EP0198910B1 - Verfahren und vorrichtung zum detektieren von schlacke - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum detektieren von schlacke Download PDF

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EP0198910B1
EP0198910B1 EP85905609A EP85905609A EP0198910B1 EP 0198910 B1 EP0198910 B1 EP 0198910B1 EP 85905609 A EP85905609 A EP 85905609A EP 85905609 A EP85905609 A EP 85905609A EP 0198910 B1 EP0198910 B1 EP 0198910B1
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EP
European Patent Office
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coils
transmitting
coil
receiving
receiving coil
Prior art date
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Application number
EP85905609A
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English (en)
French (fr)
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EP0198910A1 (de
Inventor
Wolfgang Theissen
Edmund Julius
Franz Rudolf Block
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AMEPA ANGEWANDTE MESSTECHNIK und PROZESSAUTOMATISIERUNG GmbH
Original Assignee
AMEPA ANGEWANDTE MESSTECHNIK und PROZESSAUTOMATISIERUNG GmbH
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Publication date
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Application filed by AMEPA ANGEWANDTE MESSTECHNIK und PROZESSAUTOMATISIERUNG GmbH filed Critical AMEPA ANGEWANDTE MESSTECHNIK und PROZESSAUTOMATISIERUNG GmbH
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Publication of EP0198910A1 publication Critical patent/EP0198910A1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0025—Adding carbon material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
    • B22D11/186—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level by using electric, magnetic, sonic or ultrasonic means

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting slag flowing in a flow of a molten metal with a measuring transducer which comprises the contact between the flow of the molten metal and consists of at least one transmitting coil and one receiving coil, these being applied to at least one transmitting coil with a current containing several frequencies , which induces a voltage in the receiving coil, which is evaluated frequency-selectively.
  • the visual inspection is dispensed with and, when a predetermined filling level in the pouring ladle is reached, it is stopped.
  • EP-A-0 077 747 on which the preambles of claims 1 and 7 are based, describes a method and an apparatus for detecting slag.
  • EP-A-0 010 539 also describes a method for measuring the fill level of metals in vessels, in particular in continuous casting molds.
  • the invention has for its object to arrive at a method with which a small proportion of slag in the flowing melt can be recognized and displayed without having to remove the shielding of the pouring jet or hindering the pouring.
  • This object is achieved in that the conductivity distribution and the diameter of the flow cross section which changes as a result of wear are determined from the spectrally complex profile of the voltage induced by two transmitter coils, a continuous or quasi-continuous measurement of changing temperatures being used to calibrate the measured values of the induced voltage spectrum are so that the actual proportion of the slag in the passing molten metal is determined.
  • the temperatures of the melt and the sensor should be monitored continuously.
  • the temperature measurements are state of the art. The determination is particularly simple if the ohmic resistances of the coils are used to infer the temperatures of the measuring sensors and from this further the temperature of the melt.
  • the heat spread in the system itself can be calculated after the material constants have been determined in the usual way.
  • the value of the electrical conductivity which is included in the calculation of the distribution of the slag from the measured values of the voltage spectrum, can be corrected.
  • the use of two transmitting and one receiving coil which are arranged against each other so that the total magnetic flux of the individual frequencies passing through the receiving coil can be equalized to zero by appropriate feeding of the currents into the transmitting coils and that at the same time that of the two transmitting coils Eddy currents induced in the molten metal have different sizes.
  • a further embodiment of the invention provides that in the method the transmitting coils as receiving coils and the receiving coils act as pillars p Sendes.
  • a reference device which likewise consists of a transmitting and a receiving coil, and both transmitting coils are connected in series and both receiving coils are electrically connected to one another.
  • a further embodiment of the invention provides that a further winding is applied to the transmitter coil of the reference device, into which a current which is variable according to amounts and phase positions is fed in frequency-selectively so that the total voltages of the receiver coil for all frequencies become zero or approach zero.
  • the signals from the measuring coils are preferably measured with the aid of phase-sensitive rectifiers, and the evaluation and adjustment of the bridge circuits are carried out with the aid of a computer or microprocessor.
