DE3541445A1

DE3541445A1 - Continuous casting mould with temperature-measuring devices

Info

Publication number: DE3541445A1
Application number: DE19853541445
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Dr Ing Ehlert; Herbert Hillebrecht; Ulrich Dipl Ing Reiners; Reinhard Dr Ing Prof Scholz; Rudolf Dr Ing Prof Jeschar
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1985-11-23
Filing date: 1985-11-23
Publication date: 1987-06-04

Abstract

The invention relates to temperature-measuring probes for continuous casting moulds. By early indication of temperature changes and their localization, the probes make possible the initiation of the measures required, for example, to prevent a break-through or the overflowing of the mould. The probes can comprise a thermocouple in which the thermocouple wires are extended beyond the soldered joint and, in this area, act as heat conductors so that the measuring probe remains operative until the erosion of the material of the mould wall has reached the soldered joint. The temperature-measuring probe can also be a copper stud, closed on the mould side, into which is inserted a sheet thermocouple.

Description

Beim Stranggießen, insbesondere beim Gießen von Brammen aus Stahl, müssen mehrere einander beeinflussende Erscheinungen laufend über wacht werden, um den ordnungsgemäßen Ablauf des kontinuierlichen Gießvorgangs zu gewährleisten. Insbesondere muß ein Durchbruch des Stranges vermieden werden, weil dies zu Schäden an der Gießeinrich tung, Verlust von Stahl und lang dauernden Betriebsunterbrechungen führt.In continuous casting, especially when casting steel slabs, must have several mutually influencing phenomena be watched over to ensure the proper running of the continuous To ensure the pouring process. In particular, a breakthrough of the Stranges should be avoided because this will damage the casting unit steel loss and long-term business interruptions leads.

Der Strang erleidet einen Durchbruch z. B. dadurch, daß die bereits erstarrte Strangschale vom inneren, noch flüssigen Metallsumpf her wieder aufgeschmolzen wird. Das Aufschmelzen kann darauf beruhen, daß die Wärmeabfuhr über die gekühlte Kokillenwand unzureichend ist, weil sich der Strang von der Wand abgehoben hat. Um die Kühlung ordnungs gemäß aufrechtzuerhalten, muß die Kokillenwand nachgestellt werden, damit sie der durch die Abkühlung verursachten Schrumpfung des Stranges folgt.The strand suffers a breakthrough e.g. B. in that the already solidified strand shell from the inner, still liquid metal sump is melted again. The melting can be due to the fact that the heat dissipation via the cooled mold wall is insufficient because the strand has lifted off the wall. To order the cooling properly according to maintain the mold wall must be readjusted so that it can cope with the shrinkage caused by the cooling Stranges follows.

Ein Durchbruch kann auch dann entstehen, wenn die Strangschale am Kokillenausgang noch nicht genügend fest ist, um dem ferrostatischen Druck des innen befindlichen flüssigen Metalls zu widerstehen. Die Ursache hierfür kann ein zu niedriger Stand des flüssigen Metalls in der Kokille sein, so daß der Weg, den der in der Verfestigung be findliche Strang zwischen den kühlenden Kokillenwänden zurücklegt, zu kurz ist.A breakthrough can also occur if the strand shell on The mold exit is not yet sufficiently firm to the ferrostatic Resist the pressure of the liquid metal inside. The The reason for this may be that the liquid metal in is too low be the mold, so that the path that the be in the solidification sensitive strand travels between the cooling mold walls, too is short.

Die Einhaltung des Badspiegels an genau der gewünschten Stelle in der Kokille ist auch deshalb erforderlich, um Schäden am Tauchausguß oder ein Überlaufen der Kokille bei Verringerung der Strangauszugsge schwindigkeit zu vermeiden. Compliance with the bath level at exactly the desired location in the Chill mold is also necessary to prevent damage to the diving spout or an overflow of the mold while reducing the strand pull-out to avoid speed.

Es ist bekannt, die Lage des Gießspiegels mit Hilfe einer radioakti ven Sonde zu überwachen und zu regeln. Diese Arbeitsweise erfordert aber aufwendige Sicherheitsmaßnahmen.It is known the location of the casting mirror with the help of a radio act to monitor and regulate the probe. This way of working requires but complex security measures.

