DE2854515A1

DE2854515A1 - Height determn. of molten metal in water cooled mould - via infrared waveguide, connecting mould wall to measuring sensor

Info

Publication number: DE2854515A1
Application number: DE19782854515
Authority: DE
Inventors: Masanori Kato; Tetsuo Marushima; Yutaka Tsuchida; Masaaki Urakawa
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1977-12-20
Filing date: 1978-12-16
Publication date: 1979-06-21
Also published as: ATA908078A; AT361648B; JPS5496713U

Abstract

The mould has an inner wall (a) and an outer wall (b) forming a water-cooling jacket. Wall (b) has a sealed vertical slot (b1), for an infrared (IR)-waveguide (c) with one end butting against wall (a) inside the water jacket, the other end of guide (c) butting against an IR sensor located outside the mould. The height of waveguide (c) is at least equal to the variation in height of the molten metal. Both end of the waveguide (c) are pref. polished or have an optical coating, and the waveguide is transparent to IR radiation from wall (a). The waveguide may alternatively be hollow; or be a hollow body filled with a medium transparent to IR rays. Used in accurate determn. of the height of the molten metal, esp. during continuous casting.

Description

Vorrichtung zur Feststellung des Pegels einer in einer wasserge-Device for determining the level of an in a water

kühlten Form befindlichen Metallschmelze Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung des Pegels einer in einer wassergekühlten Form befindlichen Metallschmelze.Cooled mold located molten metal The invention relates to a Device for determining the level of a water-cooled mold Molten metal.

Es sind bereits mehr als zwanzig verschiedene Sensoren bekannt, mit denen der Pegel der in einer zum Stranggiessen verwendeten Giessform befindlichen Stahlschmelze feststellbar ist. Es gibt elektromagnetische Sensoren, Ultraschallsensoren, optische Sensoren, mechanische Sensoren, Strahlungssensoren sowie solche, die mit Hilfe von elektrischen Wellen arbeiten, und andere Typen. In der Praxis haben sich hinsichtlich der Genauigkeit, mit der der Flüssigkeitspegel feststellbar ist, der Wartung, der Gebrauchsfähigkeit, der Stabilität und der Lebensdauer bislang nur die mit Gammastrahlen arbeitenden Sensoren bewährt, während die anderen Typen sich noch im Versuchsstadium befinden.There are already more than twenty different sensors known, with those of the level of the casting mold used for continuous casting Molten steel is detectable. There are electromagnetic sensors, ultrasonic sensors, optical sensors, mechanical sensors, radiation sensors and those that come with The help of electric waves work, and other types. In practice, have with regard to the accuracy with which the liquid level can be determined, the Maintenance, serviceability, stability and service life so far only the sensors working with gamma rays are proven, while the other types are are still in the experimental stage.

Bei den mit Gammastrahlung arbeitenden Sensoren ist jedoch der Kostenaufwand für den Schutz des Bedienungspersonals vor Strahlungsschäden und für die periodisch durchzuführenden Inspektionen beträchtlich. Darüber hinaus ist es ziemlich schwierig, das entsPrechende Bedienungspersonal zu bekommen, und für kleine und mittlere Betriebe ist es ausserdem schwierig, geeignete Ausbildungsplätze Bei den Instrumenten, die eine in die Schmelze eingetauchte Elektrode aufweisen, wird der Pegel in Abhängigkeit von dem Ein-Ausschaltzustand eines die Elektrode und die Schmelze umfassenden elektrischen Stromkreises bestimmt. Der übermässige Elektrodenverschleiss steht jedoch einer Anwendung dieses Instruments in der Praxis entgegen.In the case of sensors working with gamma radiation, however, the expense is incurred for the protection of the operating personnel against radiation damage and for the periodic inspections to be carried out considerably. In addition, it is quite difficult to get the appropriate operating personnel, and for small and medium-sized businesses It is also difficult to find suitable training positions Both Instruments that have an electrode immersed in the melt will be the Level as a function of the on-off state of the electrode and the melt comprehensive electrical circuit determined. Excessive electrode wear however, prevents this instrument from being used in practice.

Bei dem elektromagnetischen Induktionstyp wird der Pegel in Abhängigkeit von den Änderungen der auftretenden Wirbelstromverluste bestimmt. Jedoch ist die Genauigkeit dieser Methode ebenfalls nicht zufriedenstellend.In the electromagnetic induction type, the level becomes dependent determined by the changes in the eddy current losses that occur. However that is The accuracy of this method is also unsatisfactory.

Um die oben angesprochenen Probleme zu vermeiden, ist bereits zur Feststellung des Pegels der in der Form befindlichen Stahlschmelze ein Sensor vorgeschlagen worden, der das Infrarotstrahlungsbild erfasst. Dabei wird das Strahlungsbild der Infrarotstrahlen von der wassergekühlten Oberfläche oder der äusseren Wandfläche des inneren Mantels der Form abgetastet, um den Pegel der Stahlschmelze in der Form zu erfassen, wie nachfolgend im einzelnen erläutert wird.In order to avoid the problems mentioned above, the Proposed detection of the level of molten steel in the mold a sensor that captures the infrared radiation image. The radiation pattern is the Infrared rays from the water-cooled surface or the outer wall surface The inner shell of the mold is scanned to determine the level of molten steel in the mold as explained in detail below.

