DE2655640B2

DE2655640B2 - Vorrichtung zur Bestimmung des Badspiegels in einer Stranggießkokille

Info

Publication number: DE2655640B2
Application number: DE2655640A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Fujikawa; Takeshi Tokio Iwasaki; Kunimasa Sasaki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1976-03-31
Filing date: 1976-12-08
Publication date: 1980-02-07
Also published as: US4075890A; DE2655640C3; JPS5927270B2; DE2655640A1; JPS52117833A; CH599541A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Badspiegels in einer Stranggießkokille, die Temperaturfühler aufweist, wobei jeder Temperaturfühler in Richtung der Stranggießkokille zu verschiebbar in einem im Wassermantel der Stranggießkokille eingebauten Gehäuse angeordnet ist und mit seinem da vom Badspiegel ausgehende Wärme erfassenden Teil an der Außenseite der formgebenden Wandung der Stranggießkokille anliegt, wobei dieser Teil durch eine am Gehäuse angreifende Feder beaufschlagt ist.

Bei einer aus der DE-OS 22 29 274 bekannten Vorrichtung zur Bestimmung des Badspiegels in einer Stranggießkokille ist als Temperaturfühler eine Sonde vorgesehen, die aus einem von der Kokillenwand verschiedenen Metall besteht. Die beiden Metalle der Kokillenwand und der Sonde bilden ein Thermopaar, das bei den auftretenden Temperaturen eine meßbare Signalspannung abzugeben vermag. Diese einteilige Sonde ist mit ihrem einen Ende in einem Gehäuse gelagert, das in den Wassermantel der Stranggießkokille eingeschraubt ist. Mit ihrem anderen Ende reicht die Sonde in eine Bohrung in der Kokillenwand hinein. Zwischen dem Wassermantel und der Stranggießkokille liegt die Sonde im Bereich eines Durchlasses für das Kühlwasser und ist teilweise mit Dichtmanschette ummantelt Durch eine Feder, die sich mit einem Ende am Gehäuse abstützt, wird die Spitze der Sonde gegen die Stranggießkokille gedrückt. Bei dieser Vorrichtung wird also ein Temperaturfühler in Form einer einteiligen metallischen Sonde in Kontakt mit der Kokillenwand gebracht, um eine Temperaturveränderung in der Kokillenwand zu ermitteln. Da die Sonde jedoch dem Kühlwasser ausgesetzt ist, müssen gesonderte Dichtmanschetten vorgesehen sein, die jedoch die Sonde nur teilweise abdecken können. Um einen sicheren Kontakt zur Kokillenwand herzustellen, muß eine starke Federkraft für den Andruck des Temperaturfühlers gegen die Kokillenwand aufgewendet werden. Diese Vorrichtung ist nur für eine Kupferkokille mit plattenförmigen Kokillenwänden anwendbar. Für zylindrische Stranggießkokillen mit dünnen Wänden ist diese Vorrichtung nicht anwendbar, da die mit starkem Federdruck vorbelastete Sonde die Kokillenwand deformieren würde. Weiterhin stört, daß das Auswechseln umständlich ist, da jedes einzelne Gehäuse mit dem Temperaturfühler aus dem Wassermantel ausgebaut werden muß, was für die betriebliche Praxis zu aufwendig ist Schließlich ist die Herstellung des bekannten Temperaturfühlers mit den extra erforderlichen Dichtmanschetten kompliziert und dadurch mit erheblichen Kosten verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung, die die genannten Nachteile vermeidet, die sich also für die Anwendung bei Stranggießkokille^ mit dünnen Wänden eignet, die auf sehr einfache Weise auszuwechseln ist, die vom Kühlwasser nicht beeinflußt wird und die wirtschaftlich herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der aus magnetischem Werkstoff bestehende Temperaturfühler einer zur Erfassung des Magnetflusses dienenden elektromagnetischen Spule im Gehäuse zugeordnet ist, daß das Gehäuse mit Kühlwassereinlaß- und auslaßbohrung versehen ist, daß die elektromagnetische Spule in einer Fassung sitzt, die mittels der Feder gegen die der Kokillenwandung gegenüberliegende Seite des Gehäuses gepreßt ist und daß sich das Gehäuse gegen die Kokillenwandung über Abstandshalter abstützt.

