DE2521294C2 - Vorrichtung zur Ermittlung des Flüssigkeitsstandes einer Metallschmelze in einer Gießpfanne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Gattung.

Bei einer derartigen aus der deutschen Patentschrift 95 958 bekannten Vorrichtung sind mehrere Kontaktelektroden in unterschiedlichen Höhen in der Gießpfanne angeordnet, und es ist eine Stromquelle in einen Stromkreis eingeschaltet, der sich einerseits über die unterste Kontaktelektrode und andererseits über die darüber befindlichen Kontaktelektroden schließt, wobei diese weiteren Kontaktelektroden jeweils mit einer Anzeigelampe in Serie liegen und diese Serienschaltungen parallel zu der Stromquelle geschaltet sind. Bei voller Gießpfanne sind alle parallelen Stromwege leitend, so daß auch sämtliche Anzeigelampen leuchten. Sinkt der Pegel der Metallschmelze unter diejenige Höhe, in der sich die oberste Kontaktelektrode befindet, so erlischt die dieser zugeordnete Anzeigelampe. Bei weiterem Absinken der Metallschmelze erlöschen nacheinander auch die weiteren Anzeigelampen.

Da sich jedoch in der Gießpfanne auf der Oberfläche der Metallschmelze stets Schlacke befindet, die ebenfalls elektrisch leitfähig ist, wird bei der Vorrichtung nach der Entgegenhaltung nicht die Höhe der Metallschmelzenoberfläche, sondern die der Schlackenoberfläche angezeigt. Da jedoch die Dicke der Schlackenschicht nicht bekannt ist, gestattet die bekannte Vorrichtung keine genaue Messung der jeweils in der Gießpfanne noch vorhandenen Menge an Metallschmelze, so daß unter Umständen nicht walzbare Restblöcke gegossen werden, die als Schrott einzustufen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung derart zu gestalten, daß sie den Flüssigkeitsstand der Metallschmelze selbst, & h. der Grenzschicht zwischen ίο der Metallschmelze und der darauf schwimmenden Schlacke, ermittelt

Zwei erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den Kennzeichnungsteilen der Patentansprüche 1 und 2 angegeben. Im ersten Fall wird dabei die Kontaktspannung zwischen der Kontaktelektrode und dem sie jeweils berührenden Material gemessen, so daß die an der Grenzfläche zwischen Metallschmelze und Schlacke auftretende Änderung der Kontaktspannung eine Höhenstandsanzeige der Metallschmelzenoberfläehe liefert Im zweiten Fall wird anstelle der Kontaktspannung die Leitfähigkeit des jeweils mit der Kontaktelektrode in Berührung stehenden Materials gemessen. Ebenso wie die Kontaktspannung ist auch die Leitfähigkeit zwischen Metallschmelze und Schlacke unterschiedlich, so daß sich wiederum eine Signaländerung ergibt, wenn die Grenzfläche zwischen Metallschmelze und Schlacke die Kontaktelektrode erreicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt üomit den tatsächlichen Höhenstand der Metallschmelze in der Gießpfanne, so daß sich bei Anordnung der Kontaktelektrode in geeigneter Höhe das Gießen von nicht-walzfähigen Restblöcken mit Sicherheit vermeiden läßt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben. Aus den deutschen Auslegeschriften 12 90 731 und 12 96 811 ist zwar die Verwendung einer Kontaktspannung zwischen einer in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit und einer in die Flüssigkeit eintauchenden, zur Höhenstandsmessung benutzten Kontaktelektrode bekannt. Die Kontaktspannung selbst wird jedoch dort nicht zur Höhenstandsmessung sondern zur Selbstreinigung der Elektrodenoberfläche ausgenutzt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Schnitt eine Seitenansicht einer Gießpfanne, bei der sich die Elektrode der Überwachungsmitte! so in der Stopfenstange befindet;

F i g. 2 im Querschnitt eine vergrößerte schematische Teilansicht des die Elektrode enthaltenden Mantels des Stopfens;

F i g. 3 eine explodierte Teilansicht der Verbindungen zur Stopfenstange;

F ι g. 4 die typische Form der Spannungswellen mit dem Punkt, bei dem die Grenzschicht zwischen Stahl und Schlacke mit der Elektrode in Berührung kommt; F i g. 5 eine graphische Darstellung eines typischen Gießvorgangs;

Fig.6 eine graphische Darstellung eines möglichen Gießvorgangs, bei dem das Gießen von nicht walzbaren Restblöcken vermieden wird;

F i g. 7 eine Draufsicht einer Gießpfanne, in der eine alternative Anordnung der Elektrode gezeigt wird und Fig.8 eine vergrößerte schematische Ansicht eines

bei der Fig.4 verwendeten Gießpfannenziegelsteins,

der eine Elektrode trägt.

