EP0172394A1 - Process and device for the control of slag in a tundish in the continuous casting of metal, especially steel - Google Patents

Process and device for the control of slag in a tundish in the continuous casting of metal, especially steel Download PDF

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EP0172394A1
EP0172394A1 EP85108748A EP85108748A EP0172394A1 EP 0172394 A1 EP0172394 A1 EP 0172394A1 EP 85108748 A EP85108748 A EP 85108748A EP 85108748 A EP85108748 A EP 85108748A EP 0172394 A1 EP0172394 A1 EP 0172394A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
slag
storage container
molten metal
level
melt level
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP85108748A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Reiner Dipl.-Ing. Brockhoff
Günter Ing. grad. Pletziger
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.)
Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann AG filed Critical Mannesmann AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
    • B22D11/183—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level by measuring molten metal weight
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
    • B22D11/187—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level by using X-rays or nuclear radiation

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling slag in a storage container during the continuous casting of metal, in particular steel, in which the molten metal is continuously poured from a ladle into a storage container or into a distribution channel and then into a continuous casting mold.
  • Such a control or measurement method serves the purpose of ultimately preventing the slag from penetrating into the continuous casting mold and thus into the casting material.
  • slag that gets into the continuous casting mold in large quantities forces the casting process to be stopped. Inclusions of slag make the cast material unusable.
  • the determination of whether defects are present in a processed casting material due to original slag inclusions also makes the product more expensive.
  • the invention has for its object to propose a usable, practically feasible method or a corresponding device for detecting the slag in the storage container.
  • the object is achieved according to the invention in that a continuous measurement of the weight of the storage container with melt content is carried out, that a continuous measurement of the level of the melt level in the storage container is also carried out at the same time and that a deviation from the specific weight of the molten metal is determined based on this.
  • This method is based on the knowledge that the specific weights of slag and metal behave at least like 1: 2. Since a known fill level in the storage container corresponds to a defined weight when the specific weight of the liquid metal is known, any deviation from the target weight is an indication of the presence of slag. On the other hand, if the following procedure is followed, the presence of slag can be concluded from the level of the melt level. The slag consequently floats on the liquid metal and is left at the end when the storage container is emptied. Slag runout is then prevented.
  • the measurement of the level of the melt level in the storage container be carried out by vertical scanning from above onto the slag floating on the molten metal and / or the molten metal. This measure ensures an error-free determination of the level.
  • the vertical scanning of slag and / or the molten metal is carried out by one or more laser beams. This ensures that molten metal and slag are measured together.
  • Various known measuring devices only show the molten metal.
  • the invention also allows the surface to be scanned line by line to determine stains consisting of slag. It is then possible to determine a "middle slag layer" by calculation, which also results in the amount of slag.
  • Another way of measuring is that the vertical scanning of slag and / or the molten metal is carried out by microwave transmitters or microwave receivers.
  • the degree of accuracy of the measurement is improved in various ways.
  • the base area of the interior of the storage container multiplied by a factor which determines the actual base area as a function of the respective height is used as the basis for measuring the melt level.
  • This can e.g. a trapezoidal lining of the storage container, walls and weirs can also be detected.
  • a comparison basis for the measurements also results from the fact that when an empty storage container is filled with molten metal, the measured values of the weight and the melt level are stored electronically and used as comparative measured values for all future measured values.
  • a further increase in accuracy for determining the value G (total) for the weight of the molten metal with slag and the value h for the height of the molten metal with slag layer is achieved by introducing tolerance limits for the differential measurement variables delta G and delta h.
  • the increase in accuracy can also be improved in that the tolerance values for the differential measurement variables are determined as a function of maximum measurement errors of the measuring devices used.
  • the device for carrying out the method is designed in such a way that the storage container is supported on load cells, that a radiation measuring device is arranged above the melt level of the storage container, the radiation path of which is perpendicular to the melting level and that the load cells and the radiation measuring device are connected to evaluation devices.
  • the radiation measuring device for the melt level consists of a laser-based device.
  • the device can also be designed such that the radiation measuring device for the melt level consists of a device based on a microwave transmitter or a microwave receiver.
  • the ladle 1 contains molten metal 2, e.g. Steel on which slag 3 floats.
  • the molten metal 2 flows through the controllable tapping 4 into the storage container 5, which consists of a distribution channel in a multi-strand caster.
  • a pouring tube 6 is arranged below the controllable tap 4, which extends (not visible) to below the layer h1 of slag 3 which has been flushed with it and to the height h2 of the molten metal 2.
  • the molten metal 2 flows out of the storage container 5 under the metallostatic (ferrostatic) pressure of the height h2 through the immersion tube 7 into the continuous casting mold 8, from which an externally solidified cast strand 9 emerges.
  • the arithmetically determined height h2 must now deviate from the measured height h (total height of the molten pool + slag) according to the physical conditions.
  • the measured total weight changes according to the volume fraction of the slag with the smaller specific weight.
  • the measuring device is formed by a storage container 5 which is supported on several load cells arranged in the corner regions 10.
  • a radiation measuring device 13 is arranged above the melt level 12.
  • the beam path 14 of the radiation measuring device 13 runs perpendicular to the melt level 12.
  • the load cells 11 and the radiation measuring device 13 are each connected to an evaluation device 16 via signal amplifiers 15.
  • the size of the permissible error values (tolerance limits) for delta G or delta h results from the maximum measurement errors of the devices used (weighing device for the storage container and level measurement).
  • the following example is given here: errors in weighing technology + 0.5% of the measuring range; Measuring range: 60 t; absolute maximum error: + 300 kg.
  • delta G In the case of a distribution trough with a maximum measuring range of 60 t, delta G would be fixed at somewhat greater than 300 kg to ensure reliable detection of the slag fraction.
  • FIGS. 4 and 5 Another security level is shown in FIGS. 4 and 5. If a tolerance limit is exceeded, the error delta h is observed in time tl. In the event that slag actually enters the storage container 5 in the time tn, the deviation delta h in the integration device 22 will increase over the time tn. The probability of slag inflow is very high, so that the alarm must be displayed here. In Fig. 5, delta G takes the place of delta h.
  • the measurement signals of the load cells 11 and the radiation measuring device 13 can be made available in analog or digital form, so that further use, both analog and digital, is also possible without further intermediate elements.
  • a comparison of the values G2 or h2 and the directly recorded values G (total) or h takes place in the evaluation device 16.
  • a tolerance limit is specified for the deviation of the two comparison values from one another, beyond which a (further) outflow of slag 3 from the ladle 1 is prevented.
  • the captured Values h2 and G (total) are corrected with the tolerance values (of the measuring devices), so that an actually slag-free amount of liquid metal (steel), which can still be cast without errors, is available as information. Based on this amount of liquid metal still present, the casting process can therefore be completed.