Wie aus der beiliegenden Figur 1 hervorgeht, weist eine Form zwischen ihrem Innenmantel b und ihrem Aussenmantel c einen Wassermantel d auf und enthältdieMetallschmelze e mit dem Pegel f. Der Aussenmantel c weist eine Aussparung g auf, wobei die Höhe der Aussparung g dem Bereich angepasst ist, in dem sich der Pegel f der Metallschmelze e innerhalb der Form a erwartungsgemäss ändert. Ein optisches Element h, das den auftretenden hohen Drücken widerstehen kann, ist auf der äusseren Wandung des Aussenmantels c in luftdichter Weise befestigt, um die Aussparung g zu verschliessen. Eine Befestigungshaube i ist an dem Aussenmantel c derart befestigt, dass der Flansch der Befestigungshaube i in luftdichter Weise den Aussenumfang des optischen Elements h umgibt. An dem von dem optischen Element h entfernten konvergenten Ende der Befestigungshaube i ist ein Selektionsrohr j befestigt, das mit optischen Filtern zur Ausbereitzustellen, damit die Auszubildenden die für den Umgang mit Padioisotopen erforderliche Lizenz erwerben können.As can be seen from the accompanying Figure 1, has a shape between its inner jacket b and its outer jacket c on a water jacket d and contains the molten metal e with the level f. The outer jacket c has a recess g, the height the recess g is adapted to the area in which the level f of the molten metal is e changes within the form a as expected. An optical element h that the Can withstand high pressures occurring is on the outer wall of the outer jacket c attached in an airtight manner to close the recess g. A fastening hood i is fastened to the outer jacket c in such a way that the flange of the fastening hood i surrounds the outer circumference of the optical element h in an airtight manner. To the the convergent end of the fastening hood i remote from the optical element h a selection tube j is attached, which is provided with optical filters for preparing, in order to the trainees acquire the license required to deal with padioisotopes can.

Um diese Probleme zu vermeiden, sind verschiedene Arten von Instrumenten zur Erfassung des Flüssigkeitspegels ins Auge gefasst worden, bei denen beispielsweise von der Thermoelektrizität oder der elektromagnetischen Induktion Gebrauch gemacht wird oder die beispielsweise nach dem Schwimmerprinzip arbeiten oder eine in die Schmelze eingetauchte Elektrode aufweisen oder mit Hilfe von Ultraschallwellen arbeiten. Jedoch haben diese Instrumente jeweils ganz spezifische Nachteile, wie sie im folgenden erläutert werden.Various types of instruments are available to avoid these problems for detecting the liquid level have been envisaged, in which, for example made use of thermoelectricity or electromagnetic induction or who work, for example, according to the float principle or one in the Have melt immersed electrode or work with the help of ultrasonic waves. However, these instruments each have very specific disadvantages, as described below explained.

Im Falle der thermoelektrischen Messmethode sind Paare von thermoelektrischen Elementen in den Wandungen der Form eingebettet, so dass der Pegel des geschmolzenen Metalls indirekt aufgrund der Temperaturverteilung in den Wandunqen bestimmt wird. Dabei ist jedoch die Anordnung und die Verdrahtung der Thermoelemente äusserst schwierig.In the case of the thermoelectric measurement method, pairs are thermoelectric Elements embedded in the walls of the mold, so that the level of the molten Metal is determined indirectly on the basis of the temperature distribution in the walls. However, the arrangement and wiring of the thermocouples is extremely difficult.

Bei den Instrumenten vom Schwimmer typ konnten für die Schwimmer bislang noch nicht Materialien gefunden werden, die von dem geschmolzenen Stahl oder dergl. nicht angegriffen werden. Eine zufriedenstellende Haltbarkeit ist also noch nicht erzielt worden,und die Messung kann ausserdem nicht mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.With the instruments of the swimmer type for the swimmers so far not yet found materials derived from the molten steel or the like. not be attacked. A satisfactory shelf life is therefore not yet has been achieved, and the measurement cannot be carried out with high accuracy will.

Bei den Ultraschallinstrumenten wird der Pegel der Stahlschmelze in Abhängigkeit von den Änderungen bei der Übertragung der Ultraschallwelle in der Stahlschmelze infolge der bei der Wasserkühlung der Form auftretenden Blasen bestimmt. Die Messungen hängen von der Wärmezerstreuung und den Änderungen der Durchflussmenge des Kühlwassers ab, so dass sie ebenfalls nicht mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden können.In the case of the ultrasonic instruments, the level of the molten steel is measured in Depending on the changes in the transmission of the ultrasonic wave in the Steel melt determined as a result of the bubbles occurring when the mold was cooled with water. The measurements depend on the heat dissipation and the changes in the flow rate of the cooling water, so that they also do not have the required accuracy can be carried out.

wahl der gewünschten Wellenlänge der Infrarotstrahlung und einer Linse zur Fokussierung des gewünschten Betrachtungsfeldes versehen ist, An dem Selektionsrohr j ist ein Infrarotstrahlungssensor 1 befestigt, der mit einer Stromquelle verbunden ist und mit einem Anschlussstück k zur Ableitung der deraturverteilung wiedergebenden elektrischen Signale versehen ist. Das Selektionsrohr j und der Infrarotstrahlungssensor 1 bilden eine Infrarotstrahlungssensoranordnung.choice of the desired wavelength of infrared radiation and a lens to focus the desired field of view is provided on the selection tube j an infrared radiation sensor 1 is attached, which is connected to a power source is and reproducing with a connector k for deriving the derature distribution electrical signals is provided. The selection tube j and the infrared radiation sensor 1 form an infrared radiation sensor arrangement.

Die Durchflussmenge des Kühlwa-ssers im Wassermantel d ist derart eingestellt, dass die Oberflächentemperatur des Innenmantels b nahe dem Pegel f der Metallschmelze e in der Form a einige hundert OC beträgt. In dem auf der Aussenwandung des Innenmantels b abgetasteten Bereich m liegt die in Figur 2 gezeigte Temperaturverteilung vor. Da die Wärmeübertragung durch den Innenmantel b oberhalb des Pegels f der Metallschmelze e gering ist, ist die Temperatur in der Mantelwandung oberhalb des Pegels f nur ein Bruchteil der Temperatur, die in der Mantelwandung unterhalb des Pegels f vorliegt.The flow rate of the cooling water in the water jacket d is such set that the surface temperature of the inner clad b is close to the level f the molten metal e in the form a is a few hundred OC. In the one on the outside wall of the inner jacket b scanned area m is the temperature distribution shown in Figure 2 before. Since the heat transfer through the inner jacket b is above the level f of the molten metal e is low, the temperature in the jacket wall is above level f only a fraction of the temperature that is present in the jacket wall below level f.