Dadurch, daß die erfindungsgemiöe Vorrichtung aus zwei getrennt voneinander angeordneten Teilen besteht, kann die Stranggießkokille ohne Beeinträchtigung der Teile des Gehäuses auf einfache Weise aus dem Wassermantel ausgebaut werden. Auch der An- und Abbau der elektromagnetischen Spule ist deshalb einfach, weil das gesamte Gehäuse in kurzer Zeit montierbar ist. Äußere Störeinflüsse aufgrund von Temperaturschwankungen der elektromagnetischen Spule sind dadurch vermieden, daß das Gehäuse im Wassermantel angeordnet ist und sein Innenraum von Kühlwasser durchströmt ist, so daß die Spule ebenfalls gekühlt wird. Da sich durch die Abstandshalter der Abstand zwischen Gehäuse und der Spule auch bei thermischer Verformung der Seitenwand der Stranggießkokillen nicht ändert, wird ein stabiles und höchst

S3 zuverlässiges Ausgangssignal erhalten. Schließlich ist vorteilhaft, daß die Temperaturfühler selbst sehr preiswert sind, so daß insgesamt eine einfache Wartung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht ist.

Wenn jeder Temperaturfühler aus einer an der Außenfläche der Seitenwand der Stranggießkokille z. B. angeklebten dünnen Platte oder Scheibe besteht, ergibt sich der Vorteil, daß ein genau der Temperaturänderung entsprechendes Ausgangssignal geliefert wird, ohne durch Kühlung und Temperaturverteilung der Stranggießkokille beeinflußt zu werden. Wenn mehrere paarweise angeordnete Temperaturfühler und elektromagnetische Spulen zur Erfassung des Magnetflusses in Tiefen- bzw. Längsrichtung der Stranggießkokille in

Reihe angeordnet sind, ergibt sich zudem der weitere Vorteil, daß neben der Bestimmung der Höhe des Badspiegels unter Ausnutzung der den Badspiegel anzeigenden Signale auch eine Steuerung oder Regelung der Höhenlage des Badspiegels möglich ist.

Vorzugsweise besteht die Fassung aus einer Kunstharzmasse. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der magnetische Werkstoff als dünne Platte oder Schübe ausgebildet, die auf die Außenseite der formgebenden Wandung aufgeklebt ist ι ο

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Seitenansicht einer Kokillenanordnung für das Stranggießen unter Verwendung einer im wesentlichen rohrförmigen Stranggießkokille,

F i g. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teillängsschnitt zur Veranschaulichung der wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

F: g. 3 eine schematische Darstellung eines Schaltkreises gemäß der Erfindung zur Erzeugt.'.>g eines Signals für eine Regelvorrichtung.

In Fig. 1 ist der allgemeine Aufbau einer mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung versehenen Kokillenanordnung erläutert. F i g. 1 zeigt eine Kokillenanordnung mit einer rohrförmigen Stranggießkokille 1 zur Herstellung eines zylindrischen Gußstrangs. Die Stranggießkokille 1 weist einen rohrförmigen Körner aus reinem Kupfer auf, der an seinen beiden Enden offen. mit einem Formraum mit vorbestimmtem Gießquerschnitt versehen und in einen Wassermantel 2 eingesetzt ist. An den unteren Abschnitt des Wassermantels sind Wasser-Speiserohre 4 angeschlossen, während mit dem oberen Mantelteil ein Wasser-Auslaßrohr 5 verbunden ist, wobei Wasser 27 in die Wasser-Speiserohre 4 einführbar ist, um mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in Aufwärtsrichtung durch den Zwischenraum 3 zwischen der Stranggießkokille 1 und dem Wassermantel 2 zu sti .imen und dabei die Außenwand der Stranggießkokille 1 zu kühlen. Nach bewirkter Kühlung wird das Wasser über das Auslaßrohr 5 in der durch den Pfeil 28 gezeigten Richtung abgeführt. Darüber hinaus ist am oberen Ende des Wassermantels 2 gegenüber der Stelle, an welcher der Badspiegel festgestellt werden soll, eine Bohrung 8 vorgesehen, in we.cher ein Gehäuse 9 angeordnet und befestigt werden kann. Weiterhin ist am Oberteil der Stranggießkokille 1 eine Schmieröl-Zufuhrplatte 7 angeordnet, durch die — wie durch den Pfeil 29 gezeigt — mittels Zufuhr von Schmieröl ein kontinuierlicher Schmiermittelstrom für die Innenfläche derStrangg^;eßkokille 1 gewährleistet wird.

