DE2717277A1

DE2717277A1 - Vorrichtung zum ermitteln des badspiegels einer metallschmelze in einer kokille

Info

Publication number: DE2717277A1
Application number: DE19772717277
Authority: DE
Inventors: Yuuji Doi; Terumiti Masumori
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1976-04-19
Filing date: 1977-04-19
Publication date: 1977-11-03
Also published as: DE2717277B2; GB1553932A; BR7702474A; DE2717277C3; IT1086642B; FR2348773A1; AU2443177A; FR2348773B1; AU502635B2; JPS5535230B2; JPS52127439A; US4126041A

Description

19. April 1977

Nippon Steel Corporation, Tokyo, Japan

Vorrichtung zum Ermitteln des Badspiegels einer Metallschmelze in einer Kokille

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln des Badspiegels einer Metallschmelze in einer Kokille. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Verwendung bei einer kontinuierlich arbeitenden Metallgiessvorrichtung. Vorrichtungen zum Ermitteln des Badspiegels einer Metallschmelze in einer Kokille sind bekannt und beispielsweise in der japanischen Patentschrift Nr. 23713/64 und der entsprechenden US-PS 3 204 460 sowie der japanischen Patentschrift Nr. 101 324/73 beschrieben.

In der japanischen Patentschrift 23713/64 und der US-PS 3 204 460 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei welcher ein Hilfsverstärker zwischen Thermopaaren geschaltet ist, die sich oberhalb und unterhalb einer der Metallschmelze befinden und eine elektrische Stromquelle umgekehrter Polarität vorhanden ist, deren Spannung gleich der Gesamtspannung der Thermopaare ist und bei welcher ein elektrischer Motor, der umgekehrt zu dieser Gesamtspannung arbeitet, vorhanden ist. Ein Signal von der Gruppe von Thermopaaren wird in eine Analogsignalverarbeitungseinheit eingespeist und auf diese V/eise der Badspiegel der Metallschmelze ermittelt.

In der japanischen Patentschrift 101 324/13 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem mehrere Thermopaare in bestimmten Abständen übereinander entlang der senkrechten Wand einer Kokille angeordnet

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sind; durch die Thermopaare werden thermoelektrische Spannungen erzeugt, von welchen die höchste Spannung ausgewählt wird. Die dem Badspiegel entsprechende thermoelektromotorische Spannung in der Kokille, die sogenannte "Standardspannung", wird aufgrund einer vorher bestimmten Verhältniszahl berechnet. Der Badspiegel in der Kokille wird dann aufgrund dieser Standardspannung und aufgrund der entsprechenden Stellungen und thermoelektrischen Spannungen des obersten Thermopaars der Gruppe, welches eine den Standardwert überschreitende Spannung liefert und des untersten Thermopaars der Gruppe, welches eine geringere Spannung als den Standardwert liefert, berechnet. In diesem Fall erfolgt die Berechnung durch Proportionalteilung, indem ein Signal der Thermopaargruppe in eine Digitalsignalverarbeitungseinheit eingespeist wird unter Zugrundelegung der linearen und einheitlichen Temperaturgefälleverteilung in der Nähe der Oberfläche der Metallschmelze.

Bei dieser Vorrichtung muss besonders sorgfältig darauf geachtet werden, dass kein "Drahtbruch" oder unzureichender Kontakt des Drahts des Thermopaars auftritt, was im folgenden allgemein als "Drahtbruch¹¹ abgehandelt wird.