Die Intensität und die Wellenlänge der Infrarotstrahlung, die von der Messfläche m ausgesandt wird, werden durch das Kühlwasser des Wassermantels d, das optische Element h und die Haube j hindurch mit Hilfe der aus dem Selektionsrohr j und dem Sensor 1 bestehenden Infrarotsensoranordnung erfasst. Die Infrarotsensoranordnung ermittelt den Pegel f in Abhängigkeit von der empfangenen Infrarotstrahlung und erzeugt das den Pegel f darstellende elektrische Signal, das entweder in analoger oder digitaler Form vorliegen kann.The intensity and wavelength of the infrared radiation emitted by of the measuring area m are emitted by the cooling water of the water jacket d, the optical element h and the hood j through with the help of the from the selection tube j and the sensor 1 existing infrared sensor arrangement detected. The infrared sensor array determines the level f as a function of the received infrared radiation and generates the electrical signal representing the level f, which is either in analog or in digital form.

Das Ausgangssignal wird dann von dem Anschlussstück k abgenommen.The output signal is then taken from the connector k.

Wie in Figur 1 angedeutet, wird die Metallschmelze über ein Abfallrohr n in die Form gegossen.As indicated in Figure 1, the metal melt is via a waste pipe n poured into the mold.

Die von der Messfläche m des Innenmantels b ausgesandten Infrarotstrahlen werden in erheblichem Umfang von dem Kühlwasser des Wassermantels d absorbiert, so dass die durch das optische Element h aufgefangenen Infrarotstrahlen geschwächt sind, was sich natürlich nachteilig auf die Feststellung des Pegels f bemerkbar macht. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, muss die Dicke t1 des Wassermantels reduziert werden, jedoch erfordert eine solche Reduktion eine Erhöhung der Durchflussmenge des Kühlwassers, denn sonst lässt sich die Wärme von dem Innenmantel b nicht in dem notwendigen Umfang abführen und können die Temperaturen der Innenwandung, d.h. an den mit der Metallschmelze e in Kontakt stehenden Innenflächen, nicht auf einige hundert OC gehalten werden. Um die Durchflussmenge an Kühlwasser zu erhöhen, muss der Druck erhöht werden, so dass das optische Element h und die Kühlwasserdichtungseinrichtungen hohen Drücken standhalten müssen. Wenn die Dicke t2 des optischen Elements h vergrössert wird, werden die Infrarotstrahlen noch stärker absorbiert und geschwächt, was die Feststellung des Pegels f noch mehr erschwert. Aus den obigen Überlegungen heraus muss daher die Form so konstruiert werden, als ob es sich um ein Druckgefäss handeln würde, worüber die Herstellungskosten in die Höhe getrieben werden. Darüber hinaus ist aufgrund der oben angesprochenen Dämpfung der Infrarotstrahlen eine zuverlässige Ermittlung des Pegels und eine stabile Anzeige nicht gewährleistet.The infrared rays emitted by the measuring surface m of the inner jacket b are significantly affected by the cooling water of the water jacket d absorbed so that the infrared rays intercepted by the optical element h are weakened, which of course has a detrimental effect on the determination of the level f makes noticeable. To circumvent this difficulty, the thickness t1 of the water jacket must be can be reduced, but such a reduction requires an increase in the flow rate of the cooling water, because otherwise the heat from the inner jacket b cannot be in dissipate the necessary extent and can reduce the temperatures of the inner wall, i. on the inner surfaces in contact with the molten metal e, not on some one hundred OC to be kept. To increase the flow rate of cooling water, must the pressure can be increased so that the optical element h and the cooling water seal means have to withstand high pressures. When the thickness t2 of the optical element increases h the infrared rays are absorbed even more and weakened, which is the Determination of the level f made even more difficult. Based on the above considerations therefore the shape must be constructed as if it were a pressure vessel which would drive up manufacturing costs. Furthermore is a reliable one due to the above-mentioned attenuation of the infrared rays Determination of the level and a stable display not guaranteed.

Der Erfindung liegt daher im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die oben angesprochenen sowie weitere Nachteile, welche bei den bekannten Infrarot-Pegelsensoren auftreten, vermieden sind.The invention is therefore essentially based on the object of a To create device of the type mentioned, in which the above-mentioned as well as other disadvantages that occur with the known infrared level sensors, are avoided.

Diese Aufgabe wird grundsätzlich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is basically achieved with the features of claim 1 solved.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.The subclaims contain advantageous embodiments of the invention specified.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, anhand der beiliegenden Zeichnung erfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung stellen dar: Figur 1 eine schematische Ansicht einer bekannten Infrarotsensoreinrichtung, Figur 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Temperaturverteilung auf der wassergekühlten Oberfläche des Innenmantels und im Innenraum der Form, Figur 3 schematisch eine vertikale Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Figur 4 schematisch eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform, Figur 5 eine Ansicht in Richtung der Pfeile V-V der Figur 4, Figur 6 schematisch eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Figur 7; schematisch eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung und Figur 8 schematisch einen Ausschnitt aus einer vertikalen Schnittansicht zur Erläuterung einer vierten Ausführungsform bzw. einer Infrarot-Wellenleiterbefestigung.Further advantages, details and features of the invention result themselves from the following description made with reference to the accompanying drawing preferred embodiments. The drawing shows: FIG. 1 a schematic View of a known infrared sensor device, FIG. 2 shows a diagram for illustration the temperature distribution on the water-cooled surface of the inner jacket and in the interior of the mold, Figure 3 schematically shows a vertical sectional view of a first Embodiment of the invention, FIG. 4 schematically shows a plan view of the first Embodiment, Figure 5 is a view in the direction of the arrows V-V of Figure 4, Figure 6 schematically shows a perspective view of a second embodiment of the invention, Figure 7; schematically a perspective view of a third embodiment of the invention and FIG. 8 schematically shows a detail from a vertical sectional view to explain a fourth embodiment or an infrared waveguide attachment.