Diese Kokillenanordnung ist mit Hilfe von Tragarmen 6 auf einem nicht dargestellten Rüttel- cder Schwingrahmen montiert, wobei die Stranggießkokille 1 in lotrechte Schwingbewegung versetzt wird, während sie um ihren Außenumfang herum mit Wasser gekühlt und an ihrer Innenfläche ständig mit Schmieröl versorgt wird. Auf die durch den Pfeil 24 dargestellte Weise wird in die Stranggießkokille 1 von oben her kontinuierlich geschmolzener Stahl eingegossen. Diese zugeführte Stahlschmelze wird dabei unter Bildung einer Erstarrungshaut bei ihrer Berührung mit der wassergekühlten Wand der Stranggießkokille 1 abgekühlt und zum Erstarren gebracht und in Abwärtsrichtung in Form eines Gußstrangs 25 abgezogen, dessen Querschnitt demjenigen der Stranggießkokille 1 entspricht und der durch Rollen 10 gestützt und geführt und dabei zur nächsten Verfahrensstufe überführt wird. Hierbei wird der Gußstrang 25 mit einer der Zuführgeschwindigkeit der Metallschmelze angepaßten Geschwindigkeit abgezogen, so daß der Badspiegel 26 der Metallschmelze in der Stranggießkokille 1 praktisch in fester Lage verbleibt. Beim Stranggießen ist es äußerst wichtig, d3ß der Badspiegel 26 möglichst genau in einer festen Höhe gehalten wird.

Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Vorrichtung zur genauen Bestimmung der Höhe des Badspiegels 26 als Teil einer Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Badspiegels 26 in der Stranggießkokille 1 in einer festgelegten Position. Die Vorrichtung entsprechend den Fig.2 und 3 weist eine Stranggießkokille 1, einen Wassermantel 2, einen vom Kühlwasser 27 durchströmten Raum 3, eine Bohrung 8 im Wassermantel 2 und ein Gehäuse 9 auf, das unter flüssigkeitsdichtende Abdichtung herausnehmbar in die Bohrung 8 eingesetzt ist. Konstruktion, Wirkungsweise und gegenseitige bauliche Beziehung dieser Teile zueinander sind praktisch die gleicher, wie bei der Anordnung i.iit rohrforrniger Stranggießkokille 1 gemäß Fig. 1. Bei 11a, 116und lic sind mehrere, bei der dargestellten Ausführungsform drei Temperaturfühler dargestellt, die an der Außenfläche, d. h der vom Kühlwasser bestrichenen Fläche, einer Seitenwand der Stranggießkokille 1 z. B. mittels eines Lötmittels oder eines Klebers in den Positionen befestigt sind, in denen der Metallschmelzenspiegel überwacht bzw. bestimmt werden soll In der Praxis können die Elemente lla bis lic in Vertiefungen eingesetzt sein, so daß ihre Außenflächen mit der Außenfläche der Kokillenwand bündig abschließen. Diese Temperaturfühler lla bis lic sind kleine Stücke einer dünnen Platte mit einer Größe von vorzugsweise etwa 5 χ 20 mm bei etwa 0,2 mm Dicke, bestehend aus einem wärmeempfindlichen, magnetischen Material, dessen relative magnetische Durchlässigkeit temperaturabhängig variiert, z. B. aus einer FE-Ni-Cr-Legierung oder einer FE-Mo-Zn-Legierung. Die entsprechenden Positionen auf der Außenfläche der Kok'.lenwand sind längs der Tiefe bzw. Höhe der Stranggießkokille 1 auf entsprechende Abstände verteilt, wobei der Mittelpunkt der Anordnung auf dem Bezugs- oder Sollpegel des Metallschmelzenspiegels 26 liegt und der Abstand zwischen den einzelnen Elementen von dem Bereich abhängt, in welchem jeder Temperaturfühler lla bis lic gemäß F i g. 2 eine Pegeländerung feststellen soll. Da der Meßbereich der betreffenden Temperaturfühler lla bis lic bei der dargestellten Ausführungsform in der Größenordnung von etwa 30 mm liegi, befindet sich der an der Position gegenüber dem Sollpegei des Badspiegels 26 montierte Temperaturfühler 11 b in der Mitte des Meßbereichs, wänrend der obere Temperaturfühler lla um 30mm über und der untere Temperaturfühler lic jm 30 mm unter der Mitte angeordnet ist. Bei 12a, 126und 12csind Schutzgehäuse dargestellt, die an den Temperaturfühlern lla bis lic entsprechenden Stellen waagerecht in entsprechende Bohl jngen in der der Stranggießkokille 1 zugewandten Seitenwand des Gehäuses 9 eingeschoben sind. Gemäß F i g. 2 weisen diese Schutzgehäuse 12a bis 12czur Stranggießkokille 1 hin gerichtete Fortsätze I5a bis 15c mit vorbestimmten Abmessungen auf. Die Schutzgehäuse 12a bis 12c sind dabei an der der Stranggießkokille 1 »!gewandten Seitenwand 9g des Gehäuses 9 mit Hilfe von Schrauben 16a bis 16c befestigt, um welche zwischen deren Köpfen und den Schutzgehäusen 12a, 12Äbzw. 12c Druckfedern 17«, 17b

