DE1237734B - Wanddicken-Messung, insbesondere fuer Wechsel- oder Drehstrom-Lichtbogenoefen - Google Patents

Description

• Wanddicken-Messung, insbesondere für Wechsel- oder Drehstrom-Lichtbogenöfen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Futterwandstärke und Steuerung der Leistungszufuhr, insbesondere für Wechsel- oder Drehstrom-Lichtbogenöfen.
• In metallurgischen Öfen, etwa Wechsel- oder Drehstrom-Lichtbogenöfen, Induktionsöfen, Reduktionsöfen o. ä., wird durch unterschiedliche Energiebeaufschlagung die feuerfeste Ausmauerung, also das Futter, unterschiedlich stark verschlissen. Darüber hinaus verschleißen die Futter, je nach Größe der Energiezufuhr, auch stetig oder unstetig. Infolge Fehlens brauchbarer Meßmethoden und -vorrichtungen war es bisher nicht möglich, den Futterverschleiß bzw. die Futterdicken-Änderung sicher festzustellen.
• Es sind zwar Versuche unternommen worden, die Futtertemperatur unmittelbar zu messen.
• Diese Versuche haben jedoch nicht zum Erfolg geführt, da sämtliche bekannten feuerfesten Stoffe im Bereich hoher Temperaturen leitend werden und damit einen Einfluß auf die Größe der Thermospannung, z. B. bei Verwendung von Thermoelementen, ausüben.
• Auch bekanntgewordene Versuche, den Futterverschleiß mittels Ultraschall festzustellen, sind fehlgeschlagen, weil Ultraschall in festen Stoffen im Bereich hoher Temperaturen so stark absorbiert wird, daß eine Reflektion der Ultraschall-Impulse nicht mehr festgestellt werden kann.
• Aus dem Hochofen- bzw. Konverterbau sind Meßmethoden unter Verwendung radioaktiven Materials bekanntgeworden: Bei Kaldo-Konvertern wurde der Ausmauerung beispielsweise radioaktives Material beigemischt, das sodann als Größe für den Verschleiß des Futters in der Schlacke gemessen wurde. Die dabei erzielten Meßergebnisse waren zwar relativ genau, jedoch so umständlich und zeitraubend zu erhalten, daß sie in der Praxis keinen Eingang fanden.
• Ähnlich verhielt es sich mit der Messung der Ausmauerungs-Wanddicke bei Hochöfen: Hier wurden radioaktive Elemente bis zu einer begrenzten Tiefe in das Futtermaterial eingebracht und die Radioaktivität mittels der bekannten Geiger-Müller-Zähler von Zeit zu Zeit durch das Bedienungspersonal gemessen und der Ofen abgeschaltet, wenn die Strahlung aufhörte. Es ist verständlich, daß sich auch dieses Meßverfahren in der Praxis nicht durchsetzen konnte, zumal es von vielen Imponderabilien abhing, von denen nur die fehlende Kontinuität bei Kontrolle und Registrierung genannt sei.
• Die Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, nicht nur ein vollkommen sicheres und zuverlässiges, sondern vor allem auch ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren zu schaffen. Die Erfindung besteht demzufolge im wesentlichen darin, daß in das Ofenfutter radioaktive Geber eingelassen sind, die bei Verringerung der Futterwandstärke durch Wegschmelzen ihre Strahlungsintensität um ein definiertes Maß verringern, wobei diese Veränderungen durch außerhalb des Ofens liegende stationäre Empfänger gemessen und nach Verstärkung an ein Anzeige-und/oder Steuergerät weitergegeben werden, durch welches ständig die noch vorhandene Futterwandstärke registriert und/oder die Zufuhr an elektrischer Energie zum Ofen geregelt wird.
• Einem anderen Verfahrensmerkmal zufolge sind die Geber an sich bekannte radioaktive Elemente, die als Stäbe, Rohre od. dgl. im Ofenfutter eingelassen sind.
• Nach einem weiteren verfahrenswesentlichen Merkmal sind die Empfänger an sich bekannte Zählrohre, etwa der Bauart Geiger-Müller, deren Impulse in einer Meßeinrichtung so umgewandelt werden, daß aus ihr proportionale elektrische Größen abgenommen und diese sodann einem Registriergerät zugeführt und unter Berücksichtigung der zeitlichen Abhängigkeit aufgezeichnet werden.