Man hat auch bereits vorgeschlagen, Temperaturmeßgeräte wie z. B. konventionell gebaute Thermoelemente, für diesen Zweck zu verwenden, ohne damit reproduzierbare und zuverlässige interpretierte Meßwerte bzw. ausreichend schnelle Ansprechzeit zu erreichen.It has also been proposed to use temperature measuring devices such as e.g. B. conventionally built thermocouples to use for this purpose without reproducible and reliable interpreted measured values or to achieve a sufficiently fast response time.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorteilhafte Anordnung zur Tempe raturmesung an Stranggießkokillen vorzuschlagen, welche mit Hilfe von Temperaturmeßsonden, die sowohl eine bestimmte bauliche Gestaltung aufweisen als auch in bestimmter Weise in der Kokillenwand ange bracht sind, eine bessere und zuverlässigere Betriebsweise als bisher ermöglicht.The object of the invention is to provide an advantageous arrangement for tempe propose raturmeßung on continuous casting molds, which with the help of Temperature probes that both have a specific structural design have as well in a certain way in the mold wall are better and more reliable than before enables.

Die zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene Kokille weist eine erste Art von Temperaturmeßsonden auf, die an den verstellbaren Schmalsei ten der Kokille in Abständen übereinander angebracht sind und deren Meßstelle jeweils in unmittelbarer Nähe der Kokilleninnenfläche liegt, und eine zweite Art von Temperaturmeßsonden auf, die an den Längsseiten der Kokille angebracht sind und zwischen deren Meßstelle und der Kokilleninnenfläche sich Material der Kokillenwand oder eine aus dem gleichen Material wie die Kokillenwand bestehende Zwischen schicht befindet.The die proposed to solve this problem has a first one Type of temperature probes on the adjustable narrow rope ten of the mold are spaced one above the other and their Measuring point in the immediate vicinity of the inner surface of the mold lies, and a second type of temperature measuring probes, which are connected to the Long sides of the mold are attached and between the measuring point and the inner surface of the mold is material of the mold wall or one intermediate made of the same material as the mold wall layer is located.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß Abweichungen von der ordnungsgemäßen Betriebsweise der Kokille an Temperaturänderungen erkannt werden können. Damit die Abweichungen vom Soll-Betriebszu stand auf klar definierbare Ursachen zurückgeführt werden können und damit Gegenmaßnahmen rechtzeitig wirksam werden, ist es erforderlich, Temperaturmeß-Sonden zu verwenden, die empfindlich sind und welche schnell ansprechen. The invention is based on the knowledge that deviations from the proper operation of the mold to changes in temperature can be recognized. So that the deviations from the target operating can be attributed to clearly definable causes and In order for countermeasures to take effect in good time, it is necessary To use temperature measuring probes that are sensitive and which respond quickly.

Beiden Erfordernissen wird die Erfindung gerecht, obwohl die Bedin gungen, wie sie an einer Stranggießkokille herrschen, außerordentlich ungünstig sind. Eine genaue und schnelle Meldung von Temperaturände rungen erfordert, daß das Meßgerät möglichst unmittelbar die Tempe ratur des Gießstranges erfassen kann. Dennoch darf die Innenfläche der Kokille nicht durch Unebenheiten an den Meßstellen gestört werden, weil die Gießstrangoberfläche nicht beschädigt werden darf und die Möglichkeit, die Kokillenwand mehrfach nachzuarbeiten, ohne die Tem peraturmeßgeräte zu beschädigen, gegeben sein muß.The invention meets both requirements, although the Bedin Exceptions, as they prevail on a continuous casting mold are unfavorable. Accurate and quick reporting of temperature changes stations requires that the measuring device the temp rature of the casting strand can detect. Nevertheless, the inside surface the mold cannot be disturbed by unevenness at the measuring points, because the casting strand surface must not be damaged and the Possibility to rework the mold wall several times without the tem damage to temperature measuring devices must be given.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch darge stellten Auführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated schematically in the drawing by Darge presented performance examples explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Temperaturmeßsonde für die Kokillenschmalseite, Fig. 1 shows an embodiment of a temperature measuring probe for Kokillenschmalseite,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Temperaturmeßsonde für die Kokillenbreitseite, Fig. 2 shows a first embodiment of a temperature measuring probe for the mold broad,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Temperaturmeßsonde für die Kokillenbreitseite und Fig. 3 shows another embodiment for a temperature probe for the mold broadside and

Fig. 4 ein Beispiel für die Anordnung von Meßsonden nach Fig. 3 in einer Kokillenbreitseite. Fig. 4 shows an example of the arrangement of measuring probes according to Fig. 3 in a mold broadside.

