DE202004021178U1 - Measurement device, for state determination of metal flow, has immersion tube through which molten metal can flow, ultrasonic wave generator that introduces ultrasonic waves from outside into wall of tube and ultrasonic wave receiver - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Zustandsbestimmung eines Metallschmelzenstroms.The The invention relates to a measuring device for determining the state of a Molten metal flow.
In der schmelzmetallurgischen Verfahrenstechnik ist insbesondere die Kenntnis der Anzahl, Größe und Verteilung möglicher Einschlüsse ein wesentliches Kriterium zur Beurteilung der Schmelzenqualität. Oxidische Einschlüsse verschlechtern die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts zum Beispiel durch Rissbildung und Oberflächendefekte. In der Regel können Anzahl, Größe und Verteilung der Einschlüsse erst am erstarrten Produkt bestimmt werden. Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung des Schmelzenreinheitsgrades befinden sich derzeit in der Entwicklung.In the melting metallurgical process engineering is in particular the Knowledge of the number, size and distribution potential inclusions an essential criterion for the assessment of the quality of the melt. oxide inclusions deteriorate the mechanical properties of the final product, for example due to cracking and surface defects. In usually can Number, size and distribution of inclusions only be determined on the solidified product. Method for continuous Detection of melt purity is currently in development.
Bekannt
sind Ultraschallsysteme, wie sie in
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine alternative Messvorrichtung zur Zustandsbestimmung eines Metallschmelzenstroms vorzugeschlagen.In front In this background, the invention is based on the object alternative measuring device for determining the state of a molten metal stream preferably esch were.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.These The object is solved by the subject matter of claim 1. advantageous Embodiments are specified in the subclaims.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, das die Metallschmelze führende Bauelement möglichst unverändert zu lassen und die für die Messung einzubringenden Ultraschallwellen von außen in die Bauelementwandung (Tauchrohr) einzubringen. Die Erfindung nimmt beim Einbringen der Ultraschallwellen in die Metallschmelze dabei eine Zunahme von Grenzflächen in Kauf (Ultraschallwellenerzeuger/Tauchrohrwandung und Tauchrohrwandung/Metallschmelze). Erfindungsgemäß kann jedoch bereits durch die Analyse von Signalen, die vom Ultraschallwellenerzeuger nur durch die Tauchrohrwandung zum Ultraschallwellenempfänger geleitet werden, eine Aussage über Zustandseigenschaften des in dem Tauchrohr geführten Metallschmelzenstroms getroffen werden. Indem ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Ultraschallwellenerzeuger, bzw. dem Ultraschallwellenempfänger vermieden wird, erhöht sich die Standzeit der Messvorrichtung.The Invention is based on the idea that the molten metal premier Component as possible unchanged to let and for the measurement to be introduced ultrasonic waves from the outside into the Component wall (dip tube) bring. The invention takes when introducing the ultrasonic waves into the molten metal an increase of interfaces in purchase (ultrasonic wave generator / dip tube wall and dip tube wall / molten metal). However, according to the invention already by analyzing signals coming from the ultrasonic wave generator only be led through the dip tube wall to the ultrasonic wave receiver, a statement about State properties of the guided in the dip tube molten metal stream to be hit. By a direct contact between the ultrasonic wave generator, or the ultrasonic wave receiver avoided is increased the service life of the measuring device.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung weist ein Tauchrohr auf, durch das die Metallschmelze fließt. Ein Ultraschallwellenerzeuger bringt Ultraschallwellen von außen in die Tauchrohrwandung ein. Ein Ultraschallwellenempfänger nimmt die vom Ultraschallwellenerzeuger ausgesandten Ultraschallwellen auf.The has measuring device according to the invention a dip tube through which the molten metal flows. One Ultrasonic wave generator brings ultrasonic waves from outside into the Dip tube wall on. An ultrasonic wave receiver picks up the from the ultrasonic wave generator emitted ultrasonic waves.