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Abstract

A control and measuring method of this kind serves the purpose of preventing the penetration of slag (3) into the continuous casting mould (8) and hence into the cast material. It is difficult to detect whether slag (3) is entering the casting stream from a tundish upstream of the continuous casting mould (8) as long as covered casting has to be used in the continuous casting process. Covered casting does not, for example, permit visual detection of the slag from the outside. Slag entrained in the core of a casting stream due to the vortex effect is likewise impossible to detect visually if it is impossible to dispense with devices for preventing reoxidation. In order nevertheless to detect the penetration of slag (3) from the ladle (1) into the tundish, it is proposed that a continuous measurement of the weight of the tundish (5) with the melt content be carried out, that furthermore a continuous measurement of the melt level (12) in the tundish (5) be carried out simultaneously and that, on this basis, a downward deviation from the volume weight of the metal melt is detected. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Kontrollieren von Schlacke in einem Vorratsbehälter beim Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl, bei dem die Metallschmelze kontinuierlich aus einer Gießpfanne in einen Vorratsbehälter bzw. in eine Verteilerrinne und anschließend in eine Stranggießkokille gegossen wird.The invention relates to a method and a device for controlling slag in a storage container during the continuous casting of metal, in particular steel, in which the molten metal is continuously poured from a ladle into a storage container or into a distribution channel and then into a continuous casting mold.

Ein derartiges Kontroll- bzw. Meßverfahren dient dem Zweck, das Eindringen von Schlacke in die Stranggießkokille und damit in den Gußwerkstoff letztlich zu verhindern. Grundsätzlich zwingt Schlacke, die in größeren Mengen in die Stranggießkokille gelangt, zum Abbruch des Gießvorganges. Schlackeneinschlüsse machen den Gußwerkstoff unbrauchbar. Die Feststellung, ob in einem verarbeiteten Gußwerkstoff aufgrund von ursprünglichen Schlackeneinschlüssen Fehlerstellen vorhanden sind, verteuert außerdem das Produkt.Such a control or measurement method serves the purpose of ultimately preventing the slag from penetrating into the continuous casting mold and thus into the casting material. Basically, slag that gets into the continuous casting mold in large quantities forces the casting process to be stopped. Inclusions of slag make the cast material unusable. The determination of whether defects are present in a processed casting material due to original slag inclusions also makes the product more expensive.

Eine solche Feststellung, ob Schlacke von einem der Stranggießkokille vorgeschalteten Vorratsbehälter in den Gießstrahl gelangt, ist schwierig und Erfolge sind auf diesem Gebiet praktisch nicht erzielt worden. Gründe für die meßtechnischen Schwierigkeiten liegen u.a. in der speziellen Technologie des Metall-, insbesondere des Stahlstranggießens. Beim verdeckten Gießen (shrouding) gelangt die Metallschmelze aus der Gießpfanne durch ein Rohr in die Kammer des Vorratsbehälters und von dort durch ein Rohr (dem sog. Tauchausguß) in die Stranggießkokille. Bei dem verdeckten Gießen ist daher schon nicht feststellbar, zu welchem Zeitpunkt (in der Entleerungsphase) Schlacke aus der Gießpfanne in den Vorratsbehälter fließt. Das verdeckte Gießen erlaubt nämlich z.B. keine optische Erkennung der Schlacke von außen. Einen weiteren Grund bildet die Metallschmelzenströmung von der Gießpfanne in das Vorratsgefäß. Die Schlacke schwimmt in der Gießpfanne auf der Metallschmelze. Zu einem unbekannten Zeitpunkt bildet sich ein Strudel auf der Schmelzbadoberfläche (sog. Yortex-Effekt), so daß die Schlacke in die Schmelze eingehüllt im Kern eines (offenen) Gießstrahls strömt. Somit scheidet auch eine optische Erkennung von Schlacke aus, falls auf Reoxidationsschutzeinrichtungen verzichtet werden sollte.Such a determination of whether slag enters the pouring stream from a storage container upstream of the continuous casting mold is difficult and successes in this field have practically not been achieved. The reasons for the metrological difficulties lie, among other things, in the special technology of metal, especially steel continuous casting. In the case of concealed casting (shrouding), the molten metal passes from the ladle through a pipe into the chamber of the storage container and from there through a pipe (the so-called immersion nozzle) into the continuous casting mold. In the case of concealed pouring, it is therefore not possible to determine at what point in time (in the emptying phase) slag flows from the ladle into the storage container. Concealed casting does not allow, for example, the slag to be visually recognized from the outside. Another reason is the flow of molten metal from the ladle into the storage vessel. The slag floats in the ladle on the molten metal. At an unknown time a whirlpool forms on the surface of the molten bath (so-called Yortex effect), so that the slag, encased in the melt, flows in the core of an (open) pouring stream. Optical detection of slag is therefore also ruled out if reoxidation protection devices should be dispensed with.

