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    公开号:WO1986000987A1
    申请号:PCT/EP1985/000319
    申请日:1985-07-03
    公开日:1986-02-13
    发明作者:Franz-Rudolf Block；Wolfgang Theissen；Urs Basler；Branislav Pesovic
    申请人:Stopinc Aktiengesellschaft；
    IPC主号:G01F23-00
    专利说明:
    [0001] Einrichtung zur elektromagnetischen Füllstandsmessung für metallurgische Gefässe
    [0002] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Füllstands¬ messung für metallurgische Gefässe, insbesondere Zwischengefässe zum Vergiessen von Stahlschmelze in Kokillen, bestehend aus elek¬ tromagnetischen Spulen, die mit zum Bad gerichteten Achsen in der Gefässwandung angeordnet und als an Wechselstrom anschliess- bare Primär bzw. Sendespulen sowie als Sekundär- bzw. Empfängerr spulen ausgebildet sind, deren, in Abhängigkeit des Badspiegel¬ standes induzierte Wechselspannungen als Eingangssignale für eine Meßwertverarbeitungseinrichtung dienen.
    [0003] Bei' derartigen Einrichtungen sind, wie beispielsweise aus der DE-OS 27 22 214 und der US-PS 4 144 576 ersichtlich, die Sende¬ spule und die Empfängerspule getrennt an verschiedenen Stellen des Gefasses in der feuerfesten Auskleidung vorgesehen, z.B. im Bereich der Ecke eines Schmelzofens an zwei angrenzenden oder zwei gegenüberliegenden Wänden eines Gefäßes. Hierbei wird zum Bilden der Spulen ein besonderes Kabel aus einem inneren Draht, einer temperaturbeständigen keramischen Isolierung und einem äus- seren Stahlrohr verwendet. Grundsätzlich sind getrennte Spulen¬ anordnungen relativ aufwendig und umständlich in der Montage, weil jede Spule einzeln an der vorgesehenen Stelle der Gefässaus- kleidung zu montieren ist und dabei die zusammenwirkenden Spulen sehr genau gegeneinander ausgerichtet werden müssen, um brauch¬ bare Ausgangssignale zu erhalten.
    [0004] Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, durch eine verbesserte Ausbildung und Anordnung von Sende- und Empfängerspulen zueinan¬ der die Einrichtung zum Messen des Füllstandes an metallurgi¬ schen Gefässen bei höherer Messgenauigkeit zu vereinfachen.
    [0005] Die gestellte Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass Sende- und Empfängerspulen zusammengefasst als Messeinheit vorgesehen sind, die wenigstens eine sich in Richtung der Füll¬ höhe erstreckende Sendespule und wenigstens zwei dieser zugeord¬ nete, in der Höhe versetzte Empfängerspulen aufweist. Dadurch kann die Unterb ingung der Sende- und Empfängerspulen in der Ge- fässwandung beim Errichten der feuerfesten Auskleidung leicht und mit wenigen Handgriffen erfolgen, da die Spulen bereits vor dem Einbau als Messeinheit zusammengebaut und dabei funktioneil auf das auszurüstende metallurgische Gefäss ausgerichtet werden. Ein mühevolles Einstellen einzelner Spulen in spezielle Lagen in der Gefässwandung ist nicht mehr erforderlich. Unter dem Begriff Messeinheit ist hierbei eine mit Halte-, Binde-, Verbindungs¬ oder dergleichen Mitteln zusammengefasste Spuleneinheit zu ver¬ stehen, die bezogen auf jeweilige spezielle messtechnische Er¬ fordernisse eines metallurgischen Gefasses vorfabriziert wird.