Die nachfolgend beschriebene Anordnung von Temperaturmeßsonden dient dazu, die regeltechnischen Aufgaben Gießspiegelregelung, Konizitäts verstellung und Durchbrucherkennung zu erfüllen. The arrangement of temperature measuring probes described below is used addition, the control tasks of the mold level control, conicity adjustment and breakthrough detection.

Die in Fig. 1 dargestellte Temperaturmeßsonde ist dafür vorgesehen, an den Kokillenschmalseiten eingebaut zu werden, an denen der größere Verschleiß aufritt. Sie ist zur Überwachung der Höhe des Gießspiegels besonders geeignet; sie dient aber auch dazu, die Konizitätsverstel lung zu bewirken.The temperature measuring probe shown in Fig. 1 is intended to be installed on the narrow sides of the mold, on which the greater wear occurred. It is particularly suitable for monitoring the height of the pouring level; however, it also serves to effect the conicity adjustment.

Die Sonde nach Fig. 1 besteht aus einer Kupferhülse 1 mit einem Paar innenliegender im Abstand parallel verlaufender Thermoelementdrähte 2 a, 2 b, welche an dem kokillenseitigen Ende (in Fig. 1 links) inner halb einer Länge A verdrillt sind. Die Lötstelle der Drähte ist bei 3 angegeben. Die die Thermoelementdrähte aufnehmende Bohrung in der Kupferhülse 1 ist mit einer temperaturbeständigen, elektrisch nicht leitenden und thermisch ausreichend isolierenden Keramikmasse 4 aus gegossen. Die auf diese Weise gebildete Temperaturmeßsonde wird in horizontaler Richtung in die Kokillenwand eingeschraubt, die hierzu mit einer durchgehenden, mit Gewinde versehenen Bohrung ausgestattet ist. Die Einschraubtiefe wird durch den Bund 6 begrenzt. Die Lage dieses Bundes ist so gewählt, daß bei neuer Kokillenwand das vordere, offene Ende mit den verdrillten Drähten 5 bündig mit der Kokillenin nenfläche abschließt.The probe according to Fig. 1 consists of a copper sleeve 1 with a pair of internal spaced parallel extending thermocouple wires 2 a, 2 b, which are inner half twisted to the kokillenseitigen end (in Fig. 1 to the left) of a length A. The soldering point of the wires is indicated at 3 . The bore in the copper sleeve 1 receiving the thermocouple wires is cast with a temperature-resistant, electrically non-conductive and thermally sufficiently insulating ceramic compound 4 . The temperature measuring probe formed in this way is screwed in the horizontal direction into the mold wall, which for this purpose is equipped with a continuous, threaded bore. The screw-in depth is limited by collar 6 . The location of this federal government is chosen so that with a new mold wall the front, open end with the twisted wires 5 is flush with the mold surface.

