DD297703A5 - Verfahren zur kontinuierlichen bestimmung der dicke einer fluessigen schlackenschicht auf der oberflaeche einer metallscmelze - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung der Dicke einer flüssigen Schlackenschicht (3) auf der Oberfläche einer Metallschmelze (2) innerhalb einer Aufnahme, insbesondere einer Gussform (1), in der die Schmelze kontinuierlich abkühlt, wobei die Schlackenschicht (3) durch eine Pulverschicht (4) auf der Schlackenschicht (3) gebildet wird. Die Erfindung besteht darin, dass a.) kontinuierlich die Höhe der Fläche (M) zwischen der Metallschmelze (2) und der Schlackenschicht (3) bestimmt wird, b.) kontinuierlich die Lage der Isotherme (IS) in der Fläche zwischen der Schlackeschicht (3) und der Pulverschicht (4) bestimmt wird, indem man einen Thermosensor (8) in dieser Isotherme hält und die Verrückungen des Thermosensors (8) misst, c.) die Höhe der Fläche (M) zwischen der Metallschmelze (2) und der Schlackenschicht (3) mit der Höhe der Isotherme (IS) verglichen wird und daraus kontinuierlich die Dicke und die Dickenschwankungen der Schlackenschicht bestimmt werden. Fig. 1
Description
Hierzu 2 Seiten Zeichnungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung der Dicke einer flüssigen Schlackenschicht auf der Oberfläche einer Metallschmelze innerhalb einer Aufnahme, insbesondere einer Gußform, in der die Schmelze kontinuierlich abkühlt, wobei die Schlackenschicht durch eine Pulverschicht auf der Schlackenschicht gebildet wird.
Wie man weiß, besteht ein großes Interesse an der Bestimmung der Dicke der Schlackenschicht: Diese ermöglicht eine Beurteilung der Qualität der Schmierung und überdies eine Abschätzung des Risikos des Eindringens von Pulver der Deckschicht in die Haut des Stahls. Dieses Risiko ist sehr groß, wenn die Dicke der Schlackenschicht kleiner als 2 bis 3 mm ist.
Man hat bereits ein manuelles Verfahren angewandt, das als „Bifilart"-Verfahren bekanntgeworden ist und das darin besteht, daß man einen Faden aus Kupfer und einen Stempel aus Stahl in das Stahl-Schlacke-System eingetaucht hat. Das Kupfer reicht in eine Zone in der Nähe der Fläche zwischen der flüssigen Schlacke und der gesinterten Schlacke, während der Stahl in die Schicht zwischen flüssigem Stahl und flüssiger Schlacke reicht. Man erhält die Dicke der flüssigen Schlacke, indem man den Abstand zwischen den Enden des Kupferfadens und des Stahlstempels mißt.
Es ist zu beachten, daß bei der Abkühlung das flüssige Metall überlagert ist von einer Schicht aus flüssiger Schlacke. Diese entsteht durch Fusion mit dem Pulver, das darüber lagert und das laufend in die Gußform bei dem Abkühlen hineingegeben wird.
Das Pulver bildet, indem es sich erwärmt, ein gesintertes Pulver bzw. eine gesinterte Schlacke, die sich dem flüssigen Metall nähert und die Schicht aus der flüssigen Schlacke bildet.
In den Bramme-Fällen taucht man die bifilare Vorrichtung in eine Demi-Gußform, und zwar zwischen die kleine Fläche und das Gebläse, wobei die Zahl der Messungen, die notwendig ist, zwischen 20 und 25 pro Pfanne ist, damit die Resultate signifikant sind. Die Eintauchzeit ist ungefähr 2 Sekunden bei den Bramme-Fällen klassischer Art und kann auf 10 Sekunden für gewisse Fälle erhöht werden.
Die punktuellen und manuellen Messungen sind jedoch relativ unpräzise und geben nicht kleine Augenblickswerte ab.