    [0006] Als besonders vorteilhaft hat sich gemäss der Erfindung eine Messeinheit erwiesen, die aus einem aus blanken Drähten auf Iso¬ latoren gestaltetem System aus Sende- und Empfängerspulen und darum herum gegossenem feuerfesten Material mit elektrisch iso¬ lierenden Eigenschaften besteht. Auf diese Weise lässt sich mit einfachen Mitteln eine problemlos in die feuerfeste Auskleidung des Gefasses einfügbare Baueinheit herstellen, deren Einbau zweckmässig im Dauerfutter unter Vermittlung von Mineralwolle, leicht lösbarem Mörtel oder dergleichen erfolgt, um ein Separie¬ ren der .Messeinheit beim Erneuern der Gefässauskleidung zu er¬ leichtern. Als zweckdienlich hat sich auch das Vorgehen bestä¬ tigt, einen die Sende- und Empfängerspulen tragenden Rahmen bzw. Formkörper zu verwenden, der aus feuerfestem elektrisch isolie¬ rendem Material besteht und Führungsnuten, beispielsweise in Form von Ritzen hat, in die die Spulendrähte eingelegt und mit einem, dem feuerfesten Material gleichwertigem Mörtel zuge- schmiert werden können.
    [0007] Im Besonderen empfiehlt sich eine Meßeinheit, die eine Sendespul mit in Richtung der Füllhöhe unterschiedlichem Feldfluß aufweist und bei der die Empfängerspulen in unterschiedlichen Feldflußbe¬ reichen der Sendespule angeordnet sind. Damit kann erreicht wer¬ den, daß die Kennlinie, auf der man die Spannungswerte aufnimmt, nahezu linear ansteigend verläuft, was bedeutet, daß mit zuneh¬ mender Füllhöhe auch die Stärke des Meßsignals ansteigt.
    [0008] Sowohl die Sendespulen als auch die Empfängerspulen können neben einer vorzuziehenden rechteckigen Form auch andere Windungsfor¬ men haben. Insbesondere lassen sich zur Erzielung eines unter¬ schiedlichen Feldflusses innerhalb einer Sendespule, was vorzugs weise mit zusätzlichen Nebenwindungen geschieht, zweckdienlich beispielsweise auch dreieckige Windungsformen mit zur Spitze des Dreiecks hin abnehmendem Feldfluß einsetzen.
    [0009] Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen an zwei Aus¬ führungsbeispielen veranschaulicht.
    [0010] Es zeigen:
    [0011] Fig. 1 schematisch die Regelung des Zuflusses der Stahlschmelze aus einer Giesspfanne in ein Zwischengefäss,
    [0012] Fig. 2 einen Schnitt durch die Wandung des . Zwischengefässes mit eingebauter Messeinheit in grösserem Masstab,
    [0013] Fig. 3 eine aufgebrochene Messeinheit mit Blick auf das Spulen¬ system,
    [0014] Fig. 4 die Seitenansicht zu Fig.3,
    [0015] Fig. 5 ein spezielles Ausführungsbeispiel des Spulensystems der Meßeinheit in Explosionsdarstellung,
    [0016] Fig. 6 eine Kennlinie des Spulensystems nach Fig.5 und
    [0017] Fig. 7 das Schaltbild einer Elektronik für eine Messeinheit mit Spulen nach Fig.5.
    [0018] In der Füllstandsmesseinrichtung nach Fig.l bedeutet 1 die neue Messeinheit, die an einem Zwischengefäss 2 zum Vergiessen von Stahlschmelze in Kokillen 3 vorgesehen ist, aus denen die erkal¬ tete Schmelze in Form eines Stranges 4 abgezogen wird. Seiner¬ seits erhält das Zwischengefäss 2 die Stahlschmelze aus einer Giesspfanne 5, die einen Ausgussverschluss 6 aufweist, der zum Regeln des Giesstrahls 7 in Abhängigkeit der Höhe des Badspie¬ gels 8 im Zwischenge äss 2 dient. Hierzu ist der Messeinheit 1 eine elektronische Messverarbeitungseinrichtung 9 mit einem zu¬ geordneten Rechner 10 nachgeschaltet, der eine mit dem Ausguss¬ verschluss 6 gekoppelte jmechanische Regeleinrichtung 11 steuert. Ein Messwertgeber 12 meldet den Grad der Oeffnungs- bzw.Schliess- stellung des Ausgussverschlusses 6 zur Auswertung an den Rechner 10 zurück, der im weiteren beispielsweise zur Steuerung eines Anzeigegerätes 13, ferner in nicht dargestellter Weise zum Aus¬ lösen von Alarmen, zum automatischen Angiessen oder auch zum Steuern des die Stahlgiesspfanne 5 tragenden Schwenkturms oder dergleichen benutzt werden kann.