Beim Betrieb dient der verdrillte Teil der Thermoelementdrähte der Wärmeleitung. Die bei 3 auf Grund der Wärmeleitung der Drähte 5 ent stehende Thermospannung entspricht der Temperatur an der Verbin dungsstelle 3 zwischen den verdrillten und den parallel verlaufenden Thermodrähten. Mit dieser Temperaturmeßsonde ist gewährleistet, daß einerseits wegen der Nähe der Meßstelle zur Kokilleninnenfläche dort aufretende Temperaturschwankungen erfaßt werden. Andererseits ist es möglich, die Kokilleninnenfläche nach gewisser Betriebszeit nachzu bearbeiten, ohne daß die Temperaturmeßsonde dadurch beeinträchtigt wird. Die Meßsonde bleibt solange einsatzfähig, als die Abtragung des Materials der Kokillenwand und damit auch des vorderen Endes der Meßsonde noch nicht die Lötstelle 3 erreicht haben. Sowohl wegen der guten Nachbearbeitbarkeit und insbesondere wegen der geringen An sprechzeiten im Gießspiegelbereich ist diese Temperaturmeßsonde für die Gießspiegelregelung besonders geeignet.During operation, the twisted part of the thermocouple wires is used for heat conduction. The resulting at 3 due to the heat conduction of the wires 5 corresponds to the temperature at the connec tion point 3 between the twisted and the parallel thermal wires. This temperature measuring probe ensures that temperature fluctuations occurring there are detected on the one hand because of the proximity of the measuring point to the inner surface of the mold. On the other hand, it is possible to rework the inner surface of the mold after a certain operating time without the temperature measuring probe being impaired thereby. The measuring probe remains operational as long as the removal of the material from the mold wall and thus also from the front end of the measuring probe has not yet reached soldering point 3 . Both because of the good reworkability and especially because of the short response times in the area of the mold level, this temperature probe is particularly suitable for the level control.

Zweckmäßig ist es, an den Kokillenschmalseiten mehrere Reihen über- und untereinander von den Meßsonden gemäß Fig. 1 anzubringen. Dabei ist es zweckmäßig, die waagerechten Reihen an den einander gegen überliegenden Kokillenschmalseiten höhenmäßig gegeneinander versetzt anzuordnen, um auf diese Weise genauer die Lage des Gießspiegels bzw. seine Veränderung zu erfassen. Die Systeme an den beiden Kokil lenschmalseiten können unabhängig voneinander geschaltet sein. Bei Ausfall einer Seite steht dann immer noch das andere System zur Ver fügung, das, wenn auch mit verminderter Genauigkeit, den Weiterbe trieb der Kokille ermöglicht.It is expedient to attach several rows above and below one another by the measuring probes according to FIG. 1 on the narrow sides of the mold. It is expedient to arrange the horizontal rows on the opposite sides of the mold narrowly offset from one another in terms of height, in order in this way to more precisely record the position of the mold level or its change. The systems on the two Kokil lenschmaleiten can be switched independently. If one side fails, the other system is still available, which enables the mold to continue operating, albeit with reduced accuracy.

Änderungen des Gießspiegels werden durch die Anzeige von Temperatur änderungen angegeben. Die Meßsonde, die im Vergleich zu der unter ihr befindlichen Nachbarsonde eine (relativ) niedrige Temperatur meldet, befindet sich oberhalb des Gießspiegels. Es ergibt sich daraus, daß der Gießspiegel zu tief steht und Durchbruchgefahr vorliegt; deshalb muß die Metallzufuhr vergrößert werden. Steht der Gießspiegel zu hoch, besteht Gefahr, daß die Kokille überläuft; deshalb muß die Me tallzufuhr verringert werden.Changes in the mold level are indicated by the temperature changes specified. The measuring probe compared to the one below it the neighboring probe reports a (relatively) low temperature, is located above the water level. It follows from this that the mold level is too low and there is a risk of breakthrough; that's why the metal supply must be increased. Is the mold level too? high, there is a risk of the mold overflowing; therefore the me be reduced.

Temperaturänderungen, die von Meßsonden gemeldet werden, die unter halb des Bereichs des Gießspiegels liegen, zeigen das an den Kokil lenschmalseiten auftretende Abheben der Strangschale von der Kokil lenwand an, was zur Aufrechterhaltung der gleichmäßigen Kühlung durch Verstellung der Konizität der Kokille ausgeglichen werden muß. Auch diese Maßnahme dient zur Vermeidung eines Durchbruchs. Temperature changes that are reported by measuring probes, the under half of the area of the pouring level show that on the Kokil lifting of the strand shell from the Kokil lenwand on what to maintain uniform cooling through Adjustment of the taper of the mold must be compensated. Also this measure serves to avoid a breakthrough.

