DE10312923B3

DE10312923B3 - Verfahren zum Bestimmen der Mess-Temperaturen in Stranggießkokillen und Stranggießkokille selbst

Info

Publication number: DE10312923B3
Application number: DE2003112923
Authority: DE
Inventors: Fritz-Peter Prof.-Dr. Pleschiutschnigg; Lothar Parschat; Wolfgang Rossberg; Romeo Capotosti
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2003-03-22
Filing date: 2003-03-22
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-23
Also published as: WO2004082869A1; DE10312923B8

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen der Mess-Temperaturen in Stranggießkokillen (1), in denen Reihen (3) von Thermo-Elementen (2) in Schmalseitenplatten (4) und Breitseitenplatten (5) aus Kupfer angeordnet sind, die bis in eine Mess-Position (6) unter der Heißseitenfläche (7) liegend eingesetzt sind, vermeidet verfälschte oder ungenaue Messwerte dadurch, dass die Gesamtzahl der Thermo-Elemente (2) vor der Inbetriebnahme der Stranggießkokille (1) oder nach Reparaturen bei einer zumindest in einem Messzeitabschnitt festen, unveränderlichen Mess-Temperatur zwischen ca. 30-120 DEG C kalibriert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Mess-Temperaturen in Stranggießkokillen, in denen Reihen von Thermo-Elementen mit gleichen oder ungleichen Abständen einzelner Thermo-Elemente nebeneinander und übereinander in Schmalseitenplatten und Breitseitenplatten aus Kupfer angeordnet sind, die bis in eine Mess-Position unter der Heißseitenfläche der Kupferplattendicke liegend eingesetzt sind, sowie eine zugehörige Stranggießkokille selbst.

Das Messen von örtlichen Temperaturen mittels Thermo-Elementen in Stranggießkokillen für flüssige Metalle, insbesondere für flüssige Stahlwerkstoffe, ist bekannt. In der DE 35 41 445 A1 wird eine Stranggießkokille mit Temperatur-Messeinrichtungen vorgeschlagen, die aus Sonden bestehen. Diese Sonden sollen die Lage des Gießspiegels der Schmelze und andere Größen in der Stranggießkokille regeln. Für die Schmalseitenplatten wird eine erste Art von Mess-Sonden und für die Breitseitenplatten eine zweite Art vorgesehen. Die Meß-Stelle in den Schmalseitenplatten liegt in unmittelbarer Nähe der Heißseite (Kokilleninnenfläche). Ebenso liegen die Meß-Stellen in den Breitseitenplatten in der Nähe der Heißseite. Ein solches System berücksichtigt jedoch grundsätzlich nicht die uneinheitliche Lage der Mess-Stellen und nicht die Mess-Werte der Vielzahl der Thermo-Elemente untereinander.

Zum einen sind aber die Thermo-Elemente untereinander nicht vollkommen gleich hergestellt, obwohl es sich um genormte Bauteile handelt und zum anderen ist die Verteilung in der Schmalseitenplatte und der Breitseitenplatte nicht gleichmäßig und außerdem ist die Lage der Thermo-Elementspitze im Kupfer von verschiedenen Kriterien abhängig. Demzufolge können die Mess-Werte von den örtlich tatsächlich vorliegenden Temperaturen abweichen und die gemessenen Werte werden von der Lage, z.B. vom Abstand zur Heißseite, beeinflusst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, über die Vielzahl der eingesetzten Thermo-Elemente, unabhängig von der Anordnung in der Schmalseiten- oder Breitseitenplatte, unverfälschte Mess-Werte zu erhalten, um eine verbesserte Regelung für die Kühlung zu erzielen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gesamtzahl der Thermo-Elemente vor der Inbetriebnahme der Stranggießkokille oder nach Reparaturen bei einer zumindest in einem Messzeitabschnitt festen, unveränderbaren Messtemperatur zwischen ca. 30 – 120°C kalibriert wird. Das Kalibrieren kann auf elektrischem Weg erfolgen, so dass danach alle Thermo-Elemente unter sich relativ gleich anzeigen und die an unterschiedlichen Orten tatsächlichen Temperaturen. Das Verfahren gleicht daher sowohl mechanisch als auch elektrisch bedingte Fehler aus. Das Ergebnis ist eine insgesamt genauere Temperaturmessung in der Stranggießkokille und damit wird eine bessere Regelung des Gießspiegels und der Kühlungsverhältnisse erzielt.

In Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Kalibrieren nach Erwärmen durch eine in die zumindest einseitig verschlossene Stranggießkokille eingefüllte, im Ruhezustand befindliche Flüssigkeit auf eine physikalisch bedingte Normtemperatur durchgeführt wird. Dadurch kann die Genauigkeit des Kalibriervorgangs erhöht werden.

Eine weitere Verbesserung besteht darin, dass das Kalibrieren aller Thermo-Elemente nach einem Linearisieren der Normsignale auf einen (statistischen) Mittelwert durchgeführt wird. Dabei wird von einer größeren Streuung der Werte ausgegangen, so dass die einheitliche Kalibrierung auf einen Mittelwert der linearisierten Kurve aus den Gesamtmesswerten erfolgt.

Ein praktisch besonders vorteilhaftes Vorgehen ergibt sich daraus, dass nach Befüllen des zumindest nach unten geschlossenen Gießraums der Stranggießkokille mit heißem Wasser von 100 °C oder nach dem Aufwärmen des eingefüllten heißen Wassers auf 100 °C und nach einer Volumen-Temperatur-Vergleichmäßigung das Kalibrieren der Thermo-Elemente durchgeführt wird. Dadurch kann der Prozess des Kalibrierens auf einen relativ kurzen Zeitraum begrenzt werden.

Eine andere Maßnahme, um zu genauen Kalibrier-Werten zu kommen, besteht in einer Gegenüberstellung des zuvor durch geführten Kalibrierens dadurch, dass während des Kalibrierens der Thermo-Elemente die Kühlung der Stranggießkokille zugeschaltet wird. Dabei kann festgestellt werden, ob die bisher gewonnenen Kalibrierwerte zutreffen oder ob auch demgegenüber noch Abweichungen bestehen.

Dieses Kontrollieren der schon eingestellten Kalibrierwerte kann noch dadurch verbessert werden, indem das Kokillen-Kühlwasser mit einer vor dem Kalibrieren festgelegten Strömungs-Geschwindigkeit durch die Kühlkanäle oder Kühlbohrungen der Stranggießkokille gepumpt wird und ein erneutes Kalibrieren (falls erforderlich oder nützlich) durchgeführt wird.

Das Einstellen der günstigen Flüssigkeitstemperatur kann ferner derart erfolgen, dass eine außerhalb der Stranggießkokille erhitzte Flüssigkeit im geregelten Durchlauf gehalten wird. Dabei kann das Austreten der Flüssigkeit aus der Stranggießko kille über Ventile u. dgl. geregelt werden, so dass ein konstanter Flüssigkeitsspiegel in der Stranggießkokille im Messzeitabschnitt erhalten bleibt.

Eine Einrichtung zum Bestimmen der Mess-Temperaturen von Thermo-Elementen in den Kupferplatten-Breitseitenplatten und Kupferplatten-Schmalseitenplatten einer Stranggießkokille für flüssige Metalle, insbesondere für Stahlwerkstoffe, geht von einem Stand der Technik aus, wobei die Thermo-Elemente in den Kupferplatten jeweils in horizontalen und in vertikalen Reihen mit gleichen oder ungleichen Abständen nebeneinander oder übereinander bis vor die Heißseitenfläche in Thermo-Element-Bohrungen eingeführt sind.

Das Bestimmen der Mess-Temperaturen kann in einer solchen Einrichtung ohne großen Aufwand durchgeführt werden, indem die Stranggießkokille für einen Kalibrier-Messvorgang außerhalb des Gießbetriebes zumindest an der Unterseite oder in gebildeten Höhen- oder Seitenkammern verschließbar und mit einer erwärmten Flüssigkeit auffüllbar ist und indem die Thermo-Elemente mit den Bimetall-Zuleitungen an ein elektronisches Gerät zum Linearisieren einer aus gemessenen Werten gebildeten Messkurve über der elektrischen Spannung U (Volt) und der Mess-Temperatur (°C) angeschlossen sind.

Dabei ist eine Verbesserung der sich ergebenden Kurve von Messpunkten schon dadurch zu erreichen, wenn alle Thermo-Elemente jeweils bis in den Bohrungsgrund an der Spitze der aufnehmenden Thermoelement-Bohrung eingeschoben sind.

