DE2652433A1

DE2652433A1 - Vorrichtung zur bestimmung des metallschmelzenspiegels in einer giessform oder kokille

Info

Publication number: DE2652433A1
Application number: DE19762652433
Authority: DE
Inventors: Kazuo Ideue; Michitaka Mizuno; Masashi Oya
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1975-11-20
Filing date: 1976-11-17
Publication date: 1977-06-08
Also published as: BR7607772A; CH604140A5; JPS5270111U; JPS5541407Y2; US4112759A; DE2652433B2

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Mitsubishi Jukogyo D^München 80

Kabushiki Kaisha Tel.: 089/982085-87

Tokio, Japan Telex: 0529802 hnkld

' ^ Telegramme: eihpsoid

Vorrichtung zur Bestimmung des Metallschmelzenspiegels
in einer Gießform oder Kokille

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Metallschmelzenspiegels in einer Kokille einer Stranggießvorrichtung o.dgl., wobei diese Vorrichtung eine wärmeempfindliche magnetische Substanz verwendet, deren relative
magnetische Durchlässigkeit bzw. Permeabilität in Abhängigkeit von der Temperatur variiert.

Für die Bestimmung der Spiegelhöhe einer Metallschmelze in einer Gießform oder Kokille wurde bisher z.B. die Vorrichtung gemäß Fig. 1 eingesetzt, bei welcher eine wärmeempfindliche Substanz 2, z.B. eine MS-Legierung o.dgl., deren relative magnetische Durchlässigkeit temperaturabhängig variiert, und ein Magnet 3, dessen Curie-Punkt höher ist als derjenige der wärmeempfindlichen magnetischen Substanz 2, einander gegenüberstehend bzw. nebeneinander in eine Außenwandfläche einer Kokille 1 eingelassen sind, so daß bei

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einer Temperaturänderung der Substanz 2 in Abhängigkeit von Änderungen des Metallschmelzenspiegels in der Kokille 1 der Magnetfluß zwischen der Substanz 2 und dem Magneten 3 aufgrund der Änderung der relativen magnetischen Durchlässigkeit der genannten Substanz 2 variiert, wobei die Oberfläche, d.h. die Spiegelhöhe, der Metallschmelze in der Kokille 1 dadurch bestimmt wird, daß die durch die Temperaturänderung der wärmeempfindlichen magnetischen Substanz 2 hervorgerufene Magnetflußänderung mittels eines Magnetflußdetektors bzw. -fühlers 4 gemessen wird.

Die beschriebene Vorrichtung ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß beim Einführen z.B. einer nicht dargestellten Schlackenabziehstange o.dgl. zum Entfernen von Schlacke in die Kokille 1 der vom Magneten 3 ausgehende Magnetfluß durch diese Stange hindurch streut, weil diese Stange aus einem magnetischen Werkstoff, wie Eisen, besteht, so daß ein großer Meßfehler in die Bestimmung des Metallschmelzenspiegels eingeführt wird. Wenn zudem der Magnet 3 nach langer Betriebszeit entmagnetisiert wird, verändert sich der Magnetfluß durch die wärmeempfindliche magnetische Substanz 2, was zu dem Nachteil führt, daß sich der Meßfehler bei der Bestimmung des Metallschmelzenspiegels weiter vergrößert.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Vorrichtung zur Bestimmung des Metallschmelzenspiegels in einer Gießform oder Kokille, bei welcher das Magnetfeld nicht zur Schmelzenseite der Kokille hin streut, bei welcher auch beim Einführen einer aus einem magnetischen Werkstoff bestehenden Schlackenabziehstange in die Schmelze der Magnet-

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fluß durch diese Stange nicht beeinträchtigt wird und bei welcher der Meßfehler auf einen äußerst kleinen Wert reduziert wird, indem eine wechselnde Magnetflußänderung ohne Verwendung eines Magneten gemessen wird, so daß die der bisher verwendeten Vorrichtung anhaftenden Nachteile ausgeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Bestimmung des Metallschmelzenspiegels in einer Gießform oder Kokille erfindungsgemäß gelöst durch mindestens eine wärmeempfindliche magnetische Substanz, deren magnetische Durchlässigkeit temperaturabhängig variiert und die an der A_uß_enwandfläche der Kokille angebracht ist, durch eine der magnetischen Substanz gegenüberliegend und unter Festlegung eines Luftspalts dazwischen auf Abstand davon angeordnete Spule, durch eine an die Spule angeschlossene Wechselstromversorgung und durch eine Einrichtung zur Feststellung von Änderungen in der elektromagnetischen Kopplung zwischen magnetischer Substanz und Spule.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Bestimmung des Schmelzenspiegels in einer Gießform oder Kokille nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Vor-

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richtung zur Bestimmung des Metallschmelzenspiegels in einer Kokille mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Änderung der magnetischen Durchlässigkeit bzw. Permeabilität der wärmeempfindlichen Substanz gemäß Fig. 2 aufgrund von Temperaturänderungen,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Ausgangssignaländerung eines Verstärkers aufgrund einer Änderung des Metallschmelzenspiegels bei Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 5 eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Ausgangssignaländerung eines Verstärkers aufgrund der Änderung des Metallschmelzenspiegels bei Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 5.

