperatur geht insbesondere in Konvertierungs- - bzw. Licntbogenöfen sowie in Induktionsschmelzöfen vor sich.

Zur besseren Verdeutlichung des Lesens der vorliegenden ' .iürf indiing wenden wir uns der Betrachtung von Fig. B und 9 der beiliegenden Zeichnungen zu. In diesen Figuren ist der untere Teil eines mit Sohmelze 5 gefüllten Hüttenaggregats 4 dargestellt, sowie ein in der Auskleidung 6 des Aggregats 4 eingebauter Lichtleiter 1 und ein außerhalb des Aggregats angeordnetes Pyrometer 7 gezeigt. Fig. 8 veranschaulicht dabei den Fall, wenn der breite Teil 3 des Lichtleiters 1 vollständig in der isothermischen Schicht 6a der Auskleidung 6 untergebracht ist, und Fig. 9 den ^aIl, wenn der breite Teil 3 über die Grenzen der isothermiscnen Schicht 6a hinausragt und im wesentlichen in der nicatisothermischen Schicht 6b liegt.

In der isothermiscnen Schient 6a der Auskleidung 6 ist die Temperatur an sämtlichen Stellen praktisch gleich und stimmt mit dieser der Schmelze 5 im Anordnungabereich der Arbeitsstirn 3a des Lichtleitera 1 überein. Daher, wenn der breite Teil 3 dea Lichtleiters 1 vollständig; in dieser Schicht liegt, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, stellt sich zwischen der Arbeitsstirn 3a und der Stirn 3b dieses

Teiles eine Gleichgewicntawarmestrahlung ein. Bai einer · aolchen Strahlung stellen sowohl die Arbeitsstirn 3a als aucn die Oberfläche 3b Strahlungsquelleη gleicner Intensität dar, von welchen jede pro Zeiteinheit soviel Energie ausstrahlt, wieviel sie absorbiert. Ein derartiger Wärmeenergie austausch ist in Fig. 8 durch ununterbrochene Pfeile gezeigt. Durch den engen Teil 2 des Lichtleiters 1 gelangt die Wärmestrahlung auf das Pyrometer 7· Ea ist hervorzuheben, daß in diesem Falle auf die Oberfläche ~$h dea Licht lelters 1 nicht unbedingt ein Spiegelbelag aufgetragen werden muß und die Oberflächengüte der besagten Oberfläche verhältnismäßig niedrig sein kann.

In dem Fall, wenn sich der breite Teil 3 des Lichtleiters 1 im wesentlichen in der nicht iaothermischen Schicht 6b der Auskleidung 6 (s. Fig.9) befindet, dient nur die Arbeitsstirn 3a des Lichtleiters 1 als Strahler und die Seitenfläche Jo mit der Verspiegelung 3c dient als Reflektor, d.h. zur Heflexion der Wärmestrahlung auf die Arbeitsstirn zurück (die reflektierten Wärmestrahlen sind durch punktierte und die abgegebenen Wärmestrahlen durch ununterbrochene Pfeile gezeigt).Infolgedessen wird die an das Pyrometer zugeleitete Wärmestrahlung der Arbeitsstirn 3a des Lichtleiters 1 ungeachtet der Temperaturdifferenz dieser Stirn und der Oberfläche JPo gleichmäßig, d.h. dessen Kennwerte stimmen mit diesen der Hohlraumstrahlung überein.

In Fig. H und 9 ist der Vorgang der Übertragung von Wärmestrahlung von der Schmelze 5 auf das Pyrometer 7 niit Hilfe eines Lichtleiters 1 veranschaulicht, welcher gemäß der bevorzugten Modifikation, ähnlioh wie in Fig. 3 dargestellt, ausgeführt ist. Es ist aber vollkommen klar, daß dieser Vorgang auf die gleiche Weise ablaufen wird, wenn der Lichtleiter gemäß einer anderen der vorstenend eingehend betrachteten Modifikationen ausgeführt wird.