Die gleiche Bezugslage aller Thermo-Elemente kann nach einer Ausgestaltung dadurch unterstützt werden, dass die Thermo-Elemente jeweils gegen den Bohrungsgrund der aufnehmenden Thermoelement-Bohrung angedrückt gehalten sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für die Einrichtung dargestellt, anhand deren auch das Verfahren nachstehend näher erläutert wird.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Stranggießkokille mit den Thermo-Elementen,
2 die zu 1 gehörende sich im Schnitt ergebende Ansicht gegen die Breitseitenplatte,
3 die zu 2 gehörende, sich im Schnitt ergebende Ansicht gegen die Schmalseitenplatte,
4 einen senkrechten Teilschnitt durch die Stranggießkokille mit den in Mess-Position befindlichen Thermo-Elementen,
5 ein Lage-Diagramm der in 4 berücksichtigten beiden Thermo-Elemente 2 ohne Zuschalten der für den Gießbetrieb vorgesehenen Kokillen-Kühlung während des Mess-Betriebes,
6 eine Temperatur-Zeit-Kurve für die Anzeige der im Kokillen-Gießraum 1a oder einem Teil-Gießraum gegebenen Temperatur der Flüssigkeit,
7 ein Lage-Schema der in 4 berücksichtigten beiden Thermo-Elemente 2 mit unterschiedlicher Einbautiefe unter Zuschalten der für den Gießbetrieb vorgesehenen Kokillen-Kühlung,
8 die zu 7 gehörende Temperatur-Zeit-Kurve ohne und mit Kokillen-Kühlung für die beiden Thermo-Elemente A, B und
9 das entsprechende Lage-Diagramm für eine Umrechnung der Temperaturen in Einbautiefen.
Gemäß 1 besteht die Stranggießkokille 1 im gewählten Ausführungsbeispiel aus Schmalseitenplatten 4 und Breitseitenplatten 5, die jeweils aus Kupferplatten hergestellt sind. An den Schmalseitenplatten 4 und den Breitseitenplatten 5 befinden sich Thermo-Elemente 2, die sowohl in Reihen 3 senkrecht als auch waagerecht angeordnet sind. Die Abstände zwischen den Thermo-Elementen 2 können aus verschie denen Gründen ungleich sein, was auf die Ausbildung, Bearbeitung, die Abmessungen und die Befestigungsmittel zurückzuführen ist (vgl. 2). Die Thermo-Elemente 2 sind bis in eine Mess-Position 6 (4) in die Kupferplatte eingesetzt. Das einzelne Thermo-Element 2 wahrt dabei einen Abstand innerhalb der Kupferplattendicke 8 von der Heißseitenfläche 7.
Die Stranggießkokille 1 ist für einen Kalibrier-Messvorgang außerhalb des Gießbetriebes oder nach Reparaturen und vor Wiederinbetriebnahme zumindest an der Unterseite 1b mit Platten, Abdeckungen u. dgl. dicht verschlossen und wird mit einer Flüssigkeit 9, wie z.B. Wasser, Öl, Emulsionen o. dgl. durch eine Flüssigkeits-Zuführung 13a gefüllt, wobei die jeweilige Flüssigkeit auf eine physikalisch leicht einstellbare Temperatur, wie bspw. die Siedetemperatur erwärmt ist oder nach dem Einfüllen erwärmt wird. Die Flüssigkeit 9 kann später durch Flüssigkeits-Abführungen 13b wieder entfernt werden.
Das Verfahren zum Bestimmen der Mess-Temperaturen in der Stranggießkokille 1 aller in den Reihen 3 angeordneter Thermo-Elemente 2 in den Schmalseitenplatten 4 und den Breitseitenplatten 5, die eine Kupferplatte bilden, findet in den eingenommenen Mess-Positionen 6 unter der Heißseitenfläche 7 der Kupferplattendicke 8 statt. Dabei entsteht in einem nicht näher dargestellten Diagramm eine Vielzahl von Streupunkten, die einer Kurve zugeordnet werden können.
Alle Thermo-Elemente 2 werden bei Montage bis in den Bohrungsgrund 14a an der Spitze 14b einer Thermoelement-Bohrung 14 eingeschoben. Die an jedem Thermo-Element 2 befindlichen Bimetall-Zuleitungen 15a und 15b sind an ein elektronisches Gerät 16 angeschlossen. Dieses elektronische Gerät 16 linearisiert die erwähnten Streupunkt-Werte über ein Polynom, so dass die Spannungs-Temperatur-Kurve als eine Gerade zugrundegelegt werden kann, von der über die normierten Spannungssignale des NiCr-Ni-Thermo-Elements 2 über die jeweils gemessenen Spannungswerte die zugehörige Messtemperatur elektronisch abgelesen werden kann.