Außerdem sind die Messungen nicht kontinuierlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das eine kontinuierliche Messung ermöglicht, bei der präzise und automatisch die Dicke der Schlackenschicht bestimmt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
a) kontinuierlich die Höhe der Fläche zwischen der Metallschmelze und der Schlackenschicht bestimmt wird,
b) kontinuierlich die Lage der Isotherme in der Fläche zwischen der Schlackenschicht und der Pulverschicht bestimmt wird, indem man einen Thermosensor in dieser Isotherme hält und die Verrückungen des Thermosensors mißt,
c) die Höhe der Fläche zwischen der Metallschmelze und der Schlackenschicht mit der Höhe der Isotherme verglichen wird und daraus kontinuierlich die Dicke und die Dickenschwankungen der Schlackenschicht bestimmt werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Höhe der Fläche zwischen der Metallschmelze und der Schlackenschicht mittels einer Foucault'schen Stromspule bestimmt wird, die im Abstand über der Pulverschicht angeordnet ist. Natürlich kann man auch andere Mittel zur Bestimmung dieser Höhe vorsehen.
Um die Dicke der Schlackenschicht zu bestimmten, und zwar in bezug auf die Höhe der Fläche zwischen Metall und Schlacke, und um ferner Verrückungen des Thermosensors zu bestimmen, kann man vor dem Abkühlungsprozeß Vorrichtungen vorsehen, die auf ein Bezugsniveau geeicht sind, z. B. auf ein vorher bestimmtes Niveau des Spiegels des flüssigen Metalls in der Gußform.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Dicke der Schlackenschicht bei dem Abkühlungsprozeß bestimmt werden. Sie kann beispielsweise mittels eines Bifilarsystems gemessen werden. Man erfaßt die Variationen dieser Dicke, indem man die Variation der Isotherme mittels des Thermosensors und die Variationen der Höhe der Schicht zwischen dem Metall und der flüssigen Schlackenschicht erfaßt.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Nachführungssystem für einen Thermosensor, das diesen auf der Isotherme in der Fläche zwischen der Schlackenschicht und der Pulverschicht hält, Organe zur Bestimmung der Verrückungen des Thermosensors, Organe zur Bestimmung der Schwankungen der Höhe der Fläche zwischen der Metallschmelze und der Schlackenschicht in bezug auf eine vorher festgelegte Marke und Organe zur kontinuierlichen Bestimmung der Dicke und deren Schwankungen der Schlackenschicht in bezug auf die Höhe der Fläche zwischen der Metallschmelze und der Schlackenschicht und zur Verrückung des Thermosensors vorgesehen sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. Darin zeigen
Fig. 1: schematisch einen Schnitt durch eine Gußform, die flüssigen Stahl und darüber Schlacke enthält, Fig. 2: schematisch das Prinzip einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, Fig.3: schematisch eine Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 4: ein Diagramm, aus dem sich die Schwankungen der Lage der Isotherme zwischen der flüssigen Schlackenschicht und der festen Schlackenschicht in Abhängigkeit der Zeit ergeben.
In Figur 1 ist mit 1 eine Gußform bezeichnet, die flüssigen Stahl 2 enthält. Darüber befindet sich eine Schicht aus flüssiger Schlacke 3 und darüber eine Pulverschicht 4, deren Verschmelzung die flüssige Schlacke beim Abkühlen erzeugt. In thermischer Hinsicht sind diese Schichten durch Isothermen voneinander getrennt. Die Isotherme IS, die erfindungsgemäß interessiert, ist diejenige, die im Bereich von 1100°C liegt. Bei dieser erfolgt das Schmelzen des Pulvers. Diese liegt zwischen der Schicht 3 und der Schicht 4.