Bei der oben beschriebenen bekannten Vorrichtung ist kein Stromkreis zum Ermitteln von Drahtbrüchen bei den Thermopaaren vorhanden. Ausserdem sind diese Thermopaare, unabhängig von der Gefahr des Auftretens von Drahtbrüchen, an der Wand der Kokille befestigt. Wenn daher Drahtbrüche bei den Thermopaaren beim Ermitteln des Badspiegels auftreten, so entsteht keine entsprechende thermoelektrische Spannung bei dem Thermopaar, so dass ein Fehler zwischen dem ermittelten Wert des Badspiegels in der Kokille und dem tatsächlichen Badspiegel auftritt. Falls mehrere Drahtbrüche nacheinander bei den Thermopaaren auftreten, so vergrössert sich der Fehler, so dass grosse Schwierigkeiten bei der Ermittlung des Badspiegels auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer neuen und hervorragenden Vorrichtung, bei welcher die Schwierigkeiten der

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bekannten Verfahren in vorteilhafter Weise vermieden werden.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung (1) zum Ermitteln des Badspiegels einer Metallschmelze in einer Kokille mittels mehrerer Thermopaare, die in bestimmten Abständen übereinander entlang der Seitenwand der Kokille angeordnet sind, wobei die entstehenden thermoelektrischen Spannungen in eine Signalverarbeitungseinheit eingespeist werden, welche einen Stromkreis zum Einführen der für jedes Thermopaar verwendeten thermoelektrischen Spannung aufweist; die erfindungsgemässe Vorrichtung weist ferner eine elektrische Stromquelle zum Ermitteln eines Drahtbruchs bei Thermopaaren auf, die über einen hohen Widerstand parallel zu dem Stromkreis geschaltet ist. Diese Stromquelle vermag eine Spannung zu erzeugen, die grosser als die maximal von den Thermopaaren erzeugte Spannung ist.

G-emäss einer weiteren Ausbildung (2) der oben beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtung (1) werden die entsprechenden Signale für die thermoelektrische Spannung aus dem Stromkreis in eine Speicherzone eingespeist, in welcher sie in der Reihenfolge der Anordnung der Thermopaare gespeichert werden; die in dieser Zone gespeicherten Signale für die thermoelektrische Spannung werden in einem Vergleichs- und PrüfStromkreis geprüft, um zu beurteilen, ob ein Drahtbruch aufgetreten ist oder nicht und um diesen gegebenenfalls zu einem Schema von thermoelektrischen Spannungen der sondierten Thermopaare zu korrigieren, wobei die maximale thermoelektrische Spannung aus diesem Schema ausgewählt wird. Aufgrund dieser maximalen Spannung wird eine der Badoberfläche oder einer Standardspannung entsprechende thermoelektrische Spannung unter Verwendung einer vorbestimmten Verhältniszahl berechnet. Der Badspiegel der Metallschmelze in der Kokille wird dann aufgrund der Standardspannung, dem Schema der Anordnung der sondierten Thermopaare und dem Schema der diesen Thermopaaren entsprechenden thermoelektrischen Spannungen ermittelt.

G-emäss einer weiteren Ausbildung (3) der oben beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtung (2) sind mehrere Gruppen von Thermo-

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paaren vorgesehen; eine Schalteinheit dient zum Einführen eines Signals aus dem Vergleichs- und PrüfStromkreis, aus welchem sich ergibt, ob irgendein Drahtbruch vorliegt oder nicht, und zum Umschalten der einen Gruppe von Thermopaaren auf eine andere, falls eine bestimmte Anzahl von Drahtbrüchen in der ersten Gruppe vorliegt.

Gemäss einer weiteren Ausbildung (4) der erfindungsgemässen Vorrichtungen (2) und (3) ist zusätzlich eine Darstellungseinheit vorgesehen.

Die Erfindung wird nun anhand einer bevorzugten Ausfuhrungsform und der Zeichnungen weiter erläutert.

In den Zeichnungen bedeuten:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung;

Pig, 2 eine graphische Darstellung für ein Schema von gespeicherten Spannungswerten in der Speicherzone und ein Beispiel für ein Schema, in welchem das Ergebnis beim Auftreten von Drahtbrüchen in der korrigierten Speicherzone dargestellt ist;

Fig. 3 eine graphische Darstellung für ein Schema von gespeicherten Spannungswerten für die sondierten Thermopaare, erhalten aus dem Schema gemäss Fig. 2.