Zum Einbau an der Kokillenbreitseite ist die in Fig. 2 dargestellte Meßsonde vorgesehen. Sie besteht aus einem hohlen Kupferbolzen 11, der an dem kokillenseitigen Ende 13 geschlossen ist. Die in dem Kup ferbolzen 11 angebrachte Bohrung endet im Abstand B vor der kokil lenseitigen Stirnfläche. In dem im Kupferbolzen befindlichen Hohlraum ist ein Mantelthermoelement 12 eingesetzt, welches durch Wärmeleit paste 15, z. B. eine mit Metallpulver versetzte Paste, thermischen Kontakt zum Kupferbolzen hat. Zur seitlichen Wärmeisolierung und da mit Abschirmung gegen das Meßergebnis verfälschende Wärmeeinwirkung, z. B. aus der Kokillenwand, dient, wie bei 4 angegeben, eine keramische Masse. Das Ganze ist in einer Keramikhülse 14 angeordnet, die in die Bohrung des Kupferbolzens eingeklebt ist. Zur Fixierung des Elements im Kupferbolzen dient Gießharz 7.The measuring probe shown in FIG. 2 is provided for installation on the broadside of the mold. It consists of a hollow copper bolt 11 , which is closed at the mold-side end 13 . The hole in the copper bolt 11 ends at a distance B in front of the kokil lens-side end face. In the cavity located in the copper bolt, a jacket thermocouple 12 is used, which paste 15 , z. B. has a paste mixed with metal powder, thermal contact to the copper bolt. For lateral heat insulation and since shielding against the measurement result falsifying heat, z. B. from the mold wall, serves, as indicated at 4 , a ceramic mass. The whole is arranged in a ceramic sleeve 14 which is glued into the bore of the copper bolt. Cast resin 7 is used to fix the element in the copper bolt.

Durch die zur Kokilleninnenseite hin geschlossene Fläche ist diese Sonde für die Breitseite der Kokille deshalb geeignet, weil hier zur Erzielung einer einwandfreien Strangoberfläche eine durchgehende Kupferoberfläche als Kokillenwand gefordert ist.This is due to the area closed to the inside of the mold Suitable for the broadside of the mold because it is used for Achievement of a perfect strand surface a continuous Copper surface as mold wall is required.

Da das geschlossene Ende des Kupferbolzens aus dem gleichen Material wie die Kokillenwand besteht, tritt an Wand- und Bolzenende gleich mäßiger Verschleiß auf bzw. kann bei Bedarf die Kokilleninnenfläche ohne weiteres nachgearbeitet werden ohne daß die Bolzenenden stören.Because the closed end of the copper bolt is made of the same material how the mold wall exists is the same at the wall and bolt ends moderate wear on the inner surface of the mold if necessary can be easily reworked without disturbing the bolt ends.

Die Sonde dient wiederum zur Erkennung von Temperaturänderungen, wie sie z. B. einen Durchbruch ankündigen. Sie ist, wie auch im vorherge henden Ausführungsbeispiel, horizontal in die Kokillenwand einge schraubt. Da das Thermoelement durch das geschlossene Ende 13 von dem Kokilleninnenraum getrennt ist, ist eine Dämpfung der Temperaturän derung gewährleistet, so daß nur die bei einem Durchbruch auftreten den relativ großflächigen Temperaturänderungen erfaßt werden. The probe in turn is used to detect temperature changes, such as z. B. announce a breakthrough. It is, as in the previous exemplary embodiment, screwed horizontally into the mold wall. Since the thermocouple is separated from the interior of the mold by the closed end 13 , damping of the temperature change is ensured, so that only the relatively large temperature changes that occur during a breakthrough are detected.

