[发明专利]冶金容器中的水准测量

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年9月15日提交的瑞典专利申请No.1150836-3以及于2011年9月26日提交的美国专利申请No.61/626,309的权益，这两个申请都通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及用于电磁地测量包含在冶金容器中的导电材料的熔池的垂直灌装水准的技术。

背景技术

在工业中，尤其是处理熔融金属的冶金工业中，具有对用于测量或估计在冶金容器（如钢包、中间包、模具、熔炉等）中的熔融金属与非导电介质之间的交界面的位置或平均水准的系统的巨大需要。由于遇到的有关于这种工业的具体苛刻的条件，如在容器和环境中的高温、腐蚀性材料、不同的导电材料，直至现在，已证明了为这种水准测量提供一种通用技术是困难的。

在冶金工业中用于水准估计的一些主要技术包括重量测量、放射性系统以及电磁系统。重量测量是间接的，并且放射性系统具有受限的范围并且不在导电或非导电介质之间分离。电磁系统已成功地部署在多种容器中，如钢包、中间包和熔炉。这些容器具有金属外壳，通常具有一个内陶瓷衬里从而管理热量和研磨材料。电磁传感器可以放置在该衬里后面，从而不受来自熔融金属的过度热量影响。这些电磁传感器包括一个或多个发射器线圈和一个或多个接收器线圈的组合。该发射器线圈可以在低至100Hz到几千Hz的频率下驱动从而生成时变磁场。在这些频率下，许多衬里材料是透明的，这允许磁场到达熔融金属并感应其中的涡流。这些涡流生成感应在接收线圈中的电动势（emf）的场，该电动势可以被检测从而表示在线圈的外延内的熔融金属的量。将发射器和接收器线圈习惯地设计为平面直角线圈，这些平面直角线圈被安排在容器的侧面或在容器的一侧上在彼此的顶部。这导致了安装限制。

由线圈生成的磁场固有地是非线性的，其中该磁场的强度当靠近线圈时随着与线圈导线的距离（R）以1/R而降低，而当距离R相对于线圈的外延更大时，以1/R³而降低。除非进行了特殊处理，这导致了一个非线性的传递函数，即在接收器线圈中的电动势与容器中的垂直灌装水准之间的非线性相关。这种非线性是例如在US4144756中所展示的，其中发射器与接收器线圈在冶金容器的衬里中被共轴安排并在轴方向上分离。测量信号与灌装水准的相关性与形成在线圈的水平轴上的曲折点是高度非线性的。

已应用了若干技术使得传递函数相对于垂直灌装水准更加线性。

在US4475083中，在熔炉壁的衬里中垂直地安排了平面单匝发射器线圈和平面单匝接收器线圈，从而使得互相重叠并且平行延伸到熔融金属的外围。检测电路连接到发射器线圈从而检测在提供给发射器线圈的交变电流与在接收器线圈上的所造成的电磁交变场之间的相移。规定了这种线圈安排从而导致一个可以足够线性地表示信号值与测量值之间的无歧义性的测量信号。

在US4708191中，将矩形发射器线圈安装在冶金容器的衬里中从而在该容器的水平和垂直方向上延伸。在接收器线圈中，至少两个矩形接收器线圈是对齐的且垂直地错列的，从而覆盖发射器线圈的各表面面积。可以设计线圈安排从而生成与水准成比例的测量信号，带有由在发射器线圈中的接收线圈的布置而在测量信号中生成的交叉点。

已证明了现有技术的线圈安排在许多实际情况中是不那么合适的，例如当在导电和根本不导电的介质之间的恒定变化的三维交界面（例如熔融金属的激烈的或湍流的顶面）上测量时。这部分地由于具有线性信号相关性的垂直范围大体上小于线圈安排的物理高度。当顶面的湍流部分超出了这个垂直范围之外，在这些湍流部分中所感应的涡流可以在相对于实际的物理运动的相反方向上驱动测量信号。这可能导致所测量的灌装水准中出现严重错误。另一个问题是垂直范围的外延会随着时间而漂移，使其难于维持用于将测量信号线性化的技术。

现有技术还包括US4887798、EP0187993和EP0111228，其公开了用于检测通过冶金容器中的出口的熔融金属流的技术。将发射器和接收器线圈同中心地安排在开口周围，并且接收器线圈运行从而检测起源于由通过发射器线圈的交变电流在熔融金属中生成的涡流的电动势。这使得在同中心的线圈的水平上对存在和不存在熔融金属时的检测成为可能。

现有技术还包括EP01865841，其公开了在水平安排的圆柱形的金属管中的水准检测。一对导线缠绕在金属管的外表面上从而形成一对同中心地安排的发射及接收线圈。基于由通过发射线圈的交变电流在接收线圈中生成的电动势测量在管内部的导电材料的量。

概述