    [0019] Das Zwischengefäss 2 hat einen äusseren Stahlmantel 14 und eine feuerfeste Auskleidung 15, die gemäss Fig.2 in der Umfangswan- dung 16 aus einem an den Stahlmantel 14 anliegenden Dauerfutter 17, einer Sandschicht 18 sowie einem inneren Verschleissfutter
    [0020] 19 besteht. Im Dauerfutter 17 ist die Messeinheit 1 mittels ei¬ ner nicht dargestellten leicht lösbaren Umfangsschicht eingebet¬ tet, so dass ein Schutz bei Abnutzung des Verschleissfutters 19 gegeben und ein müheloser Ausbau möglich ist.
    [0021] Nach Fig.2 bis 4 besteht die Messeinheit 1 aus einer Sendespule
    [0022] 20 mit etwa parellel zum Badspiegel 8 gerichteten Achsen und darin in Richtung der Füllhöhe versetzten, d. h. verschiedene Flächenbereiche der Sendespule 20 überdeckenden, Empfängerspu¬ len 21 a, b. Das Spulensystem 20, 21 hat blanke Drähte, die auf Isolatoren 22 zu einem Spulengebilde 20, 21, 22 gewickelt sind, das mit einem feuerfesten, elektrisch nicht leitenden Material 23 umgössen ist, wozu das Spulengebilde 20, 21, 22 bei anschlußgerechter Fassung der Drahtenden 24 in einer Verschalung lösbar befestigt und dann das gießfähige feuer¬ feste Material 23 eingefüllt wird. Nach Erstarren des Materials 23 kann die fertige, Sende- und Empfängerspulen 20,21 gemeinsam enthaltende Messeinheit 1 ausgeschalt und in einfacher Art an metallurgischen Gefässen bei Erstellung der feuerfesten Ausklei¬ dung eingesetzt werden, wobei auch mehrere Einheiten 1 vorgese¬ hen sein können, obwohl in den meisten Fällen die Anordnung ei¬ ner einzigen, mit einem elektrischen Anschluss 24 in der Umfangs- wandung 16 des Gefasses 2 gekoppelten Messeinheit genügt.
    [0023] Die mit dem Spulensystem 20, 21 ausgerüstete Meßeinheit 1 wirkt derart, daß bei leerem Zwischengefäß 2 die Gesamtspannung der Empfängerspulen 21 a,b gleich Null ist, oder mit Hilfe der nach¬ geschalteten Elektronik auf Null abgeglichen wurde. Steigt der Badspiegel 8 an, so werden entsprechende Spannungen induziert. Statt der eingezeichneten beiden Sekundärspulen kann auch eine größere Zahl von Sekundärspulen verwendet werden. Hierauf wird man insbesondere dann zurückgreifen, wenn "Eichmarken" gemes¬ sen werden sollen. Dabei sind Eichmarken speziellen festen Höhen zugeordnete Spannungswerte - in der Regel 'Nulldurchgänge - die weitgehend unabhängig von der Auswaschung der feuerfesten Zu¬ stellung sind. -Die zu Eichmarken führenden Spannungen werden aus Linearkombinationen der Beträge der vorzugsweise zuvor abgegli¬ chenen SekundärSpannungen gewonnen.
    [0024] Eine spezielle Ausführung zum Spulensystem 20,21 nach Fig. 2 bis stellt das System nach Fig. 5 dar, bei dem die aus zwei Windunge hergestellte, rechteckige Sendespule 30 im oberen Drittel eine Z satzspule 30a aufweist, in der eine Empfängerspule 31 mit drei W dungen angeordnet ist, während eine zweite Empfängerspule 32 mit fünf• Windungen sich in der Mitte der Sendespule 30 befindet. Aus¬ gerüstet mit einem solchen Spulensystem 30,30a, 31, 32 ergeben sich für die Messeinheit 1 Differenzspannungswerte Δ. U nach der in Fig.6 dargestellten Kennlinie, die im Höhenbereich der Sende¬ spule 30, innerhalb dessen die Bereiche der Empfängerspulen 31 und 32 liegen, linear ansteigt, was heisst, dass die in den Emp¬ fängerspulen 31,32 induzierte Differenzspannung und damit das Messignal proportional zur Höhe h des Badspiegels 8 verläuft.