bzw. 17c herumgelegt sind. Die Schutzgehäuse 12a bis 12c werden somit durch die Federn 17a bis 17c ständig gegen die Stranggießkokille 1 vorbelastet, so daß die Spitzen der betreffenden Fortsätze 15a bis 15c in leichter Andruckberührung mit den Oberflächen der Temperaturfühler 11a, 116 und lic gehalten werden. Durch diese Fortsätze 15a bis 15c kann ein vorbestimmter Abstand 3 zwischen den Schutzgehäusen 12a bis 12c und der Seitenwand der Stranggießkokille I eingehalten werden. Die Schutzgehäuse 12a bis 12c machen daher die Wärmeverformung der Seitenwand der Stranggießkokille 1 mit, so daß stets ein vorbestimmter Abstand von der Stranggießkokille 1 eingehalten wird. Diese Anordnung gewährleistet u.a. das ständige Bestehen des Abstandes 3 für das Hindurchleiten von Kühlwasser 27.

Bei dieser Anordnung sind elektromagnetische Spulen 13a, 136und 13czum Abgreifendes Magnetflusses gemäß Fig. 2 mit Hilfe eines Füiimateriais (Vergußmasse), wie dem bei 14a. 146 und 14c gezeigten Kunstharz, derart in den Schutzgehäusen 12a. 126 bzw. 12c befestigt, daß die Spitzen oder Vorderenden dieser Spulen den Temperaturfühlern Ha. 116 bzw. lic zugewandt sind. Da aufgrund der Halterungsanordnung und der Fortsätze 15a bis 15c der Relativabstand zwischen den Schutzgehäusen 12a bis 12c und der Außenfläche der Stranggießkokille 1 ständig konstant gehalten wird, und zwar unabhängig von einer wärmebedingten Verformung der Kokillenwand, bleiben auch die Relativabstände zwischen den Vorderenden der Spulen 13a bis 13c und den zugeordneten Temperaturfühlern 11a bis lic konstant. Zudem sind an Ober- und Unterseite der Seitenwand 9a des Gehäuses 9 an der der Stranggießkokille 1 zugewandten Seite Wasserverbindungsbohrungen 30 vorgesehen, die mit dem Zwischenraum 3 kommunizieren und vom Kühlwasser 27 durchströmt werden, so daß das Kühlwasser 27 in das Gehäuse 9 einströmen und die elektromagnetischen Spulen 13a bis 13c kühlen und dadurch einen Temperaturanstieg derselben verhindern kann. An die jeweiligen Spulen 13a bis 13c sind Zuleitungen 18a bis 18c angeschlossen, deren Außenenden über an der Außen-Seitenwand 96 des Gehäuses 9 befestigte Durchführ Ansätze 20 und Dichtstopfen 19 aus dem Gehäuse 9 herausführen und mit einer noch näher zu beschreibenden, außerhalb des Gehäuses 9 vorgesehenen Meßbrücke 21 verbunden sind.

In F i g. 3 ist eine Meßbrücke 21 mit Klemmen a. 6. c und d dargestellt, wobei eine Wechselstromversorgung 22 zwischen die Klemmen a und 6 der Meßbrücke 21 geschaltet ist, ".-ährend ein Verstärker 23 zwischen die Klemmen c und d geschaltet ist. Die Frequenz der Wechselstromversorgung 22 ist dabei keinen speziellen Beschränkungen unterworfen; normalerweise wird eine Frequenz im Bereich von 1 bis 100 kHz angewandt. Die Leitungen 18a, 186 und 18c sind parallel zueinander an die Klemmen aund cder Meßbrücke 21 angeschlossen.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Vorrichtung zur Bestimmung des Badspiegels in einer Stranggießkokille der beschriebenen Art erläutert.

