CH624323A5

CH624323A5 -

Info

Publication number: CH624323A5
Application number: CH1139877A
Authority: CH
Inventors: Sten Linder; Johan Spijkerman
Original assignee: Atomenergi Ab
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1977-09-19
Publication date: 1981-07-31
Also published as: FR2403136A1; DE2839953A1; IT1101004B; FI62478C; YU218478A; DE2839953C3; FI782821A; AR216177A1; FR2403136B1; ZA785285B; US4212342A; DE2839953B2; TR21210A; BR7806106A; FI62478B; ATA669978A; KR810002139B1; JPS5453621A; ES473904A1; IT7827785A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Badspiegelhöhe in einer Stranggiesskokille mittels elektromagnetischer Wechselfelder, wobei die Veränderung der Induktivität in

Abhängigkeit der Badspiegelhöhe gemessen und als Eingangssignal für die Badspiegelregulierung verwendet wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Für die automatische Regelung der Badspiegelhöhe in Strang-giesskokillen, insbesondere für Stahlstranggiessanlagen, sind verschiedene Verfahren bekannt und in der Praxis eingeführt.

Eine breite Anwendung hat beispielsweise das Messen der Badspiegelhöhe mittels radioaktiver Strahler, Thermoelementen, optischer Geräte etc. gefunden.

In der Literatur wird aber auch an verschiedenen Stellen vorgeschlagen, die Veränderung der Badspiegelhöhe in Strang-giesskokillen mittels elektromagnetischer Wechselfelder zu messen. Dabei werden ausserhalb des Kühlmantels im Badspiegelbereich oder auf der ganzen Kokillenlänge um die Kokillenwände herum eine oder mehrere Spulen angeordnet und ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Das flüssige Giessmetall wirkt dabei als beweglicher Spulenkern und verursacht bei sich ändernden Badspiegelhöhen Änderungen im elektromagnetischen Wechselfeld. In einer oder mehreren Empfängerspulen wird diese Veränderung der Induktivität in Abhängigkeit der Badspiegelhöhe gemessen und als Eingangssignal für eine Badspiegelregulierung verwendet. Diese vorgeschlagenen Vorrichtungen haben den Nachteil, dass das Eingangssignal durch dauernd sich verändernde Störeinflüsse wesentlich mehr beeinflusst wird, als durch Veränderungen der Badspiegelhöhe in der Kokille. Bei Änderung der Badspiegelhöhe um beispielsweise 1 cm sind bei einem Messsystem mit um die Kokille angeordneten Spulen als charakteristische Werte weniger als 0,1% Veränderung gegenüber der Ausgangsinduktivität gemessen worden. Solch kleine Messwertunterschiede als Eigangssignal einer Steuerung ergeben ungenaue Ausgangssignale für die Zuflussregelung. Im weiteren können Temperaturunterschiede in der Kupferwand und im Tragrahmen Veränderung in der gegenseitigen Induktivität zwischen den Spulen in der Grössenordnung von 1% hervorrufen. Diese Störeinflüsse schwächen und verfälschen durch Überlagerung die Messresultate in einem solchen Umfang, dass sie für eine genaue Badspiegelregulierung unbrauchbar werden. Aus diesen Gründen hat dieses Messverfahren bis heute keine Eingang in der Praxis des Stranggiessens gefunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche genannte Störeinflüsse bei der Messung der Badspiegelhöhe in Stranggiesskokillen mittels elektromagnetischer Wechselfelder eindämmt.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird dies dadurch erreicht, dass von der Eingiessseite der Kokille ein elektromagnetisches Wechselfeld auf eine dem Formhohlraum zugekehrte Seite der Kokillenwand gerichtet, durch dieses Wechselfeld in der Kokillenwand ein Strom induziert und das von diesem Strom erzeugte sekundäre elektromagnetische Wechselfeld gemessen und als Eingangssignal verwendet wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren verwendet als Parameter erstmals das Messen der Höhe der Wand oberhalb des Badspiegels, wobei diese freie Höhe im Formhohlraum über das in dieser Wand erzeugte sekundäre elektromagnetische Wechselfeld gemessen wird. Daraus resultiert gegenüber der Messmethode mit magnetischen Wechselfeldern gemäss dem Stand der Technik der Vorteil, dass der von der Höhe der Wand oberhalb des Badspiegels beeinflusste Teil des Eingangssignals durch eine Torschaltung vom Störanteil des Eingangssignals leicht abtrennbar und als Messwert verwendbar ist. Die bekannten Störfaktoren, wie Temperaturunterschiede in der Kokillenwand und der davon abhängige elektrische Widerstand im Kupfer und im Tragrahmen aus Stahl bleiben oberhalb des Badspiegels relativ konstant und ergeben praktisch keinen negativen Einfluss auf das Messresultat. Es konnte festgestellt werden, dass die Messresultate nach dem erfindungsgemässen Verfahren einen mindestens gleich hohen Genauigkeitsgrad aufweisen, wie die Resultate der bewährten Badspiegelmesseinrichtung mit radioaktiven Quellen. Alle Nach5