    [0025] Die zur Messeinheit 1 mit einem Spulensystem 30,31,32 gehörende Elektronik hat, wie aus Fig.7 ersichtlich, einen Frequenzgenera¬ tor 40, der elektrischen Strom mit der gewünschten Frequenz, die für das Ausführungsbeispiel 10 kHz beträgt, über einen Leistungs¬ verstärker 41 an die Sendespule 30 liefert. In den Empfängerspu¬ len 31 und 32 werden elektrische Spannungen induziert, und zwar einerseits unmittelbar aus den Feldern der Sendespule 30 und an¬ dererseits aus den Feldern derjenigen Ströme, die in dem flüssi¬ gen Metall oder in der elektrisch leitenden Konstruktion des Zwi- schengefässes 2 entstanden sind. Die induzierten Spannungen der Empfängerspulen 31 und 32 werden in der Messwertverarbeitungsein- richtung 9 über Filter 42 bzw. 43 sowie Phasenschieber und ein¬ stellbare Verstärker 44 bzw. 45 einem Differenzverstärker 46 zu¬ geführt. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 46 wird nochmals in einem Filter 47 gefiltert und dann in einem Gleich¬ richter 48 gleichgerichtet. Das gleichgerichtete Signal wird vom Rechner 10 übernommen, der die Regeleinrichtung 11 steuert, die die Höhe des Badspiegels 8 des Zwischengefässes 2 über den Aus- gussverschluss 6 der Stahlgiesspfanne 5 beeinflusst.
    [0026] Vor dem Einfüllen des flüssigen Stahls in das Zwischengefäss 2 werden von der Messwertverarbeitungseinrichtung 9 die beiden in den Empfängerspulen 31,32 induzierten Spannungen in den Phasen¬ schiebern und Verstärkern 44,45 gegeneinander auf Null abgegli¬ chen und verstärkt, so dass bei leerem Gefäss 2 der Messwert gleich Null ist. Sobald Stahlschmelze eingefüllt wird, werden von der Messeinheit 1 laufend Spannungswerte an die Messwertver- arbeitungseinrichtung 9 geliefert, die einen entsprechenden Ist¬ wert der Badspiegelhöhe 8 an den Rechner 10 weitergibt. Dieser vergleicht den Istwert mit einem gespeicherten Sollwert und steu¬ ert entsprechend den Ausgusεverschluss 6 der Stahlgiesspfanne 5, zwecks Regelung des Zuflusses der Stahlschmelze zum Zwischenge¬ fäss 2. Dabei wird die Istposition des Ausgussverschlusses 6, d.h. der Grad seiner Oeffnungs- bzw. Schliessstellung von dem Messwertgeber 12 erfasst und an den Rechner 10 zur Auswertung zurückgemeldet.
    [0027] Wenn das Verschleissfutter 19 des Zwischengefässes 2 grossen Ab¬ nutzungen ausgesetzt ist, können im Rechner 10 ferner Mittel vor¬ gesehen sein, die die entstehenden Aenderungen des Abstandes zwischen der Messeinheit 1 und der inneren Wandung des Zwischen¬ gefässes 2 und damit mögliche Abweichungen der gemessenen zu den effektiven Badspiegelhöhen bei der Füllstandsmessung mitberück¬ sichtigen. So werden entsprechend der Anordnung der Sekundärspu¬ len beispielsweise sinusförmige Signale zusätzlich erzeugt, de¬ ren Nulldurchgänge als Eichmarken dienen, da bei diesen unab¬ hängig der Aenderungen des genannten Abstandes die Signalwerte der Badspiegelhöhen gleich bleiben. Anhand dieser Eichmarken können Aenderungen des genannten Abstandes vom Rechner 10 er¬ fasst und entsprechend Korrekturwerte gebildet werden, mit denen sich dann die effektiven Badspiegelhöhen bestimmen lassen.