Die Information, ob Schlacke in den Vorratsbehälter gelangt, ist aus mehreren Gründen besonders wichtig:

  • a) In dem Vorratsbehälter findet eine unerwünschte Reaktion der Metallschmelze mit der Schlacke statt. Die erwähnten Schlackeneinschlüsse führen zu gefährlichen Fehlern des Produkts.
  • b) Die Schlacke gelangt aus dem Vorratsbehälter in die Stranggießkokille und kommt mit dem Wasser der Sekundärkühlung in Berührung. Die Folge davon ist eine heftige Reaktion des flüssigen Schlackenanteils mit dem Wasser der Sekundärkühlung. Die plötzliche Wasserdampfbildung gefährdet mit umher geschleuderten Schlackenpartikeln das Bedienungspersonal.
  • c) Die Vorratsbehälter, insbesondere die Verteilerrinnen weisen Wände und/oder Wehre auf. Für den Fall, daß Schlacke fortlaufend in die Eingießkammer gelangt, die durch eine der Wände abgetrennt ist, befindet sich mit zunehmender Betriebszeit mehr und mehr Schlacke in dem Vorratsbehälter. Der Raum für die Metallschmelze wird daher in unzulässiger Weise durch die Schlacke belegt.
  • d) Das Eindringen von Schlacke in die Stranggießkokille zwingt zum Abbrechen des Gießvorganges, wodurch die Produktion von Stranggußmaterial vermindert, d.h. unwirtschaftlich wird.
The information as to whether slag gets into the storage container is particularly important for several reasons:
  • a) An undesirable reaction of the molten metal with the slag takes place in the storage container. The slag inclusions mentioned lead to dangerous errors in the product.
  • b) The slag comes from the storage container into the continuous casting mold and comes into contact with the water of the secondary cooling. The consequence of this is a violent reaction of the liquid slag fraction with the water from the secondary cooling. The sudden formation of water vapor with the slag particles thrown around endangers the operating personnel.
  • c) The storage containers, in particular the distribution channels, have walls and / or weirs. In the event that slag continuously enters the pouring chamber, which is separated by one of the walls, there is more and more slag in the storage container with increasing operating time. The space for the molten metal is therefore inadmissibly occupied by the slag.
  • d) The penetration of slag into the continuous casting mold forces the casting process to be interrupted, as a result of which the production of continuous casting material is reduced, ie becomes uneconomical.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein brauchbares, praktisch durchführbares Verfahren bzw. eine entsprechende Einrichtung zur Erkennung der Schlacke im Vorratsbehälter vorzuschlagen.The invention has for its object to propose a usable, practically feasible method or a corresponding device for detecting the slag in the storage container.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine kontinuierliche Messung des Gewichts des Vorratsbehälters mit Schmelzeninhalt durchgeführt, daß ferner zeitparallel eine kontinuierliche Messung der Schmelzenspiegelhöhe im Vorratsbehälter vorgenommen wird und daß darauf basierend eine Abweichung vom spezifischen Gewicht der Metallschmelze nach unten ermittelt wird. Dieses Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß die spezifischen Gewichte von Schlacke und Metall sich mindestens wie 1 : 2 verhalten. Da einer bekannten Füllstandshöhe im Vorratsbehälter bei Kenntnis des spezifischen Gewichts des flüssigen Metalls ein definiertes Gewicht entspricht, ist jede Abweichung vom Sollgewicht ein Hinweis auf das Vorhandensein von Schlacke. Andererseits kann auch bei Beachtung der nachfolgenden Verfahrensweise aus der Höhe des Schmelzenspiegels auf das Vorhandensein von Schlacke geschlossen werden. Die Schlacke schwimmt folglich auf dem flüssigen Metall und wird beim Entleeren des Vorratsbehälters diesen am Ende verlassen. Das Ablaufen von Schlacke wird sodann verhindert.The object is achieved according to the invention in that a continuous measurement of the weight of the storage container with melt content is carried out, that a continuous measurement of the level of the melt level in the storage container is also carried out at the same time and that a deviation from the specific weight of the molten metal is determined based on this. This method is based on the knowledge that the specific weights of slag and metal behave at least like 1: 2. Since a known fill level in the storage container corresponds to a defined weight when the specific weight of the liquid metal is known, any deviation from the target weight is an indication of the presence of slag. On the other hand, if the following procedure is followed, the presence of slag can be concluded from the level of the melt level. The slag consequently floats on the liquid metal and is left at the end when the storage container is emptied. Slag runout is then prevented.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Messung der Schmelzenspiegelhöhe im Vorratsbehälter im Wege eines senkrechten Abtastens von oben auf die auf der Metallschmelze schwimmende Schlacke und/oder die Metallschmelze erfolgt. Diese Maßnahme sichert eine fehlerfreie Höhenstandsermittlung.In a further development of the invention it is proposed that the measurement of the level of the melt level in the storage container be carried out by vertical scanning from above onto the slag floating on the molten metal and / or the molten metal. This measure ensures an error-free determination of the level.