Je nach den gegebenen Toleranzverhältnissen können die Thermo-Elemente 2 mittels einer Feder 17 gegen den Bohrungsgrund 14a der betreffenden Thermoelement-Bohrung 14 eingedrückt werden. Wie aus 4 ersichtlich ist, können die Bohrungsspitzen 14b oder ein unebener Bohrungsgrund 14a der Thermoelement-Bohrungen 14 aller Thermo-Elemente 2 eine Differenz „D" innerhalb der Kokillenplattendicke 8 aufweisen.
Die Gesamtzahl der Thermo-Elemente 2 kann somit vor der Inbetriebnahme der neuen Stranggießkokille 1 oder nach der Wiederinbetriebnahme einer reparierten Stranggießkokille 1 bei der durch die Flüssigkeit 9 in der im Messzeitabschnitt festen, unveränderlichen Messtemperatur zwischen ca. 30 – 120 °C kalibriert werden, was durch Einstellen der jeweils betreffenden Temperatur auf entsprechende Spannungswerte innerhalb der Elektronik erfolgt. Das Kalibrieren kann nach dem Linearisieren der Normsignale auf der Basis von statistischen Mittelwerten erfolgen.
Eine Anwendungsmöglichkeit des Kalibrierens der Thermo-Elemente 2 besteht nach dem Befüllen des zumindest unten geschlossenen Gießraums 1a der Stranggießkokille 1 mit heißem Wasser 9a von 100 °C oder nach dem Aufwärmen des eingefüllten heißen Wassers 9a auf 100 °C und nach einer Volumen-Temperatur-Vergleichmäßigung wie folgt:
Zur Kontrolle des Mess- und Kalibrierverfahrens ist vorgesehen, dass während des Kalibrierens der Thermo-Elemente 2 die Kühlung der Stranggießkokille 1 durch Kokillen-Kühlwasser 10, das durch Kühlkanäle 11 und / oder durch Kühlbohrungen 12 strömt, zugeschaltet wird. Das Kühlwasser 10 besitzt normale Kühltemperatur von ca. 20 °C.
In 5 sind zwei Thermo-Elemente A und B gezeigt. Das in 4 benachbarte, höher angeordnete Thermo-Element 2 kann je nach Größe der Differenz „D" (auch positiv oder negativ) andere Temperaturen aufnehmen. Im allgemeinen werden in
5 die Thermo-Elemente A, B, weil unterschiedliche Einbautiefen zur Heißseitenfläche 7 vorliegen, bei der Messung in Wasser von 100 °C auch ohne Kokillen-Kühlwasser 10 die in 6 gezeigten Temperaturverläufe B und A einnehmen.
Es ist anzustreben, eine Kontrolle gemäß den 7 und 8 vorzunehmen, wobei das Kokillen-Kühlwasser 10 mit einer vor dem Kalibrieren festgelegten Strömungs-Geschwindigkeit durch die Kühlkanäle 11 und / oder die Kühlbohrungen 12 der Stranggießkokille 1 gepumpt wird. Die Einbautiefe der Thermo-Elemente A und B ist dieselbe wie in 5. Der Kühlungsverlauf und damit die an den Thermo-Elementen A, B gemessenen Temperaturwerte ergeben sich aus 8. Mit der für den Stranggießbetrieb vorgesehenen Kokillenkühlung fällt der angezeigte Temperaturwert des Thermo-Elementes A auf einen tieferen Wert (hier: als Beispiel auf 60 °C), währenddem bei gleicher Kokillenkühlung der Temperaturwert des Thermo-Elementes B den höheren Temperaturwert (hier: als Beispiel auf 70 °C) anzeigt. Im Umkehrschluss kann die Lage der Thermo-Elemente A und B mit einer größeren Einbautiefe von B gegenüber A ermittelt werden.
Das Ergebnis kann gemäß 9 auf die Kupferplattendicke 8 übertragen werden, die in der Praxis etwa zwischen 10 und 40 mm liegt. Die Kupferplattendicke 8 wird nach dem Einsatz in einer bestimmten Anzahl von Chargen um jeweils ca. 1,0 mm verringert, wodurch sich dann erneut andere Temperaturen an den Thermo-Elementen 8 ergeben. Der Kupferplattendicke 8 entspricht bei einer Dicke von 12 mm am Thermo-Element A, einer Temperatur bei Einsatz von Wasser mit 100 °C und eingeschaltetem Kokillen-Kühlwasser 10 und erreicht eine Temperatur von 60 °C. Das Thermo-Element B wird bei einer Restdicke von 15 mm der Kupferplatte und eingeschaltetem Kokillen-Kühlwasser 10 eine Temperatur von 70 °C anzeigen. Die Temperaturwerte sind selbstverständlich über die im elektronischen Linearisierungs-Gerät 16 ankommenden Spannungen kodiert. Das Kalibrieren erfolgt dann über eine elektronische Einstellung dieser Spannungswerte im Verhältnis der Temperaturwerte aller Thermo-Elemente 2.