Im folgenden ist zunächst die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 bis 4 beschrieben. Gemäß Fig. 2 ist eine wärmeempfindliche magnetische Substanz 2, im folgenden einfach als Magnetsubstanz bezeichnet, an der Außenwand einer Kokille 1 angelötet, in die eine Metallschmelze A eingefüllt wird, Die Magnetsubstanz 2 besteht aus einem sog. thermoempfindlichen bzw.. wärmeempfindlichen, d.h. auf Wärme ansprechenden, magnetischen Material, dessen relative magnetische Durchlässigkeit sich temperaturabhängig ändert, z.B. aus einer MS-, einer Monel- oder einer Calm-Legierung oder aus

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dem sog. Thermoperm-Material und dgl., und diese Magnetsubstanz besitzt dabei einen Curie-Punkt, welcher den Erweichungspunkt des Metalls, aus dem die Kokille 1 hergestellt ist, nicht übersteigt. Die Außenseite der Kokille 1, an welcher die Magnetsubstanz 2 angebracht ist, ist von einem Mantel 5 umschlossen, wobei zwischen Kokille 1 und Mantel 5 ein Spalt vorhanden ist, der von Kühlwasser B durchströmt wird. Darüber hinaus ist im Mantel 5 eine Spule 6 in einer der Magnetsubstanz 2 gegenüberliegenden Position angeordnet, wobei diese Spule 6 in eine Brückenschaltung bzw. Meßbrücke 7 als der eine Zweig derselben eingeschaltet ist. Über die Verzweigungen bzw. Klemmen a und b dieser Meßbrücke 7 ist eine Wechselstromversorgung 8 geschaltet, während über die Klemmen c und d ein Verstärker 9 geschaltet ist. Obgleich bei dieser Konstruktion die Frequenz der Wechselstromversorgung 8 keinen speziellen Einschränkungen unterliegt, werden normalerweise Frequenzen in der Größenordnung von 1-100 kHz angewandt.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Zunächst werden die drei Arme bzw. Zweige der Meßbrücke 7, Vielehe die Spule 6 nicht enthalten, vorläufig so abgeglichen, daß zwischen den Ausgangsklemmen c und d der Meßbrükke 7 keine Spannung auftritt, wenn das Innere der Kokille 1 leer ist. Wenn sodann Metallschmelze A in die Kokille 1 eingegossen wird, ändert sich deren Temperatur, und in Abhängigkeit von dieser Temperaturänderung variiert die relative magnetische Durchlässigkeit der an der Außenwandfläche der Kokille 1 vorgesehenen Magnetsubstanz 2 auf die z.B. in Fig. 3 dargestellte Weise. Infolgedessen ändert sich der Magnetfluß durch die Magnetsubstanz 2, so daß die elektro-

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magnetische Kopplung zwischen der den einen Zweig der Meßbrücke 7 bildenden Spule 6 und der Magnetsubstanz 2 variiert und zu einer Änderung des durch die Spule 6 fließenden Stroms führt. Aus diesem Grund erscheint zwischen den Klemmen c und d der Meßbrücke 7 eine Abweich- bzw. Differenzspannung, die durch den Verstärker 9 verstärkt wird, dessen Ausgangssignal dann gemäß Fig. 4 in Abhängigkeit von der Position des Metallschmelzenspiegels variiert. Durch Heranziehung dieser Ausgangsgröße kann somit die Lage der Metallschmelzenoberfläche, d.h. des Schmelzenspiegels, bestimmt werden.