Bei einer solchen Meßweise ist es außerdem vorteilhaft, wenn das senkrechte Abtasten von Schlacke und/oder der Metallschmelze durch einen oder mehrere Laserstrahlen erfolgt. Hierbei wird gewährleistet, daß Metallschmelze und Schlacke zusammen gemessen werden. Verschiedene bekannte Meßgeräte lassen nur die Metallschmelze erkennen. Die Erfindung ermöglicht auch das zeilenweise Abtasten der Oberfläche, um Flecken zu ermitteln, die aus Schlacke bestehen. Es ist dann möglich, rechnerisch eine "mittlere Schlackenschicht" zu bestimmen, woraus sich ebenfalls die Menge der Schlacke ergibt.With such a measurement method, it is also advantageous if the vertical scanning of slag and / or the molten metal is carried out by one or more laser beams. This ensures that molten metal and slag are measured together. Various known measuring devices only show the molten metal. The invention also allows the surface to be scanned line by line to determine stains consisting of slag. It is then possible to determine a "middle slag layer" by calculation, which also results in the amount of slag.

Eine andere Meßweise ist dadurch gegeben, daß das senkrechte Abtasten von Schlacke und/oder der Metallschmelze durch Mikrowellensender bzw. Mikrowellenempfänger erfolgt.Another way of measuring is that the vertical scanning of slag and / or the molten metal is carried out by microwave transmitters or microwave receivers.

Nach der weiteren Erfindung wird der Genauigkeitsgrad der Messung in Verschiedener Hinsicht verbessert. Diesbezüglich ist vorgesehen, daß für die Messung der Schmelzenspiegelhöhe die Grundfläche des Innenraums des Vorratsbehälters multipliziert mit einem Faktor, der die tatsächliche Grundfläche in Abhängigkeit der jeweiligen Höhe bestimmt, zugrundegelegt wird. Hierdurch kann z.B. eine trapezförmige Ausmauerung des Vorratsbehälters, können ferner Wände und Wehre erfaßt werden.According to the further invention, the degree of accuracy of the measurement is improved in various ways. In this regard, it is provided that the base area of the interior of the storage container multiplied by a factor which determines the actual base area as a function of the respective height is used as the basis for measuring the melt level. This can e.g. a trapezoidal lining of the storage container, walls and weirs can also be detected.

Eine Vergleichsbasis für die Messungen ergibt sich außerdem dadurch, daß beim Füllen eines leeren Vorratsbehälters mit Metallschmelze die Meßwerte des Gewichts und der Schmelzenspiegelhöhe elektronisch abgespeichert und als Vergleichsmeßwerte für alle zukünftigen Meßwerte verwendet werden.A comparison basis for the measurements also results from the fact that when an empty storage container is filled with molten metal, the measured values of the weight and the melt level are stored electronically and used as comparative measured values for all future measured values.

Eine weitere Genauigkeitssteigerung für die Ermittlung des Wertes G (Gesamt) für das Gewicht der Metallschmelze mit Schlacke und des Wertes h für die Höhe der Metallschmelze mit Schlackenschicht wird dadurch erzielt, daß für die Differenzmeßgrößen delta G bzw. delta h Toleranzgrenzen eingeführt werden.A further increase in accuracy for determining the value G (total) for the weight of the molten metal with slag and the value h for the height of the molten metal with slag layer is achieved by introducing tolerance limits for the differential measurement variables delta G and delta h.

Die Genauigkeitssteigerung kann auch dadurch verbessert werden, daß die Toleranzgrößen für die Differenzmeßgrößen in Abhängigkeit maximaler Meßfehler der verwendeten Meßgeräte festgelegt werden.The increase in accuracy can also be improved in that the tolerance values for the differential measurement variables are determined as a function of maximum measurement errors of the measuring devices used.

Nach Meldung von Schlacke durch die Meß- bzw. Auswertegeräte kann nun so vorgegangen werden, indem beim Überschreiten der Toleranzgrenze und nach dem Schließen des Gießpfannen-Zulaufs die Schmelzspiegelhöhe ermittelt und der Vorratsbehälter vor dem Ausfluß von Schlacke in die Stranggießkokille geschlossen wird.After slag has been reported by the measuring and evaluation devices, the procedure can now be followed by determining the melt level when the tolerance limit is exceeded and after closing the ladle inlet and closing the storage container before slag flows into the continuous casting mold.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist derart gestaltet, daß der Vorratsbehälter auf Kraftmeßdosen abgestützt ist, daß über dem Schmelzenspiegel des Vorratsbehälters ein Strahlungsmeßgerät angeordnet ist, dessen Strahlengang lotrecht zum Schmelzenspiegel verläuft und daß die Kraftmeßdosen und das Strahlungsmeßgerät mit Auswertegeräten in Verbindung stehen.The device for carrying out the method is designed in such a way that the storage container is supported on load cells, that a radiation measuring device is arranged above the melt level of the storage container, the radiation path of which is perpendicular to the melting level and that the load cells and the radiation measuring device are connected to evaluation devices.