Auf diese Weise gewährleistet eine beliebige der vorstehend angeführten Modifikationen des Lichtleiters 1 (Fig. 1 bis 7) die Formung der Wärmestrahlung der Arbeitsstirn 3a im weaentlicnen als einer Hohlraurastrahlung, was es ermöglicht, wie vorstehend dargelegt, die Intensität die-

'20-

ser Strahlung maximal zu erhöhen und sie unabhängig von der Rauhigkeit der Arbeitsatirn sowie von der chemischen Zusammensetzung der zu kontrollierenden Schmelze 5 praktisch stabil zu machen.

t- Die Temperaturmessungen der Schmelze 5 mit Hilfe des Lichtleiters 1 werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt vorgenommen (s. Fig. IO der beiliegenden Zeichnungen). Der Lichtleiter wird in der Auskleidung 6 des Hüttensaggregats untergebracht, wobei der breite Teil 3 des Lichtleiters 1 dem Schmelzgut 5 zugekenrt und der enge Teil 2 durch die Auskleidung 6 nach außen zum Pyrometer 7 herausgeführt iat. Der Lichtleiter i wird dabei derart angeordnet, daß seine geometrische Achse über einen genau bestimmten Punkt der Innenfläche der Auskleidung 6 verläuft. Zum ersten soll dieser Punkt im Bereich des größten Umlaufs der Schmelze liegen. Der Standort des besagten Bereicaes sowie seine Grenzen können für einen beliebigen Hüttenaggregat genau bestimmt werden. In Fig.10 ist der Bereich des größten Umlaufs der Schmelze durch den Abschnitt "^" begrenzt. Durch 8 sind die Abschnitte der Sinterung der Auskleidung 6 bezeichnet.

Zum zweiten soll der vorstehend erwähnte Punkt im Vergleich zu dem Rückstandsspiegel 5a des Schmelzgutes 5 in der Tiefe "h" liegen, welche nicht kleiner ist, als die Summe der Dicke "t" der Auskleidung auf dem besagten Niveau und der der Hälfte der maximalen Querabmessung ^Md" des breiten Teiles 3 des Lichtleiters 1 gleichen Größe 1st..Es ist offenkundig, daß, wenn der breite Teil 3 in Gestalt eines Rotationskörpers ausgeführt ist, der maximale Durchmesser dieses Teiles als die besagte Abmessung gilt.

oomit wird die Anordnungstiefe "h" des besagten Punktes in bezug auf den Rückstandsspiegel 5a des Schmelzflusses 5 aus der Bedingung bestimmt:
h^ t + §

Nach der Montage des Licntleiters 1 wird das Pyrometer 7 entsprechenderweiss visiert. Für die Messung kann ein Pyrometer vom beliebigen an sich bekannten Typ, darunter auch solche relativ einfache Geräte, wie Teilstrahlungspyrometer

bzw. optisches monochromatisches !pyrometer verwendet werden, deren bauliche Gestaltung offenkundig sind und keiner ausführlichen Beschreibung bedürfen.

Die Bestimmung der Temperatur der Schmelze 5 wird mittels Pyrometers 7 durch Messen von Kennwerten der Wärmestrahlung, welche durch die Schmelze 5 auf dem am vorstehend erwähnten Punkt der Innenfläche der Auskleidung 6 unmittelbar anliegenden Abschnitt hervorgerufen und mit Hilfe des Lichtleiters 1 auf dieses Pyrometer übertragen wird.

Bei einem derartigen Verfahren zur Temperaturmessung an einer bestimmten (repräsentativen) Stelle, deren Koordinate in Abhängigkeit von den Kennwerten des Hüttenaggregats (der Grenzen in denen die Zone des größten Schmelzgutumlaufs liegt, der Hohe des restlichen Schmelzgutstandes, der Auskleidungsdicke auf diesem Niveau) bestimmt werden, wird eine hohe Meügenauigkeit der Mitteltemperatur der Schmelze gewährleistet und die Betriebssicherheit des vorstehend beschriebenen Lichtleiters erhöht.