Das den Metallschmelzenstrom führende Bauelement ist in der bevorzugten Anwendung auf dem Gebiet der Stranggießanlagen das dort bekannte Tauchrohr. Der Begriff "Tauchrohr" ist jedoch hierauf nicht beschränkt und kann erfindungsgemäß auch jegliches andere Bauelemente sein, das einen Metallschmelzenstrom führt. Die zu beobachtende Metallschmelze ist vorzugsweise eine Stahlschmelze. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung kann jedoch auch zur Zustandsbestimmung eines Metallschmelzenstroms in anderen metallerzeugenden Anlagen eingesetzt werden.The the molten metal flow leading device is in the preferred application in the field of continuous casting the known dip tube there. However, the term "dip tube" is not limited thereto and can according to the invention also any be other components that conduct a molten metal stream. The molten metal to be observed is preferably a molten steel. The measuring device according to the invention However, it can also be used to determine the state of a molten metal stream used in other metal-producing plants.
Der Ultraschallwellenerzeuger und der Ultraschallwellenempfänger werden vorzugsweise von außen an die Tauchrohrwandung angesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Tauchrohr herkömmlicher Anlagen baulich unverändert und die Kontaktfläche des Ultraschallwellenerzeugers bzw. des Ultraschallwellenempfängers gegebenenfalls an die Form der äußeren Tauchrohrwandung angepasst. Insbesondere um die Ultraschallwellen kontrollierter in die Tauchrohrwandung einzubringen, kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Tauchrohrwandung an die Form des Ultraschallwellenerzeugers bzw. die Form des Ultraschallwellenempfängers angepasst sein. Beispielsweise kann die Tauchrohrwandung partiell abgeflacht sein oder beispielsweise spezielle Aufnahmen aufweisen.Of the Ultrasonic wave generator and the ultrasonic wave receiver are preferably from the outside attached to the dip tube wall. In a preferred embodiment the dip tube is more conventional Equipment structurally unchanged and the contact area optionally the ultrasonic wave generator or the ultrasonic wave receiver to the shape of the outer dip tube wall customized. In particular, to the ultrasonic waves controlled in the dip tube wall, can in a preferred embodiment the dip tube wall to the shape of the ultrasonic wave generator or be adapted to the shape of the ultrasonic wave receiver. For example the dip tube wall may be partially flattened or, for example have special recordings.
Der Ultraschallwellenerzeuger und/oder der Ultraschallwellenempfänger können mittels Spannelementen, beispielsweise Federelementen, von außen an die Tauchrohrwandung gedrückt werden. Hierdurch wird ein besonders guter Kontakt zwischen dem Ultraschallwellenerzeuger bzw. dem Ultraschallwellenempfänger und der Tauchrohrwandung erzeugt. Der Kontakt zwischen Ultraschallwellenerzeuger bzw. Ultraschallwellenempfänger und Tauchrohrwandung wird weiter verbessert, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein hochtemperaturbeständiges Koppelfluid zwischen dem tauchrohrseitigen Ende des Ultraschallwellenerzeugers und/oder des Ultraschallwellenempfängers und der Tauchrohrwandung vorgesehen ist. Als Koppelfluid werden insbesondere Glas bzw. Silikat-Produkte eingesetzt. Die Tauchrohrwandung ist insbesondere aus Tonerdegraphit, Tonerdezirkonoxidgraphit, Magnesia-Erzeugnissen, Schamotte oder Silika-Erzeugnissen hergestellt.The ultrasonic wave generator and / or the ultrasonic wave receiver can be pressed by means of clamping elements, such as spring elements, from the outside to the dip tube wall. As a result, a particularly good contact between the ultrasonic wave generator or the ultrasonic wave receiver and the Tauchrohrwandung is generated. The contact between Ultraschallwellenerzeu ger or ultrasonic wave receiver and Tauchrohrwandung is further improved if according to a preferred embodiment, a high temperature resistant coupling fluid between the dip tube end of the ultrasonic wave generator and / or the ultrasonic wave receiver and the Tauchrohrwandung is provided. As a coupling fluid in particular glass or silicate products are used. The dip tube wall is made in particular of alumina graphite, alumina zirconia graphite, magnesia products, chamotte or silica products.