Für das Meßergebnis der Höhe von Metallschmelze plus Schlacke ist es besonders vorteilhaft, daß das Strahlungsmeßgerät für den Schmelzenspiegel aus einem Gerät auf Laser-Basis besteht.For the measurement result of the amount of molten metal plus slag, it is particularly advantageous that the radiation measuring device for the melt level consists of a laser-based device.

Alternativ kann die Einrichtung auch dahingehend gestaltet sein, daß das Strahlungsmeßgerät für den Schmelzenspiegel aus einem Gerät auf der Basis eines Mikrowellensenders bzw. eines Mikrowellenempfängers besteht.Alternatively, the device can also be designed such that the radiation measuring device for the melt level consists of a device based on a microwave transmitter or a microwave receiver.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

  • Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt durch eine Gießpfanne, einen Vorratsbehälter und eine Stranggießkokille mit einer ersten Alternativen für die Meß- und Auswerteeinrichtung als Blockschaltbild,
  • Fig. 2 den Teilschnitt gemäß Fig. 1 mit einer zweiten Alternativen für die Meß- und Auswerteeinrichtung als Blockschaltbild,
  • Fig. 3 ein Blockschaltbild für zusätzliche Toleranzglieder mit logischer Verknüpfung der Toleranzglieder für delta h und delta G,
  • Fig. 4 ein Blockschaltbild für ein weiteres alternatives Meßverfahren in Abhängigkeit einer fortdauernden Beobachtung der Meßgröße delta h,
  • Fig. 5 ein Blockschaltbild für ein weiteres alternatives Meßverfahren in fortdauernder Beobachtung der Meßgröße delta G und
  • Fig. 6 ein Blockschaltbild eines weiteren alternativen Meßverfahrens als Kombination der Figuren 3 bis 5.
In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically and is explained in more detail below. Show it:
  • 1 is a partial vertical section through a ladle, a storage container and a continuous casting mold with a first alternative for the measuring and evaluation device as a block diagram,
  • 2 shows the partial section according to FIG. 1 with a second alternative for the measuring and evaluation device as a block diagram,
  • 3 shows a block diagram for additional tolerance elements with a logical connection of the tolerance elements for delta h and delta G,
  • 4 shows a block diagram for a further alternative measurement method as a function of continuous observation of the measured variable delta h,
  • Fig. 5 is a block diagram for another alternative measurement method in the continuous observation of the measurand delta G and
  • 6 shows a block diagram of a further alternative measuring method as a combination of FIGS. 3 to 5.

Die Gießpfanne 1 enthält flüssige Metallschmelze 2, wie z.B. Stahl, auf der Schlacke 3 schwimmt. Innerhalb eines kontinuierlichen Betriebs strömt die Metallschmelze 2 durch den regelbaren Abstich 4 in den Vorratsbehälter 5, der aus einer Verteilerrinne bei einer Mehrstranggießanlage besteht. An der Gießpfanne 1 ist unterhalb des regelbaren Abstichs 4 ein Gießrohr 6 angeordnet, das (nicht sichtbar) bis unter die Schicht hl von mitgespülter Schlacke 3 und bis in die Höhe h2 der Metallschmelze 2 reicht. Die Metallschmelze 2 strömt aus dem Vorratsbehälter 5 unter dem metallostatischen (ferrostatischen) Druck der Höhe h2 durch das Tauchrohr 7 In die Stranggießkokille 8, aus der ein äußerlich erstarrter Gußstrang 9 austritt.The ladle 1 contains molten metal 2, e.g. Steel on which slag 3 floats. During continuous operation, the molten metal 2 flows through the controllable tapping 4 into the storage container 5, which consists of a distribution channel in a multi-strand caster. On the ladle 1, a pouring tube 6 is arranged below the controllable tap 4, which extends (not visible) to below the layer h1 of slag 3 which has been flushed with it and to the height h2 of the molten metal 2. The molten metal 2 flows out of the storage container 5 under the metallostatic (ferrostatic) pressure of the height h2 through the immersion tube 7 into the continuous casting mold 8, from which an externally solidified cast strand 9 emerges.

Der tatsächliche Inhalt des Vorratsbehälters 2 ergibt sich aus den geometrischen Abmessungen:

Figure imgb0001

worin bedeutet:

  • V = Volumen des Vorratsbehälters
  • F = Grundfläche im Innern des Vorratsbehälters
  • f = Korrekturfaktor für Schrägen, Wände und Wehre,
  • h = (gemessene) Höhe der Metallschmelze mit Schlacke.
The actual content of the storage container 2 results from the geometric dimensions:
Figure imgb0001
in which means:
  • V = volume of the storage container
  • F = base area inside the storage container
  • f = correction factor for slopes, walls and weirs,
  • h = (measured) height of the molten metal with slag.