Abgesehen von Figur 1 sind in allen übrigen Figuren die gleichen Bezugszeichen für gleiche bzw. ähnliche Teile verwendet.Apart from FIG. 1, the same reference numerals are used in all other figures used for the same or similar parts.

Es wird nun auf die erste, in den Figuren 3 bis 5 dargestellte Ausführungsform eingegangen. Eine Form 1 weist zwischen einem Innenmantel 2 und einem Aussenmantel 3 einen Wassermantel 4 auf. Eine Befestigungshaube 8 ist in wasserabdichtender Weise mittels Bolzen 9 an dem Aussenmantel 3 befestigt. An dem konvergenten Ende der Befestigungshaube 8 ist eine Infrarotstrahlungssensoreinrichtung befestigt, die (A) ein Selektionsrohr 10 mit Filtern zur Auswahl der gewünschten Wellenlängen aus der zu erfassenden Infrarotstrahlung und eine Linse zum Fokussieren des gewünschten Betrachtungsfeldes aufweist, sowie (B) einen Infrarotstrahlungssensor 12, der elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Stromquelle verbunden ist und ein Anschlusstück 11 besitzt, von dem das analoge oder digitale elektrische Signal, das die Temperaturverteilung auf der Messfläche wiedergibt, wie noch beschrieben wird, abgenommen wird.We now turn to the first embodiment shown in FIGS received. A mold 1 has between an inner jacket 2 and an outer jacket 3 a water jacket 4. A mounting hood 8 is waterproof attached to the outer jacket 3 by means of bolts 9. At the convergent end of the mounting hood 8, an infrared radiation sensor device is attached, and (A) a selection tube 10 with filters for selecting the desired wavelengths from the infrared radiation to be detected and a lens for focusing the desired field of view, as well (B) an infrared radiation sensor 12 electrically connected to a (not shown) Power source is connected and has a connector 11, of which the analog or digital electrical signal that shows the temperature distribution on the measuring surface reproduces, as will be described, is removed.

Die Stirnwand 13 am divergenten Ende der Befestigungshaube 8 ist mit einem sich in vertikaler Richtung diametral erstreckenden Schlitz 15 versehen, durch den ein übertragungselement für die Infrarotstrahlung bzw. ein Infrarotwellenleiter 14 gesteckt ist. Der Infrarotwellenleiter 14 besteht aus einem Material, das für die Infrarotwellen transparent ist, beispielsweise aus Einkristall-Siliziumglas, Germaniumglas oder künstlichem Saphirglas (single-crystal silicon glass, germanium glass or man-made sapphire glass).The end wall 13 at the divergent end of the fastening hood 8 is with a slot 15 extending diametrically in the vertical direction is provided by a transmission element for the infrared radiation or an infrared waveguide 14 is inserted. The infrared waveguide 14 is made of a material suitable for the infrared waves are transparent, for example made of single crystal silicon glass, Germanium glass or artificial sapphire glass (single-crystal silicon glass, germanium glass or man-made sapphire glass).

Um die Streuung, die Brechung und die Reflexion soweit wie möglich zu unterdrücken, können die Eintritts- und Austrittsflächen des Infrarotwellenleiters 14 hochglanzpoliert sein oder mit optischen Beschichtungen versehen sein. Die Höhe des Infrarotwellenleiters 14 ist gleich oder geringfügig grösser als der Bereich 17, innerhalb dessen sich der Pegel 16 der Metallschmelze 6 in der Form 1 erwartungsgemäss ändert. Das eine Ende bzw. die Eintrittsfläche des Infrarotwellenleiters 14 steht in innigem Kontakt mit der äusseren Wandfläche des Innenmantels 2, die ausserdem in Berührung mit dem Kühlwasser 21 des Kühlwassermantels 4 steht. Das andere Ende bzw.About scattering, refraction and reflection as much as possible can suppress the entry and exit surfaces of the infrared waveguide 14 be highly polished or provided with optical coatings. The height of the infrared waveguide 14 is equal to or slightly larger than the area 17, within which the level 16 of the molten metal 6 in the mold 1 is as expected changes. One end or the entry surface of the infrared waveguide 14 is standing in intimate contact with the outer wall surface of the inner jacket 2, which also is in contact with the cooling water 21 of the cooling water jacket 4. The other end respectively.

die Austrittsfläche des Infrarotwellenleiters 14 erstreckt sich durch den Schlitz 15 hindurch in die Befestigungshaube 8. Das optische Element 14 ist am Schlitz 15 von einem rechteckigen Dichtungselement 18 umgeben, das mit Hilfe eines Befestigungsrings 19 sowie Bolzen und Muttern 20 fest mit der Stirnfläche 13 der Befestigungshaube 8 verbunden ist, wie es am besten aus Figur 5 hervorgeht. Das Dichtungselement 18 wird in nachgiebiger Weise gegen das optische Element 14 gedrückt, so dass der Innenraum der Befestigungshaube 8 gegenüber dem Wassermantel 4 wassermässig abgedichtet ist.the exit surface of the infrared waveguide 14 extends through the slot 15 through into the fastening hood 8. The optical element 14 is surrounded at the slot 15 by a rectangular sealing element 18, which with the help a fastening ring 19 and bolts and nuts 20 fixed to the face 13 of the fastening hood 8 is connected, as can best be seen from FIG. The sealing element 18 is resiliently against the optical element 14 pressed so that the interior of the fastening hood 8 opposite the water jacket 4 is sealed with water.

Das heisst, dass ein Durchsickern des Kühlwassers 21 aus dem Wassermantel 4 in die Befestigungshaube 8 zuverlässig verhindert werden kann.That is, the cooling water 21 leaks out of the water jacket 4 can be reliably prevented in the fastening hood 8.