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teile und Gefahren im Umgang mit radioaktivem Material entfallen jedoch mit dem neuen Verfahren.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sendespule oberhalb des Badspiegelbereiches angeordnet und der erzeugte Kraftlinienverlauf der Sendespule auf eine dem Formhohlraum zugekehrte Seite der Kokillenwand hingerichtet und die Empfangerspule im Induktionsfeld des sekundären elektromagnetischen Wechselfeldes angeordnet ist.

Durch Wahl der Frequenz des elektromagnetischen Wechselfeldes können einerseits Störeinflüsse bereits vorhandener Wechselfelder, herrührend von Motoren, Magneten etc., ausgeschaltet und anderseits die Eindringtiefe der Induktion in die Kupferwand der Kokille sowie die Phasenverschiebung zwischen dem primären und dem sekundären Wechselfeld beeinflusst werden. Es wird zusätzlich vorgeschlagen, die Messung des sekundären Wechselfeldes an einer äusseren Begrenzungsfläche eines Kühlwasserspaltes der Kokillenwand im Badspiegelbereich bei einem elektromagnetischen Wechselfeld von 30 bis 500 Hz vorzunehmen. Die Empfängerspule wird dabei an dieser äusseren Begrenzungsfläche des Kühlwasserspaltes der Kokillenwand im Badspiegelbereich angeordnet. Dieses Verfahren mit der entsprechenden Anordnung der Empfängerspule wird in der Regel bei Rohrkokillen angewendet.

Ein Durchdringen des für die Messung massgebenden sekundären elektromagnetischen Wechselfeldes durch die Kupferwand ist nicht erforderlich, wenn die Sende- und die Empfängerspule oberhalb des Badspiegelbereiches angebracht und zum Formhohlraum hin gerichtet sind. Gemäss einem Merkmal der Vorrichtung ist es jedoch von Vorteil, die Sende- und die Empfängerspule in der gleichen Horizontalebene anzuordnen und somit beide Spulen in gleicher Entfernung vom Badspiegel anzubringen. Diese einfachste geometrische Anordnung bietet sich bei Kokillen für grössere Strangformate, wie beispielsweise für Plattenkokillen bei Brammenformaten an. Die Spulen können dabei eine gleiche Ausrichtung zu der darunter angeordneten Kupferwand aufweisen. Dabei hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Messung des sekundären Wechselfeldes auf der eingiessseitigen Begrenzungsfläche der Kokillenwand bei einem elektromagnetischen Wechselfeld von vorzugsweise 1000 Hz vorzunehmen. Damit erreicht die Eindringtiefe des Wechselfeldes in die Kupferwand einen geringen Wert, wodurch eine zusätzliche Verbesserung des Eingangssignales erreicht wird.

Mögliche Störpegel können vermieden werden, wenn die Sende- und die Empfängerspule auf der eingiessseitigen Begrenzungsfläche einer Kokillenwand und isoliert gegenüber dieser, in einem Abstand voneinander, angeordnet sind. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn die Mittelachsen der beiden Spulen parallel verlaufen und der Abstand dieser Achsen zwischen 200 und 300 mm beträgt. Die Distanz der Spulen zur Kupferwand oberhalb des Badspiegels ist dabei minimal, wodurch Störeinflüsse unterdrückt und eine hohe Messgenauigkeit der Badspiegelhöhe erreicht wird.

Es wird im weiteren vorgeschlagen, die Sende- und Empfangerspule mit ungleicher Windungszahl und ungleichem elektrischem Widerstand vorzusehen. Gemäss einem Merkmal der Vorrichtung ist es vorteilhaft, die Sendespule mit etwa 80 Windungen und etwa 4fi Widerstand und die Empfängerspule mit etwa 200 Windungen und etwa 50Q Widerstand zu versehen.