  • the device for carrying out the inventions consists in the fact that two transmitter coils and a receiver coil of the measuring sensor are integrated into the lining or perforated stones of a metallurgical vessel in such a way that either the transmitter and receiver coils coaxially surround the flow of the molten metal and the receiver coil inside, between the two transmitter coils or is also outside of the two transmitter coils, and that the coils are spaced from one another, or that the transmit and receive coil longitudinal axes of the coils point in the radial direction and offset the transmit coils by 90 ° and the transmit coil by 180 ° with respect to the receive coil at the same radial distances from the measurement object are.
  • the vessel can be provided with an outflow valve which can be controlled by the measured values determined.
  • one or more transmitting and receiving coils can thus be fixed in place around the pouring pouring stream in such a way that they preferably surround it coaxially.
  • the transmitter coils are fed with a current of several frequencies, the voltage induced in the pick-up coils being measured in a frequency-selective manner according to magnitude and phase position.
  • the radial distribution of the electrical conductivity can be used to infer the slag content in the melt.
  • a bridge circuit is used to increase the sensitivity, in which a reference arrangement consisting of a transmitting and receiving coil is switched so that the same supply current flows through the transmitter coils, while the receiver coils are switched so that the induced voltages are directed in opposite directions.
  • a further winding is applied to the reference coil, which is fed with the feed current at the same frequency with a current which can be changed in frequency and in the phase positions and amounts.
  • the measuring bridge is compared with this compensation current in such a way that the sum voltages of the individual frequencies at the receiving coils become zero. Changes in the electrical conductivity of the test object then lead to frequency-selective detuning of the zero adjustment of the bridge.
  • the transmitter coils are fed with currents which contain several frequencies and which are set frequency-selectively against each other in amount and phase position so that the induced voltage in the measuring coil is adjusted to zero for all frequencies. Changes in the electrical conductivity of the test object then lead to a frequency-selective detuning of the zero adjustment of the bridge.
  • Fig. 1a is a metallurgical vessel with 1, a melt with 2, a transmitter coil with 3, a receiver coil with 4, a pouring jet with 5, an outlet pipe with 6, a perforated brick with 7 and one Outflow slide designated 16.
  • the transmitter coil 3 encloses the pouring jet 5 and generates the primary field.
  • the receiving coil 4 is located coaxially within the transmitting coil 3. Both coils 3 and 4 are embedded in the perforated brick 7 and cast.
  • Fig. 1 b shows an example of how the sensors enclose the outlet pipe 6 of the pan and the intermediate vessel.
  • Transmitter coil 3 and receiver coil 4 are firmly connected to one another and enclose the outlet pipe 6 coaxially. Transmitter coil 3 and receiver coil 4 are attached to the outlet pipe 6 so that they can be easily removed and reused when the outlet pipe 6 is changed.
  • the reference arrangement consists of a transmitting and receiving coil, which are arranged in such a way that an approximately the same induction voltage is generated in the reference receiving coil as in the measuring coil.
  • Fig. 2 shows the basic structure of a measuring circuit for three frequencies, in which the transducer and the reference arrangement are operated in a bridge circuit.
  • a frequency generator 8 controls a power amplifier 9 with three frequencies, which feeds the series-connected transmission coils 10 of the measuring sensor and a transmission coil 11 of the reference arrangement.
  • a receiving coil 10a of the measuring sensor and a receiving coil 11a of the reference arrangement are connected to one another and designed in such a way that the induced voltages are almost compensated for.
  • the sum signal is fed via a high-impedance preamplifier 12 to phase-sensitive rectifiers 13, which break down the signal into real and imaginary parts, which are displayed on a corresponding output unit 14.
  • Fig. 3 shows the basic structure of a measuring circuit for three frequencies, in which the sensor and the reference arrangement are operated in a bridge circuit and the bridge adjustment is carried out by a compensation current.
  • the measuring and reference arrangement is operated as in FIG. 2.
  • a compensation winding 15 is applied to the reference coil arrangement, which is operated as a further transmitter coil.
  • the signal tapped at the frequency generator 8 is fed frequency-selectively via adjustable phase shifters 16a, 16b, 16c to the power amplifiers 9a, 9b, 9c feeding the compensation winding, the amplification of which can also be changed.