Die Metallschmelze 6 wird über ein nach unten gerichtetes Rohr bzw.The molten metal 6 is via a downwardly directed tube or

Abfallrohr 5 in die Form 1 gegossen und verfestigt sich bei 7, da die Wärme der Metallschmelze 6 über den Innenmantel 2 zum Kühlwasser 21 hin abströmt. Der verfestigte Mantel 7 wird allmählich nach unten aus der Form 1 gezogen. Der Pegel 16 der Metallschmelze 6 in der Form ändert sich in Abhängigkeit von den Giessbedingungen. Wenn sich der Pegel 16 ändert, ändern sich auch die Intensität und die Wellenlängen der über das optische Element 14 übertragenen Infrarotstrahlen, die durch den Infrarotstrahlungssensor 12 erfasst werden. Da die Infrarotstrahlen durch das optische Element 14 hindurchgeleitet werden, wird die Absorbtion und die Dämpfung soweit vermindert, dass der Pegel 16 mit der gewünschten Genauigkeit ermittelt werden kann, und zwar mit einer solchen Genauigkeit, die nach dem Stand der Technik unerreichbar ist.Waste tube 5 poured into the mold 1 and solidifies at 7, da the heat of the molten metal 6 flows off via the inner jacket 2 to the cooling water 21. The solidified shell 7 is gradually pulled down from the mold 1. Of the The level 16 of the molten metal 6 in the mold changes depending on the casting conditions. When the level 16 changes, the intensity and wavelengths also change of the infrared rays transmitted through the optical element 14 produced by the infrared radiation sensor 12 can be recorded. Since the infrared rays passed through the optical element 14 absorption and attenuation are reduced to such an extent that the level 16 can be determined with the desired accuracy, namely with such Accuracy that is unattainable according to the state of the art.

Es wird nun Bezug auf die in Figur 6 gezeigte zweite Ausführungsform genommen. In der zweiten Ausführungsform wird Luft als optisches Medium verwendet. Das heisst, dass anstelle des optischen Elements 14 ein Hohlleiter 22 in Form eines flachgedrückten Kastens, der in den gegenüberliegenden Stirnwänden schlitzförmige Öffnungen für den Eintritt und den Austritt der Infrarotstrahlung aufweist, in wasserabdichtender Weise durch den Schlitz 15 der Stirnfläche 13 der Befestigungshaube 8 hindurchgeführt ist. Die Stirnwand, die die Eintrittsöffnung aufweist, ist in fester und in wasserabdichtender Weise an der Aussenfläche des Innenmantels 2 durch Schweissen oder dergl. befestigt. Der Infrarot-Wellenleiter 22 erstreckt sich durch den Schlitz 15 der Stirnfläche 13 der Befestigungshaube 8 derart, dass die Austrittsöffnung innerhalb der Befestigungshaube zu liegen kommt und zu der Infrarotsensoranordnung hin gerichtet ist. Daher können sich die Infrarotstrahlen durch die von dem Infrarotwellenleiter 22 eingeschlossene Luftschicht hindurch fortpflanzen.Reference is now made to the second embodiment shown in FIG taken. In the second embodiment, air is used as the optical medium. This means that instead of the optical element 14, a waveguide 22 in the form of a flattened box, which is slit-shaped in the opposite end walls openings for the entry and exit of infrared radiation has, in a waterproof manner through the slot 15 of the end face 13 of the Mounting hood 8 is passed. The front wall, which is the inlet opening has, is in a solid and waterproof manner on the outer surface of the Inner jacket 2 fastened by welding or the like. The infrared waveguide 22 extends through the slot 15 of the end face 13 of the fastening hood 8 in such a way that the outlet opening comes to lie within the fastening hood and is directed towards the infrared sensor array. Therefore, the infrared rays can propagate through the layer of air enclosed by the infrared waveguide 22.

Es wird nun auf die in Figur 7 gezeigte dritte Ausführungsform Bezug genommen.Reference is now made to the third embodiment shown in FIG taken.

Die dritte Ausführungsform weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die zweite Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, dass ein Medium 24, das im Hinblick auf eine minimale Absorbtion und Dämpfung bei der Übertragung bzw. Fortpflanzung der Infrarotwellen für die Infrarotstrahlung durchsichtig ist, in den Hohlraum des Infrarotwellenleiters 23 eingebracht ist. Das Übertragungsmedium 24 für die Infrarotstrahlung kann entweder ein Festkörper sein oder aus Fasern bestehen.The third embodiment has essentially the same structure like the second embodiment, with the exception that a medium 24, which is im With regard to minimal absorption and attenuation during transmission or propagation of the infrared waves is transparent to the infrared radiation, into the cavity of the Infrared waveguide 23 is introduced. The transmission medium 24 for the infrared radiation can either be a solid or consist of fibers.

Oben ist bei der Beschreibung der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform angegeben worden, dass die Eintrittsfläche des optischen Elements 14 unmittelbar gegen die Aussenfläche des Innenmantels 2, die in Kontakt mit dem Kühlwasser steht, gedrückt wird und dass die Stirnwand, die die Eintrittsöffnung aufweist, direkt an die Aussenfläche der Innenwand 2 angeschweisst ist. Auf der Aussenfläche des Innenmantels 2 kann aber auch eine Nut von geeigneter Tiefe vorgesehen sein, in die die Eintrittsfläche des optischen Elements 14 oder die Stirnwand mit dem Eintrittsschlitz im Falle der Infrarotwellenleiter 22 oder 23 bündig eingreift. Bei einer solchen Anordnung wird das Ansprechverhalten bei Änderungen des Pegels 16 der Stahlschmelze 6 in der Form 1 bemerkenswert verbessert.The above is in the description of the first, second and third embodiments been specified that the entrance surface of the optical element 14 directly against the outer surface of the inner jacket 2, which is in contact with the cooling water, is pressed and that the end wall, which has the inlet opening, directly is welded to the outer surface of the inner wall 2. On the outer surface of the Inner jacket 2 can, however, also be provided with a groove of suitable depth in the entry surface of the optical element 14 or the end wall with the entry slot in the case of infrared waveguides 22 or 23 engages flush. With such an arrangement, the response to changes in level 16 of the molten steel 6 in the mold 1 is remarkably improved.