Zur Verminderung der Störeinflüsse ist es von besonderem Interesse, alle Undefinierten elektrischen Kontakte in der Umgebung der Spulen auszuschalten. Die Metallteile in der Umgebung der Spulen sind mit Vorteil entweder zu verschweissen oder bei Schraubverbindungen gegenseitig zu isolieren. Es wird deshalb empfohlen, beide Spulen in je einem Blechgehäuse aus unmagnetischem Stahl einzubauen und die Spulen gegenüber diesen Blechgehäusen sowie diese gegenüber den Befestigungsstellen zu isolieren.

Die nach oben gerichteten Kraftlinien der Spulen können vorteilhaft unschädlich gemacht werden, wenn die Kokillenabdeckplatte über den Spulen aus magnetischem Eisen besteht. Im weiteren schützt diese Abdeckplatte die Spulen vor magnetischen Fremdfeldern und hilft dadurch mit, nachteilige Störfelder abzubauen.

Im nachfolgenden werden anhand von Figuren Ausführungsbeispiele beschrieben.

Dabei zeigen :

Fig. 1 eine Perspektive einer schematisch dargestellten Plattenkokille mit der Erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 2 ein vergrösserter Ausschnitt aus Fig. 1, -

Fig. 3 ein Vertikalschnitt durch eine teilweise dargestellte Plattenkokille mit der eingebauten erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 4 ein Blockdiagramm der Steuerung der erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Rohrkokille und

Fig. 6 einen vergrösserten Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5.

In Fig. 1 sind zur Messung der Badspiegelhöhe auf der Eingussseite einer Plattenkokille 1 oberhalb des Soll-Badspiegelbereiches 2 eine Sendespule 3 und eine Empfängerspule 4 angeordnet. Diese Spulen 3, 4 sind mit einer Steuerung 5 der Badspiegelmess-einrichtung verbunden. Diese Steuerung 5 ist mit nicht dargestellten, bekannten Steuerorganen für den Metallzufluss in die Kokille und/oder für ein Ausziehaggregat zur Regelung der Ausziehgeschwindigkeit des Stranges verbunden.

In Fig. 2 ist die geometrische Anordnung der Sende- 3 und der Empfängerspule 4 und der Verlauf der durch die Sendespule 3 erzeugten Kraftlinien 8 sichtbar. Der Verlauf dieser Kraftlinien 8 ist auf eine dem Formhohlraum zugekehrte Seite 9 einer Kokillenwand 22 gerichtet. Die beiden Spulen 3, 4 sind in diesem Beispiel in der gleichen Horizontalebene auf der eingiessseitigen Begrenzungsfläche einer Kupferplatte einer Breitseite der Plattenkokille 1 in einem Abstand voneinander angeordnet. Mittelachsen 11, 12 der beiden Spulen 3, 4 verlaufen parallel und der Abstand 13 beträgt bei Plattenkokillen für Brammenformate beispielsweise 200-300 mm. Es ist auch denkbar, dass beispielsweise bei schmalen Kokillen die Sende- und Empfängerspule auf gegenüberliegenden Kokillenwänden angeordnet werden können. Die Windungen 14 bzw. 15 der Spule 3 bzw. 4 liegen etwa parallel zur Seite 9 der Kokillenwand 22. Die Sendespule 3 weist etwa 80 Windungen und etwa 4Q Widerstand und die Empfängerspule 4 etwa 200 Windungen und etwa 50ß Widerstand auf. Die Bezugziffern 24 und 25 werden im nachfolgenden bei der Beschreibung des Verfahrens erläutert.

In Fig. 3 ist der konstruktive Einbau der Spule 3, bei einer Plattenkokille, bestehend aus der Kokillenwand 22 aus Kupfer und Stahlrahmen 21, sichtbar. Der Einbau der Spule 4 ist grundsätzlich gleich wie der der Spule 3. Die Windungen 14 der Spule 3 sind in einem Blechgehäuse 18 aus unmagnetischem Stahl in einer temperaturbeständigen Isolation 19 eingebettet. Im weitern sind Isolationen 20 zwischen dem Blechgehäuse 18 und der eingiesseiti-gen Begrenzungsfläche 26 der Kokillenwand 22 sowie einer Kokillenabdeckplatte 23 angebracht. Diese über den Spulen angeordnete Kokillenabdeckplatte 23 besteht mit Vorteil aus magnetischem Eisen oder Stahl.