Bevorzugt wird die DurchführungsVariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, dessen Durchführungsschema in Fig. 11 der beiliegenden Zeichnungen gebracht ist. Gemäß dieser D ur chführungs Variante wird der Lichtleiter 1 derart angeordnet, daß seine geometrische Achse durch den Punkt verlauft, welcher auf einem mindestmöglichen Abstand vom Bo- ^p den 4a des HüLtensaggregats 4 im Bereich der Zone "£" des größten Umlaufs der Schmelze 5 liegt. Bei einer derartigen VerfanrensVariante wird der Lichtleiter 1 minimalen mechanischen Beanspruchungen seitens der Auskleidung 6 ausge setzt, da die gegenseitigen Verschiebungen von Schichten der Auskleidung 6 in der Nähe des Bodens 4a gering sind. Dadurch wird die Lebensdauer des Lichtleiters 1 wesentlich erhöht und der bei Temperaturmessung der Schmelze 5 auftretende Fehler herabgesetzt.

Im weiteren sind zu Veranschaulichungszwecken konkrete Beispiele der Temperaturmessung einiger Schmelzen in Übereinstimmung mit dem beanspruchten Verfahren mit Hilfe des erfindungsgemäßen Lichtleiters gebracht, welcher in verschiedenen Modifikationen verkörpert ist.

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Beispiel 1

Zur Temperaturmessung der Gußeisensohmelze in einem Hüttenaggregat im Bereich von 1500 bis 1800 ⁰C wurde ein Lichtleiter aus Leukosapphir verwendet, welcher gemäß Fig.3 ausgeführt war und einen Spiegelbelag auf der gesamten Seitenfläche aufwies. Die Messungen wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe eines monochromatischen optischen Pyrometers mit einer Wellenlänge von 0,65 /Mm durchgeführt. Die Abmessungen des Lichtleiters und des Hüttenaggregats betrugen dabei:

Gesamtlänge des Lichtleiters 200 mm

maximale Querabmessung des breiten Teiles des

Lichtleiters (Durchmesser der Halbkugel) ... 40 mm Verhältnis des Durchmessers des engen Teiles des Licntleiters zu dem dessen breiten Teiles

Auskleidungsdicke des Aggregats auf dem Niveau, der dem restlichen ^üchmelzgutstand entspricht 150 mm

Dicke der isothermiscnen Schicht der Ausklei-

d ung, höchst ens 10 mm

Bei der vorstehend erwähnten Dicke der Auskleidung und deren isothermischer Schicht lag der breite Teil des Licntleiters im wesentlichen in der nicht isothermischen Schicht der Auskleidung.

In diesem Fall übertraf die absolute Änderung des Strahlungsvermögens der Arbeitsstirn, bedingt durch Bildung eines Oxidfilms auf der besagten Stirn, 0,01 nicht, was um das 35facne niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Licntleiters unter denselben Bedingungen. Die Meßfehlerkomponente, welche der besagten Änderung des Strahlungevermögens entspricht, übertraf dabei 0,1 % nicht, während für den.bekannten Lichtleiter diese Komponente bis zu 3»5 % betrug.

Beispiel 2

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 1, wurde ein Lichtleiter mit einem Verhältnis *?1 _von Q^ verwendet. Die Meßfehlerkomponente übertraf dabei 0,44 % nicht

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was um das 8fache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters.
Beispiel 3

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 1, wurde ein Lichtleiter mit einem Verhältnis ^i von 0,8 verwendet. Die.Meßfehlerkomponente übertraf 2 dabei 1,1% nicht, was um das 3fache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters.