Wenn die wassergekühlte Aussenfläche des Innenmantels 2 sich wiederholenden thermischen Expansionen und Kontraktionen unterworfen wird. löst sich die Eintrittsfläche des Wellenleiters 14 bzw. die Öffnung des Wellenleiters 22 von der Aussenfläche, so dass die Gefahr des Einschlusses von Luftblasen zwischen der Aussenfläche des Innenmantels und der Eintrittsfläche oder Öffnung besteht. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird die vertikale Achse des Infrarotwellenleiters 14 oder 22 um einige zehntel Grad relativ zu der vertikalen bzw. der in Figur 3 mit dem Pfeil 25 angezeigten Richtung geneigt, in der das Kühlwasser 21 im Wassermantel 3 strömt. Dann nämlich kann die Strömungsstrecke des Kühlwassers durch den Spalt zwischen der Wandaussenfläche und der Eintrittsfläche oder Öffnung -verglichen mit dem Fall, bei dem die Vertikalachse des Infrarotwellenweiters 14 oder 22 exakt vertikal bzw. parallel zur Flussrichtung 25 des Kühlwassers verläuft - reduziert werden. Daher können die in dem Spalt eingefangenen Luftblasen durch die aufwärtsgerichtete Strömung des Kühlwassers leicht ausgetrieben werden. Auf diese Weise wird die Absorbtion und die Schwächung der Infrarotstrahlen infolge der Luftblasen auf ein Minimum reduziert.When the water-cooled outer surface of the inner jacket 2 is repeated is subjected to thermal expansions and contractions. the entry surface dissolves of the waveguide 14 or the opening of the waveguide 22 from the outer surface, so that there is a risk of air bubbles being trapped between the outer surface of the Inner jacket and the entry surface or opening. To this difficulty to overcome, the vertical axis of the infrared waveguide becomes 14 or 22 µm a few tenths of a degree relative to the vertical or the one in Figure 3 with the arrow 25 inclined direction in which the cooling water 21 flows in the water jacket 3. Then namely the flow path of the cooling water through the gap between the outer wall surface and the entrance surface or opening - compared to the case, in which the vertical axis of the infrared wave expander 14 or 22 is exactly vertical or runs parallel to the direction of flow 25 of the cooling water - be reduced. Therefore The air bubbles trapped in the gap can be removed by the upward flow of the cooling water can be easily expelled. In this way the absorption and the attenuation of the infrared rays due to the air bubbles is reduced to a minimum.

Es wird nun Bezug auf die in Figur 8 gezeigte vierte Ausführungsform genommen.Reference is now made to the fourth embodiment shown in FIG taken.

Wenn der Infrarotwellenleiter 14 oder 22 lediglich mit Hilfe des Dichtungselements 18 und des Befestigungsrings 19 in der oben beschriebenen Weise an Ort und Stelle gehalten wird, entsteht infolge der immer wiederkehrenden thermischen Expansionen und Kontraktionen des Innenmantels 2 ein Abstand zwischen der Eintrittsfläche bzw.If the infrared waveguide 14 or 22 only with the help of the sealing element 18 and mounting ring 19 in place in the manner described above is held, arises as a result of the recurring thermal expansions and contractions of the inner jacket 2 a distance between the entry surface or

der Öffnung des Infrarotwellenleiters 14 bzw. 22 und der wassergekühlten Aussenfläche des Innenmantels 2. Das hat zur Folge, dass das Kühlwasser 21 durch den auf diese Weise gebildeten Spalt fliesst, so dass die von dem Innenmantel 2 ausgesandte Infrarotstrahlung durch das Kühlwasser absorbiert und geschwächt wird, bevor sie in den Infrarotwellenleiter 14 ode 22 eintritt. Bei der vierten Ausführungsform der Erfindung wird dieses Problem im wesentlichen vermieden, indem ein sich in den Wassermantel 4 erstreckender Teil des Wellenleiters 14 mit Hilfe eines Schuhs oder einer Schutzhülle 27 aus elastischem Material wasserdicht verschlossen wird. Der Schuh bzw. die Schutzhülle 27 weist einen im wesentlichen£1-förmigen Querschnitt auf, wie es in Figur 8 gezeigt ist. Ein Befestigungsflansch 26 an dem einen Ende der Schutzhülle 27 ist derart ausgebildet, dass er den Schlitz 15 der Stirnwand 13 der Befestigungshaube 8 umgibt. Der Flansch 26 ist in eine Ausnehmung, die den Schlitz 15 umgibt, eingesetzt und mit Hilfe von Bolzen und Muttern 20 und des Befestigungsringes 19 in fester und wasserdichter Weise mit der Stirnwand 13 verbunden. Der Infrarotwellenleiter 14 erstreckt sich durch einen am anderen Ende 28 des Schuhs bzw. der Schutzhülle 27 ausgebildeten Schlitz 29 nach aussen in den Wassermantel, wobei die Eintrittsfläche bzw. die Öffnung des Wellenleiters 14 gegen die Aussenfläche des Innemantels 2 gepresst wird.the opening of the infrared waveguide 14 or 22 and the water-cooled Outside area of the inner jacket 2. This has the consequence that the cooling water 21 through the on this The gap formed in this way flows so that the infrared radiation emitted by the inner jacket 2 by the cooling water is absorbed and weakened before entering the infrared waveguide 14 or 22 entry. In the fourth embodiment of the invention, this problem becomes substantially avoided by a part extending into the water jacket 4 of the waveguide 14 with the help of a shoe or a protective sheath 27 made of elastic Material is sealed watertight. The shoe or the protective cover 27 has has a substantially £ 1-shaped cross-section, as shown in FIG. A fastening flange 26 at one end of the protective sheath 27 is designed in such a way that that it surrounds the slot 15 of the end wall 13 of the fastening hood 8. The flange 26 is in a recess that surrounds the slot 15, inserted and with the help of Bolts and nuts 20 and the fastening ring 19 in solid and watertight Connected to the end wall 13. The infrared waveguide 14 extends by one formed at the other end 28 of the shoe or the protective cover 27 Slit 29 outwards into the water jacket, whereby the entry surface or the opening of the waveguide 14 is pressed against the outer surface of the inner jacket 2.