    权利要求:
    Claims
    • - Ö _
    P a t e n t a n s p r ü c h e
    Einrichtung zur Füllstandsmessung für metallurgische Gefässe, insbesondere Zwischengefässe zum Vergiessen von Stahlschmel¬ ze in Kokillen, bestehend aus elektromagnetischen Spulen, die mit zum Bad gerichteten Achsen in der Gefässwandung an¬ geordnet und als an Wechselstrom anschliessbare Primär- bzw. Sendespulen sowie als Sekundär- bzw. Empfängerspulen ausge¬ bildet sind, deren in Abhängigkeit des Badspiegelstandes in¬ duzierte Wechselspannungen als Eingangssignale für eine Mess- wertverarbeitungseinrichtung dienen, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass Sende- und Empfängerspulen zusammen- gefasst als Messeinheit (1) vorgesehen sind, die wenigstens eine sich in Richtung der Füllhöhe erstreckende Sendespule (20,30) und wenigstens zwei dieser zugeordnete, in der Höhe versetzte Empfängerspulen (21,31,32) aufweist.
    Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass die Messeinheit (1) aus einem aus blanken Dräh¬ ten auf Isolatoren (22) gestaltetem System aus Sende- und Empfängerspulen (20,21a,b) und darum herumgegossenem feuer¬ festem Material (23) mit elektrisch isolierenden Eigenschaf¬ ten besteht. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass als Messeinheit (1) ein aus feuerfestem, elek¬ trisch isolierendem Material bestehender Rahmen bzw. Formkör¬ per mit die Drähte des Spulensystems aufweisenden Führungs¬ nuten dient.
    4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch g e k e n ¬ z e i c h n e t , dass die Messeinheit (1) unter Vermittlung von leicht lösbaren Stoffen in das Dauerfutter (17) des me¬ tallurgischen Gefasses eingefügt ist.
    5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e k e z e i c h n e t, daß an die Sendespule eine Wechselspannung im 10 kHz-Bereich gelegt wird.
    6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e e n n¬ z e i c h n e t , dass die Messeinheit (1) eine Sendespule (30) mit in Richtung der Füllhöhe unterschiedlichem Feldfluss aufweist und die Empfängerspulen (31,32) in unterschiedli¬ chen Feldflussbereichen der Sendespule angeordnet sind.
    7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass die Messeinheit (1) eine Sendespule (30) mit im Bereich des optimalen Standes des Badspiegels (8) stärkeren Feldfluss' hat und dem geringeren und stärkeren Feldflussbe¬ reich je eine Empfängerspule (31,32) mit unterschiedlichen Windungszahlen zugeordnet ist.
    8. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch g e e n n¬ z e i c h n e t , dass die Sendespule (30) mit den stärkeren Feldfluss bewirkenden Nebenwindungen (30a), Windungsprofilen oder dergleichen ausgestattet ist. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass im Rechner (10) der Messwertverarbeitungsein- richtung (9) die Eingangssignale gespeichert, Eichmarken für bestimmte Badspiegelhöhen und Korrekturwerte für die Aus¬ gangssignale gebildet sind, um den Verschleisε des Ver- schleissfutters (19) des Zwischengefässes (2) und damit Aen¬ derungen des Abstandes zwischen dem Bad und der Messeinheit (1) mitzuberücksichtigen.
    10. Einrichtung nach Anspruch 1 und 9, dadurch g e k e n n z e i n e t, daß die Zahl der Sekundärspulen oder Linearkombination aus Signalen der Sekundärspulen so erhöht wird, daß alleine d Information, ob die einzelnen Eichmarken überschritten sind, mit genügender Genauigkeit die Badhöhe festlegt.
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    1989-06-21| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1985903270 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3427563.0||1984-07-26||
    DE3427563A|DE3427563C2|1984-07-26|1984-07-26||KR1019860700135A| KR860700291A|1984-07-26|1985-07-03|야금용기용 충전레벨 측정장치|
    AT85903270T| AT44173T|1984-07-26|1985-07-03|Einrichtung zur elektromagnetischen fuellstandsmessung fuer metallurgische gefaesse.|
    BR8506854A| BR8506854A|1984-07-26|1985-07-03|Dispositivo para a medicao eletromagnetico do nivel em recipientes metalurgico|
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