In Fig, 1 ist eine Gruppe von übereinander angeordneten Thermopaaren L₁ bis L_n+^ in einer Sicherheitspatrone in bestimmtem Abstand l_a (20 mm) übereinander entlang der senkrechten Längsseite jtder kurzen Seitenwand M-1 und M-2 einer Kokille für eine kontinuierliche Giessvorrichtung eingebettet oder befestigt.

Eine Reihe von Stromkreisen L¹.. bis L¹ dient zum Einführen der thermoelektrisohen Spannungen von jedem der Thermopaare L₁ 6» die an den Seitenwänden M-1 und M-2 angeordnet sind.

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In jedem dieser Stromkreise ist eine elektrische Stromquelle 1 parallel über einen hohen Widerstand R von 2 ΜΏ. (Megohm)' angeschlossen. Die elektrische Stromquelle hat eine Spannung von 2,5 Volt, die grosser als die maximalen thermoelektrischen Spannungen (10 bis 15 mV) der Thermopaare ist, welche entstehen, nachdem ein Stahl von hoher Temperatur in die Kokille M eingegossen wurde. Die elektrische Stromquelle 1 mit dem hohen Widerstand R bildet einen Stromkreis mit einem geringen elektrischen Strom, welcher die Prüfung des sondierten Thermopaars nicht behindert. Die elektrische Stromquelle 1 dient also zum Ermitteln des Auftretens von Drahtbrüchen bei einem Thermopaar und liefert die Spannung von 2,5 Volt als Signal des Auftretens von Drahtbrüchen, wenn bei einem Thermopaar der Draht bricht und dadurch die thermoelektrische Spannung nicht in den Stromkreis zum Einführen der thermoelektrischen Spannung einfliesst. Die Stromkreise L¹.. bis L'_n+g sind mit einer Mehrfachschaltung 2 verbunden, in welcher die entsprechenden Signale für die thermoelektrischen Spannungen E₁ bis Eg von der jeweiligen Gruppe von Thermopaaren auf der M-1-Seite oder M-2-Seite durch die unmittelbar aufeinanderfolgenden Leseanweisungen aus einer Kontrolleinheit 8 gelesen werden. Dann werden diese Signale E₁ bis Eg, welche Signale für die thermoelektrische Spannung und gegebenenfalls für einen Drahtbruch darstellen, über einen AD-(Analog-Digital-) Konverter 3 in den Speicherteil 4a eingeführt, entsprechend der Reihenfolge der Stellungen der Thermopaare (L₁ bis I_n+1) in der Speicherzone 4, und dort gespeichert. Von dem Speicherteil 4a werden die Werte der gespeicherten Spannungen entsprechend der Reihenfolge der Stellungen der Thermopaare von der Speicherzone für eine Gruppe von Thermopaaren in einen Vergleichs- und PrüfStromkreis 5 eingeführt, in Übereinstimmung mit den Ausgangsinstruktionen der Kontrolleinheit 8. In dem Stromkreis 5 werden diese jedesmal mit dem Wert 5a zum Beurteilen des Drahtbruchs verglichen, z.B. 2,0 Volt. Falls das Ergebnis des Vergleichs des gespeicherten Spannungswerts = 5a ist, so bedeutet dies das Vorhandensein eines Drahtbruchs und falls das Ergebnis < 5a ist, so bedeutet dies "sondiert"; dieses Ergebnis wird in

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einem korrigierten Speicherteil 4b, welcher sich gegenüber dem Speicherteil 4a befindet, gespeichert. Gleichzeitig wird die Reihenfolge nur hinsichtlich der Spannungswerte < 5a verglichen, aus welchen die maximal gespeicherte Spannung oder die maximale thermoelektrische Spannung E_m?lv ausgewählt und in einem Speicherteil 4c gespeichert wird.