Um kontinuierlich die Dicke der Schicht der Schlacke 3 zu bestimmen, weist die Vorrichtung erfindungsgemäß eine Foucault'sche Stromspule 6 auf, die in einem geringen Abstand oberhalb der Pulverschicht 4 angeordnet ist. Ihre Position ist durch eine Marke R1 bestimmt. Diese Spule dient als Aufnahme eines Meßwertes A, der für die Höhe der Zwischenschicht M zwischen dem flüssigen Metall 2 und der flüssigen Schlacke 3 liegt (Fig. 2). Weiterhin ist ein Meßsystem vorgesehen, mit dem der Kopf eines Thermosensors 8 auf die Isotherme IS zwischen der flüssigen Schlacke 3 und der Pulverschicht 4 eingestellt werden kann. Der Thermosensor 8 wird von einem Träger 9 getragen, der in vertikaler Richtung verfahrbar ist, dies dadurch, daß eine Zahnstange 17 an dem Träger 9 mit einem Zahnrad 18 kämmt. Letzteres wird durch einen in zwei Richtungen antreibbaren Motor 10 angetrieben, der mit einem Regulator 12 verbunden ist. Letzterer erhält eine Spannung Vc, die der Temperatur der fraglichen Isotherme IS entspricht. Das Nachführungssystem 7 weist ferner ein Meßsystem 11 auf, das mit der Stromspule 6 und einem Fühler zur Erfassung der Verrückung des Trägers 9, z. B. einem Fühler neben der Welle des Motors 10, verbunden ist. In der Ausführungsform der Figur 3 ist der Träger 9 ein horizontaler Arm, an dessen Ende der Thermosensor 8 angebracht ist. Das andere Ende des Armes ist verschiebbar und regelbar an einer Stütze 13 angebracht.
Wenn die Temperatur, die mittels des Thermosensors 8 gemessen wird, verschieden ist von der Temperatur der Isotherme IS (11000C im vorliegenden Beispiel), dann ist die Spannung, die dem Regulator 12 angeboten wird, verschieden von der Referenzspannung Vc. Das hat zur Folge, daß der Regulator 12 den Motor 10 in einer Richtung oder in der anderen Richtung antreibt, je nachdem, aufweicher Seite der Referenztemperatur die gemessene Temperatur liegt. Das hat zur Folge, daß der Kopf des Thermosensors 8 exakt auf der Isotherme liegt. Wenn also die gemessene Temperatur unter der Referenztemperatur liegt, was bedeutet, daß das Niveau der Isotherme abgesunken ist, dann steuert der Regulator 12 den Motor 10 derart, daß der Thermosensor 8 sich ebenfalls absenkt. Ein umgekehrtes Verhalten ergibt sich, wenn eine Temperatur gemessen wird, die oberhalb der Referenztemperatur liegt. Das Meßsystem 11 erfaßt ständig die Verrückung B des Trägers 9 und den Abstand A von der flüssigen Schlacke 3.
Als Folge der kontinuierlichen Messung von A und B bestimmt das Meßsystem 11 die Veränderungen der Dicke der flüssigen Schlacke 3. Wenn die Position des Thermosensors vorher gemessen worden ist im Verhältnis zu der festen Marke R1, so läßt sich daraus kontinuierlich die Dicke der flüssigen Schlacke bestimmen.
Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung, wie sie beschrieben worden ist, geschieht in folgender Art und Weise:
a) Man mißt eventuell, also nicht notwendigerweise, zu Beginn die Dicke der Schlackenschicht 3, dies in bekannter Art und Weise.
b) Man mißt die Höhe A und sorgt dafür, daß der Kopf des Thermosensors 8 auf der Isotherme IS liegt. Man bestimmt dann kontinuierlich die Dicke und/oder die Änderungen der Dicke der Schlackenschicht 3, wie es weiter oben ausgeführt worden ist. Die Figur 4 zeigt ein Diagramm, das man erhält bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es zeigt ein Beispiel, aus dem sich Schwankungen der Höhe der Isotherme IS in Abhängigkeit von der Zeit in bezug auf den Meniskus des flüssigen Metalls, d. h. in bezug auf die Dicke E der Schlackenschicht 3, unmittelbar nachdem das Pulver auf das Metallbad aufgebracht
worden ist. Man kann dem Beispiel entnehmen, daß die Dicke der Schlackenschicht sich nach ungefähr 200 bis 250 Sekunden stabilisiert. Ferner kann man erkennen, daß die Dicke kaum Schwankungen unterworfen ist.