Beispiel 4

Zur Messung der Temperatur der Quarzglasschmelze im Bereich von 1800 bis 1900 ⁰G wurde Lichtleiter aus Rubin verwendet, welcher auf die in Beispiel 1 beschriebene Art ausgeführt war. Die Messung wurde mit Hilfe eines Teilstrah lungspyrometers mit einem Arbeitsspektralbereich von 0,8 bis 1,8 /M m durchgeführt.

In diesem Falle übertraf die absolute Änderung des Strahlungsvermögens der Arbeitsstirn, bedingt durch Änderung der Rauhigkeit dieser Stirn während des Betriebs, 0,004 nicht, was um das 45fache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters unter denselben Ver-. hältnissen. Die der. besagten Änderung des Strahlungsvermögens entsprechende Meß fehl er komponente übertraf dabei 0,4 % nicht, während diese für den bekannten Lichtleiter 18 % erreichte.
Beispiel 5

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 4, wurde

ein Lichtleiter mit einem Verhältnis -JL von 0,3 verwendet.

dp Die Meßfehlerkomponente übertraf dabei 0,8 % nicht, was mehr als um das 20facne niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters.

Beispiel 6

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 4, wurde ein Lichtleiter mit einem Verhältnis JL von 0,4 verwendet. Die Meßfehlerkomponente übertraf dabei 1% nicht, was um das 16fache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters.

Beispiel 7

Lit Hilfe desselben Lichtleiters und in demselben

Aggregat, wie in Beispiel 1, wurde die Temperatur der Scnmelze im -Bereich, von 1100 bis 1200 ⁰C gemessen.

In diesem -Fall übertraf die absolute Änderung des Strahlungsvermögens der Arbeitsstirn des Lichtleiters, bedingt durch Änderung der Eauaigkeit dieser Stirn sowie durch den auf dieser entstandenen Oxidfilm, 0,02 nicht, was um das 45fache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters unter denselben Verhältnissen. Die Meßfehlerkom ponente, welche der besagten Änderung des Strahlungsvermögens entspricht, übertraf dabei 0,2 % nicht, während sie für den bekannten Lichtleiter bis zu 9 % erreichte. Beispiel 8

Unter denselben Bedingungen, wie in -Beispiel 7, wurde ein Lichtleiter mit einem Verhältnis gi— von 0,3 verwendet.

1$ Die Meßfehlerkomponente übertraf dabei 0,4 % nicht, was mehr als um das 22fache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters.

Beispiel 9

Mit Hilfe desselben Lichtleiters und in demselben Aggregat, wie in Beispiel 1, wurde die Temperatur der Kupferschmelze im Bereicii von 1200 bis 1300 ⁰C gemessen.

In diesem Falle übertraf die absolute Änderung des Strahlung s ν er möge ns der Arbeitsstirn des Licntle iters, bedingt durch Bildung eines Oxidf ilnies an dieser Stirn, 0,01 nicht, was um das 5Ofache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters unter denselben Verhältnissen. Die der besagten Änderung des StraiiiungsVermögens entsprechende Meßfehlerkomponente übertraf dabei 0,1 % nicnt, während sie für den bekannten Lichtleiter bis zu 5 % betrug.

Beispiel 10

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 9, wurde ein Lichtleiter mit einem Verhältnis -r=· von 0,3 verwendet Die Meßfehlerkomponente übertraf dabei 0,3 % nicht, was um das 17fache niedriger ist, als bei dem bekannten Lichtleiter.

Beispiel 11

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 1, wurde ein gemäß Fig. 2 ausgeführter Lichtleiter mit einem Ver-

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hältnia der Querschnittsfläche des engen Teiles des Lichtleiters zu der Stirnseite dessen breiten Teiles 0^ von

^b2

0,2 verwendet. In diesem Falle übertraf die Meßfehlerkomponente 1,1 % nicht, was um das 3t5fache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters.

Beispiel 12

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 4, wurde ein gemäß Fig. 2 ausgeführter Lichtleiter mit einem Verhältnis q^ von 0,06 verwendet. Die Meßfehlerkomponente übertraf dabei 1 % nicht, was um das 18fache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters.