Die Austrittsfläche bzw. die Austrittsöffnung des Wellenleiters 14 befindet sich in der Befestigungshaube 8. Ferner ist der Wellenleiter 14 in einem langgestreckten, T-förmigen Beilagskörper 32 eingesetzt, wobei eine Vielzahl von Klauen 31 des Beilagskörpers 32 an der Austrittsfläche des Infrarotwellenleiters 14 angreifen. Die Basis des Beilagskörpers 32, die Stirnwand 28 des Schuhs bzw. der Schutzhülle 27 und ein Abschlusskörper 30 sind, wie in Figur 8 gezeigt ist, mit Hilfe einer Vielzahl von Bolzen und Muttern 33 fest miteinander verbunden, so dass der fragliche Abschnitt der Stirnwand des Schuhs bzw. der Schutzhülle 27 in elastischer und wasserabdichtender Weise gegen den Infrarotwellenleiter 14 gedrückt werden kann.The exit surface or the exit opening of the waveguide 14 is located in the fastening hood 8. Furthermore, the waveguide 14 is in one elongated, T-shaped shim 32 used, wherein a plurality of Claws 31 of the shim 32 on the exit surface of the infrared waveguide 14 attack. The base of the shim 32, the end wall 28 of the shoe or the protective cover 27 and a closure body 30 are, as shown in Figure 8, with the help of a plurality of bolts and nuts 33 firmly connected to each other, so that the section in question of the front wall of the shoe or of the protective cover 27 in pressed against the infrared waveguide 14 in an elastic and waterproof manner can be.

Bei geeignetem hydraulischem Druck P (beispielsweise 6 kg/cm G) im Wassermantel 4 wird der Schuh bzw. die Schutzhülle 27 senkrecht zu ihrer Achse komprimiert, so dass die Schutzhülle 27 sich in Längsrichtung auf den Innenmantel 2 zu ausdehnt und folglich der durch die Schutzhülle 27 festgeklemmte Infrarotwellenleiter 14 gegen die Aussenfläche des Innenmantels 2 gepresst wird. Daher existiert zwischen beiden kein Spalt, so dass keine Luftblasen und kein Kühlwasser im Spalt eingefangen wird. Auf diese Weise kann also eine Absorbtion und eine Schwächung der Infrarotstrahlen vermieden werden.With a suitable hydraulic pressure P (for example 6 kg / cm G) im Water jacket 4, the shoe or the protective cover 27 is compressed perpendicular to its axis, so that the protective cover 27 expands in the longitudinal direction towards the inner jacket 2 and consequently the infrared waveguide 14 clamped by the protective sheath 27 is pressed against the outer surface of the inner jacket 2. Hence exists between both no gap, so that no air bubbles and no cooling water are trapped in the gap will. In this way, the infrared rays can be absorbed and weakened be avoided.

Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und dass vielfältige Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich sind. Beispielsweise kann die Befestigungshaube 8 einstückig mit der Infrarotsensoranordhung ausgebildet sein. Die Infrarotsensoranordnung kann eine Kamera mit einer Vielzahl von fotoelektrischen Elementen oder ein Bild-Orthikon oder ein Strahlungsthermometer aufweisen, soweit dieses die gewünschte Termperaturverteilung ermitteln kann (d.h., die Verteilung der thermischen Wellen). Das Ausgangssignal der Sensoranordnung kann in geeigneter Weise in einem an die Sensoranordnung angeschlossenen System zur Steuerung des Pegels der Metallschmelze in der Form verarbeitet werden. Ausser dem oben beschriebenen Infrarotwellenleitern können auch andere optischen Materialien verwendet werden, wenn sie bezüglich der Infrarotstrahlung durchlässig sind.It should be understood that the present invention is not limited to the above specified embodiments is limited and that various modifications are possible within the scope of the invention. For example, the fastening hood 8 can be formed in one piece with the infrared sensor arrangement. The infrared sensor array can be a camera with a variety of photoelectric elements or an image orthicon or a radiation thermometer, provided it has the desired temperature distribution can determine (i.e., the distribution of thermal waves). The output signal the sensor arrangement can be connected in a suitable manner to the sensor arrangement System for controlling the level of molten metal in the mold to be processed. In addition to the infrared waveguides described above, other optical waveguides can also be used Materials used when they are transparent to infrared radiation are.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden: (I) Der Pegel der Metallschmelze in der Form wird in Abhängigkeit von der Verteilung der Intensität und der Wellenlängen der von der Aussenfläche des Innenmantels der Form emittierten Infrarotstrahlung ermittelt, wobei die Verteilung mit Hilfe einer Infrarotsensoranordnung erfasst wird. In diesem Falle werden die Infrarotstrahlen zu der Sensoranordnung nicht durch das Kühlwasser hindurch geleitet, sondern durch einen Infrarotwellenleiter, so dass die Absorbtion und Dämpfung der Infrarotstrahlung auf ein Minimum reduziert werden kann. Folglich kann die Empfindlichkeit und das Ansprechen der Infrarotsensoranordnuny erheblich verbessert werden.The features and advantages of the invention can be summarized as follows be: (i) The level of molten metal in the mold will depend on the Distribution of the intensity and the wavelengths of the outer surface of the inner cladding the shape emitted infrared radiation determined, with the distribution is detected with the help of an infrared sensor arrangement. In this case, the Infrared rays to the sensor arrangement are not passed through the cooling water, but through an infrared waveguide, so that the absorption and attenuation of the Infrared radiation can be reduced to a minimum. Consequently, the sensitivity and the response of the infrared sensor array can be greatly improved.