  • phase positions and the amounts of the compensation currents are set manually or by a computer or microprocessor 21 so that the sum voltage at the input of the preamplifier 12 is zero for all frequencies. Changes in the conductivity of the measurement object then lead to detuning of the bridge and to a sum signal at the input of the preamplifier 12, from the amounts and phase positions of which the radial distribution of the electrical conductivity of the pouring jet 5 and from this the slag fraction can be determined.
  • Fig. 4a shows the basic mechanical structure of a sensor, which consists of two transmitter coils 3, 3a and a receiver coil 4.
  • the transmitter coil 3 is thereby coaxially enclosed by the receiver coil 4 at a certain radial distance, the optimal value of which depends on the overall geometry of the sensor, and this in turn is enclosed by the second transmitter coil 3a, which works as a reference coil.
  • This coil arrangement is mechanically fixed to one another, preferably cast, and as a whole encloses the pouring jet 5 at a predetermined distance.
  • Fig. 4b shows the basic mechanical structure of a sensor, which consists of two transmitter coils 3, 3a and a receiver coil 4.
  • the transmitter coils 3, 3a and the receiver coil 4 are arranged in such a way that their axes point in the radial direction and that the transmitter coil 3a is offset by 90 ° and the transmitter coil 3 by 180 ° with respect to the receiver coil 4.
  • Fig. 5 shows the basic structure of a measuring circuit for three frequencies with the coil arrangement according to Fig. 4a or 4b as a sensor.
  • a frequency generator 8 controls a power amplifier 9 with three frequencies, which in turn feeds the transmitter coil 3 of the sensor.
  • the signal of the frequency generator 8 is simultaneously frequency-selectively supplied via adjustable phase shifters 16a, 16b, 16c to the power amplifiers 9a, 9b, 9c, which feed the transmitter coil 3a of the sensor.
  • the voltage induced in the receiving coil 4 of the sensor is fed via a preamplifier 12 to phase-sensitive rectifiers 13, which break down the signal frequency-selectively into real and imaginary parts, which are displayed on a corresponding output unit 14.
  • phase positions of the compensation currents in the transmission coil 3a are set by means of the phase shifters 16, 16b, 16c and the amounts by means of the amplification factors of the power amplifiers 9a, 9b, 9c so that the induction voltage at the input of the preamplifier 12 becomes zero for all frequencies.
  • Changes in the radial distribution of the electrical conductivity in the test object 5 lead to a detuning of the measuring bridge and to a signal at the input of the preamplifier 12, from whose amounts and phase positions the radial distribution of the electrical conductivity and from this the slag fraction in the pouring jet can be determined.
  • the measuring bridge can be adjusted manually or by a microprocessor 21.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von in einem Fluß einer Metallschmelze mitfließender Schlacke mit einem den Fluß der Metallschmelze berührungslos umgebenden, aus mindestens einer Sendespule und einer Empfangsspule bestehenden Meßaufnehmer, wobei diese mindestens eine Sendespule mit einem mehrere Frequenzen enthaltenden Strom beaufschlagt werden, der in der Empfangsspule eine Spannung induziert, die frequenzselektiv ausgewertet wird.
  • Beim Abgießen von Stahl aus Konvertern, Pfannen oder Zwischengefäßen befindet sich auf der Oberfläche der Schmelze eine Schlackenschicht. Aus metallurgischen Gründen ist man bestrebt, möglichst keine Schlacke mit abzugießen. Um den Schlackeabfluß zu verhindern, sind im wesentlichen folgende Verfahren bekannt:
    • Bei der Pfanne wird der ungefähre Zeitpunkt ermittelt, ab dem Schlacke abfließen kann. Dazu wird die Pfanne in leerem und vollem Zustand gewogen, so daß sich daraus die jeweilige Restmenge an Schmelze ermitteln läßt. Das Ausfließen der Schlacke wird, nachdem aus der Anzeige der Waage daraus geschlossen wurde, daß der Füllstand auf kritische Werte abgesunken ist, visuell von der Bedienungsmannschaft ermittelt.