Die F i g. 1 zeigt eine Gießpfanne 1 mit einer Stopfenstange 2, die entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung so modifiziert worden ist, daß sie eine Elektrode 3 aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und mit einem Durchmesser von 8 n?m enthält, wobei die Elektrode mit hochtemperaturfestem Zement in einem Loch in einer besonders präparierten feuerfesten Manschette 4 (F i g. 2) auf der Stopfenstange 2 gehaltert wird. Die Manschette 4 bildet eine von 16 auf der Stopfenstange angeordneten Standardmanschetten 5, wobei sich die Spezialmanschette 4 in einer vorbestimmten Entfernung vom unteren Ende der Stange 2 befindet, wie dies im nachfolgenden besprochen wird. Die Elektrode 3 ist mit dem Stahlkern 6 der Stange 2 elektrisch verbunden mitteis eines leitenden Drahtes 8, der in Nuten im Ende der Elektrode 3 eingepreßt ist und mit dem Kern 6 durch einen explosiv in den Kern 6 eingetriebenen Stift verbunden ist

Wie üblich, wird das obere Ende der Stopfenstange 2 von einem Schwanenhalsanschlußstück 9 getragen, durch welches die Stange 2 zur Regelung des Abgießvorganges angehoben und gesenkt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Stopfenstange 2 von dem Schwanenhalsanschlußstück 9 isoliert mittels Faserscheiben 10, die eingesetzt sind zwischen der Gabel des Schwanenhalsanschlußstücks 9 und Stahlscheiben 11, die als Lastverteiler für die Verbindungsmuttern 12 wirken. Eine Faserfolie 13 befindet sich zwischen der Stange 2 und der Gabel des Schwanenhalsanschlußstückes 9. Eine elektrische Verbindungsstange 14 ist in entsprechender Weise an dem oberen Ende des Kerns 6 der Stange 2 befestigt und eiu elektrisches Kabel 15 jst mit einem daran befestigten Anschlußstück 16 verbunden. Das Kabel 15 ist wiederum mit einer Anschlußklemme eines Mehrbereichsspannungsschreibers V verbunden, während die andere Anschlußklemme Verbindung zum Erdpotential hat, welches auch das Potential der Gießpfanne 1 ist.

Bei der Entwicklung der oben beschriebenen bevorzugten Anordnung wurden Vorversuche durchgeführt mit einer Kohlenstoffelektrode, die in Reihe geschaltet worden war mit einer Batterie zur Lieferung eines durch den geschmolzenen Stahl fließenden Stromes. Es wurde jedoch festgestellt, daß der Kohlenstoff mit dem Stahl reagierte, wodurch in Zusammenwirkung mit der angelegten Spannung keine vollkommen annehmbaren Ergebnisse erhalten wurden, obwohl sich dieses Verfahren möglicherweise bei anderen leitenden Flüssigkeiten anwenden läßt. Weitere Versuche bestätigen das Vorhandensein einer meßbaren E.M.K. bei einer passiven Elektrode, z. B. aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, welche durch die elektrochemische Potentialdifferenz zwischen der Stahl- und der Schlackenphase hervorgerufen wurde.

Wenn die Stahlelektrode 3 von geschmolzenem Stahl umgeben ist, so beträgt die Gleichgewichtskonstante K nahezu 1.