Palis beispielsweise bei einem Thermopaar L_n+1 der Draht gebrochen ist, wird in einer Speicherzone 4 das Schema der gespeicherten Spannungswerte in dem Speicherteil 4a zu einem Schema der gespeicherten Spannungswerte der sondierten Thermopaare, wie in Pig. 3 dargestellt, durch Kombination des Schemas (dargestellt in der linken Spalte der Pig. 2), welches das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Drahtbruchs wiedergibt, in dem korrigierten Speicherteil 4b korrigiert und ferner die maximale thermoelektrische Spannung E der sondierten Thermopaare festgehalten. In der oben beschriebenen Vorrichtung wird durch eine arithmetische Einheit 6 der Inhalt der Speicherzone in der Reihenfolge der arithmetischen Instruktionen von der Kontrolleinheit 8 eingeführt, so dass der Badspiegel 20 in der Kokille M genau berechnet werden kann.

Auf diese Weise wird durch die arithmetische Einheit 6 die maximale thermoelektrische Spannung E von der Speicherzone 4 eingeführt und die thermoelektrische Spannung entsprechend dem Badspiegel in der Kokille oder der Standardspannung E^ durch Multiplizieren der E_max mit einem bestimmten Wert "<<", welcher in der Grössenordnung von 0,5 bis 0,8 von E_n,.^ liegt, berechnet. Andererseits werden die gespeicherten Spannungen der sondierten Thermopaare von der Speicherzone 4 durch die Einheit 6 in der Reihenfolge beginnend mit E_n+6, eingeführt, mit der oben genannten Standardspannung E₁₃ verglichen und die thermoelektrische Spannung E ₂ des Thermopaars ^_n+2» welche sich am untersten in den gespeicherten Spannungen E_n+6 bis E_n+2 befindet, und <E_t) ist und dessen Höhe I_n+2 , sowie die thermoelektrische Spannung E des Thermopaars L_n und dessen Höhe 1_Q bestimmt. Hieraus wird der Badspiegel 1 gemäss der folgenden Gleichung (1) berechnet:

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Wenn bei dem Thermopaar I_n+1 kein Drahtbruch vorliegt, so erfolgt

_n+1

die Berechnung des Werts 1_Q gemäss der folgenden Gleichung (2) auch wenn bei einem Thermopaar, das sich erheblich vom Badspiegel entfernt befindet, ein Drahtbruch aufgetreten ist:

- ¹^ ⁽²⁾

Falls der Badspiegel in der Kokille während des Verfahrens steigt oder sinkt, so dass ein Thermopaar mit Drahtbruch auf das gleiche Niveau wie der Badspiegel oder in dessen Nähe gelangt, so wird der Wert 1 mittels der Gleichung (1) erneut berechnet.

Der von der arithmetischen Einheit kommende Wert 1_Q für den Badspiegel wird in die Kontrolleinheit 8 eingeführt, während er in eine Badspiegel-Kontrolleinheit 9 über einen DA-(DigitalanalOg-) Konverter 7 als Analog-Badspiegelsignal eingeführt wird.

Wie oben beschrieben, gibt die Kontrolleinheit 8 die unmittelbar aufeinanderfolgenden Leseinstruktionen in die Mehrfachschaltung 2 als auch die arithmetischen Instruktionen in die arithmetische Einheit 6 zu vorbestimmten Zeiten oder als Stichproben weiter, während unmittelbar aufeinanderfolgend die gespeicherten Werte von der Speicherzone 4 und der Wert 1 für den Badspiegel aus der arithmetischen Einheit 6 unmittelbar aufeinanderfolgend eingeführt werden und das Thermopaar I_n+1 mit Drahtbruch sowie der Wert L_Q für den Badspiegel in den entsprechenden Darstellungseinheiten L und 1 mittels des Darstellungsinstruktionssignals U dargestellt werden.