  • Abgesehen davon, daß die Ermittlung der Restmenge an Schmelze nur recht ungenau erfolgen kann, da sie vom Abnutzungsgrad der Pfannenausmauerung abhängt, ist dieses Verfahren aufwendig, vor allem, wenn unter Schutzgas vergossen wird, was bei hochwertigen Stahlsorten in der Regel der Fall ist. Damit der Gießstrahl beobachtet werden kann, muß nämlich die Abschirmung teilweise entfernt werden. Dies erfordert einen erheblichen maschinentechnischen Aufwand und verschlechtert zudem die Qualität.
  • Bei einem anderen Verfahren wird auf die visuelle Kontrolle verzichtet und beim Erreichen eines vorgegebenen Füllstandes in der Pfanne des Abgießens abgebrochen.
  • Dieses Verfahren ist unwirtschaftlich, weil stets ein Rest der Schmelze in der Pfanne verbleibt, der wieder eingeschmolzen werden muß.
  • In der EP-A-0 077 747, auf welcher die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 7 basieren, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von Schlacke beschrieben.
  • In der EP-A-0 010 539 ist weiterhin ein Verfahren zur Messung des Füllstandes von Metallen in Gefäßen, insbesondere in Stranggießkokillen beschrieben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zu einem Verfahren zu gelangen, mit dem ein geringer Anteil von Schlacke in der abfließenden Schmelze erkannt und angezeigt werden kann, ohne dazu die Abschirmung des Gießstrahls entfernen zu müssen oder das Gießen zu behindern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus dem spektralen komplexen Verlauf der von zwei Sendespulen induzierten Spannung die Leitfähigkeitsverteilung und der durch Verschleiß sich ändernde Durchmesser des Flußquerschnittes ermittelt wird, wobei eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Messung sich ändernder Temperaturen zur Kalibrierung der Meßwerte des induzierten Spannungsspektrums benutzt werden, so daß daraus der tatsächliche Anteil der Schlacke in der passierenden Metallschmelze ermittelt wird.
  • Die Temperaturen der Schmelze und der Meßaufnehmer sollen laufend überwacht werden. Die Temperaturmessungen sind Stand der Technik. Die Bestimmung ist besonders einfach, wenn aus den ohmschen Widerständen der Spulen auf die Temperaturen der Meßaufnehmer und daraus weiter auf die Temperatur der Schmelze geschlossen wird. Die Wärmeausbreitung im System selbst kann berechnet werden, nachdem die Materialkonstanten in üblicher Weise bestimmt wurden.
  • Mit den Meßwerten der Temperatur kann der Wert der elektrischen Leitfähigkeit, der in die Berechnung der Verteilung der Schlacke aus den Meßwerten des Spannungsspektrums eingeht, korrigiert werden.
  • Vorzugsweise haben die Verwendung von zwei Sende- und einer Empfangsspule, die gegeneinander so angeordnet sind, daß der in der Empfangsspule hindurchtretende magnetische Summenfluß der einzelnen Frequenzen durch entsprechende Einspeisung der Ströme in die Sendespulen auf Null abgeglichen werden kann und daß gleichzeitig die von den beiden Sendespulen in der Metallschmelze induzierten Wirbelströme unterschiedliche Größe haben.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß bei dem Verfahren die Sendespulen als Empfangsspulen und die Empfangsspulen als Sendespulen wirken.
  • Vorzugsweise umschließen bei dem Verfahren nur eine Anordnung aus Sende- und Empfangsspule den Fluß der Metallschmelze. Weiterhin ist die Verwendung einer Referenzeinrichtung vorgesehen, die ebenfalls aus einer Sende- und einer Empfangsspule besteht und beide Sendespulen hintereinander und beide Empfangsspulen elektrisch gegeneinander geschaltet werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß auf die Sendespule der Referenzeinrichtung eine weitere Wicklung aufgebracht wird, in die frequenzselektiv ein nach Beträgen und Phasenlagen veränderlicher Strom so eingespeist wird, daß die Summenspannungen der Empfängerspule für alle Frequenzen Null wird bzw. gegen Null geht.