(II) Der Pegel der Metallschmelze in der Form wird in Abhängigkeit von der Verteilung der von der Aussen- bzw. wassergekühlten Wandfläche des Innenmantels emittierten Infrarotstrahlung ermittelt. Daher wird die Messung nicht durch die Leuchtsträrke in Höhe des Schmelzspiegels, durch Flammen, durch Rauch und durch Hochtemperaturgase nachteilig beeinflusst (die Bildverzerrungen bewirken). Somit ist eine stabile bzw. standfeste Ermitteluna des Pegels der in der Form befindlichen Stahlschmelze möglich.(II) The level of molten metal in the mold is dependent on the distribution of the outer or water-cooled wall surface of the inner jacket emitted infrared radiation is determined. Therefore, the measurement is not affected by the Luminosity at the level of the melting mirror, through flames, through smoke and through Adversely affect high temperature gases (which cause image distortion). Consequently is a stable or steadfast determination of the level of the in the form Molten steel possible.

(III) Die von der Aussen- bzw. wassergekühlten Wandfläche des Innenmantels emittierte Infrarotstrahlung wird über die Linse und die Filter zu der Infrarotsensoranordnung geleitet, so dass der Pegel der Metallschmelze unabhängig von der Grösse des Erfassungsbereichs (von der Grösse des Betrachtungsfeldes) und der Temperatur der Metallschmelze (Wellenlängen der Wärmewellen) genau ermittelt werden kann.(III) The outer or water-cooled wall surface of the inner jacket emitted infrared radiation is via the lens and the filters to the infrared sensor arrangement guided so that the level of the molten metal is independent of the size of the detection area (on the size of the field of view) and the temperature of the metal melt (wavelengths the heat waves) can be determined exactly.

(IV) Wenn Thermoelemente oder Thermistoren an Stellen, die sich auf Abstand vom Pegel der Metallschmelze befinden, in die Form eingebettet sind, kann der Temperaturgradient nahe dem Pegel der in der Form befindlichen Stahlschmelze aufgrund der hohen Leitfähigkeit der im allgemeinen aus Kupfer bestehenden Form nicht eindeutig ermittelt werden. Erfindungsgemäss jedoch wird die Temperaturverteilung an der Grenze zwischen der wassergekühlten Aussenfläche des Innenmantels der Form und dem Kühlwasser ermittelt, indem die Verteilung der Intensität und der Wellenlängen der Infrarotstrahlung ermittelt wird. Das heisst, dass anstelle der Ermittelung der Temperaturverteilung innerhalb der Form aufgrund der nach oben gerichteten Wärmeleitung in der Form die Temperaturverteilung quer durch die Form bzw. den Innenmantel hindurch aufgrund der Leitung der Wärme von der Metallschmelze zum Kühlwasser erfasst wird.(IV) If thermocouples or thermistors in places that are on Distance from the level of molten metal in which the mold is embedded may be the temperature gradient close to the level of the molten steel in the mold due to the high conductivity of the form, which generally consists of copper cannot be clearly identified. According to the invention, however, the temperature distribution at the boundary between the water-cooled outer surface of the inner shell of the mold and the cooling water determined by the distribution of the intensity and the wavelengths of the infrared radiation are determined. That means that instead of the determination of the temperature distribution within the form due to the upward Directional heat conduction in the form the temperature distribution across the form or through the inner jacket due to the conduction of heat from the molten metal to the cooling water is recorded.

Auf diese Weise kann der Pegel der Metallschmelze in der Form, der über die Temperaturverteilung (Verteilung der Wellenlängen der Wärmewellen) ermittelt wird, wesentlich genauer bestimmt werden. In this way, the level of molten metal in the form, the determined via the temperature distribution (distribution of the wavelengths of the heat waves) will be determined much more precisely.

(V) Da der Raum vor der Linse der Infrarotsensoranordnung vollständig nach aussen abgedichtet ist, können Verunreinigungen der Sensoranordnung vermieden werden, so dass eine entsprechende Wartung entfällt.(V) Because the space in front of the lens of the infrared sensor array is complete is sealed to the outside, contamination of the sensor arrangement can be avoided so that corresponding maintenance is not required.

Claims

Claims Claims 1. Device for determining the level of a Molten metal that is in a water-cooled form with a water jacket is delimited by an inner and an outer jacket of the mold, with an infrared sensor arrangement, to detect the infrared radiation at least in the area within which the level of the molten metal changes in the form, characterized in that an infrared waveguide (14, 22, 23), the height of which is at least as large as the The range of variation of the level of the molten metal is through a slot (15) in the The outer jacket (3) of the mold (1) is passed through in a waterproof manner and that one end of the infrared waveguide is intimately connected to the outer surface of the inner jacket (2) is connected, while the infrared sensor arrangement (10, 12) on the side of the is arranged at the other end of the waveguide.

2. Device according to claim 1, characterized in that the infrared waveguide (14) is an optical element which is transparent to infrared radiation and its entrance surface and its exit surface are highly polished or with optical Coatings are provided.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the infrared waveguide (22) is a cavity body, an opening of the cavity body (22, 23) being intimate on the outer surface of the inner jacket (2), while the other opening of the The cavity body is directed towards the infrared sensor arrangement (10, 12).

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the infrared waveguide (23) is formed by an Ilohlkörper, which with one for the infrared radiation permeable medium is filled, with an opening of the hollow body intimately connected to the The outer surface of the inner jacket (2) rests, while the other opening of the hollow body is directed towards the infrared sensor arrangement (10, 12).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the outer surface de; Innenmanteis (2) is provided with a recess which the same size as the end face of the infrared waveguide and a suitable one Having depth, one end of the infrared waveguide in the recess is used.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the infrared waveguide (14, 22, 23) opposite the direction of flow of the cooling water is inclined.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the infrared waveguide (14, 22, 23) is attached to a fastening device (27) is arranged, which consists of elastic material and is hollow, wherein a flange (26) extending from one end of the fastening device (27) so attached in a waterproof manner to the inner surface of the outer jacket (3) is that he's the slot (15) surrounds that fastening device has an approximately fl -shaped cross-section and extends into the water jacket (4) extends into it and that the infrared waveguide (14) is in a watertight manner by the fastening device (27) from one end thereof to the other end thereof extends.