DE19918835A1 - Verfahren zum Erfassen und Regeln der Füllstandshöhe des flüssigen Metalls in einer Kokille - Google Patents

Verfahren zum Erfassen und Regeln der Füllstandshöhe des flüssigen Metalls in einer Kokille

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen und Regeln der Füllstandshöhe der in einer Kokille, insbesondere für eine Stranggießanlage für Stahl, befindlichen Metallschmelze, welche aus einem eine verschließbare Bodenöffnung aufweisenden Zuführgefäß über ein Tauchrohr der Kokille zuführbar ist, mit einem Meßelement, welches vertikal verfahrbar in den Freiraum der Kokille einbringbar ist. Dabei ist das Füllstandsmeßelement (42) über eine erste Signalleitung (31) mit einem Rechner (41) verbunden, der über eine erste Steuerleitung (51) mit einem ersten Aktuator (61) in Verbindung steht, an welchem ein Ausleger (71) befestigt ist, an dessen Kopfende das Füllstandsmeßelement (42) angebracht ist. Am Ausleger (71) ist ein Positionsmeßfühler (43) vorgesehen, der über eine zweite Signalleitung (32) mit dem Rechner (41) verbunden ist, der über eine zweite Steuerleitung (52) mit einem zweiten Aktuator (62) in Verbindung steht, welcher mit einem Absperrorgan (81) zum Verschließen der Bodenöffnung (12) des Zuführgefäßes (11) verknüpft ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen und Regeln der Füllstandshöhe des flüssigen Metalls in einer Kokille einer Stranggießanlage, insbesondere für Stahl, mit einem oberhalb der Metallschmelze angeordneten Meßkopf, mit dem der Abstand zwischen ihm und der Badoberfläche ermittelt wird, sowie eine entsprechende Vorrichtung hierfür.
An die Niveauerfassung des Pegels des flüssigen Metalls in einer Kokille, insbesondere in Kokillen für Dünnbrammen-Stranggießanlagen, werden immer höhere Anforderungen gestellt. Bei Strangabzugsgeschwindigkeiten von 4 bis 6 m/min darf bei solchen Einrichtungen der Meßfehler nur noch äußerst gering sein, und das bei möglichst schneller Signalverarbeitung.
Aus EP 0 150 670 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei dem mittels einer Meßspule in der Metallschmelze induzierte Wirbelströme als Maß des Abstandes der Meßspule von der Metallschmelze verwendet wird, wobei die Größe der Wirbelströme auf der Metallschmelzenoberfläche mit einem Sollwert verglichen wird, und nach der Differenz zwischen Soll- und Istwert die Zuflußmenge an Metallschmelze geregelt wird. Bei der bekannten Einrichtung ist die Meßspule an einem Führungsrohr befestigt, welches höhenveränderlich ausgestaltet sein kann. Als optimaler Abstand des Meßkopfes zur Metallschmelze werden ca. 20 mm angegeben. Sollte im nachhinein ein Absenken des Metallniveaus erforderlich sein, kann diesem mit der Meßspule durch ein Absenken des Führungsrohres gefolgt werden.
Nachteil dieser bekannten Einrichtung ist die nicht lineare Messung. Kommt es während des Gießens zu einer Veränderung des Metallniveaus, so rufen diese Impedanzschwankungen in der Meßspule hervor, da sich die im Meßobjekt induzierten Wirbelströme als ohmische Verluste niederschlagen. Der Wert dieser Impedanzschwankung gelangt über eine elektronische Einheit zu einer Regeleinrichtung, über die eine Einheit zum Bestimmen der Durchflußmenge an Metallschmelze durch ein Ausflußrohr angesprochen wird.
Weiterhin sind radioaktive Meßeinrichtungen bekannt, bei denen beispielsweise Co60 als radioaktive Quelle die Kokille durchstrahlt. Die Strahlungsintensität wird auf der gegenüberliegenden Seite gemessen, die hierbei von der Füllhöhe der Schmelze in der Kokille abhängig ist.
Neben einer verhältnismäßig großen mittleren Fehlerrate aufgrund statistischer Schwankungen in der Zerfallsrate der radioaktiven Quelle sind als besonderer Nachteil noch die immer größer werdenden gesetzlichen Auflagen beim Einsatz radioaktiver Stoffe erwähnenswert.
Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, die zuvor genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen und Regeln der Füllstandshöhe des flüssigen Metalls in einer Kokille zu schaffen, die instandhaltungsgerecht unter Ausnutzung aller erforderlichen Meßlängen die Füllstandshöhe exakt erfaßt und bei Niveauänderungen schnell und sicher einstellt.