Palis in dem Speicherteil für die Gruppe von Thermopaaren an der Auslass-instruierten Seite des Speicherteils 4a, bezogen auf die Reihenfolge der Stellungen der Thermopaare in der Speicherzone 4, die Anzahl der unmittelbar aufeinanderfolgenden Drahtbrüche bei den Thermopaaren L₁ - L_Q beispielsweise 3 überschreitet, welches als maximale Obergrenze festgesetzt wurde, ober falls die Anzahl

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der aufeinanderfolgenden Drahtbrüche in den Thermopaaren Lg bis L c beispielsweise 2 überschreitet, was als maximale Obergrenze festgesetzt wurde, so gibt die Kontrolleinheit 8 der Mehrfachschaltung 2 die Anweisung, die derzeit verwendete, in Auslass geschaltete Gruppe auf eine andere Gruppe umzuschalten. In Fig. 1 bedeutet die Linie 10 eine Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung mit einer Speicherzone 4, einem Vergleichs- und Prüfstromkreis 5, einer arithmetischen Einheit 6 und einer Kontrolleinheit 8,

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Ermitteln des Badspiegels einer Kokille, insbesondere zur Verwendung bei einer kontinuierlich arbeitenden Giessvorrichtung, eignet sich zum Auffinden von Drahtbrüchen bei irgendeinem Thermopaar. Mit dieser Vorrichtung kann stets ein Anordnungsschema von sondierten Thermopaaren als auch ein Schema der entsprechenden thermoelektrischen Spannungen hergestellt und der Flüssigkeitsspiegel der Metallschmelze in der Kokille genau ermittelt werden, so dass dieser in vorteilhafter Weise geregelt werden kann.

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Claims

Patentanspr ü c h e

K 1 .yVorrichtung zum Ermitteln des Flüssigkeitsspiegels von geschmolzenem Metall in einer Kokille, bei welcher Thermopaare in bestimmten Abständen entlang der senkrechten Seitenwand der Kokille angeordnet sind und die entstehenden thermoelektrischen Spannungen in eine Signalverarbeitungsvorrichtung eingespeist werden, gekennzeichnet durch einen Stromkreis zum Einführen der thermoelektrischen Spannung jedes Thermopaars, und einer Stromquelle zum Auffinden von Drahtbrüchen bei den Thermopaaren, die parallel mit dem Stromkreis über einen hohen Widerstand geschaltet ist, und wobei die elektrische Stromquelle eine grössere Spannung als die maximal von den Thermopaaren gebildete Spannung aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch:/!, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale für die thermoelektrische Spannung aus dem Stromkreis in eine Speicherzone eingeführt werden, in welcher sie in der Reihenfolge der Anordnung der Thermopaare gespeichert werden, die Signale für die thermoelektrische Spannung in dieser Zone in einem Vergleichs- und PrüfStromkreis hinsichtlich des Auftretens von Drahtbrüchen geprüft und diese gegebenenfalls zu einem Schema von thermoelektrischen Spannungen von sondierten Thermopaaren korrigiert werden, wobei die maximale thermoelektrische Spannung von dem Schema ausgewählt wird, eine der Badoberfläche oder einer Standardspannung entsprechende thermoelektrische Spannung in einer arithmetischen Einheit, bezogen auf diese maximale Spannung, unter Verwendung eines vorbestimmten Werts berechnet v/ird, und der Flüssigkeitsspiegel des geschmolzenen Metalls in der Kokille, bezogen auf diese Standardspannung, ermittelt wird, wobei das Schema der Anordnungen der sondierten Thermopaare und das Schema der thermoelektrischen Spannungen diesen entspricht.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehgere Gruppen von Thermopaaren vorgesehen sind, eine Schalteinheit zum Einführen eines Signals, ob irgendwelche Drahtbrüche aufgetreten sind oder nicht, von dem Vergleichs- und PrüfStromkreis und zum Umschalten von einer dieser Gruppen von Thermopaaren zu einer anderen Gruppe von Thermopaaren vorhanden ist, falls eine bestimmte Anzahl von Drahtbrüchen in der ersten Gruppe vorliegt.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Darstellungseinheit vorgesehen ist.

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