Zur Verwendung in der Kokillenbreitseite kann auch die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Meßsonde verwendet werden. Sie besteht aus einem handelsüblichen koaxial aufgebauten NTC-Widerstand (= negativ temperature coefficient), wobei der äußere Mantel 21 aus Kupfer und der innere Leiter 22 aus Nickel besteht. Das NTC-Pulver zwischen den beiden genannten Teilen weist einen stark negativen Temperaturkoef fizienten auf, mit dem Widerstandsänderungen von mehreren 100 Ohm/ Grad C Temperaturänderung erreicht werden. Die Temperaturermittlung erfolgt über eine Widerstandsmessung. Die Sonde wird über die Ge samtlänge der Kokillenwand im Abstand C von der Kokilleninnenfläche eingewalzt. Mit einer Sonde dieser Art ist es möglich, großflächige Temperaturänderungen, wie sie beim Durchbruch auftreten, zu erfas sen.The measuring probe shown in FIGS . 3 and 4 can also be used for the broadside of the mold. It consists of a commercially available coaxial NTC resistor (= negative temperature coefficient), the outer jacket 21 made of copper and the inner conductor 22 made of nickel. The NTC powder between the two parts mentioned has a strongly negative temperature coefficient, with which changes in resistance of several 100 ohms / degrees C temperature change can be achieved. The temperature is determined using a resistance measurement. The probe is rolled over the entire length of the mold wall at a distance C from the inner surface of the mold. With a probe of this type, it is possible to detect large-scale temperature changes, such as those that occur during breakthrough.

Um auch bei diesen Sonden eine Nachbearbeitbarkeit der Kupferfläche der Kokille zu erreichen, können mehrere Sonden in unterschiedlicher Tiefe im Kupfer eingebracht werden und somit, je nach Verschleiß der Kokille, zur Temperaturmessung aktiviert werden. Eine schematische Darstellung dieser Möglichkeit ist in Fig. 4 wiedergegeben.In order to ensure that the copper surface of the mold can also be reworked with these probes, several probes can be introduced into the copper at different depths and thus activated for temperature measurement depending on the wear of the mold. A schematic representation of this possibility is shown in FIG. 4.

Claims

1. Continuous casting mold with temperature measuring devices for regulating the position of the pouring level of the metal and the conicity of the adjustable mold walls and for detecting breakthroughs, characterized in that it has a first type of temperature measuring probes ( 1 ), which are on the adjustable narrow sides of the mold at intervals are mounted on top of each other and the measuring point ( 3 ) is in each case in the immediate vicinity of the inner mold surface, and has a second type of temperature measuring probe ( 11 ) which are attached to the long sides of the mold and between the measuring point and the mold surface there is material of the mold wall or an intermediate layer ( 13 ) made of the same material as the mold wall.

2. Chill mold according to claim 1, characterized in that the measuring probe provided for attachment to the narrow mold side consists of a copper sleeve ( 1 ) open on both sides with a pair of internal thermocouple wires ( 2 a , 2 b) which is on the inside of the mold lying end beyond the solder joint ( 3 ) of the wires ( 2 a , 2 b) is extended by at least one section (A) corresponding to the extent of the permissible removal of the mold narrow side and are embedded in a temperature-resistant, electrically non-conductive ceramic material ( 4 ).

3. Mold according to claim 2, characterized in that the length of the section (A) carries at least 10 millimeters.

4. Chill mold according to claim 3, characterized in that the wires in section (A) are wound helically.

5. Chill mold according to claim 1, characterized in that the measuring probe provided for attachment to the broadside of the mold consists of a copper bolt ( 11 ) closed to the mold interior, in which a jacket thermocouple ( 12 ) is inserted, between and the copper bolt, then at the latter closed end ( 13 ) a thermally conductive mass ( 15 ) is introduced.

6. Chill mold according to claim 5, characterized in that the closed end ( 13 ) of the copper bolt ( 11 ) in the axial direction has a material thickness of at least 5 millimeters.

7. Mold according to claim 1, characterized in that the measuring probe is embedded in the mold wall and consists of a coaxially constructed NTC resistor, the outer sheath ( 21 ) made of copper and the inner conductor ( 22 ) made of nickel and between the sheath ( 21 ) and conductor ( 22 ) NTC powder ( 23 ) is introduced.

8. Mold according to claim 7, characterized in that the measuring probe ( 25 ) has a length corresponding to the width of the mold wall ( 24 ).

9. Chill mold according to claim 7 and / or 8, characterized in that the measuring probe ( 25 ) is embedded at a distance of at least 5 milli meters from the mold inner surface in the mold wall ( 24 ) forming material.

10. Mold according to one or more of claims 7 to 9, characterized in that the measuring probe ( 25 ) is rolled into the mold wall ( 24 ).

11. Chill mold according to one or more of claims 7 to 10, characterized in that a plurality of measuring probes at different depths in the Kokil lenwand ( 24 ) are arranged.