  • Vorzugsweise werden die Signale der Meßspulen mit Hilfe von phasenempfindlichen Gleichrichtern gemessen und die Auswertung und der Abgleich der Brückenschaltungen mit Hilfe eines Rechners oder Mikroprozessors durchgeführt werden.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zwei Sendespulen und eine Empfangsspule des Meßaufnehmers in die Ausmauerung bzw. in Lochsteine eines metallurgischen Gefäßes derart integriert sind, daß entweder die Sende- und Empfangsspulen den Fluß der Metallschmelze koaxial umgeben und die Empfangsspule innen, zwischen den beiden Sendespulen oder auch außerhalb der beiden Sendespulen liegt, und daß die Spulen voneinander beabstandet sind, oder daß die Sende- und Empfangsspulenlängsachsen der Spulen in radiale Richtung weisen und bei gleichen radialen Abständen zum Meßobjekt die Sendespulen um 90° und die Sendespule um 180° gegenüber der Empfangsspule versetzt sind.
  • Schließlich läßt sich nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Gefäß mit einem durch die ermittelten Meßwerte steuerbaren Ausflußschieber versehen ist.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können also eine oder mehrere Sende- und Empfangsspulen ortsfest so um den ausfließenden Gießstrahl angebracht werden, daß sie diesen vorzugsweise koaxial umschließen. Dabei werden die Sendespulen mit einem Strom mehrerer Frequenzen gespeist, wobei die in den Aufnahmespulen induzierte Spannung frequenzselektiv nach Betrag und Phasenlage gemessen wird. Mit Hilfe eines Rechners oder Mikroprozessors läßt sich aus der radialen Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit auf den Schlackenanteil in der Schmelze schließen.
  • Zur Erhöhung der Empfindlichkeit dient eine Brückenschaltung, bei der eine Referenzanordnung, bestehend aus einer Sende- und Empfangsspule, so geschaltet wird, daß die Sendespulen vom gleichen Speisestrom durchflossen werden, während die Empfängerspulen so geschaltet werden, daß die induzierten Spannungen einander entgegengerichtet sind.
  • Zum Abgleich der Brückenschaltung und zur weiteren Steigerung der Empfindlichkeit wird auf die Referenzspule eine weitere Wicklung aufgebracht, die mit einem frequenzselektiv in den Phasenlagen und Beträgen veränderbaren Strom frequenzgleich mit dem Speisestrom gespeist wird. Mit diesem Kompensationsstrom wird die Meßbrücke in der Weise abgeglichen, daß die Summenspannungen der einzelnen Frequenzen an den Empfangsspulen Null werden. Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Meßobjekts führen dann zur frequenzselektiven Verstimmung des Nullabgleichs der Brücke.
  • Wird das Meßverfahren nach Anspruch 4 verwendet, werden die Sendespulen mit Strömen gespeist, die mehrere Frequenzen enthalten und die frequenzselektiv gegeneinander in Betrag und Phasenlage so eingestellt werden, daß die induzierte Spannung in der Meßspule für alle Frequenzen auf Null abgeglichen wird. Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Meßobjekts führen dann zu einer frequenzselektiven Verstimmung des Nullabgleichs der Brücke.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich ein Schlackeanteil im Gießstrahl wie folgt erkennen :
    • Da die elektrische Leitfähigkeit der Stahlschmelze wesentlich größer ist als die der Schlacke, verringert ein Schlackeanteil im Gießstrahl die örtliche elektrische Leitfähigkeit. Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des Meßobjekts verändern die induzierten Wirbelströme und damit die in den Empfängerspulen induzierte Spannung nach Betrag und Phasenlage. Änderungen des Durchmessers des Meßobjekts führen dabei zu Signalen, die sich nach Betrag und Phasenlage von den Signalen, die aufgrund von Leitfähigkeitsänderungen hervorgerufen werden, unterscheiden.
  • Durch die Verwendung mehrerer Frequenzen des Speisestroms mit daraus folgenden unterschiedlichen Eindringtiefen der elektromagnetischen Felder erhält man zusätzliche Informationen über die radiale örtliche Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit und die Geometrie des Meßobjekts. Damit läßt sich die Auflösung weiter steigern, so daß bereits ein sehr geringer Schlackeanteil im Gießstrahl erkannt werden kann.
