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DE1057260B - Method and device for monitoring induction crucible furnaces with regard to changes in crucible wall thickness - Google Patents

Method and device for monitoring induction crucible furnaces with regard to changes in crucible wall thickness

Info

Publication number
DE1057260B
DE1057260B DEB35909A DEB0035909A DE1057260B DE 1057260 B DE1057260 B DE 1057260B DE B35909 A DEB35909 A DE B35909A DE B0035909 A DEB0035909 A DE B0035909A DE 1057260 B DE1057260 B DE 1057260B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coil
current
crucible
furnace
induction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEB35909A
Other languages
German (de)
Inventor
Dr-Ing Karl-Heinz Brokmeier
Karl Brinkmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC BROWN BOVERI and CIE
BBC Brown Boveri AG Germany
Original Assignee
BBC BROWN BOVERI and CIE
Brown Boveri und Cie AG Germany
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BBC BROWN BOVERI and CIE, Brown Boveri und Cie AG Germany filed Critical BBC BROWN BOVERI and CIE
Priority to DEB35909A priority Critical patent/DE1057260B/en
Publication of DE1057260B publication Critical patent/DE1057260B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/067—Control, e.g. of temperature, of power for melting furnaces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Description

Bei Induktionstiegelöfen ändert sich die Wandstärke des Tiegels während des Betriebes durch das Ansetzen von Schlacke an der Innenfläche des Tiegels oder bei keramischen Tiegeln auch durch Auswaschungen der Tiegelwand. Im praktischen Betrieb ist es wichtig, diese Änderungen der Tiegelwandstärke frühzeitig zu erkennen, um eine Gefährdung des Ofenbetriebes durch Tiegeldurchbruch rechtzeitig begegnen zu können. Dies mit einfachen Mitteln zu erreichen, ist Aufgabe der Erfindung.In the case of induction crucible furnaces, the wall thickness of the crucible changes during operation due to the addition of slag on the inner surface of the crucible or, in the case of ceramic crucibles, also by washing out of the Crucible wall. In practical operation it is important to recognize these changes in the crucible wall thickness at an early stage recognize in order to counter a risk to the furnace operation through crucible breakthrough in good time can. The object of the invention is to achieve this with simple means.

Die Änderung der Tiegelwands tärke und die dadurch verursachte Änderung der Entfernung zwischen dem Gut und der Induktionsspule bewirkt eine Änderung der Kopplung zwischen der Spule und dem Gut, die sich durch ein Ansteigen bzw. Absinken der vom Ofen aufgenommenen Leistung bemerkbar macht. Grundsätzlich könnte also z. B. eine Auswaschung der Tiegelwand nennenswerten Umfanges durch eine merkliche Steigerung der Leistungsaufnahme erkannt werden. aoThe change in the thickness of the crucible wall and the resulting change in the distance between the good and the induction coil causes a change in the coupling between the coil and the good, which becomes noticeable by an increase or decrease in the power consumed by the furnace. Basically z. B. a washout of the crucible wall significant extent by a noticeable increase in power consumption can be recognized. ao

Praktisch ist jedoch eine Leistungsmessung zur Überwachung der Tiegelwandstärke wenig geeignet, da sich die Leistung auch mit der Betriebsspannung ändert und die oft sehr erheblichen Spannungsschwankungen im speisenden Netz dadurch eine ge- naue Messung erschweren.In practice, however, a power measurement for monitoring the thickness of the crucible wall is not very suitable, because the power also changes with the operating voltage and the often very considerable voltage fluctuations in the supply network make precise measurement difficult.