Beispiel 13

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 1, wurde ein gemäß Fig. 7 gestalteter Licntleiter mit einem Verhältnis "1 von 0,5 verwendet. Der Lichtleiter wurde dabei so

S₂
angeordnet, daß dessen breiter Teil vollständig in der isothermischen Au^kIeidungsschicht lag. In diesem $all übertraf die Meßfenlerkouiponente 1,7 % nicut, was um das 20fache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Licntleitara.

Beispiel 14

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 4, wurde ein gemäß Fig. 7 gestalteter Lichtleiter mit einem Verhältnis —i- von 0,05 verwendet. Der breite Teil des Lichtleiters lag dabei vollständig in der isothermiscnen Auskleidungsschiciit.. In diesem Fall übertraf die Meiifehlerkomponente 0,8 % nicht, was um das 2Ofache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Licntleitera.

Beispiel 15

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 1, wurde ein gemäß Fig. 4 gestalteter Lichtleiter mit einem Verhältnis -ö=- von 0,25 verwendet. Der breite Teil des Lichtlei-

ters lag dabei vollständig in der isothermischen Auskleidungsschicht. In diesem Fall übertraf die Meßfehlerkomponente 1,3 % nicht, was menr als um das 2fache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters. Beispiel 16
Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 4, wurde

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ein gemäß Fig. 4 ausgeführter Lichtleiter mit einem Verhältnis ~3- von 0,08 verwendet. Der breite Teil des Lichtleiters lag dabei vollständig in der isothermischen Auskleidungsschicht. In diesem Fall erreichte die Meßfehlerkomponente 1 %, was um das IBfache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters. Beispiel 1?

Zur Messung der Temperatur der Aluminiumschmelze im Bereich von 650 bis HOO ⁰G wurde ein gemäß Fig.5 ausgeführte Licntleiter aus Quarzglas mit einem Verhältnis g— von 0,1 sowie ein Teilstrahlungspyrometer, welches diesem im Beispiel 4 erwähnten ähnlich ist, verwendet. Die Gesamtlänge des Licntleiters und die Auskleidungsdicke waren dieselbe, wie in Beispiel 1.

In diesea Fall übertraf die absolute Änderung des Strahlungsvermögens der Arbeitsstirn des Lichtleiters, bedingt durch Änderung der Rauhigkeit dieser Arbeitsstirn während des Betriebs, 0,01 nicnt, was um das lOfache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Lichtleiters unter denselben Veraältnissen. Die der erwähnten Änderung des Stranlungsvermögens entsprechende Meßfehlerkomponente übertraf dabei 1 % nicht, während diese für den bekannten Lichtleiter 10 % erreichte.
Beispiel 18

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 17, wurde ein gemäß Fig. 6 ausgeführter Lichtleiter mit einem Verhält-

Si
nis q— von 0,04 verwendet.

2
Die Meßfehlerkomponente übertraf dabei 0,5 % nicht, was

um das 20fache niedriger ist, als bei Verwendung des bekannten Licutleiters.

Zur Bestimmung des Einflusses der Anordnungsateile des Licntleiters auf dessen Betriebszuverlässigkeit wurden in einem Induktionsofen zum Schmelzen von Gußeisen drei Gruppen Lichtleiter zu je I5 Stück angeordnet. Sämtliche Licht leiter waren aus Leukosapphir hergestellt.

Die Lichtleiter der ersten und der zweiten Gruppe wurden zur Temperaturmessung der Schmelze nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet und waren gemäß Fig. 4 ausge-

geführt. Ein jeder Lichtleiter der ersten Gruppe wurde derart angeordnet, wie es in Fig. IO veranschaulicht, und ein jeder Lichtleiter der zweiten Gruppe so, wie es in Fig. 11 gezeigt ist.