Zusätzlich soll die Messung der Gießpulverdicke ermöglicht werden.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 4.
Erfindungsgemäß wird der Abstand zwischen einem in die Kokille hineinragenden Meßkopf und der Badoberfläche erfaßt und in der Weise konstant gehalten, indem ein außerhalb der Kokille angeordneter Aktuator, welcher über Verbindungsmittel mit dem Meßkopf verbunden ist, dessen vertikale Lage ändert. Gleichzeitig wird die aktuelle Lage des Verbindungsmittels zwischen Aktuator und Meßkopf erfaßt und einem Rechner zugeführt, wobei die vom Rechner aufbereiteten Steuerdaten einen mit einem Absperrorgan zur Beeinflussung der Zuflußmenge des flüssigen Metalls in die Kokille verbundenen zweiten Aktuator zugeleitet werden.
Da der Meßkopf seinen Abstand zur Badoberfläche nicht ändert, treten auch keine Impedanzschwankungen der Meßspule auf, so daß hierdurch hervorgerufene Meßfehler vermieden werden.
Die aus der Kokille herausgeführten Verbindungsmittel sind meßtechnisch leicht zu erfassen, so daß mit hoher Genauigkeit und besonders hoher Geschwindigkeit Einfluß auf die Zuflußmenge des flüssigen Metalls in die Kokille über den mit dem Absperrorgan verbundenen zweiten Aktuator erfolgt.
Da der Meßkopf zur Erfassung des Abstandes des Pegels der Metallschmelze äquidistant gehalten wird, kann gleichzeitig in einfacher Weise die Höhe des sich auf der metallischen Badoberfläche befindlichen Gießpulvers erfassen und ebenfalls geregelt werden.
In vorteilhaften Ausgestaltungen wird vorgeschlagen, den Aktuator zur Erfassung der vertikalen Positionsänderung des Meßkopfes in der Kokille vertikal oder horizontal oder rotatorisch zu bewegen. Das Verbindungselement zwischen dem Aktuator und dem Meßfühler kann dabei eine Stange sein oder auch eine Kette bzw. ein Seil. Alle diese Elemente sind der extremen rauhen Atmosphäre im Bereich der stationären Kokille einer Stranggießanlage angepaßt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, in gleicher Position wie das als induktives Bauteil ausgestaltete Meßelement zum Erfassen der Distanz zwischen Meßkopf und Metalloberfläche einen Schichtdickenmeßfühler zum Erfassen der Gießpulverdicke einzusetzen, wobei dieser Meßfühler eine Ultraschallvorrichtung ist. Der Schichtdickenmeßfühler ist dabei über eine dritte Signalleitung mit einem Rechner verbunden, der über eine dritte Steuerleitung mit einem dritten Aktuator in Verbindung steht, welcher mit einem Absperrorgan zur Einstellung cler Gießmittelzufuhr verknüpft ist.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen:
Fig. 1 Ein Schema einer Vorrichtung zum Erfassen und Regeln der Füllstandshöhe in einer Kokille.
Fig. 2 Einen rotatorischen Aktuator, der über einen Schwenkkamm mit dem Meßkopf verbunden ist.
Fig. 3 Einen horizontal bewegbaren ersten Aktuator, der über ein Seil mit dem Meßkopf verbunden ist.
Fig. 4 Eine Meßeinheit zum Erfassen der Füllstandshöhe und der Gießpulverdicke.
Die Fig. 1 zeigt ein Zuführgefäß 11, in dem sich die Schmelze 5 befindet. Das Zuführgefäß 11 besitzt eine Bodenöffnung 12, an der ein Tauchgießrohr vorgesehen ist.
Dieses Tauchgießrohr 13 ragt in eine stationäre Kokille 21. In der Kokille bindet sich die Schmelze S, deren Badoberfläche mit Gießpulver G bedeckt ist.
In die Kokille ragt eine Haltestange 74, an deren Kopfende eine Füllstandsanzeige 42 befestigt ist. Die Haltestange 74 bildet mit einem Tragarm 73 und einer Tragsäule 72 einen kompletten Ausleger 71. Die Tragsäule 72 ist als Kolben eines ersten Aktuators 64 ausgestaltet. Die Tragsäule 72 ist vertikal verfahrbar und gleichzeitig drehbar ausgestaltet. Die Drehbewegung wird benötigt, um die Füllstandsanzeige 42 von der Kokille 21 weg bzw. zu ihr hin zu bewegen.