Da die elektromotorische Kraft £° proportional ist zu InK, so ist £° sehr klein. Während des Abgießens aller Gußblöcke vor dem Kontrollgußblock ist die an der Elektrode gemessene Spannung nahezu Null, wie dies in F i g. 4 zeigt. Die kleinen Variationen dieser gemessenen Spannung, die sich von Charge zu Charge ergeben, sind größtenteils das Ergebnis von Variationen der Sauerstoffkonzentration, wodurch das Ausmaß der Fe/FeO Reaktion bestimmt wird. Wird der Gußstrahl des Stahles durch Absenken der Stopfenstange 2 unterbrochen, so zeigt das Aufzeichnungsgerät einen anderen Spannungspegel an. Das Schieiberdiagramm (Fig.4) erscheint als eine Reihe von Spannungsplateau, wobei jedes Plateau /Ί Pi usw. das Abgießen eines Gußblockes darstellt

Mit der obenbeschriebenen bevorzugten Anordnung wurden Versuche durchgeführt, bei denen sich die Elektrode 3 bei geschlossener Stopfenstange 2 ungefähr 900 mm und bei geöffneter Stopfenstange 2 ungefähr 950 mm vom Boden der Gießpfanne 1 befand. Bei einem Fassungsvermögen von 200 Tonnen der Gießpfanne bedeutet dies, daß am oben erwähnten Kontrollpunkt ungefähr 51,7 Tonnen in einer neuen Gießpfanne verbleiben. Bei der gleichen Gießpfanne ist zu erwarten, daß beim Abhacken (»chop out«) die Masse des Stahls am Kontrollpunkt ungefähr 58,8 Tonnen beträgt Die günstigste Lage der Elektrode ergab sich wenn zwischen 40 und 60 Tonnen in der Gießpfanne 1 verblieben.

Die Fig.5 und 6 zeigen graphisch ein typisches Abgießverfahren für ein Minimumgewicht eines walzbaren Restblocks von 6 Tonnen und einem erwünschten Gewicht von 7 Tonnen. Angenommen, daß Berechnungen ergeben, daß im Kontrollpunkt 50 Tonnen Stahl in der Gießpfanne und sich 7 Tonnen Stahl in der Kontrollkokille befinden, so würde bei Fortsetzung der normalen Praxis des Gießens von Blöcken von 8,66 Tonnen ein nicht walzbarer Restblock von 5,1 Tonnen gegossen werden. Die Fig.6 zeigt ein mögliches Abgießverfahren für LM. Gießblöcke. Der bekannte Kontrollpunkt und die Anzahl der Ladungen in der Gießpfanne legen auf der graphischen Darstellung einen Punkt fest, welcher dasjenige Verfahren anzeigt, das zu befolgen ist damit der Restblock von walzbarer Höhe ausfällt. Im obenangeführten Beispiel zeigt die Fig.6, daß zwei Gußblöcke von jeweils 7Tonnen gegossen werden müssen, damit sichergestellt ist, daß der Restblock von walzbarem Gewicht (in erwartungsgemäßer Weise von 8,4 Tonnen) sein wird. Wird dieses Verfahren nicht eingehalten, so wird ein nicht walzbarer Restblock von 5,1 Tonnen gegossen.

Die durch das Gießen von nicht walzbaren Reststükken bei der obenerwähnten 200 Tonnen-Stahlherstellungsanlage entstehenden Verluste betragen zur Zeit etwa 0,80% der Produktion. Unter Verwendung des obenbeschriebenen Verfahrens würde der im Zusammenhang mit der F i g. 6 beschriebene Vorgang durchschnittlich 47 mal pro 100 Chargen durchgeführt werden; d. h., es wurden durchschnittlich 0,947-Tonnen Gußb(öcke bei jeder Charge gegossen werden. Bei positiven und negativen Fehlern bei der Abschätzung des Endpunktes des Abgießens, die nicht mehr als 1,3 Tonnen betragen, könnte der umrissene Gießvorgang den durch nicht walzbare Reststücke verursachten Produktionsverlust um 0,71% reduzieren. Bei Anwendung des Verfahrens beim Gießen von größeren Gußblöcken könnten sich größere Einsparungen erzielen lassen.