Aus dem spezifischen Gewicht j1 - für Schlacke ist r = 3 und γ2 - für Stahl ist γ= 7,6 - können folgende Gleichungen erstellt werden:

Figure imgb0002
From the specific weight j1 - for slag r = 3 and γ2 - for steel γ = 7.6 - the following equations can be created:
Figure imgb0002

Im Normalfall besteht das Verteilerrinnenvolumen zu 100 % aus Metallschmelze (Stahl). Daraus ergibt sich, daß das gemessene Gesamtgewicht und die gemessene Höhe des Schmelzbades im Vorratsbehälter unter Berücksichtigung des spezifischen Gewichts einem reinen Metallvolumen entspricht:

Figure imgb0003

worin bedeuten:

  • h = Gesamthöhe (Schmelzbad + Schlacke) = Istwert
  • hl = Höhe der Schlacke
  • h2 = Sollhöhe des Schmelzbades
    Figure imgb0004
    Figure imgb0005
Normally, the distribution channel volume consists of 100% molten metal (steel). This means that the measured total weight and the measured height of the molten bath in the storage container, taking into account the specific weight, corresponds to a pure metal volume:
Figure imgb0003
in which mean:
  • h = total height (weld pool + slag) = actual value
  • hl = height of the slag
  • h2 = target height of the weld pool
    Figure imgb0004
    Figure imgb0005

Für den Fall, daß Schlacke in die Metallschmelze eintritt, wird ein Teil des Gesamtvolumens durch das leichtere Medium Schlacke ersetzt.

Figure imgb0006
In the event that slag enters the molten metal, part of the total volume is replaced by the lighter medium slag.
Figure imgb0006

Die rechnerisch ermittelte Höhe h2 muß jetzt, entsprechend den physikalischen Gegebenheiten von der gemessenen Höhe h (Gesamthöhe Schmelzbad + Schlacke) abweichen.The arithmetically determined height h2 must now deviate from the measured height h (total height of the molten pool + slag) according to the physical conditions.

Zur Kontrolle kann nunmehr eine rechnerische Gegenüberstellung des Gewichtes G erfolgen:

Figure imgb0007
As a check, the weight G can now be compared mathematically:
Figure imgb0007

Für den Fall, daß nunmehr Schlacke in die Metallschmelze eintritt, verändert sich entsprechend dem Volumenanteil der Schlacke mit dem kleineren spezifischen Gewicht das gemessene Gesamtgewicht.In the event that slag now enters the molten metal, the measured total weight changes according to the volume fraction of the slag with the smaller specific weight.

Die Meßeinrichtung wird durch einen Vorratsbehälter 5 gebildet, der auf mehreren, in den Eckbereichen 10 angeordneten Kraftmeßdosen abgestützt ist. Über dem Schmelzenspiegel 12 ist ein Strahlungsmeßgerät 13 angeordnet. Der Strahlengang 14 des Strahlungsmeßgerätes 13 verläuft lotrecht zum Schmelzenspiegel 12. Die Kraftmeßdosen 11 und das Strahlungsmeßgerät 13 sind über Signalverstärker 15 jeweils an ein Auswertegerät 16 angeschlossen.The measuring device is formed by a storage container 5 which is supported on several load cells arranged in the corner regions 10. A radiation measuring device 13 is arranged above the melt level 12. The beam path 14 of the radiation measuring device 13 runs perpendicular to the melt level 12. The load cells 11 and the radiation measuring device 13 are each connected to an evaluation device 16 via signal amplifiers 15.

Die Fig. 1 und 2 stellen zwei Alternativen des Meßprinzips dar: Gemäß Fig. 1 wird aus dem Gesamtgewicht G nach der Formel (4) im Gerät 17 h2 und im Auswertegerät 16 die Differenz hl = h - h2 = delta h ermittelt.1 and 2 represent two alternatives of the measuring principle: According to FIG. 1, the difference h1 = h - h2 = delta h is determined from the total weight G according to the formula (4) in the device 17 h2 and in the evaluation device 16.

Gemäß Fig. 2 ist das Gerät 17 im Meßzweig für h angeordnet und dient dort der Ermittlung von G2 nach Gleichung (6), so daß das im unteren Meßzweig ermittelte G (Gesamt) im Auswertegerät 16 zum Ergebnis G2 - G = delta G führt.2, the device 17 is arranged in the measuring branch for h and serves to determine G2 according to equation (6), so that the G (total) determined in the lower measuring branch leads to the result G2-G = delta G in the evaluation device 16.

In beiden Fällen der Fig. 1 und 2 liegt nun eine Ausgangsgröße für Schlacke vor, die sich in delta h bzw. in delta G zeigen.In both cases of FIGS. 1 and 2, there is now an initial variable for slag which is shown in delta h and delta G, respectively.

Für diese Werte delta h bzw. delta G werden nunmehr Toleranzen festgelegt. Die Fig. 1 und 2 können daher um die Toleranzgeber 18 bzw. 19 ergänzt werden (Fig. 3). Beim Überschreiten der Toleranzwerte erfolgt eine Alarmanzeige, und gleichzeitig ergeht ein Befehl, den Abstich 4 der Gießpfanne 1 zu schließen, um ein weiteres Zufließen von Schlacke in den Vorratsbehälter 5 zu vermelden. Gemäß Fig. 3 werden die Werte delta h und delta G um eingestellte Toleranzwerte der Toleranzgeber 18 und 19 beschränkt und dem UND-Glied 20 zugeführt, hinter dem die Alarmanzeige 21 erfolgt. Hier wird gleichzeitig delta G und delta h bestimmt. Nur beim Überschreiten der Toleranzgrenzen beider Fehler erfolgt die Alarmanzeige.Tolerances are now defined for these values delta h and delta G, respectively. 1 and 2 can therefore be supplemented by the tolerance sensors 18 and 19, respectively (FIG. 3). When the tolerance values are exceeded, an alarm is displayed, and at the same time a command is issued to close the tapping 4 of the ladle 1 in order to report a further inflow of slag into the storage container 5. 3, the values delta h and delta G are limited by set tolerance values of the tolerance transmitters 18 and 19 and fed to the AND gate 20, behind which the alarm display 21 takes place. Here delta G and delta h are determined at the same time. The alarm is only displayed if the tolerance limits of both errors are exceeded.