Insbesondere
um die Standzeit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung zu erhöhen, kann eine
zumindest abschnittweise Kühlung
des Ultraschallwellenerzeugers und/oder des Ultraschallwellenempfängers vorgesehen
sein. Eins der möglichen Kühlungssysteme
wird in der durch das Patentamt der Republik Österreich herausgegebenen Übersetzung
der europäischen
Patentschrift
Erfindungsgemäß kann der
Ultraschallwellenerzeuger und/oder der Ultraschallwellenempfänger einen
Ultraschallwandler aufweisen. Insbesondere um die Standzeit der
erfindungsgemäßen Messvorrichtung
zu erhöhen,
kann der Ultraschallwellenerzeuger bzw. der Ultraschallwellenempfänger ferner eine
Ankoppelstrecke (Wellenleiter) aufweisen. Diese erstreckt sich zwischen
dem Ultraschallwandler und der Tauchrohrwandung. Die Ankoppelstrecke besteht
vorzugsweise aus einem homogenen keramischen Material (zum Beispiel
Tonerde oder Cermet) oder aus Graphit. Die Porosität sollte
möglichst gering
sein und vorzugsweise ein Viertel der Wellenlänge der longitudinalen Ultraschallwellen
in der Keramik nicht überschreiten;
typisch ist eine Wellenlänge
von 4 mm und demgemäß ein maximaler
Porendurchmesser von 1 mm. Der Ultraschallwandler kann kraftschlüssig auf
einer Grundfläche
der Ankoppelstrecke aufgebracht sein. Beispielsweise kann dazu eine
piezoelektrische Scheibe aufgeklebt oder angedrückt werden. Ein Vorteil der
Verwendung einer Ankoppelstrecke aus Keramik liegt in der geringen
Wärmeleitfähigkeit
dieses Materials. Dies erlaubt eine geringere Kühlleistung der Kühlung. Für weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen einer Ankoppelstrecke wird auf
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Ultraschallwellenerzeuger und der Ultraschallwellenempfänger getrennt ausgebildet. In der bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Messvorrichtung nicht für die Impuls-Echo-Methode eingesetzt, sondern für die Durchschallung. Hierzu können der Ultraschallwellenerzeuger und der Ultraschallwellenempfänger derart angeordnet sein, dass die vom Ultraschallwellenempfänger aufgenommenen Ultraschallwellen des Ultraschallwellenerzeugers den Metallschmelzenstrom zumindest teilweise durchschallen. Besonders bevorzugt werden der Ultraschallwellenerzeuger und der Ultraschallwellenempfänger an einander gegenüberliegenden Seiten des Tauchrohrs angeordnet. Der Winkel zwischen Ultraschallwellenerzeuger und Ultraschallwellenempfänger kann jedoch auch von 180° abweichen und beispielsweise 120° betragen.In a preferred embodiment the ultrasonic wave generator and the ultrasonic wave receiver are separated educated. In the preferred embodiment, the measuring device according to the invention not for the pulse-echo method is used, but for the sound transmission. For this purpose, the Ultrasonic wave generator and the ultrasonic wave receiver such be arranged that received by the ultrasonic wave receiver Ultrasonic waves of the ultrasonic wave generator the molten metal stream durchschallen at least partially. Particularly preferred are the Ultrasonic wave generator and the ultrasonic wave receiver on opposite each other Arranged sides of the dip tube. The angle between ultrasonic wave generator and ultrasonic wave receiver however, it can also deviate from 180 ° and for example 120 °.