Anders liegen die Verhältnisse, wenn der Überwachung der Tiegelwandstärke eine Messung des Scheinwiderstandes, d. h. des Quotienten aus Spannung und Strom der Ofenspule zugrunde gelegt wird. Eine Ab- oder Zunahme der Tiegelwandstärke bzw. die dadurch bedingte Änderung der Kopplung zwischen der Induktionsspule und dem Gut bewirkt nach dem Vorhergesagten eine Änderung des genannten Quotienten, während Spannungsschwankungen auf den Wert dieses Quotienten keinen Einfluß haben.The situation is different if the monitoring of the crucible wall thickness is a measurement of the Impedance, d. H. the quotient of voltage and current of the furnace coil is used as a basis. One Decrease or increase in the crucible wall thickness or the resulting change in the coupling between the Induction coil and the good causes a change in the quotient according to the predicted, while voltage fluctuations have no influence on the value of this quotient.

Der Wert dieses Quotienten ist abgesehen von der Tiegelwandstärke auch noch vom Betriebszustand abhängig. Die Feldverteilung im Ofen und damit der Scheinwiderstand der Ofenspule ändert sich erheblich mit der Menge, mit der Art und mit der Temperatur bzw. dem Aggregatzustand des Schmelzgutes. Infolge dieser verschiedenen Einflüsse auf den Scheinwiderstand der Ofenspule erscheint dieser Scheinwiderstand zunächst nicht als Grundlage zu der in Rede stehenden Überwachung des Ofens geeignet.Apart from the thickness of the crucible wall, the value of this quotient is also dependent on the operating condition. The field distribution in the furnace and thus the impedance of the furnace coil changes considerably with the amount, with the type and with the temperature or the physical state of the melting material. As a result This impedance appears from these various influences on the impedance of the furnace coil not initially suitable as a basis for the monitoring of the furnace in question.

Nun wird aber in der Praxis ein Induktionstiegelofen normalerweise für eine längere Zeit jeweils mit dem gleichen Gut in der gleichen Menge beschickt. Ist dies der Fall, so ist der bei einem bestimmten Schmelzzustand bzw. bei einer bestimmten Temperatur des Schmelzgutes sich einstellende Scheinwiderstand der Ofenspule nur noch von der Tiegelwandstärke abhängig. Dies trifft auch dann zu, wenn der induktiveIn practice, however, an induction crucible furnace is usually used for a longer period of time loaded with the same goods in the same quantity. If this is the case, it is at a certain melt state or at a certain temperature of the melting material, the apparent resistance of the The furnace coil only depends on the thickness of the crucible wall. This is also true when the inductive

Verfahren und Vorrichtung
zur überwachung von Induktionstiegelöfen in bezug auf Änderungen
der TiegelwandstärkeMethod and device
to monitor induction crucible furnaces for changes
the crucible wall thickness

Anmelder:Applicant:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft,
Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22Brown, Boveri & Cie. Corporation,
Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22nd

Dr.-Ing. Karl-Heinz Brokmeier, Schwerte/Ruhr, und Karl Brinkmann, Dortmund, sind als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Karl-Heinz Brokmeier, Schwerte / Ruhr, and Karl Brinkmann, Dortmund, have been named as inventors

Blindleistungsverbrauch der Ofenspule in üblicher Weise kompensiert ist. Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis verwendet die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung von Induktionstiegelöfen, bei denen der Scheinwiderstand gemessen und gegebenenfalls der Blindstrom vorzugsweise selbsttätig kompensiert wird, welches darin besteht, daß bei jeweils vergleichbaren Beschickungs- und Betriebszuständen des Ofens die Veränderung des Scheinwiderstandes der Induktionsofenspule überwacht und in Abhängigkeit der Veränderung des genannten Scheinwiderstandes etwa erforderliche Maßnahmen zum Vorbeugen einer Gefährdung des Ofenbetriebes durch unzulässige Minderung der Tiegelwandstärke oder unzulässigen Schlackenansatz eingeleitet werden.Reactive power consumption of the furnace coil is compensated in the usual way. Taking advantage of this knowledge the invention uses a method for monitoring induction crucible furnaces in which the Impedance resistance is measured and, if necessary, the reactive current is preferably compensated automatically, which consists in the fact that in each case comparable charging and operating conditions of the furnace Changes in the impedance of the induction furnace coil are monitored and dependent on the change of the impedance mentioned, any measures required to prevent a hazard of furnace operation due to impermissible reduction of the crucible wall thickness or impermissible slag build-up be initiated.