Vor dem Eingießen der Metallschmelze in die Stranggießkokille 1 wird zunächst die Wechselstrom versorgung 22 mit der Meßbrücke 21 verbunden, wobei die betreffenden Arme der Meßbrücke, mit Ausnahme der Spulen 13a bis 13c, vorläufig so abgeglichen werden, daß zwischen den Ausgangsklemmen c und d der Meßbrücke 21 keine Spannung erscheint. Sodann wird die Schmelze 24. z. B. Stahl, in die Stranggießkokille 1 eingefüllt. Die Schmelze 24 sammelt sich dabei in der

ίο Stranggießkokille I an, und wenn der Badspiegel 26 eine bestimmte Soll- oder Bezugshöhe erreicht hat. ändert sich die Temperatur der Stranggießkokille I. wobei in Abhängigkeit von der Temperaturänderung auch die relativen magnetischen Durchlässigkeiten der Tempeis raturfühler 11a bis lic, d. h. der Körper aus wärmeempfindlichem Material, an der Außenfläche der Seilen wand der Stranggießkokille 1 variieren. Infolge dieser Variation, der relativen magnetischen Durchlässigkeiten variiert der Magnetfluß durch die Temperaturfühler 11;/ bis lic. die durch die von den elektromagnetischen Spulen 13a bis 13cinduzierten magnetischen Kraftlinien magnetisiert sind, so daß sich die elektromagnetische Ankopplung zwischen den gemeinsam einen Arm der Meßbrücke 21 bildenden Temperaturfühlern 11 a bis 11 c und den elektrischen Spulen ändert, was eine Änderung des elektrischen Stromflusses durch die jeweilige(n) Spule(n) zur Folge hat. Infolgedessen erscheint zwischei.· den Klemmen c und d der Meßbrücke 21 eine Abweichspannung, die durch den Verstarker 23 verstärkt wird. Aufgrund dieser Anordnung variiert das Ausgangssignal des Verstärkers 23 entsprechend den Temperaturänderungen der Seitenwand der Stranggießkokille 1. Diese Temperatur ändert sich dabei in Abhängigkeit von der Lage des Badspiegels 26 innerhalb der Stranggießkokille 1, so daß die Lage des Badspiegels 26 in der Stranggießkokille 1 anhand der Größe des Ausgangssignals vom Verstärker 23 bestimmt werden kann. Dieses Ausgangssignal kann weiterhin dazu benutzt werden, die Einrichtung zur Zufuhr der Metallschmelze zur Stranggießkokille 1 entsprechend anzusteuern.

Ein mit einer solchen Meßvorrichtung zusammenhängendes Problem besteht darin, daß es zur Erzielung eines Ausgangssignals mit vorteilhafter Stabilität nötig ist. den Einfluß von äußeren Störungen möglichst stark zu verringern. Von den verschiedenen möglichen äußeren Störeinflüssen sind die stärksten eine Änderung des Abstandes D (vgl. F i g. 3) zwischen dem Temperaturfühler und der elektromagnetischen Spule zur Feststellung eines Magnetflusses sowie eine Temperaturänderung dieser Spule.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auch dann, wenn die Seitenwand der Stranggießkokille 1 einer thermischen Verformung unterworfen ist, der Abstand zwischen den betreffenden Temperaturfühlern 11a bis lic und den diesen gegenüberliegenden elektromagnetischen Spulen 13abis 13cimmer konstant gehalten, und die Spulen werden dabei durch das Kühlwasser 27 gekühlt, so daß ein stabiles Ausgangssignal erhalten werden kann.

Hierzi- 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Badspiegels in einer Stranggießkokille, die Temperaturfühler aufweist, wobei jeder Temperaturfühler in Richtung der Stranggießkokille zu verschiebbar in einem im Wassermantel der Stranggießkokille eingebauten Gehäuse angeordnet ist und mit seinem die vom Badspiegel ausgehende Wärme erfassenden Teil an der Außenseite der formgebenden Wandung der Stranggießkokille anliegt, wobei dieser Teil durch eine am Gehäuse angreifende Feder beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus magnetischem Werkstoff bestehende Temperaturfühler (Ha bis lic) einer zur Erfassung des Magnetflusses dienenden elektromagnetischen Spule (13a bis 13c) im Gehäuse (9) zugeordnet ist, daß das Gehäuse (9) mit Kühlwasserein- und auslaßbohrung (30) versehen ist, daß die elektromagnetische Spule (13a bis 13c) in einer Fassung sitzt, die mittels der Feder (17a bis 17c) gegen die der Kokillenwandung gegenüberliegende Seite des Gehäuses (9) gepreßt ist und daß sich das Gehäuse (9) gegen die Kokillenwandung über Abstandshalter (15a bis 15c) abstützt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung aus einer Kunstharzmasse besteht

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Werkstoff als dünne Platte oder Scheibe ausgebildet ist, die auf die Außenseite uer formgebenden Wandung aufgeklebt ist.