Die Größe der zulässigen Fehlerwerte (Toleranzgrenzen) für delta G bzw. delta h ergibt sich aus den maximalen Meßfehlern der eingesetzten Geräte (Wiegeeinrichtung für den Vorratsbehälter und die Höhenstandsmessung). Dazu sei folgendes Beispiel angeführt: Fehler der Wiegetechnik + 0,5 % des Meßbereiches; Meßbereich: 60 t; absoluter maximaler Fehler: + 300 kg.The size of the permissible error values (tolerance limits) for delta G or delta h results from the maximum measurement errors of the devices used (weighing device for the storage container and level measurement). The following example is given here: errors in weighing technology + 0.5% of the measuring range; Measuring range: 60 t; absolute maximum error: + 300 kg.

Bei einer Verteilerrinne mit einem maximalen Meßbereich von 60 t würde also delta G mit etwas größer 300 kg fixiert werden, un ein sicheres Erkennen des Schlackenanteils zu gewährleisten.In the case of a distribution trough with a maximum measuring range of 60 t, delta G would be fixed at somewhat greater than 300 kg to ensure reliable detection of the slag fraction.

Bei einem Vergleichsbehälter für obige Größenordnung ergibt sich damit nur eine Schlackenhöhe von ca. 2,5 cm bei einer Länge des Vorratsbehälters von ca. 6 m und einer Breite von ca. 0,8 m, nachdem das Vorhandensein von Schlacke sicher erkannt wurde.In the case of a comparison container for the above order of magnitude, this results in only a slag height of approx. 2.5 cm with a length of the storage container of approx. 6 m and a width of approx. 0.8 m after the presence of slag has been reliably detected.

Eine andere Sicherheitsstufe wird in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Beim Überschreiten einer Toleranzgrenze wird der Fehler delta h in der Zeit tl beobachtet. Für den Fall, daß nunmehr in der Zeit tn tatsächlich Schlacke in den Vorratsbehälter 5 eintritt, wird die Abweichung delta h in dem Integrationsgerät 22 über die Zeit tn zunehmen. Damit ist die Wahrscheinlichkeit des Schlackenzulaufs sehr hoch, so daß hier die Alarmanzeige erfolgen muß. Anstelle von delta h tritt in Fig. 5 delta G.Another security level is shown in FIGS. 4 and 5. If a tolerance limit is exceeded, the error delta h is observed in time tl. In the event that slag actually enters the storage container 5 in the time tn, the deviation delta h in the integration device 22 will increase over the time tn. The probability of slag inflow is very high, so that the alarm must be displayed here. In Fig. 5, delta G takes the place of delta h.

Das Prinzip der Erkennung eines Trends, wie zu den Fig. 4 und 5 beschrieben, kann nunmehr noch auf die Logikverknüpfung von delta h mit delta G aus Fig. 3 angewendet werden. Diese Kombination ist in Fig. 6 dargestellt: delta h zu einem Zeitpunkt tl wird über die Zeit tn beobachtet so wie auch delta G zu einem Zeitpunkt tl über die Zeit tn beobachtet wird. Auch hier erfolgt nur beim Überschreiten beider Toleranzgrenzen hinter dem UND-Glied 20 die Alarmauslösung 21 "Schlacke".The principle of the detection of a trend, as described for FIGS. 4 and 5, can now still be applied to the logic combination of delta h with delta G from FIG. 3. This combination is shown in FIG. 6: delta h at a time tl is observed over the time tn, just as delta G is observed at a time tl over the time tn. Here too, the alarm trigger 21 "slag" occurs only when both tolerance limits are exceeded behind the AND gate 20.

Die Meßsignale der Kraftmeßdosen 11 und des Strahlungsmeßgeräts 13 können analog oder digital zur Verfügung gestellt werden, so daß auch eine Weiterverwertung sowohl analog als auch digital ohne weitere Zwischenglieder möglich ist. Im Auswertegerät 16 findet ein Vergleich der Werte G2 bzw. h2 und der unmittelbar erfaßten Werte G (Gesamt) bzw. h statt. Für die Abweichung (Deviation) beider Vergleichswerte voneinander wird eine Toleranzgrenze vorgegeben, bei deren Überschreiten ein (weiteres) Ausströmen von Schlacke 3 aus der Gießpfanne 1 verhindert wird. Die erfaßten Werte h2 bzw. G (Gesamt) werden mit den Toleranzgrößen (der Meßgeräte) korrigiert, so daß eine tatsächlich schlackenfreie Flüssigmetallmenge (Stahl), die noch fehlerfrei vergossen werden kann, als Information vorliegt. Ausgehend von dieser noch vorhandenen Flüssigmetallmenge kann daher der Gießvorgang zu Ende gebracht werden.The measurement signals of the load cells 11 and the radiation measuring device 13 can be made available in analog or digital form, so that further use, both analog and digital, is also possible without further intermediate elements. A comparison of the values G2 or h2 and the directly recorded values G (total) or h takes place in the evaluation device 16. A tolerance limit is specified for the deviation of the two comparison values from one another, beyond which a (further) outflow of slag 3 from the ladle 1 is prevented. The captured Values h2 and G (total) are corrected with the tolerance values (of the measuring devices), so that an actually slag-free amount of liquid metal (steel), which can still be cast without errors, is available as information. Based on this amount of liquid metal still present, the casting process can therefore be completed.