In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt. Darin bedeutet 1 die Induktionsspule eines Induktionstiegelofens. Die an den Klemmen dieser Spule abgenommene Spannung wird über einen Widerstand 2 einem Gleichrichter 3 zugeführt, von welchem sie der Spannungsspule eines Quotientenmeßgerätes 4 zugeleitet wird, das als Kreuzspulgerät ausgebildet ist. Ein Vorwiderstand 5, der einem Zweige der Kreuzspule vorgeschaltet ist, dient zur Einstellung des Gerätes.In the figure is an embodiment of a device for performing the method according to of the invention shown. 1 means the induction coil of an induction crucible furnace. The Andes The voltage taken from this coil is fed to a rectifier 3 via a resistor 2, from which it is fed to the voltage coil of a quotient measuring device 4, which as Cross-winding device is designed. A series resistor 5, which is connected upstream of a branch of the cheese, is used to set the device.

Im Primärstromkreis des Induktionsofens liegt ein Stromwandler 6, dessen Sekundärstromkreis über einen Widerstand 7 an ein Potentiometer 8 angeschlossen ist. Der an dem Potentiometer abgegriffene Meß strom wird in einer Gleichrichteranordnung 9In the primary circuit of the induction furnace there is a current transformer 6, the secondary circuit of which is above a resistor 7 is connected to a potentiometer 8. The one tapped on the potentiometer Measurement current is in a rectifier arrangement 9

m m 510/386510/386

Claims (3)