Die Füllstandsanzeige 42 ist über eine erste Signalleitung 31 mit einem Rechner 41 verbunden. Dieser Rechner 41 ist über eine erste Steuerleitung 51 mit einem ersten Aktuator 61 verbunden, der die Hubeinheit 64 steuert.
An dem Ausleger 71 ist ein Positionsmeßfühler 43 vorgesehen, der über eine zweite Signalleitung 32 mit dem Rechner 41 verbunden ist, der steuerungsmäßig mit einem zweiten Aktuator 62 in Verbindung steht, der eine zweite Hubeinheit 68 steuert, welche über einen Ausleger 69 mit einem Absperrorgan 81, hier als Stopfen ausgestaltet, verbunden ist.
Die Fig. 2 zeigt einen ersten Aktuator 61, der über einen Schwenkarm 75 und mittels eines Gelenkes 76 mit einer Haltestange 74 verbunden ist. Kopfendig an der Haltestange 74 ist die Füllstandsanzeige 42 vorgesehen, die äquidistant zur Badoberfläche der in der Kokille 21 befindlichen Schmelze S einstellbar ist. Der Aktuator 61 ist auf einer Dreheinheit 65 befestigt, nnit der bei Bedarf die Füllstandsanzeige 42 von der Kokille weg bzw. hin bewegbar ist.
In der Fig. 3 ist der erste Aktuator 61 als Zugeinheit 67 ausgestaltet, die auf einer Verfahreinrichtung 77 angeordnet ist, an deren Kopfende eine Rolle 78 sich befindet. Über die Rolle 78 wird ein Seil 79 geführt, das einenends mit der Zugeinheit 67 verbunden ist, und an dessen anderen Ende die Füllstandsanzeige 42 befestigt ist. Die an dem Seil 79 befestigte Füllstandsanzeige 42 ragt in die Kokille 21. Durch einfaches Hochziehen über die Zugeinheit 67 läßt sich die Füllstandsanzeige 42 in einen Bereich oberhalb der Kokille 21 befördern und dann durch Zurückfahren der Verfahreinrichtung 77 in eine Ruhe- bzw. Reparaturposition transportieren.
Die Fig. 4 zeigt eine Füllstandsanzeige 42 mit sämtlichen Elementen, wie sie schon in der Fig. 1 beschrieben ist. Als einziger Unterschied ist hier anstelle eines Stopfens 82 zur Beeinflussung der Zuflußmenge der metallischen Schmelze S ein Schieber 83 vorgesehen.
Ergänzend zu der in Fig. 1 dargestellten Füllstandsanzeige 42 ist in Fig. 4 zusätzlich ein Schichtdickenmeßfühler 44 vorgesehen. Der Schichtdickenmeßfühler 44 zur Erfassung der Schichtdicke des auf der Badoberfläche befindlichen Gießpulvers G ist über eine dritte Signalleitung 33 nnit dem Rechner 41 verbunden, der über eine dritte Steuerleitung 53 mit einem dritten Aktuator 63 steuerungsmäßig verknüpft ist. Der dritte Aktuator 63 korrespondiert mit einem Schieber 84 für Gießpulver G, welches sich in einem Vorratsbehälter befindet und der Kokille zuführbar ist.
Positionsliste
Zuführen
11
Zuführgefäß
12
Bodenöffnung
13
Tauchgießrohr
Gießen
21
Kokille
Messen
31
Erste Signalleitung (
42
)
32
Zweite Signalleitung (
71
)
33
Dritte Signalleitung
Regeln
41
Rechner
42
Füllstandsanzeige
43
Positionsmeßfühler
44
Schichtdickenmeßfühler
Steuern
51
Erste Steuerleitung
Stellen
61
Erster Aktuator
62
Zweiter Aktuator
63
Dritter Aktuator
64
Hubeinheit
65
Dreheinheit
67
Zugeinheit
Befestigung
71
Ausleger
72
Tragsäule
73
Tragarm
74
Haltestange
75
Schwenkarm
76
Gelenk
77
Verfahreinrichtung
78
Rolle
79
Kette Seil
Absperren
81
Absperrorgan
82
Stopfen
83
Schieber (
13
)
84
Schieber Gießpulver
S Schmelze
G Gießpulver

Claims (11)

1. Verfahren zum Erfassen und Regeln der Füllstandshöhe des flüssigen Metalls in einer Kokille einer Stranggießanlage, insbesondere für Stahl, mit einem oberhalb der Metallschmelze angeordneten Meßkopf, mit dem der Abstand zwischen ihm und der Badoberfläche ermittelt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • a) Vor Gießbeginn wird der Meßkopf über ein Verbindungsmittel von einer unabhängig außerhalb der Kokille angeordneten Halterung gehalten in den Freiraum der Kokille eingebracht.