1: Stranggießkokille
1a: Gießraum
1b: Unterseite
2: Thermo-Element
3: Reihe
4: Schmalseitenplatte (Kupferplatte)
5: Breitseitenplatte (Kupferplatte)
6: Mess-Position
7: Heißseitenfläche
8: Kupferplattendicke
9: Flüssigkeit
9a: heißes Wasser
10: Kokillen-Kühlwasser
11: Kühlkanäle
12: Kühlbohrungen
13a: Flüssigkeits-Zuführung
13b: Flüssigkeits-Abführung
14: Thermoelement-Bohrung
14a: Bohrungsgrund
14b: Bohrungsspitze
15a: Bimetall-Zuleitung
15b: Bimetall-Zuleitung
16: elektronisches Gerät
17: Feder

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Mess-Temperaturen in Stranggießkokillen (1), in denen Reihen (3) von Thermo-Elementen (2) mit gleichen oder ungleichen Abständen einzelner Thermo-Elemente (2) nebeneinander und übereinander in Schmalseitenplatten (4) und Breitseitenplatten (5) aus Kupfer angeordnet sind, die bis in eine Mess-Position (6) unter der Heißseitenfläche (7) der Kupferplattendicke (8) liegend eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtzahl der Thermo-Elemente (2) vor der Inbetriebnahme der Stranggießkokille (1) oder nach Reparaturen bei einer zumindest in einem Messzeitabschnitt festen, unveränderbaren Messtemperatur zwischen ca. 30 – 120 °C kalibriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrieren nach Erwärmen durch eine in die zumindest einseitig verschlossene Stranggießkokille (1) eingefüllte, im Ruhezustand befindliche Flüssigkeit (9) auf eine physikalisch bedingte Normtemperatur durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrieren aller Thermo-Elemente (2) nach einem Linearisieren der Normsignale auf einen (statistischen) Mittelwert durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Befüllen des zumindest nach unten geschlossenen Gießraums (1a) der Stranggießkokille (1) mit heißem Wasser (9a) von 100 °C oder nach dem Aufwärmen des eingefüllten heißen Wassers (9a) auf 100 °C und nach einer Volumen-Temperatur-Vergleichmäßigung das Kalibrieren der Thermo-Elemente (2) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Kalibrierens der Thermo-Elemente (2) die Kühlung der Stranggießkokille (1) zugeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kokillen-Kühlwasser (10) mit einer vor dem Kalibrieren festgelegten Strömungs-Geschwindigkeit durch die Kühlkanäle (11) oder Kühlbohrungen (12) der Stranggießkokille (1) gepumpt wird und ein erneutes Kalibrieren durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine außerhalb der Stranggießkokille (1) erhitzte Flüssigkeit (9) im geregelten Durchlauf gehalten wird.
Einrichtung zum Bestimmen der Mess-Temperaturen von Thermo-Elementen (2) in den Kupferplatten-Breitseitenplatten (5) und Kupferplatten-Schmalseitenplatten (4) einer Stranggießkokille (1) für flüssige Metalle, insbesondere für flüssige Stahlwerkstoffe, wobei die Thermo-Elemente (2) in den Kupferplatten (4; 5) jeweils in horizontalen und in vertikalen Reihen (3) mit gleichen oder ungleichen Abständen nebeneinander oder übereinander bis vor die Heißseitenfläche (7) in Thermo-Element-Bohrungen (14) eingeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stranggießkokille (1) für einen Kalibrier-Messvorgang außerhalb des Gießbetriebes zumindest an der Unterseite (1b), oder in gebildeten Höhen- oder Seitenkammern, verschließbar und mit einer erwärmten Flüssigkeit (9) auffüllbar ist und dass die Thermo-Elemente (2) mit den Bimetall-Zuleitungen (15a; 15b) an ein elektronisches Gerät (16) zum Linearisieren einer aus gemessenen Werten gebildeten Messkurve über der elektrischen Spannung U (Volt) und der Mess-Temperatur (°C) angeschlossen sind.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle Thermo-Elemente (2) jeweils bis in den Bohrungsgrund (14a) an der Spitze (14b) der aufnehmenden Thermoelement-Bohrung (14) eingeschoben sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermo-Elemente (2) jeweils gegen den Bohrungsgrund (14a) der aufnehmenden Thermoelement-Bohrung (14) angedrückt gehalten sind.