gleichgerichtet und der Stromspule des Kreuzspulgerätes 4 zugeleitet. Im Beispiel ist angenommen, daß der von der Induktionsofenspule 1 aufgenommene Blindstrom durch Kondensatoren 10 kompensiert ist, die durch eine nicht gezeichnete selbsttätige Regelvorrichtung in bekannter Weise so ab- und zugeschaltet werden, daß der vom Stromwandler 6 gemessene Strom praktisch ein reiner Wirkstrom ist. Hierdurch kann in vielen Fällen eine erhöhte An-Sprechempfindlichkeit der Meßvorrichtung auf Änderung des Kopplungsabstandes gegenüber einer Messung des nur in der Ofenwicklung 1 fließenden Stromes erzielt werden. Dabei spielt es auch keine Rolle, wenn bei stufenweiser Zu- und Abschaltung der Kondensatoren der Blindstromverbrauch der Ofenwicklung um geringe Beträge unter- oder überkompensiert ist. Da der dabei verbleibende indukth-e oder kapazitive Blindstrom sich quadratisch zum Wirkstrom addiert, so ändert sich der aus Wirkstrom und Blindstrom resultierende Gesamtstrom nur um vernachlässigbar kleine Werte, sofern nur der Blindstromanteil nicht allzu groß ist, d. h. die Regelung der Blindstromkompensation entsprechend feinstufig und genau, beispielsweise mit Hilfe eines Leistungsfaktormeßgerätes als Meßorgan erfolgt. Die Anordnung kann aber auch so getroffen werden, daß nur der durch die Induktionsspule fließende, also nicht kompensierte Strom gemessen wird. Bei der beschriebenen Einrichtung wird durch das Kreuzspulgerät der Quotient der an der Induktionsspule liegenden Spannung zu dem in dieser Spule fließenden Strom, d. h. der Scheinwiderstand, gemessen. Die Empfindlichkeit der Meßanordnung kann durch Verstellung des Widerstandes 8 geändert werden. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird zweckmäßig so vorgegangen, daß zu Beginn jeder Meßreihe, z. B. nach einer Erneuerung des Ofentiegels, der Zeiger des Kreuzspulgerätes mit Hilfe des Wider-Standes 8 auf einen etwa in der Mitte liegenden, gegebenenfalls mit Null bezeichneten Punkt eingestellt wird, wobei der für diese Meßreihe als normal anzusehende Betriebs- und Beschickungszustand vorhanden sein muß. Tritt dann infolge von Auswaschungen der Tiegelwand oder durch Ablagerungen von Schlacke eine Änderung der Kopplung ein, so ändert sich das erwähnte Verhältnis zwischen Spannung und Strom, und der Zeiger des Kreuzspulgerätes zeigt dies durch eine entsprechende Abweichung vom Nullpunkt an. Es ist daher durch das Verfahren nach der Erfindung möglich, unabhängig vom Ausgangswert des Scheinwiderstandes des Ofenkreises, d. h. also auch unabhängig von dem bei einem neuen Tiegel unvermeidbaren Abweichungen von der Wandstärke jeweils die gleichen Ausgangsverhältnisse am Kreuzspulgerät herzustellen, so daß bei gleichem Betriebs- und Beschickungszustand des Ofens auf der Skala des Gerätes die Abweichungen vom Ausgangswert des Scheinwiderstandes angezeigt werden. Die Skalen- einteilung kann so gewählt werden, daß die Wider Standsänderungen in Prozenten vom Ausgangswer angezeigt werden. Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann au: die Anordnung von Gleichrichtern, die die Verwendung empfindlicherer Meßgeräte ermöglicher sollen, unter Umständen verzichtet werden. Dai Kreuzspulgerät braucht kein reines Anzeigegerät zt sein. Es kann ebensogut als Schreiber ausgebildewerden oder es kann ein Kontaktinstrument Verwendung finden, beispielsweise mit einem Fallbügelregler oder einem Regler mit Fotowiderstand, so daß neben der reinen Anzeige der Tiegelabnutzung auch eine Signalabgabe oder eine sonstige Schaltfunktior von dem Überschreiten eines zulässigen Bereiches an erfolgen kann. Wenn zwecks Erzielung besonders deutlicher Meßergebnisse die Anordnung so getroffen wird, daß die Überwachung auf einen bestimmten Tiegelbereich beschränkt ist, so werden dabei solche Stellen des Tiegels gewählt, an denen erfahrungsgemäß Auswaschungen am meisten eintreten, wie beispielsweise in der Höhe des Badspiegels bzw. dort, wo die Schlackenabdeckung beginnt. Es werden dann mit der Meßeinrichtung nur solche Teile der Induktionsspule verbunden, die in dem besonders gefährdeten Bereich liegen. Patentansprüche:rectified and fed to the power coil of the cross-coil device 4. In the example it is assumed that the reactive current absorbed by the induction furnace coil 1 is compensated by capacitors 10, which are switched on and off in a known manner by an automatic control device (not shown) so that the current measured by the current transformer 6 is practically a pure active current. As a result, in many cases the measuring device can be made more responsive to a change in the coupling distance than when the current flowing only in the furnace winding 1 is measured. It does not matter if the reactive power consumption of the furnace winding is under or overcompensated by small amounts when the capacitors are switched on and off in stages. Since the remaining inductive or capacitive reactive current is added quadratically to the active current, the total current resulting from active current and reactive current only changes by negligibly small values, provided that the reactive current component is not too large, i.e. H. the regulation of the reactive current compensation takes place accordingly finely and precisely, for example with the aid of a power factor measuring device as a measuring element. The arrangement can, however, also be made such that only the current flowing through the induction coil, that is to say uncompensated, is measured. In the device described, the cross-coil device calculates the quotient of the voltage