  • Die aus Temperaturänderungen der 'Schmelze und der Meßaufnehmer resultierenden Fehler lassen sich weitgehend unterdrücken, wenn, wie beschrieben, die Temperaturen aufgenommen und die Meßwerte für die Berechnung des Schlackeanteils entsprechend korrigiert werden.
  • In der Zeichnung sind Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der prinzipielle Aufbau von Meßschaltungen dargestellt. Es zeigen :
    • Fig. 1a den mechanischen Einbau der Meßaufnehmer in einem Lochstein von Pfanne oder Zwischengefäß ;
    • Fig. 1b den mechanischen Einbau der Meßaufnehmer auf der Oberfläche eines Auslaufrohrs von Pfanne oder Zwischengefäß;
    • Fig. 2 eine Meßschaltung für drei Frequenzen, bei der die Aufnehmer und die Referenzanordnung in einer Brückenschaltung betrieben werden ;
    • Fig. 3 eine Meßschaltung für drei Frequenzen mit Kompensationswicklung, bei der die Meßbrücke mit Hilfe eines Kompensationsstroms abgeglichen wird ;
    • Fig. 4a den mechanischen Aufbau eines Meßaufnehmers, der aus zwei Sende- und einer Empfangsspule besteht, und bei der die Meßaufnehmerspulen den Flußquerschnitt der Metallschmelze koaxial umschließen;
    • Fig. 4b den mechanischen Aufbau eines Meßaufnehmers, der aus zwei Sende- und einer Empfangsspule besteht, und bei der die Meßaufnehmerspulenachsen in radiale Richtung weisen ;
    • Fig. 5 eine Meßschaltung für den Meßaufnehmer gemäß Fig. 4a und 4b, wobei der Brückenabgleich durch den Speisestrom erfolgt.
  • In Fig. 1a ist ein metallurgisches Gefäß mit 1, eine Schmelze mit 2, eine Sendespule mit 3, eine Empfangsspule mit 4, ein Gießstrahl mit 5, ein Auslaufrohr mit 6, ein Lochstein mit 7 und ein Ausflußschieber mit 16 bezeichnet.
  • Die Sendespule 3 umschließt den Gießstrahl 5 und erzeugt das primäre Feld. Die Empfangsspule 4 befindet sich koaxial innerhalb der Sendespule 3. Beide Spulen 3 und 4 sind in den Lochstein 7 eingelassen und vergossen.
  • Fig. 1 b zeigt ein Beispiel dafür, wie die Meßaufnehmer das Auslaufrohr 6 von Pfanne und Zwischengefäß umschließen.
  • Sendespule 3 und Empfangsspule 4 sind fest miteinander verbunden und umschließen das Auslaufrohr 6 koaxial. Sendespule 3 und Empfangsspule 4 werden am Auslaufrohr 6 so befestigt, daß sie beim Wechsel des Auslaufrohres 6 leicht entfernt und wiederverwendet werden können.
  • Wird zur Erhöhung der Empfindlichkeit die Meßanordnung in einer Brückenschaltung betrieben, besteht die Referenzanordnung aus einer Sende- und Empfangsspule, die so angeordnet sind, daß in der Referenzempfangsspule eine näherungsweise gleiche Induktionsspannung wie in der Meßspule erzeugt wird.
  • Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Meßschaltung für drei Frequenzen, bei der die Aufnehmer- und die Referenzanordnung in einer Brückenschaltung betrieben werden.
  • Ein Frequenzgenerator 8 steuert einen Leistungsverstärker 9 mit drei Frequenzen an, der die hintereinander geschalteten Sendespulen 10 des Meßaufnehmers und eine Sendespule 11 der Referenzanordnung speist. Eine Empfangsspule 10a des Meßaufnehmers und eine Empfangsspule lla der Referenzanordnung sind gegeneinander geschaltet und so ausgelegt, daß sich die induzierten Spannungen nahezu kompensieren. Das Summensignal wird über einen hochohmigen Vorverstärker 12 phasenempfindlichen Gleichrichtern 13 zugeführt, die das Signal in Real- und Imaginärteile zerlegen, die auf einer entsprechenden Ausgabeeinheit 14 dargestellt werden.
  • Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Meßschaltung für drei Frequenzen, bei der Meßaufnehmer und die Referenzanordnung in einer Brückenschaltung betrieben werden und der Brückenabgleich durch einen Kompensationsstrom durchgeführt wird.
