УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЧНОЙ ПОВЕРХНОСТИ СЛОЯ ШЛАКА
DEVICE TO DETERMINE SLAG LAYER BOUNDARY SURFACE

Изобретение относится к устройству для определения, по меньшей мере, одной граничной поверхности слоя шлака, покрывающего металлический расплав, содержащему несущую трубку, на одном конце которой расположена измерительная головка с преимущественно цилиндрическим, зафиксированным в несущей трубке телом, которое имеет противолежащую несущей трубке торцевую сторону.
Такие устройства известны, например, из документа DE 3641987 A1. Согласно известному решению в несущей трубке расположена индукционная катушка для определения толщины шлака на стальных расплавах. Из документа DE 4402463 A1 известно совместное использование первого электромагнитного датчика и второго датчика для определения толщины шлака. Из документа WO 98/14755 известен датчик для измерения толщины шлака, в котором толщина шлака измеряется с помощью световода. Согласно документу DE 3133182 C1, металлическое зеркало ванны идентифицируется с помощью изменения напряжения при образовании короткого замыкания. Документ JP 2003049215 описывает определение толщины шлака с помощью двух индукционных катушек. Следующее устройство для измерения толщины слоя шлака известно из документа WO 03/060432 A1. Здесь описывается применение расходуемой электроники в зонде, причем сигналы зонда беспроводно передаются блоку обработки. Также известно, что толщину шлака определяют посредством микроволн (US 5182565).
В основе изобретения лежит задача предоставить в распоряжение улучшенное измерительное устройство, с помощью которого может очень точно измеряться покрывающий металлический расплав слой шлака.
Задача решается согласно признакам независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. Вследствие того, что внутри измерительной головки расположена печатная плата (или проводящая рамка, или другое устройство для размещения электрических конструктивных элементов) с осциллятором, а вне тела, перед его концом с торцевой стороны, - связанная с осциллятором индукционная катушка, возможно очень точное определение граничной поверхности, например, между шлаком и находящимся снизу стальным расплавом, так как индукционная катушка, по меньшей мере при соответственно точно установленной подключенной электронике, очень точно воспринимает изменение перехода из шлака в токопроводящий металлический расплав, и соответствующее изменение сигнала очень точно связано с переходом между материалами. Высота граничной поверхности соотносится либо со скоростью погружения измерительной головки, причем измеряется время от начала движения вплоть до фиксации сигнала, либо непосредственно при изменении положения укрепленной на несущей трубке измерительной головки (измерение координаты), так что может гарантированно фиксироваться точная позиция индукционной катушки в момент поступления сигнала. Сигналы поступают, как правило, через контактный элемент с проведенными через штангу сигнальными линиями, которые присоединяются к блоку обработки. Штанга - это обыкновенная несущая штанга, на которую для измерения насаживается несущая трубка, и с помощью которой она удерживается во время измерения.
Изменение сигнала на индукционной катушке начинается только на интервале примерно 1 см или меньше от металлического расплава, так что в значительной мере избегают влияний среды, подобных интерференции. По мере приближения к металлу в опускающейся в металл индукционной катушке колебания осциллятора сначала затухают и затем полностью подавляются. Соответствующий сигнал может выдаваться как пороговое значение, например, через транзистор.
Предпочтительно, индукционная катушка, по меньшей мере, по бокам окружена зафиксированной на теле защитной трубой, причем эта защитная труба может быть образована из картона, керамики или кварцевого стекла. Вследствие этого индукционная катушка защищена от воздействия шлака. Защитная труба на ее внешней стороне может быть окруженной слоем из картона, бумаги или других материалов, горючих при температурах в слое шлака или более высоких температурах. Такой слой при его сгорании в значительной мере предотвращает прилипание шлака к защитной трубе.
Чтобы получать по возможности более точное измерение, диаметр защитной трубы должен самое большее в 6 раз, преимущественно, самое большее в 3 раза, в частности, самое большее в 2 раза превышать диаметр индукционной катушки. Интервал между индукционной катушкой и осциллятором должен был составлять самое большее 5 см, преимущественно, самое большее 3 см, так что минимизируются интерференции с окрестной средой. На печатной плате может быть расположено сопротивление, а на расположенном внутри несущей трубки конце измерительной головки - контактный элемент для электрического соединения измерительной головки с проходящей через несущую трубку штангой, причем сопротивление связано по меньшей мере с одним контактом контактного элемента. Вследствие этого, при известном специалисту неправильном соединении может производиться, например, короткое замыкание между 2-мя контактами, так что соединенное со штангой устройство обработки результатов определяет, что измерительная головка содержит индукционную катушку для определения граничных поверхностей, и вывод данных происходит соответствующим образом. Это обеспечивает, что может использоваться стандартная штанга, на которой с целью других измерений могут прикрепляться также другие известные датчики, как, например, температурные датчики. При стандартизации параметров контактного элемента возможно то, что сопротивление гарантирует распознавание вида помещенного на штангу зонда.
Предпочтительно, если вне тела измерительной головки перед ее концом с торцевой стороны расположен контакт ванны, который заземлен через несущую трубку и штангу. Этот контакт ванны служит для дополнительного определения граничной поверхности между слоем шлака и расположенной над ним газовой атмосферой, так как возникает короткое замыкание, как только контакт ванны касается шлака (он обычно заземлен). Вследствие этого, может фиксироваться как верхняя, так и нижняя граничная поверхность шлака, и вместе с тем устанавливаться толщина слоя шлака.