Eine alternative Anordnung der Elektrode zeigen die F i g. 7 und 8. Bei dieser Anordnung wird emer der Ziegelsteine 20 der Gießpfanne ersetzt durch einen besonderen Ziegelstein mit einer Elektrode 21 aus Stahl, Kohlenstoff oder Molybdän, die in ähnlicher Weise wie beim bevorzugten Ausführungsbeispiel befestigt wird. Der besondere Ziegelstein 20 wird vorzugsweise an der durch die Gießpfannenzapfen verlaufende Achse angeordnet, um Fehler zu verringern, die durch das Kippen der Gießpfanne verursacht werden. Die Elektrode 21 ist mit einem in geeigneter Weise

befestigten Zuleitungsdraht 22 versehen, der zwischen den Ziegelsteinen und dem Sicherheitsfutter bis hin zu einer auf dem Futter angeordneten Kontaktklemme verläuft. Ein weiterer Zuleitungsdraht führt dann, wie zuvor, von der Kontaktklemme zu einem Spannungsaufzeichnungsgeräl.

Es wurde festgestellt, daß diese alternative Elektrodenanordnung bessere Ergebnisse ergibt als die erste, oben beschriebene Form. Der Grund dafür ist bisher noch nicht ganz untersucht worden, aber es ist möglich, daß diese Anordnung der Elektrode vorziehbar ist. Die Art der Funktion dieser Ausführungsform der Erfindung ist im wesentlichen identisch mit der der ersten Ausführungsform.

Bei anderen Modifikationen kann der Zuleitungsdraht von der Stopfenstange oder der Elektrode zum Aufzeichnungsgerät durch ein Sender/Empfänger-System ersetzt werden. Die beschriebene Isolierung des Schwanenhalsanschlußstückes !aßt sich ersetzen durch eine vollkommene Isolierung der gesamten Stopfenanordnung von der Gießpfanne.

Das beschriebene System läßt sich auch dahingehend modifizieren, daß damit die Lagen der Grenzschichten zwischen dem Metall und der Schlacke und zwischen der Schlacke und der Luft festgestellt werden können, wodurch sich die Masse der Schlacke bestimmen läßt. In dieser Beziehung ist zu verstehen, daß das hier verwendete Wort »Flüssigkeit« geschmolzene Metalle und Schlacken sowie auch andere Flüssigkeiten umfaßt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, läßt sich die

ίο Elektrode durch eine Vorrichtung ersetzen, mit der magnetische Kraftflußlinien in gewünschter Höhe innerhalb der Gießpfanne durch den Stahl geleitet werden. Die Vorrichtung kann sich innerhalb oder außerhalb der Gießpfanne befinden, vorausgesetzt, daß

die Flußlinien einen wesentlichen Teil des Stahles und der Schlacke bei der gegebenen Höhe durchdringen können. Eine Änderung der Flußdichte, die an der Grenzfläche von Stahl zu Schlacke auftritt, wird dann festgestellt, um anzuzeigen, wann die gewünschte Höhe erreicht worden ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ermittlung des Erreichens eines vorgegebenen Flüssigkeitsstandes durch eine Metallschmelze in einer Gießpfanne, mit einer Kontaktelektrode, die in einer dem vorgegebenen Flüssigkeitsstand entsprechenden Höhe in der Gießpfanne angeordnet ist, und einem sich über die Metallschmelze schließenden Schaltkreis, der die Kontaktelektrode und eine Anzeigeeinrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (V) auf die an der Grenzfläche zwischen der Metallschmelze und dem darüber befindlichen Material auftretende Änderung der Kontaktspannung an der Kontaktelektrode (3;21) anspricht

2. Vorrichtung zur Ermittlung des Erreichens eines vorgegebenen Flüssigkeitsstandes durch eine Metallschmelze in einer Gießpfanne, mit einer Kortaktelektrode, 23,6.24,1 Kontaktelektrode die in einer dem vorgegebenen Flüssigkeitsstand entsprechenden Höhe in der Gießpfanne angeordnet ist, und einem sich über die Metallschmelze schließenden Schaltkreis, der die Kontaktelektrode und eine Anzeigeeinrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (V) auf die an der Grenzfläche zwischen der Metallschmelze und dem darüber befindlichen Material auftretende Änderung des durch den Schaltkreis fließenden Stromes anspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode (3) an einer die Abgußmengen aus der Gießpfanne (1) steuernden Stopfenstange (2) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode (3) in eine feuerfeste Manschette (4) der Stopfenstange (2) eingesetzt ist.