  • b) Mit Beginn der Füllung der Kokille mit metallischer Schmelze wird jegliche Änderung einer vorgebbaren Distanz zwischen der metallischen Badoberfläche und dem Meßkopf erfaßt.
  • c) Die Meßwerte werden einem außerhalb in sicherer Lage befindlichen Rechner zugeführt.
  • d) Von diesem Rechner werden aufbereitete Steuerdaten einem an der Halterung befestigen Aktuator zugeleitet, der den Meßkopf in seiner vertikalen Lage in der Weise ändert, daß mit möglicher Änderung des Pegels der Schmelze die gewünschte Distanz zur Badoberfläche wieder hergestellt wird.
  • e) Die aktuelle Lage des Verbindungsmittels zwischen Meßkopf und ersten Aktuator wird dem Rechner zugeführt und
  • f) vom Rechner werden die aufbereiteten Steuerdaten einen mit einem Absperrorgan zur Beeinflussung der Zuflußmenge des flüssigen Metalls in die Kokille verbundenen zweiten Aktuator zugeleitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur vertikalen Positionsänderung des Meßkopfes in der Kokille der mit dem Meßkopf verbundene erste Aktuator sich vertikal oder horizontal oder rotatorisch bewegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Füllstandshöhe des flüssigen Metalls die Höhe des sich auf der metallischen Badoberfläche befindlichen Gießpulvers geregelt wird.
4. Vorrichtung zum Erfassen und Regeln der Füllstandshöhe der in einer Kokille, insbesondere für eine Stranggießanlage für Stahl, befindlichen Metallschmelze, welche aus einem eine verschließbare Bodenöffnung aufweisenden Zuführgefäß über ein Tauchrohr der Kokille zuführbar ist, mit einem Meßelement, welches vertikal verfahrbar in den Freiraum der Kokille einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllstandsmeßelement (42) über eine erste Signalleitung (31) mit einem Rechner (41) verbunden ist, der über eine erste Steuerleitung (51) mit einem ersten Aktuator (61) in Verbindung steht, an welchem ein Ausleger (71) befestigt ist, an dessen Kopfende das Füllstandsmeßelement (42) angebracht ist, daß am Ausleger (71) ein Positionsmeßfühler (43) vorgesehen ist, der über eine zweite Signalleitung (32) mit dem Rechner (41) verbunden ist, der über eine zweite Steuerleitung (52) mit einem zweiten Aktuator (62) in Verbindung steht, welcher mit einem Absperrorgan (81) zum Verschließen der Bodenöffnung (12) des Zuführgefäßes (11) verknüpft ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger aus einer mit einer Hubeinheit (64) verbundenen Tragsäule (72); einer hierzu parallel angeordneten Haltestange (74), an deren Kopfende das Füllstandsmeßelement (42) befestigt ist, und einen die Tragsäule (72) und die Haltestange (74) verbindenden Tragarm (73) aufgebaut ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (71) aus einem mit einer Schwenkeinheit (45) verbundenen Schwenkarm (75) besteht, der kopfendig ein Gelenk (76) aufweist, welches mit einer Haltestange (74) korrespondiert, an deren Kopfende das Füllstandsmeßelement (42) befestigt ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dreheinrichtung (66) vorgesehen ist, an die die Hub- (64) bzw. die Schwenkeinheit (65) zum Ein- und Ausschwenken des Füllstandsmeßelements (42) in bzw. aus dem Freiraum der Kokille (21) angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (71) starr mit einer Verfahreinrichtung (77) verbunden ist und kopfendig eine Rolle (78) aufweist, über die ein Seil oder eine Kette (79) führbar ist, an der einenends das Füllstandsmeßelement (42) und anderenends eine Zugeinheit (67) befestig ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausleger (71) das ein induktives Bauteil zur Erfassung der Distanz zwischen dem Meßkopf und der Metallschmelzenoberfläche aufweisendes Füllstandsmeßelement (42) und gleichzeitig einen Schichtdickenmeßfühler (44) zur Erfassung der Schichtdicke von Gießpulver (G) befestig ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtdickenmeßfühler (44) eine Ultraschalleinrichtung ist, mit der die Distanz zwischen dieser und der Gießpulveroberfläche erfaßbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtdickenmeßfühler (44) über eine dritte Signalleitung (33) mit dem Rechner (41) verbunden ist, der über eine dritte Steuerleitung (53) mit einem dritten Aktuator (63) in Verbindung steht, welcher mit einem Absperrorgan (84) zur Einstellung der Gießmittelzufuhr verknüpft ist.
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