applied to the induction coil to the current flowing in this coil, i.e. H. the impedance, measured. The sensitivity of the measuring arrangement can be changed by adjusting the resistor 8. In the method according to the invention, the procedure is expediently so that at the beginning of each series of measurements, for. B. after a renewal of the furnace crucible, the pointer of the package winder with the help of the resistance 8 is set to a point approximately in the middle, possibly designated with zero, the operating and loading condition, which can be regarded as normal for this series of measurements, must be present . If the coupling then changes as a result of the wash-out of the crucible wall or deposits of slag, the above-mentioned relationship between voltage and current changes, and the pointer of the cross-winding device shows this by means of a corresponding deviation from the zero point. It is therefore possible by the method according to the invention, regardless of the initial value of the impedance of the furnace circuit, i.e. H. In other words, regardless of the unavoidable deviations in the wall thickness of a new crucible, the same output conditions can be established on the package winder so that the deviations from the output value of the impedance are displayed on the scale of the device for the same operating and loading condition of the furnace. The scale division can be selected in such a way that the resistance changes are displayed as a percentage of the initial value. The invention is not restricted to the exemplary embodiment described. For example, the arrangement of rectifiers, which are intended to enable the use of more sensitive measuring devices, can in some circumstances be dispensed with. The package winder does not need to be a pure display device. It can just as well be designed as a scribe or a contact instrument can be used, for example with a drop arm regulator or a regulator with photo resistor, so that in addition to the pure display of the crucible wear, a signal output or other switching function can take place when a permissible range is exceeded. If, in order to achieve particularly clear measurement results, the arrangement is made in such a way that the monitoring is limited to a certain crucible area, then those points of the crucible are selected where experience has shown that washout occurs most, such as at the level of the bath level or there, where the slag cover begins. Only those parts of the induction coil that are in the particularly endangered area are then connected to the measuring device. Patent claims: 1. Verfahren zur Überwachung von Induktionstiegelöfen, bei denen der Scheinwiderstand gemessen und gegebenenfalls der Blindstrom vorzugsweise selbsttätig kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeweils vergleichbaren Beschickungs- und Betriebszuständen des Ofens die Veränderung des Scheinwiderstandes der Induktionsofenspule überwacht und in Abhängigkeit von der Veränderung des genannten Scheinwiderstandes etwa erforderliche Maßnahmen zum Vorbeugen einer Gefährdung des Ofenbetriebes durch unzulässige Minderung der Tiegelwandstärke oder unzulässigen Schlackenansatz eingeleitet werden.1. Procedure for monitoring crucible induction furnaces in which the impedance is measured and, if necessary, the reactive current is preferably automatically compensated, thereby characterized in that in each case comparable charging and operating conditions of the furnace Changes in the impedance of the induction furnace coil are monitored and dependent Any necessary preventive measures of the change in the impedance mentioned a hazard to furnace operation due to impermissible reduction in the crucible wall thickness or impermissible slag build-up can be initiated. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Einsatz eines Kreuzspulgerätes (4) mit gegebenenfalls vorgeschalteten Gleichrichtern, dessen eine Spule an die an der Induktionsofenspule (1) liegende Spannung oder einen Teil derselben angeschlossen ist und dessen anderer Spule ein dem Primärstrom der Induktionsofenspule proportionaler Meßstrom zugeleitet wird.2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized by the use of a cross-wound coil device (4) with optionally upstream rectifiers, one coil of which is connected to the voltage applied to the induction furnace coil (1) or a part thereof and the other coil of which is connected to the Primary current of the induction furnace coil proportional measuring current is fed. 3. Xforrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen in einem der beiden Stromkreise des Kreuzspulgerätes (4) liegenden veränderbaren Widerstand oder Potentiometer, mit dem die Meßempfindlichkeit des Gerätes eingestellt werden kann.3. Xforrichtung according to claim 2, characterized by a variable resistor or potentiometer lying in one of the two circuits of the cheese winder (4) , with which the measuring sensitivity of the device can be adjusted. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 714982.Considered publications:
German Patent No. 714982. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 909 510/386 5.59© 909 510/386 5.59
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2417736A1 (en) * 1978-02-20 1979-09-14 Asea Ab CREUSET INDUCTION OVEN

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE714982C (en) * 1938-09-16 1941-12-11 Siemens Ag Device for the automatic adjustment of high frequency oscillating circuits to resonance

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