In Fig. 4 wird anhand eines vereinfachten Blockdiagrammes die Funktionsweise der Steuerung 5 der erfindungsgemässen Vorrichtung erläutert. Ein kristallgesteuerter Oszillator 41 erzeugt einen Wechselstrom von 1000 Hz, der über einen Regelkreis 42 einem Verstärker 43 zugeführt wird. Die Sendespule 3 steht dabei unter einem Strom von 2 Amp. Die Amplitude dieses Wechselstromes wird mittels dem Regelkreis 42 konstant gehalten. Der Wechselstrom der Sendespule 3 wird durch einen Stromwandler 45 überwacht, der seinerseits ein Kontrollsignal als Eingang dem Regelkreis 42 zuführt. Der Ausgangswechselstrom des

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Regelkreises 42 wird im weiteren über eine Phasenlage Anpassung 46 einem Synchron-Demodulator 47 zugeführt.

Das Eingangssignal der Empfangerspule 4 wird nach dem Durchgang durch einen Verstärker 50 ebenfalls dem Synchron-Demodulator 47 eingespeist. Dieser liefert ein Ausgangssignal 51, welches proportional der Amplitude des Empfangssignals in der Empfangerspule 4 ist. Das Signal 51 wird anschliessend einem Potentiometer 52 zugeführt, dem auch der über einen Spitzenwert-Gleichrichter 49 geleitete Ausgangswechselstrom des Regelkreises 42 eingespeist wird. Die Differenz zwischen dem Strom des Signals 51 und dem Strom 53 wird einem Verstärker 54 zugeleitet. Das verstärkte" Signal 55 entspricht dem Ist-Wert des Füllstandes in der Kokille. Dieses Ist-Wert-Signal 55 kann einer bekannten Füllstandsregelung für die Stopfen- oder Schiebersteuerung am Zwischengefass und/oder der Steuerung des Treibaggregates einer Stranggiessanlage zugeführt werden.

Zur Kompensation der durch die Kokillenoszillation erzeugten Relativbewegung zwischen dem Badspiegel und der Kokillenwand kann die Steuerung 5 mit einer elektrischen Oszillationskompensation 57 versehen werden.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens wird mit Hilfe der Fig. 2 erläutert. Von der Eingiesseite der Kokille 1 wird mittels der Sendespule 3 ein elektromagnetisches Wechselfeld auf die dem Formhohlraum zugekehrte Seite 9 der Kokillenwand 22 gerichtet. Dieses Wechselfeld mit den Kraftlinien 8 induziert in der Kokillenwand 22 einen Strom. Die Kokillenwand 22 stellt dabei eine Spule mit nur einer Windung dar, die durch Pfeil 24 schematisch dargestellt ist. Der in der Kokillenwand aus Kupfer induzierte Strom erzeugt seinerseits ein sekundäres elektromagnetisches Wechselfeld, das mit Pfeilen 25 dargestellt ist. Dieses sekundäre Wechselfeld erzeugt in der Empfangerspule 4 eine Spannung, die als Eingangssignal der Steuerung 5 der Badspiegelmesseinrichtung zugeleitet wird. Der der Sendespule zugeführte Wechselstrom hat beispielsweise eine Frequenz von 1000 Hz. In der Empfangerspule 4 wird auch ein Teil des primären Magnetfeldes der Sendespule 3 als Basiswert empfangen. Dieser Basiswert beeinflusst aber das von der Badspiegelhöhe abhängige und aus der Kokillenwand oberhalb des Badspiegels austretende elektromagnetische Sekundärfeld nicht negativ.

In den Fig. 5 und 6 ist eine Sendespule 3' auf der eingiessseitigen Begrenzungsfläche einer Kupferwand 59 einer Rohrkokille 60 im wesentlichen gleich angeordnet wie auf der Plattenkokille 1, gemäss Fig. 1. Eine Empfängerspule 4' ist an einer äusseren 5 Begrenzungsfläche 61 des Kühlwasserspaltes 62 im Badspiegelbereich angebracht und an der den Kühlwasserspalt 62 begrenzenden Wand 64 in einer Vertiefung festgeschraubt. Die Windungen der Spule 4' sind in einem rostfreien unmagnetischen Blechgehäuse 18' in einer Isolation 19' eingebettet. Zwischen dem Blech-io gehäuse 18' und der Wand 64 ist eine weitere nicht dargestellte Isolationsschicht eingebaut. Die Windungen der Empfängerspule 4' liegen in einer etwa parallelen Ebene zu Seite 65 der Kokillenwand 59 aus Kupfer, die in der Regel bei Rohrkokillen etwa 8 bis 15 mm dick ist. Mit 70 ist ein Tragrahmen der Kokille 15 und mit 71 eine Kokillenabdeckung aus Stahl dargestellt.