  • Die Meß- und Referenzanordnung wird wie in Fig. 2 betrieben. Zusätzlich wird auf die Referenzspulenanordnung eine Kompensationswicklung 15 aufgebracht, die als weitere Sendespule betrieben wird. Das am Frequenzgenerator 8 abgegriffene Signal wird frequenzselektiv über einstellbare Phasenschieber 16a, 16b, 16c den die Kompensationswicklung speisenden Leistungsverstärkern 9a, 9b, 9c zugeführt, deren Verstärkung ebenfalls verändert werden kann.
  • Die Phasenlagen und die Beträge der Kompensationsströme werden manuell oder durch einen Rechner oder Mikroprozessor 21 so eingestellt, daß die Summenspannung am Eingang des Vorverstärkers 12 für alle Frequenzen Null ist. Änderungen der Leitfähigkeit des Meßobjektes führen dann zur Verstimmung der Brücke und zu einem Summensignal am Eingang des Vorverstärkers 12, aus dessen Beträgen und Phasenlagen die radiale Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit des Gießstrahls 5 und daraus der Schlackeanteil ermittelt werden kann.
  • Fig. 4a zeigt den prinzipiellen mechanischen Aufbau eines Meßaufnehmers, der aus zwei Sendespulen 3, 3a und einer Empfangsspule 4 besteht.
  • Die Sendespule 3 wird dabei von der Empfangsspule 4 in einem gewissen radialen Abstand, dessen optimaler Wert von der Gesamtgeometrie des Meßaufnehmers abhängt, und diese wiederum von der zweiten Sendespule 3a, die als Referenzspule arbeitet, koaxial umschlossen. Diese Spulenanordnung ist mechanisch gegeneinander fixiert, vorzugsweise vergossen, und umschließt als Ganzes wiederum den Gießstrahl 5 in einem vorgegebenen Abstand.
  • Fig. 4b zeigt den prinzipiellen mechanischen Aufbau eines Meßaufnehmers, der aus zwei Sendespulen 3, 3a und einer Empfangsspule 4 besteht. Die Sendespulen 3, 3a und die Empfangsspule 4 sind in der Weise angeordnet, daß ihre Achsen in radiale Richtung weisen und daß die Sendespule 3a um 90° und die Sendespule 3 um 180° gegenüber der Empfangsspule 4 versetzt sind.
  • Fig. 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Meßschaltung für drei Frequenzen mit der Spulenanordnung gemäß Fig. 4a bzw. 4b als Meßaufnehmer. Ein Frequenzgenerator 8 steuert einen Leistungsverstärker 9 mit drei Frequenzen an, der seinerseits die Sendespule 3 des Meßaufnehmers speist. Das Signal des Frequenzgenerators 8 wird gleichzeitig frequenzselektiv über einstellbare Phasenschieber 16a, 16b, 16c den Leistungsverstärkem 9a, 9b, 9c zugeführt, die die Sendespule 3a des Meßaufnehmers speisen. Die in der Empfangsspule 4 des Meßaufnehmers induzierte Spannung wird über einen Vorverstärker 12 phasenempfindlichen Gleichrichtern 13 zugeführt, die das Signal frequenzselektiv in Real- und Imaginärteile zerlegen, die auf einer entsprechenden Ausgabeeinheit 14 dargestellt werden.
  • Die Phasenlagen der Kompensationsströme in der Sendespule 3a werden mittels der Phasenschieber 16, 16b, 16c und die Beträge mittels der Verstärkungsfaktoren der Leistungsverstärker 9a, 9b, 9c so eingestellt, daß die am Eingang des Vorverstärkers 12 liegende Induktionsspannung für alle Frequenzen Null wird.