• Ein wesentliches Merkmal der zur Ausführung des Verfahrens dienenden Vorrichtung besteht darin, daß die Geber den Elektroden des Ofens in gleicher oder annähernd gleicher radialer Umfangsverteilung zugeordnet sind. In weiterer Ausgestaltung dieses Merkmales ist vorgesehen, die Geber im Futter umfangsverteilt in verschiedenen Höhen vertikal übereinander oder seitlich gestaffelt anzuordnen. Vervollkommnet wird die zur Ausführung des Verfahrens dienende Vorrichtung schließlich noch dadurch, daß jedem Geber ein Geiger-Müller-Zähler zugeordnet ist, wobei die gemeinsame geometrische Achse von Geber und Geiger-Müller-Zähler in radialer Richtung des Ofens verläuft. Die Vorteile der Erfindung sind beträchtlich: Durch Benutzung radioaktiver Elemente und deren Anordnung in Stab- oder Rohrform im Ofenfutter wird sichergestellt, daß die durch Wegschmelzen verursachten Veränderungen der Futterwandstärke ständig von einem außerhalb des Ofens liegenden stationären Empfänger gemessen und von diesem nach entsprechender Verstärkung als Meßgröße an ein Anzeige- und/oder Steuergerät weitergegeben werden. Das Anzeige- und/oder Steuergerät bewirkt dabei die ständige Registrierung der noch vorhandenen Futterwandstärke sowie auch die Regelung der dem Ofen zuzuführenden elektrischen Energie.
• Durch die aufgezeichneten Futterdicken- bzw. Verschleißkurven ermöglicht es das vorgeschlagene Verfahren, daß die besonderem Verschleiß ausgesetzten Futterstellen selbsttätig mit geringerer Energie beaufschlagt werden oder aber, daß der Gesamtverschleiß des Futters durch variable Energiebeaufschlagung in bestimmten Phasen des Ofenprozesses verlangsamt wird.
• Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich zudem auch der bedeutende Vorteil, daß die Haltbarkeit der feuerfesten Ausmauerung der Öfen auf einen optimalen Wert gebracht wird, der wiederum einen hohen Wirkungsgrad der Anlage sowie einen minimalen Verschleiß des Futters gewährleistet.
• Von Vorteil haben sich besonders radioaktive Elemente in Stab- oder Rohrform aus feuerfestem Material erwiesen. Diese Elemente werden in die Ausmauereng eingesetzt; ihre Länge entspricht dabei etwa der Futterwandstärke. Die Stäbe, Rohre od. dgl. sind rechtwinklig zu ihrer Längsachse mit Öffnungen, z, B. Bohrungen, versehen, in welche die radioaktiven Elemente in strahlungssicheren Kapseln mit einer zur Gefäßinnenwand hin gerichteten Öffnung einzementiert sind. Aus diesen Öffnungen treten die radioaktiven Strahlen aus; ihre Intensität ist ein Maß für die Dicke der Wand bzw. der Stab- oder Rohrlänge. Die radioaktiven Elemente werden dabei auf die Stab-oder Rohrlänge derart verteilt, daß mit Verringerung des Stabes, und damit auch der Wanddicke, durch Wegschmelzen z. B. eine lineare Abhängigkeit zwischen der Strahlungsintensität und der Stablänge bzw. der Ausmauerungs-Wanddicke erreicht wird. Aus meßtechnischen Gründen kann natürlich auch eine nichtlineare Abhängigkeit, z. B. nach einer Exponentialfunktion, erwünscht oder erforderlich sein, die dann durch eine entsprechend andere Verteilung der radioaktiven Elemente in bestimmten Entfernungen auf der Länge der Stäbe erreicht wird.
• Besonderes Augenmerk wurde auch auf die zum Schutze des Ofen- und/oder Meßpersonals erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen gerichtet: Zur strahlungssicheren Abschirmung, auch gegen mögliche Streustrahlungen, ist der Zähler und dessen weitere Umgebung durch Strahlenschutzmäntel aus Blei abgesichert. Der Strahlungssicherheit kommt zudem noch entgegen, daß die Strahlungsrichtung der radioaktiven Isotope so gewählt werden kann, daß sie ausschließlich auf den bleiummantelten und im wesentlichen vom Geigerzähler gebildeten Meßkopf einwirkt, so daß Strahlungsschäden beim Bedienungspersonal schon allein dadurch vermieden werden. Selbstverständlich ist das Bedienungspersonal entsprechend den berufsgenossenschaftlichen Vorschriften auch mit Bleischürzen sowie mit Taschendosimetern und an der Kleidung zu tragenden Filmplaketten ausgerüstet, so daß die Strahlenbelastung sowohl des Ofen- und Meßpersonals als auch des den Einbau der radioaktiven Elemente vornehmenden Personenkreises beträchtlich unter der zulässigen Dosis bleibt.