Hierbei läßt sich die Eindringtiefe <S des durch die Spule erzeugten Wechselmagnetfelds im Werkstoff der Kokille 1 durch folgende Gleichung ausdrücken:

in welcher u> die Winkelfrequenz des durch die Spule fließenden Stroms, ii die relative magnetische Durchlässigkeit der Kokille und e* die Leitfähigkeit der Kokille bedeuten. Durch Festlegung der Frequenz des die Spule durchfließenden Stroms auf einen hohen Wert kann mithin die Eindringtiefe des Magnetfelds klein ausgelegt werden, so daß nahezu kein Magnetfluß in dem der Schmelze zugewandten Teil der Kokille 1 vorhanden ist und somit die Spule 6 auch nicht durch eine in die Kokille 1 eingeführte Schlackenabziehstange o.dgl. beeinflußt wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, vielmehr kann sie gemäß

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Fig. 5 auch in einer Ausführungsform verwirklicht werden, bei welcher mehrere wärmeempfindliche magnetische Substanzen bzw. Massen, bei der dargestellten Ausführungsform zwei Massen 2a und 2b, übereinander in verschiedenen Positionen der Kokille 1 angeordnet und Spulen 6a und 6b jeweils diesen Magnetmassen 2a bzw. 2b zugewandt sind. Mit dieser Anordnung läßt sich, wie durch die Kurve e in Fig. 6 veranschaulicht, der Spiegel der Metallschmelze über einen weiteren Bereich hinweg bestimmen.

Ersichtlicherweise zeigt in Fig. 6 die Kurve f die Ausgangssignaländerung aufgrund der durch die Spule 6a festgestellten Änderung des Metallschmelzenspiegels, während die Kurve g die AusgangsSignaländerung aufgrund der durch die Spule 6b abgegriffenen Schmelzenspiegelvariation zeigt. Die Indizes X_A und X, gemäß Fig. 6 geben die Schmelzenspiegel entsprechend den Positionen der wärmeempfindlichen Magnetmassen 2a bzw. 2b an.

Wie erwähnt, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Metallschmelzenspiegel durch Feststellung der Änderung der elektromagnetischen Kopplung zwischen einer von einem Wechselstrom durchflossenen Spule und einer wärmeempfindlichen magnetischen Substanz bestimmt, so daß das Magnetfeld nicht zur schmelzenseitigen Fläche der Kokille hin streut und somit selbst bei Einführung z.B. einer Schlackenabziehstange in die Kokille die Schmelzenspiegelbestimmung durch diese Stange nicht beeinflußt wird. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung darüber hinaus keinen Magneten verwendet, tritt auch keine Entmagnetisierung auf, so daß sich auch die mag-

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netischen Eigenschaften der Vorrichtung nicht ändern. Mit dieser Anordnung werden also bemerkenswerte Vorteile erzielt, so daß der Meßfehler bei der Bestimmung des Schmelzenspiegels sehr klein sein kann.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also eine Vorrichtung zur Bestimmung des Metallschmelzenspiegels in einer Gießform oder Kokille geschaffen, bei welcher eine wärmeempfindliche magnetische Substanz, deren magnetische Durchlässigkeit temperaturabhängig variiert, an einer Außenwand der Kokille angeordnet und eine mit einer Wechselspannungsversorgung verbundene Spule unter Einhaltung eines Luftspaltes zwischen ihr und der magnetischen Substanz so montiert ist, daß Änderungen der elektromagnetischen Kopplung zwischen Spule und magnetischer Substanz infolge einer Temperaturzunahme der Kokille entsprechend dem Anstieg des Metallschmelzenspiegels meßbar sind.

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L e e r s e i t e

Claims

Henkel, Kern, Feiler £r Hänzel Patentanwälte Möhlstraße 37 Mitsubishi Jukogyo D-8000 München 80 Kabushiki Kaisha . Tel.: 089/982085-37 _ . . _ Telex: 0529802 hnkld Tokio, Japan Telegramme: ellipsoid Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Metallschmelzenspiegels in einer Gießform oder Kokille, gekennzeichnet durch mindestens eine wärmeempfindliche magnetische Substanz (2; 2a, 2b), deren magnetische Durchlässigkeit temperaturabhängig variiert und die an der Außenwandfläche der Kokille (1) angebracht ist, durch eine der magnetischen Substanz gegenüberliegend und unter Festlegung eines Luftspalts dazwischen auf Abstand davon angeordnete Spule (6; 6a, 6b), durch eine an die Spule angeschlossene Wechselstromversorgung (8) und durch eine Einrichtung (7, 9) zur Feststellung von Änderungen in der elektromagnetischen Kopplung zwischen magnetischer Substanz und Spule.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige magnetische Substanz und eine einzige Spule vorgesehen sind.

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Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere magnetische Substanzen vorgesehen sind, denen jeweils eine gegenüberstehende Spule zugeordnet ist, und daß die magnetischen Substanzen in lotrechter Richtung längs der Außenwandfläche der Kokille auf Abstände verteilt sind.

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