Ein anormales Absenken der Isotherme IS entspricht einer anormalen Verringerung der Dicke der flüssigen Schicht. Um das zu vermeiden, kann man die Abkühlungsgeschwindigkeit des flüssigen Metalls reduzieren. Nach einer Vergrößerung der Dicke der .
flüssigen Schicht 3 ist die Dicke derselben unmittelbar abhängig von der Menge der Schlacke, die verbraucht worden ist, und · damit von der Abkühlungsgeschwindigkeit.
Die Signale der Foucault'schen Stromspule 6 sind sehr schwach und haben eine geringe Frequenz (in der Größenordnung von 10OkHz), um das Niveau des Meniskus M des flüssigen Metalls zu bestimmen. Man kann jedoch auch andere Mittel verwenden, um diese Zwischenschicht M zwischen dem flüssigen Metall und der flüssigen Schlacke zu bestimmen. Dafür kämen in Frage Vorrichtungen ähnlich denjenigen, die oben beschrieben worden sind, aber mit einem Thermosensor ausgerüstet sind, der auf der Isotherme im Bereich der Metallflüssigkeit, die abzukühlen ist, liegt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht insbesondere die Kenntnis des Minimumwertes und des Maximumwertes der Dicke der flüssigen Schlacke 3, selbst wenn diese Dicke durch Schwingungen der Gußform 1 schwanken sollte.
Claims (4)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung der Dicke einer flüssigen Schlackenschicht (3) auf der Oberfläche einer Metallschmelze (2) innerhalb einer Aufnahme, insbesondere einer Gußform (1), in derdie Schmelze kontinuierlich abkühlt, wobei die Schlackenschicht (3) durch eine Pulverschicht (4) auf der Schlackenschicht (3) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
a) kontinuierlich die Höhe der Fläche (M) zwischen der Metallschmelze (2) und der Schlackenschicht (3) bestimmt wird,
b) kontinuierlich die Lage der Isotherme (IS) in der Fläche zwischen der Schlackenschicht (3) und der Pulverschicht (4) bestimmt wird, indem man einen Thermosensor (8) in dieser Isotherme hält und die Verrückungen des Thermosensors (8) mißt,
c) die Höhe der Fläche (M) zwischen der Metallschmelze (2) und der Schlackenschicht (3) mit der Höhe der Isotherme (IS) verglichen wird und daraus kontinuierlich die Dicke und die Dickenschwankungen der Schlackenschicht bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Fläche (M) zwischen der Metallschmelze (2) und der Schlackenschicht (3) mittels einer Foucault'schen Stromspule bestimmt wird, die im Abstand über der Pulverschicht (4) angeordnet ist.
3. Vorrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Dicke einer Schlackenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nachführungssystem (7) für einen Thermosensor (8), das diesen auf der Isotherme (IS) in der Fläche zwischen der Schlackenschicht (3) und der Pulverschicht (4) hält, Organe zur Bestimmung der Verrückungen des Thermosensors (8), Organe (6) zur Bestimmung der Schwankungen der Höhe (A) der Fläche (M) zwischen der Metallschmelze (2) und der Schlackenschicht (3) in bezug auf einer vorher festgelegte Marke (RI) und Organe zur kontinuierlichen Bestimmung der Dicke und deren Schwankungen der Schlackenschicht (3) in bezug auf die Höhe (A) der Fläche zwischen der Metallschmelze (2) und der Schlackenschicht (3) und zur Verrückung des Thermosensors (8) vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachführungssystem (7) aus einem Thermosensor (8) besteht, der an einem Träger (9) sitzt, der oberhalb der Gußform mittels eines in zwei Richtungen drehbaren Motors (10) verstellbar ist, wobei dessen Steuerung durch einen Regulator (12) erfolgt, der von einer Referenzspannung (Vc) entsprechend der Temperatur der Isotherme (IS) gesteuert wird.
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