Zu der dritten Gruppe gehörten Lichtleiter bekannter Bauart, insbesondere in Form eines zylindriscnen Stabes, mit deren Hilfe die Messung nach dem bekannten Verfahren vorgenommen wurde, d.h. die Anordnung dieser Lichtleiter stimmte mit Fig. 10 und 11 nicht überein. Insbesondere wurden fünf Lichtleiter über dem restlichen Schmelzgut st and, die folgenden fünf Lichtleiter außerhalb des Bereichs des größten Schmelzgut Umlaufs und jeder von sonstigen Licntleitern in bezug auf den restlichen Schmelzgutstand derart angeordnet, daß seine geometrische Achse auf einer Tiefe lag, die kleiner als die Auskleidungsdicke auf diesem Niveau war.

Während des Betriebs des Ofens im Laufe von I500 h (Lebensdauer der Auskleidung) wurde nur ein Lichtleiter der ersten Gruppe (Fig. 10) zerstört und in der zweiten Gruppe (Fig. 11) waren überhaupt keine Zerstörungen zu verzeichnen. Dabei lag der bei Messungen mit Hilfe der Lichtleiter der ersten und der zweiten Gruppe hervortretende Fehler im Bereich des zulässigen.

Zu derselben Zeit wurden sämtliche Lichtleiter der dritten Gruppe zerstört und der bei Messungen unter ihrer Verwendung auftretende Fehler übertraf bei weitem den zulässigen Wert. Bin hoher Meßfehler wurde insbesondere bedingt: Für die ersten fünf Lichtleiter durch Zerstörung der Arbeitsstirn und des mittleren Teiles; für die zweiten fünf Lichtleiter durch Zerstörung deren mittleren Teiles und für die letzteren fünf Lichtleiter durch Zerstörung des mittleren Teiles und Versinterung der Arbeitsstirn.

Beispiel 20(negativ)

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 1, wurde der in Fig. 4 dargestellte Lichtleiter bei welchem das Verhältnis-Tjp 0,75 betrug, d.h. den empfohlenen Wert übertraf, verwendet. Der breite Teil des Lichtleiters lag dabei vollständig in der isothermischen Auskleidungsschicht.

In diesem Fall erreichte die Meßfehlerkomponente 4 %,

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was die zulässige Größe des Gesamtmeßfehlers wesentlich übertrifft.

Beispiel 21

Unter denselben Bedingungen, wie in Beispiel 4, wurde

der in Fig. J dargestellte Lichtleiter verwendet, bei wel-

di
ehern das Verhältnis j- 0,9 betrug, d.h. den empfohlenen Wert übertraf. Der breite Teil des Lichtleiters lag dabei im wesentlichen in der nicht isothermischen Schicht der Auskleidung.

In diesem ^aIl betrug die Meßfehlerkomponente 8 %, was die zulässige Größe des Gesamtmeßfehlers wesentlich übertrifft.

Vorstehend sind konkrete Ausführungabeispiele der vorliegenden Erfindung gebracht, welche verschiedene Anderungen und Ergänzungen zulassen, die für den Fachmann auf diesem Gebiet der Technik offenkundig sind, wobei der Erfindungsinhalt und -tatbestand im Rahmen der nachstehend gebrachten Patentansprüche erhalten bleibt. Gewerbliche Anwendbarkeit

^i* dem größten Nutzeffekt kann die vorliegende Erfindung zur Temperaturmessung der Schmelzen von Schwarz- und Buntmetallen im Hütten- und Gießereiwesen, insbesondere bei solchen Aggregaten, wie Induktionsofen, magnetohydrodynamische Pumpen, Kupolofen, ti ie me ns-M art in-öf en und Konvertierungsöfen verwendet werden. Darüber hinaus kann diese Erfindung In chemischer und in Glasindustrie zur Temperaturmes sung an Glas- und Salzschmelzen bzw. anderen geschmolzenen Stoffen zum Einsatz gelangen.