Claims (12)

1. Verfahren zum Kontrollieren von Schlacke in einem Vorratsbehälter beim Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl, bei dem die Metallschmelze kontinuierlich aus einer Gießpfanne in einen Vorratsbehälter bzw. in eine Verteilerrinne und anschließend in eine Stranggießkokille gegossen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine kontinuierliche Messung des Gewichts des Vorratsbehälters mit Schmelzeninhalt durchgeführt, daß ferner zeitparallel eine kontinuierliche Messung der Schmelzenspiegelhöhe im Vorratsbehälter vorgenommen wird und daß darauf basierend eine Abweichung vom spezifischen Gewicht der Metallschmelze nach unten ermittelt wird.1. Method for controlling slag in a storage container during the continuous casting of metal, in particular steel, in which the molten metal is continuously poured from a ladle into a storage container or into a distribution channel and then into a continuous casting mold,
characterized,
that a continuous measurement of the weight of the storage container with melt content is carried out, that a continuous measurement of the level of the melt level in the storage container is also carried out at the same time and that based on this a deviation from the specific weight of the molten metal is determined downwards. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Messung der Schmelzenspiegelhöhe im Vorratsbehälter im Wege eines senkrechten Abtastens von oben auf die auf der Metallschmelze schwimmende Schlacke und/oder die Metallschmelze erfolgt.2. The method according to claim 1,
characterized,
that the measurement of the level of the melt level in the storage container is carried out by vertical scanning from above onto the slag floating on the molten metal and / or the molten metal. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das senkrechte Abtasten von Schlacke und/oder der Metallschmelze durch einen oder mehrere Laserstrahlen erfolgt.3. The method according to claims 1 and 2,
characterized,
that the vertical scanning of slag and / or the molten metal is carried out by one or more laser beams. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das senkrechte Abtasten von Schlacke und/oder der Metallschmelze durch Mikrowellensender bzw. Mikrowellenempfänger erfolgt.4. The method according to claims 1 and 2,
characterized,
that the vertical scanning of slag and / or the molten metal is carried out by microwave transmitters or microwave receivers. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Messung der Schmelzenspiegelhöhe die Grundfläche des Innenraums des Vorratsbehälters multipliziert mit einem Faktor, der die tatsächliche Grundfläche in Abhängigkeit der jeweiligen Höhe bestimmt, zugrundegelegt wird.5. The method according to claims 1 to 4,
characterized,
that the base area of the interior of the storage container multiplied by a factor which determines the actual base area as a function of the respective height is used as the basis for measuring the melt level. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Füllen eines leeren Vorratsbehälters mit Metallschmelze die Meßwerte des Gewichts und der Schmelzenspiegelhöhe elektronisch abgespeichert und als Vergleichsmeßwerte für alle zukünftigen Meßwerte verwendet werden.6. The method according to claims 1 to 5,
characterized,
that when an empty storage container is filled with molten metal, the measured values of the weight and the level of the melt level are stored electronically and used as comparative measured values for all future measured values. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Differenzmeßgrößen delta G bzw. delta h Toleranzgrenzen eingeführt werden.7. The method according to claims 1 to 6,
characterized,
that tolerance limits are introduced for the differential measurands delta G and delta h. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Toleranzgrößen für die Differenzmeßgrößen in Abhängigkeit maximaler Meßfehler der verwendeten Meßgeräte festgelegt werden.8. The method according to claims 1 to 7,
characterized,
that the tolerance quantities for the differential measurement quantities are determined as a function of maximum measurement errors of the measuring devices used. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Überschreiten der Toleranzgrenze und nach dem Schließen des Gießpfannen-Zulaufs die Schmelzspiegelhöhe ermittelt und der Vorratsbehälter vor dem Ausfluß von Schlacke in die Stranggießkokille geschlossen wird.9. The method according to claims 1 to 8,
characterized,
that when the tolerance limit is exceeded and after the ladle inlet is closed, the melt level is determined and the reservoir is closed before slag flows into the continuous casting mold. 10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vorratsbehälter (5) auf Kraftmeßdosen (11) abgestützt ist, daß über dem Schmelzenspiegel (12) des Vorratsbehälters (5) ein Strahlungsmeßgerät (13) angeordnet ist, dessen Strahlengang (14) lotrecht zum Schmelzenspiegel (12) verläuft und daß die Kraftmeßdosen (11) und das Strahlungsmeßgerät (13) mit Auswertegeräten (16) in Verbindung stehen.10. Device for performing the method according to claims 1 to 9,
characterized,
that the reservoir (5) is supported on load cells (11), that above the melt level (12) of the reservoir (5) a radiation measuring device (13) is arranged, the beam path (14) of which is perpendicular to the melt level (12) and that the load cells (11) and the radiation measuring device (13) are connected to evaluation devices (16). 11. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Strahlungsmeßgerät (13) für den Schmelzenspiegel (12) aus einem Gerät auf Laser-Basis besteht.11. The device according to claim 10,
characterized,
that the radiation measuring device (13) for the melt level (12) consists of a laser-based device. 12. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Strahlungsmeßgerät (13) für den Schmelzenspiegel (12) aus einem Gerät auf der Basis eines Mikrowellensenders bzw. eines Mikrowellenempfängers besteht.12. Device according to claim 10,
characterized,
that the radiation measuring device (13) for the melt level (12) consists of a device based on a microwave transmitter or a microwave receiver.
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