Далее предпочтительно, если на печатной плате расположен связанный с осциллятором аналогово-цифровой преобразователь. Аналогово-цифровой преобразователь целесообразно связан с сигнальной линией для дальнейшего проведения измерительных сигналов, причем он может быть связан с расположенным на печатной плате контактным местом, в котором присоединяется сигнальная линия. В дальнейшем аналогово-цифровой преобразователь целесообразным образом содержит электрическую шину питания.
Вследствие того, что измерительная головка может иметь контактный элемент, который электрически соединен с сигнальным выходом и выводом питания аналогово-цифрового преобразователя, и контактный элемент соединен с введенной в несущую трубку штангой, а в пределах штанги расположены по меньшей мере одна сигнальная линия и по меньшей мере одна линия электрического питания, которые связаны, с одной стороны, с контактным элементом и, с другой стороны, с измерительным прибором или блоком обработки, возможно дальнейшее проведение измерительных сигналов датчиков как цифровых сигналов, так что в значительной мере устраняются обусловленные окружающей средой электрические помехи. Аналоговые сигналы проводятся, таким образом, только на очень коротком промежутке, который, однако, делает возможным электропитание.
Целесообразно, если на противоположном несущей трубке конце защитной трубы расположено покрытие, преимущественно из расходуемого при температурах стального расплава материала, в частности из бумаги или картона, чтобы защищать индукционную катушку от шлака. Покрытие сгорает и этим кратковременно создает газовый объем, который предотвращает налипание шлака при прохождении через слой шлака.
В соответствующем изобретению устройстве вся измерительная электроника принципиально сконструирована как материал одноразового пользования, который после одноразового употребления устраняется вместе с измерительной головкой и несущей трубкой. Измерительная головка может нести следующие датчики, например датчики кислорода, оптические датчики или температурные датчики, которые могут связываться, как правило, через контактный элемент с блоком обработки.
Далее пример выполнения изобретения разъясняется более подробно со ссылкой на чертежи, на которых показано:
фиг. 1 - схематическое представление измерительной головки,
фиг. 2 - измерительная головка со схемой подключения.
Представленная на фиг.1 измерительная головка 1 содержит цилиндрический стержень 2, который для крепления вдвигается в не представленную здесь несущую трубку до тех пор, пока несущая трубка не упирается в кромку краевого выступа 3 измерительной головки 1. При этом возможно определенное позиционирование. Непосредственно перед краевым выступом 3 расположена индукционная катушка 4 вне измерительной головки 1. Она окружена по бокам защитной трубой 5 (из картона или кварцевого стекла), которая может иметь не представленный здесь слой из картона на ее внешней стороне. Диаметр защитной трубы в примерно 2 раза больше, чем диаметр индукционной катушки. На внешнем торце защитной трубы расположен прикрывающий слой 16 из картона. Катушка 4 образована из намотанной на ферритовом сердечнике 6 медной проволоки. Она присоединяется к печатной плате 7, которая содержит схему 8 с осциллятором и аналогово-цифровым преобразователем. Далее, печатная плата 7 содержит сопротивление 9. Сопротивление связано с двумя контактами 10, 10', которые в свою очередь связаны с контактным элементом 11. Насаженная на контактный элемент штанга, сигнальные линии которой присоединяются к контактам контактного элемента 11 и, таким образом, в частности, к контактам 10, 10', делает возможным идентификацию этого сопротивления и, вместе с тем, измерительно-техническую регистрацию измерительной головки как устройства для определения одной (или нескольких) граничной поверхности.
При обычной величине измерительной головки 1 в рамках обычных габаритных размеров несущей трубки интервал между индукционной катушкой 4 и интегрированным в схеме 8 осциллятором составляет только примерно 2 см, так что влияние окружающей среды почти исключено. Внутренняя полость 12 измерительной головки, а также внутренняя часть защитной трубы 5 наполнены цементом, так что все элементы датчика заключены в цемент, стабилизированы и защищены. Погружаемая сторона индукционной катушки 4 покрыта слоем цемента толщиной примерно 2-4 мм.
В направлении погружения перед защитной трубой 5 расположен контакт 13 ванны, который прилегает на внешней стороне измерительной головки 1 и заземлен через штангу, насаживаемую на контактный элемент 11 измерительной головки 1. Как только контакт 13 ванны при опускании устройства приходит в контакт со слоем шлака, возникает короткое замыкание, которое фиксируется компьютером или блоком 14 обработки (фиг.2). При дальнейшем опускании устройства колебание осциллятора в схеме 8 затухает до тех пор, пока индукционная катушка 4 не приблизится очень близко (примерно 1 см) к проводящей поверхности металлического расплава, и прекращается при дальнейшем опускании в металлический расплав. Это затухание может быть детектировано транзистором, так что соответствующее изменение напряжения может соотноситься с граничной поверхностью шлака и металлического расплава. При этом разница между обоими сигналами (короткое замыкание контакта ванны и затухание колебания осциллятора) соотносится непосредственно с соответствующими позициями устройства при спуске, и из разницы высот устанавливают толщину слоя шлака.
Схематически представленные на фиг.2 сигнальные линии 15, 15' передают сигналы схемы 8 дальше на компьютер или блок 14 обработки. Эти сигнальные линии 15, 15' расположены в пределах обычной штанги и контактируют посредством контактного элемента 11 с измерительной головкой 1. В той же самой штанге эти сигнальные линии 15, 15' могут соединяться также с другим измерительным приспособлением через контактный элемент другой измерительной головки, например с термоэлементом. Через эту штангу также могут быть проведены следующие линии, так что дополнительно расположенные в измерительной головке 1 следующие датчики, например термоэлемент, электрохимические или оптические датчики, могут соединяться с компьютером или блоком 14 обработки, так что возможны дальнейшие измерения. Также возможна дополнительная установка камеры для отбора проб в измерительной головке или в несущей трубке.