Das Messverfahren zur Zustandsbestimmung eines durch ein Tauchrohr fließenden Metallschmelzenstroms sieht vor, eine Ultraschallwelle von außen in die Tauchrohrwandung einzubringen, eine Ultraschallwelle durch einen von außen an die Tauchrohrwandung angesetzten Ultraschallwellenempfänger aufzunehmen und das vom Ultraschallwellenempfänger aufgenommene Signal auszuwerten. Das Messverfahren macht von der Erkenntnis Gebrauch, dass Informationen über den Zustand eines durch ein Tauchrohr fließenden Metallschmelzenstroms sowohl aus Ultraschallwellensignalen, die von einem von außen an die Tauchrohrwandung angesetzten Ultraschallwellenerzeuger in die Tauchrohrwandung eingebracht wurden und die nur durch die Tauchrohrwandung geleitet wurden, gewonnen werden können, Informationen aber auch aus den Ultraschallwellen gewonnen werden können, die von außen in die Tauchrohrwandung eingebracht wurden und die den Metallschmelzenstrom durchschallt haben. Insbesondere können Informationen aus dem Verhältnis der durch die Tauchrohrwandung geleiteten und der durchschallten Ultraschallwellen gewonnen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sendet ein in einem Ultraschallwellenerzeuger angeordneter Ultraschallwandler, durch elektrische Impulse angeregt, zeitlich beabstandet Ultraschallwellenimpulse aus. Durch dieses diskontinuierliche Einstrahlen von Ultraschallwellen wird die Analyse der aufgenommenen Signale vereinfacht. Zum einen kann hierdurch die Laufzeit der einzelnen aufgenommenen Signale präzise ermittelt werden. Zum anderen wird verhindert, dass Signale sich gegenseitig überlagern.The Measuring method for determining the state of a flowing through a dip tube molten metal stream provides an ultrasonic wave from outside into the dip tube wall to bring in an ultrasonic wave through an outside of the Submerged tube wall mounted attached ultrasonic wave receiver and to evaluate the signal received by the ultrasonic wave receiver. The measurement method makes use of the knowledge that information about the Condition of a flowing through a dip tube molten metal stream both from ultrasonic wave signals coming from the outside to the Immersed Tauchrohrwandung inserted ultrasonic wave generator in the dip tube wall were won and which were passed only through the dip tube wall won can be Information can also be obtained from the ultrasonic waves can, the outside were introduced into the Tauchrohrwandung and the molten metal stream have sounded through. In particular, information from the Ratio of through the Tauchrohrwandung conducted and the durchschallten ultrasonic waves be won. In a preferred embodiment of the method transmits an ultrasonic transducer arranged in an ultrasonic wave generator, excited by electrical pulses, temporally spaced ultrasonic wave pulses out. By this discontinuous irradiation of ultrasonic waves the analysis of the recorded signals is simplified. For one thing As a result, the duration of the individual recorded signals precisely determined become. On the other hand, signals are prevented from interfering with each other.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die vom Ultraschallwellenempfänger aufgenommenen Signale mittels laufzeitselektiver Amplitudenanalyse ausgewertet. Damit können individuell Informationen über die Zustände entlang der unterschiedlichen Ausbreitungswege gewonnen werden.In a preferred embodiment become the signals received by the ultrasonic wave receiver evaluated by means of run-time-selective amplitude analysis. In order to can individual information about the conditions be gained along the different propagation paths.
Das Messverfahren wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt. So kann es dafür eingesetzt werden, die Regelung kontinuierlich arbeitender Anlagen, beispielsweise kontinuierlich arbeitender Stranggießanlagen, zu ermöglichen. Besonders bevorzugt wird das Messverfahren online durchgeführt. Die Zustandsinformationen können dann zum Zwecke der weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehen bzw. um Eingriffe in den Verfahrensprozess vorzunehmen.The measuring method is preferably carried out continuously. Thus, it can be used to enable the control of continuously operating plants, such as continuously operating continuous casting. Particularly preferably, the measuring method is carried out online. The status information can then be available for further processing or to intervene in the process to take.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Figur näher beschrieben. Diese stellt eine bevorzugte Ausführungsform in einem bevorzugten Einsatzgebiet dar. Es zeigen:following the invention will be described in more detail with reference to a figure. This poses a preferred embodiment in a preferred application. It show:
In
Von
außen
an die Wandung des Tauchrohrs
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Cited By (1)
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2004
- 2004-03-08 DE DE202004021178U patent/DE202004021178U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
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---|---|---|---|
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Effective date: 20070419 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20070608 |
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20100610 |
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R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20121002 |