• In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei zeigt F i g. 1 die schematische Darstellung eines metallurgischen Ofens in Draufsicht mit den in das Ofenfutter eingesetzten Isotopenrohren, die über ihnen zugeordnete Geiger-Müller-Zähler mit dem Anzeige-und/oder Steuergerät in Verbindung stehen, F i g. 2 die im Futter in verschiedenen Höhen vertikal übereinander umfangsverteilt angeordneten Isotopenrohre, und schließlich F i g. 3 die im Futter in verschiedenen Höhen in seitlicher Staffelung umfangsverteilt angeordneten Isotopenrohre.
• Im Futter 1 des in seiner Gesamtheit mit 2 bezeichneten metallurgischen Ofens sind umfangsverteilt in verschiedenen Höhen vertikal übereinander oder seitlich gestaffelt und in gleichen, mindestens aber annähernd gleichen Abständen Rohre 3 eingelassen, die radioaktives Material 4 enthalten. Die Strahlung dieses Materials, das in den Rohren gegebenenfalls in mehreren hintereinanderliegenden Schichten angeordnet ist, wird von den in der gleichen geometrischen Achse wie die Isotopenrohre liegenden, jedoch außerhalb des Ofens installierten Geiger-Müller-Zähler 5 in Zählimpulse umgewandelt. Diese Impulse gelangen über die schematisch dargestellten Leitungen 6 zu dem mit 7 bezeichneten Anzeige- und/oder Steuergerät.
• Die Rohre 3 können von beliebiger Form und Länge sein; die in das Ofenfutter 1 eingelassenen radioaktiven Geber 3 verringern bei Verminderung der Futterwandstärke ihre Strahlungsintensität um ein definiertes Maß.
• Die durch die radioaktiven Substanzen in den Zählrohren 5 ausgelösten Impulse werden im Wandlerteil 7a des in seiner Gesamtheit mit 7 bezeichneten Anzeige- und Steuergerätes in proportionale elektrische Größen umgewandelt und in dem direkt registrierenden Anzeigeteil 7 b unter Berücksichtigung der zeitlichen Abhängigkeit aufgezeichnet.
• Durch die aufgezeichneten Futterstärken-Kurven ist es nun möglich, die besonderem Verschleiß unterliegenden Stellen der Ausmauerung mit geringerer elektrischer Energie zu beaufschlagen oder aber den gesamten Verschleiß der Ausmauerung in bestimmten Prozeßphasen durch eine variable Beaufschlagung der elektrischen Energie zu verlangsamen. Mit S sind die auf einem gemeinsamen Teilkreis liegenden Ofenelektroden gekennzeichnet.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur überwachung der Futterwandstärke und Steuerung der Leistungszufuhr, insbesondere für Wechsel- oder Drehstrom-Lichtbogenöfen, dadurch gekennzeichnet, daß in das Ofenfutter radioaktive Geber eingelassen sind, die bei Verringerung der Futterwandstärke durch Wegschmelzen ihre Strahlungsintensität um ein definiertes Maß verringern, wobei diese Veränderungen durch außerhalb des Ofens liegende stationäre Empfänger gemessen und nach Verstärkung an ein Anzeige- und/oder Steuergerät weitergegeben werden, durch welches ständig die noch vorhandene Futterwandstärke registriert und/oder die Zufuhr an elektrischer Energie zum Ofen geregelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber an sich bekannte radioaktive Elemente sind, die als Stäbe, Rohre od. dgl. im Ofenfutter eingelassen sind.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger an sich bekannte Zählrohre, etwa der Bauart Geiger-Müller sind, deren Impulse in einer Meßeinrichtung so umgewandelt werden, daß aus ihr proportionale elektrische Größen abgenommen und diese sodann einem Registriergerät zugeführt und unter Berücksichtigung der zeitlichen Abhängigkeit aufgezeichnet werden.
4. 4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber (3) den Elektroden (8) des Ofens (2) in gleicher oder annähernd gleicher radialer Umfangsverteilung zugeordnet sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber (3) im Futter (1) umfangsverteilt in verschiedenen Höhen vertikal übereinander oder seitlich gestaffelt angeordnet sind.
6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Geber (3) ein Geiger-Müller-Zähler (5) zugeordnet ist, wobei die gemeinsame geometrische Achse von Geber und Geiger-Müller-Zähler in radialer Richtung des Ofens (2) verläuft.