Die Frequenz eines elektromagnetischen Feldes 8' der Sendespule 3' ist bei Anordnung der Empfängerspule 4' hinter der Kokillenwand 59 aus Kupfer etwas niedriger als bei der Anordnung gemäss Fig. 1. Sie kann zwischen 30 und 500 Hz gewählt werden. Vorzugsweise werden Frequenzen zwischen 100 und 200 Hz verwendet. Das Magnetfeld 8' erzeugt in der Kupferwand einen Strom, der in Abhängigkeit der Badspiegelhöhe 67 ein sekundäres Magnetfeld erzeugt, das in der Empfängerspule 4' eine Spannung induziert. Im Synchrondemodulator 47 (Fig. 4) der 25 Steuerung 5 wird durch eine Torschaltung der Störanteil der Spannung des Eingangssignales herausgetrennt und der von der Badspiegelhöhe abhängige Signalanteil zur Steuerung der Badspiegelregeleinrichtung verwendet.

30 Zur Erreichung eines grossen Messbereiches in Stranglaufrichtung 68 beträgt die Länge der Empfängerspule 4' beispielsweise etwa 200 mm. In ihrer Höhenlage ist die Spule so angeordnet,

dass ihre Mittelachse mit der Sollbadspiegelhöhe in der Kokille zusammenfällt. Die Spulenbreite wird in der Regel etwas schmäler 35 als die Seitenlänge des Strangquerschnittes gewählt. Bei Kokillen für Stränge mit Rund-, Achteckprofil etc. kann die Empfängerspule 4' der Begrenzungsfläche 61 des Kühlwasserspaltes 62 angepasst und parallel zur Seite 65 des Formhohlraumes angeordnet werden.

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3 Blätter Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Regelung der Badspiegelhöhe in einer Stranggiesskokille mittels elektromagnetischer Wechselfelder, wobei die Veränderung der Induktivität in Abhängigkeit der Badspiegelhöhe gemessen und als Eingangssignal für die Badspiegelregulierung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass von der Eingiessseite der Kokille ein elektromagnetisches Wechselfeld auf eine dem Formhohlraum zugekehrte Seite der Kokillenwand gerichtet, durch dieses Wechselfeld in der Kokillenwand ein Strom induziert und das von diesem Strom erzeugte sekundäre elektromagnetische Wechselfeld gemessen und als Eingangssignal verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des sekundären Wechselfeldes an einer äusseren Begrenzungsfläche eines Kühlwasserspaltes der Kokillenwand im Badspiegelbereich bei einem elektromagnetischen Wechselfeld von 30 bis 500 Hz vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des sekundären Wechselfeldes auf der eingiessseiti-gen Begrenzungsfläche der Kokillenwand bei einem elektromagnetische Wechselfeld von vorzugsweise 1000 Hz vorgenommen wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei zur Messung der Badspiegelhöhe eine Sendespule und eine Empfängerspule angeordnet und diese Spulen mit einer Badspiegelregulierung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (3, 3') oberhalb des Badspiegelbereiches (2) angeordnet und der erzeugte Kraftlinienverlauf dieser Sendespule (3, 3') auf eine dem Formhohlraum zugekehrte Seite (9, 65) einer Kokillenwand (22, 59) hingerichtet und die Empfängerspule (4, 4') im Induktionsfeld des sekundären elektromagnetischen Wechselfeldes angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- (3) und die Empfängerspule (4) in der gleichen Horizontalebene angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerspule (4') im Badspiegelbereich an einer äusseren Begrenzungsfläche (61) des der Kokillenwand (59) zugeordneten Kühlwasserspaltes (62) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- (3) und die Empfängerspule (4) auf der eingiesssei-tigen Begrenzungsfläche (26) der Kokillenwand (22) und isoliert gegenüber dieser in einem Abstand voneinander angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen (11,12) der beiden Spulen (3, 4) parallel verlaufen und der Abstand (13) dieser Achsen zwischen 200 bis 300 mm beträgt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (3, 3') etwa 80 Windungen und etwa 4fl Widerstand und die Empfängerspule (4, 4') etwa 200 Windungen und etwa 50Q Widerstand aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Spulen (3, 3', 4, 4') in je einem Blechgehäuse (18,18') aus unmagnetischem Stahl eingebaut und die Spulen (3, 3', 4,4') .gegenüber diesen Blechgehäusen (18,18') sowie diese gegenüber den Befestigungsstellen isoliert sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenabdeckplatte (23, 71) über den Spulen (3, 4, bzw. 3') aus magnetischem Eisen besteht.