  • Änderungen der radialen Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit im Meßobjekt 5 führen zu einer Verstimmung der Meßbrücke und zu einem Signal am Eingang des Vorverstärkers 12, aus dessen Beträgen und Phasenlagen die radiale Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit und daraus der Schlackeanteil im Gießstrahl ermittelt werden kann. Der Abgleich der Meßbrücke kann manuell oder durch einen Mikroprozessor 21 vorgenommen werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Detektieren von in einem Fluß einer Metallschmelze (5) mitfließender Schlacke, mit einem den Fluß der Metallschmelze (5) berührungslos umgebenden, aus mindestens . einer Sendespule (3, 3a) und einer Empfangsspule (4) bestehenden Meßaufnehmer, wobei diese mindestens eine Sendespule (3, 3a) mit einem mehrere Frequenzen enthaltenden Strom beaufschlagt werden, der in der Empfangsspule (4) eine Spannung induziert, die frequenzselektiv ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem spektralen komplexen Verlauf der von zwei Sendespulen (3, 3a) induzierten Spannung die Leitfähigkeitsverteilung und der durch Verschleiß sich ändernde Durchmesser des Flußquerschnittes ermittelt wird, wobei eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Messung sich ändernder Temperaturen zur Kalibrierung der Meßwerte des induzierten Spannungsspektrums benutzt werden, so daß daraus der tatsächliche Anteil der Schlacke in der passierenden Metallschmelze (5) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von zwei Sende- (3, 3a) und einer Empfangsspule (4), die gegeneinander so angeordnet sind, daß der in der Empfangsspule (4) hindurchtretende magnetische Summenfluß der einzelnen Frequenzen durch entsprechende Einspeisung der Ströme in die Sendespulen (3, 3a) auf Null abgeglichen werden kann und daß gleichzeitig die von den beiden Sendespulen (3, 3a) in der Metallschmelze (2) induzierten Wirbelströme unterschiedliche Größe haben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Sendespulen (3, 3a) als Empfangsspulen und die Empfangsspule (4) als Sendespule wirken.
5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem nur eine AnQrdnung aus Sende- (10) und Empfangsspule (10a) den Fluß der Metallschmelze (2) umschließen und die Verwendung einer Referenzeinrichtung, die ebenfalls aus einer Sende- (11) und einer Empfangsspule- (11 a) besteht und beide Sendespulen (10, 11) hintereinander und beide Empfangsspulen (10a, lla) elektrisch gegeneinander geschaltet werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Sendespule (11) der Referenzeinrichtung eine weitere Wicklung (15) aufgebracht wird, in die frequenzselektiv ein nach Beträgen und Phasenlagen veränderlicher Strom so eingebracht wird, daß die Summenspannungen der einzelnen Frequenzen in den Empfängerspulen (10a, 11 a) Null wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Meßspulen (4, 10a, 11a) mit Hilfe von phasenempfindlichen Gleichrichtern (17) gemessen und die Auswertung und der Abgleich der Brückenschaltungen mit Hilfe eines Rechners oder Mikroprozessors (21) durchgeführt werden.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, zum Detektieren von in einem Fluß einer Metallschmelze (5) mitfließender Schlacke, mit einem den Fluß der Metallschmelze (5) berührungslos umgebenden, aus mindestens einer Sendespule (3, 3a) und einer Empfangsspule (4) bestehenden Meßaufnehmer, wobei die Sendespulen (3, 3a) mit einem mehrere Frequenzen enthaltenden Strom beaufschlagt werden, der in der Empfangsspule (4) eine Spannung induziert, die frequenzselektiv ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sendespulen (3, 3a) und eine Empfangsspule (4) des Meßaufnehmers in die Ausmauerung bzw. in Lochsteine (7) eines metallurgischen Gefäßes (1) derart integriert sind, daß entweder die Sende- (3, 3a) und Empfangsspulen (4) den Fluß der Metallschmelze (5) koaxial umgeben und die Empfangsspule (4) innen, zwischen den beiden Sendespulen (3, 3a) oder auch außerhalb der beiden Sendespulen 3, 3a liegt, und daß die Spulen (3, 3a, 4) voneinander beabstandet sind, oder daß die Sende- und Empfangsspulenlängsachsen der Spulen (3, 3a, 4) in radiale Richtung weisen und bei gleichen radialen Abständen zum Meßobjekt die Sendespulen (3a) um 90° und die Sendespule (3) um 180° gegenüber der Empfangsspule (4) versetzt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (1) mit einem durch die ermittelten Meßwerte steuerbaren Ausflußschieber versehen ist.
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