Claims

":: ;■"'■ 305Q498 -V--.29,- PATENTANSPRÜCHE:

1. Ads lichtdurchlässigem hochschmelzendem korrosionsbeständigem Werkstoff ausgeführter Lichtleiter zur Übertragung der Warme strahlung von der Scnmelze zum Pyrometer dadurch gekennzeichnet, daß er einen engen Teil (2) in Gestalt eines Stabes sowie einen an diesem anliegenden breiten Teil (3) mit einer flachen Stirn (3a) aufweist, welche die Arbeitsstirn des Lichtleiters bildet, der im Vergleich zu dem engen Teil (2) einen optischen Hohlraum darstellt, welcher die Strahlung der Arbeitsstirn (3a) im wesentlichen als Hohlraumstrahlung formiert, wobei das Verhältnis der -^uerschnittsfläche des engen Teiles (2) des Lichtleiters an Stelle dessen Anliegens am breiten Teil (3) zur Seitenfläche (3b) des breiten-Teiles (3) 0,5 nicht überschreitet.

2. Lichtleiter nach Anspruch 1,dadurch geüennze ichnet, daß die Seitenfläche (3b) des breiten Teiles (3) des Lichtleiters mit einem Spiegelbelag (3c) versehen ist und eine Form aufweist, bei welcher die Strahlung der Arbeitsstirn (3a) des Lichtleiters von dieser Fläche (3b) auf die Arbeitsstirn (3a) zurückgespiegelt wird.

3. Lichtleiter nach Anspruca 2,dad arch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche (3b) dessen breiten Teiles (3) die Form eines Hot at ionskorpers mit konvexer Erzeugenden aufweist.

4. Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch g ekennze ichnet, daß dessen breiter Teil (3) in Gestalt einer Halbkugel und dessen enger Teil (2) als ein zylindrischer Stab mit einem Durchmesser, welcher 0,8 dieses der Halbkugel nicht übertrifft, ausgeführt ist.

5· Verfahren zur Messung der Schmelzguttemperatur in einem Hüttenaggregat unter Verwendung eines Lichtleiters, welches die Anordnung des letzteren in der Auskleidung des Aggregates sowie Bestimmung der Schmelzguttemperatur unter Verwendung eines Pyrometers nach der Wärmestrahlung, die auf dieses durch den besagten Lichtleiter übertragen wird, vorsieht, dadurch gekennzeichnet, daß der Licntleitef (1) mit seinem breiten Teil (3) in Rieh-

■: : V : ; 3Q5Q498

tang zur Schmelze·(5) hin angeordnet und der enge Teil (2) des Lichtleiters (1) durch die Auskleidung (6) nach außen hin zum Pyrometer (?) derart ausgeführt ist, daß die geometrische Achse des Lichtleiters (1) über die Stelle der Innenfläcne der Auskleidung (6) verläuft, welche sich im Bereich (0) des größten Umlaufs der Schmelze (5) befindet und gegenüber dem Rückstandsspiegel (5a) der Schmelze (5) in einer Tiefe (h) liegt, die nicht kleiner ist, als die Summe der Dicke (t) der Auskleidung auf diesem Niveau sowie der Große, welche der Hälfte des Maximalquerschnittes (d) des breiten Teiles (3) des Lichtleiters (1) gleicn ist, die Temperaturbestimmung der Schmelze (5.) erfolgt dabei durch Messung der Kennwerte der Wärmestrahlung, die durcia die Schmelze (5) auf der Strecke hervorgerufen wird, die an der vorstenend erwähnten Stelle der Innenfläche der Auskleidung (6) unmittelbar anliegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5» d a d u r c h g e tcennzeich.net, daß der Lichtleiter derart ange-. ordnet wird, daß die besagte Stelle der Innenfläche der Auskleidung (6) auf einem mindestmöglichen Abstand im Bereich (I) der Zone des größten Umlaufs der Schmelze (5) vom Boden (4a) des Aggregats (4) liegt.