DE69820055T2

DE69820055T2 - Apparat und methode für das messen der temperatur einer sich bewegenden oberfläche

Info

Publication number: DE69820055T2
Application number: DE69820055T
Authority: DE
Inventors: Marc Auger; Yves Caron
Original assignee: Alcan International Ltd Canada
Current assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2018-06-13
Also published as: ES2206948T3; US6012507A; CA2290382C; EP0988514A1; AU8095898A; WO1998057135A1; EP0988514B1; NO996075D0; NO996075L; CA2290382A1; AU738771B2; JP2002510389A; JP4120973B2; DE69820055D1; BR9810109A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Messung der Temperatur einer sich bewegenden Oberfläche. Spezieller betrifft die Erfindung eine derartige Einrichtung und ein derartiges Verfahren zur Messung der Temperatur einer sich bewegenden Oberfläche einer Metallbramme, beispielsweise eines Aluminiumblocks, beim Gießen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Beim Guss mit direkter Abkühlung (DC) von Aluminiumblöcken wird die Temperatur der Blockoberfläche dadurch kontrolliert, dass ein Kühlmittel auf die verfestigte Oberfläche des Blocks gesprüht wird, wenn er die Form verlässt (dies wird als sekundäre Kühlung bezeichnet). Eine ordnungsgemäße Steuerung dieser Abkühlung ist dazu erforderlich, verschiedene Gussprobleme und Blockdefekte zu verhindern. Eine zu starke oder zu geringe Kühlung kann für die Ausbildung von Blockdefekten verantwortlich sein, beispielsweise übermäßige Pressreste, was zu einer starken Ausfransung an den kurzen Seiten von Blöcken mit rechteckigem Querschnitt führt, Kaltfaltung, welche eine zusätzliche Grobsiebung vor dem Warmwalzen erforderlich macht, und Rissbildung, hervorgerufen durch zu starke thermomechanische Belastungen.
Dieses Problem ist besonders akut während der Startphase eines derartigen DC-Gussvorgangs, und es sind verschiedene Vorgehensweisen bekannt, um den Kühleffekt der sekundären Kühlung abzuändern, beispielsweise "gepulstes Wasser", wie im US-Patent 3,441,079 beschrieben, oder Gaseinspritzung, wie beschrieben im US-Patent 4,693,298. Diese Vorgehensweisen umfassen normalerweise jedoch eine vorherige Programmierung, um vorbestimmte Kühlprofile zur Verfügung zu stellen, und setzen keine Rückkopplung von Blockbedingungen ein, um den Kühleffekt zu modifizieren. Sie können daher nicht auf Änderungen der Kühlmitteleigenschaften, Formabkühleigenschaften usw. reagieren.
Verwandte Probleme treten auf verschiedenen Gebieten auf, die daher in vorteilhafter Weise Temperaturmessungen bei Bändern im Gusszustand von einer kontinuierlichen Gussvorrichtung einsetzen können, Temperaturmessungen bei einer Bramme, die ein Hüttenwerk verläßt, oder Temperaturmessungen bei dem Profil, das von einer Extrudierpresse erzeugt wird. Insbesondere, wenn bei derartigen Vorgängen ein Abschrecken vorgenommen wird, ändern sich die Temperaturen dramatisch über kurze Entfernungen.
Das deutsche Patent DE 19 41 816 (übertragen an VAW) schlägt die Verwendung eines Temperaturmesssensors vor, der eine Blockoberfläche berührt, als Vorrichtung zur Bereitstellung einer direkten Temperaturrückkopplung zum Steuern des Einsatzes von Kühlmittel. Bezüglich der Einrichtung und des Verfahrens wird erwähnt, dass sie auf dem Gebiet des Extrudierens usw. einsetzbar sind. Der Sensor ist an einer Radvorrichtung angebracht, die es ermöglicht, einen wiederholten Kontakt zwischen dem Sensor und der Oberfläche an unterschiedlichen Orten entlang dem Block durchzuführen, wenn der Block absinkt. Es wird beschrieben, dass die Vorrichtung dazu verwendet wird, den Kühlmittelfluss zu steuern, um Wärmeflussänderungen und Änderungen der Kühlmitteleigenschaft zu kompensieren. Ein derartiger Temperaturmesssensor besteht aus einem Paar von Kontakten aus unterschiedlichen Metallen, die dann, wenn sie in Berührung mit der Blockoberfläche gelangen, eine thermische elektromotorische Kraft (emf) erzeugen, welche die Oberflächentemperatur an diesem Ort repräsentiert. Dies bedeutet allerdings, dass sich das Messverfahren auf eine gleichmäßige Oberflächenberührung an jedem Ort verlässt, was sich möglicherweise nicht in allen Fällen erzielen lässt, und keine direkte Maßnahme zur Überprüfung der Gültigkeit der Temperaturmessung vorhanden ist. In Fällen, in denen sich die Temperatur schnell entlang einem gegossenen Block ändert, beispielsweise zu Beginn des Gusses, kann die Vorgehensweise nach dem Stand der Technik nicht dazu eingesetzt werden, eine geeignete Oberflächentemperatursteuerung bereitzustellen.
Infolge der Abmessungen des Rades weist die Vorrichtung in der Hinsicht Einschränkungen auf, wo sie zur Temperaturmessung eingesetzt werden kann (so ist beispielsweise wenig Raum für eine mit Rädern versehene Vorrichtung zum Arbeiten in der Nähe einer Formoberfläche vorhanden, wo die Temperaturmessung am wichtigsten ist), und darüber hinaus gibt es bei der Vorrichtung Einschränkungen in Bezug auf den Abstand zwischen benachbarten Orten, an denen die Temperatur gemessen werden kann.
Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer verlässlichen und schnellen Vorrichtung zur Messung der Oberflächentemperatur sich bewegender Brammen, Blöcke oder Bänder usw., insbesondere an Orten, bei denen die Temperatur starke Änderungen zeigt, beispielsweise dort, wo ein Kühlmittel auf die Oberfläche gerichtet wird.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung besteht in der Verbesserung der Verlässlichkeit von Temperaturmessungen bei beweglichen Oberflächen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung und eines Verfahrens zur Messung der Temperatur sich bewegender Oberflächen, welche schnell und exakte Temperaturmessungen zur Verfügung stellen können.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung und eines Verfahrens der voranstehend genannten Art, mit welchen nicht verlässliche Temperaturanzeigen vermieden werden können.
Ein weiteres Ziel der Erfindung, zumindest in ihren bevorzugten Ausführungsformen, besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung zum verlässlichen Messen der Temperatur einer sich bewegenden Oberfläche, die an Orten eingesetzt werden kann, an denen wenig Raum verfügbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Einrichtung zur Messung der Temperatur einer Oberfläche einer sich bewegenden Metallbramme zur Verfügung gestellt, um eine gemessene Temperaturanzeige entsprechend der tatsächlichen Temperatur an einem Ort auf der Oberfläche bereitzustellen, wobei die Einrichtung aufweist: Einen ersten Temperaturmesssensor, der so angebracht ist, dass er sich zwischen einer ersten Position, in welcher der erste Sensor nicht in Kontakt mit einer Oberfläche der Bramme steht, und einer zweiten Position bewegt, in welcher der erste Sensor die Oberfläche an dem Ort berührt, wobei der erste Sensor ein Ausgangssignal entsprechend einer gemessenen Temperatur erzeugt, wenn die Berührung mit der Oberfläche erfolgt; einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des Sensors zwischen der ersten und der zweiten Position des ersten Sensors; zumindest einen zusätzlichen Temperaturmesssensor, der in der Nähe des ersten Sensors angebracht ist, um sich zwischen einer ersten Position, in welchem der zumindest eine zusätzliche Sensor nicht in Berührung mit der Oberfläche der Bramme steht, und eine zweiten Position zu bewegen, in welchem der zumindest eine zusätzliche Sensor die Oberfläche an dem Ort berührt, wobei der zumindest eine zusätzliche Sensor ein Ausgangssignal entsprechend der gemessenen Temperatur ausgibt, wenn die Berührung mit der Oberfläche erfolgt; einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des zumindest einen zusätzlichen Sensors zwischen der ersten und der zweiten Position des zumindest einen zusätzlichen Sensors; und einen Komparator zum Vergleichen der Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Temperaturmesssensors, zur Bestimmung, ob die erfassten Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Sensors an dem Ort sich um weniger als ein vorbestimmtes Ausmaß unterscheiden oder nicht, und zur Bereitstellung einer gemessenen Ausgangsanzeige, welche die tatsächliche Temperatur der Oberfläche an dem Ort repräsentiert, auf der Grundlage eines oder mehrerer der Ausgangssignale.
Der Antriebsmechanismus für den ersten Sensor und der Antriebsmechanismus für den zumindest einen zusätzlichen Sensor sind synchronisiert, damit sie die Sensoren in Berührung mit der Oberfläche an dem Ort zum selben Zeitpunkt bewegen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Einrichtung zur Messung der Temperatur einer sich bewegenden Oberfläche einer Metallbramme zur Verfügung gestellt, um eine gemessene Temperaturanzeige entsprechend der tatsächlichen Temperatur an einem Ort an der Oberfläche bereitzustellen, wobei die Einrichtung einen ersten Temperaturmesssensor aufweist, der selektiv in Berührung mit oder außer Berührung von der Oberfläche an dem Ort bewegbar ist, und der Sensor ein Ausgangssignal erzeugt, wenn er sich in Berührung mit der Oberfläche befindet, entsprechend der festgestellten Temperatur; zumindest einen zusätzlichen Sensor in der Nähe des ersten Sensors, der selektiv in Berührung mit oder außer Berührung von der Oberfläche an dem Ort bewegbar ist, wobei der zumindest eine zusätzliche Sensor ein Ausgangssignal erzeugt, wenn er in Berührung mit der Oberfläche steht, entsprechend der festgestellten Temperatur; einen Komparator zum Vergleichen der Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Temperatursensors, und zur Bestimmung, ob diese Ausgangssignale sich um mehr als ein vorbestimmtes Ausmaß unterscheiden; und eine Anzeige für gemessene Temperatur zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend der tatsächlichen Temperatur der Oberfläche an dem Ort, auf der Grundlage des einen Ausgangssignals oder der mehreren Ausgangssignale der Sensoren.
Der erste und der zumindest eine zusätzliche Sensor werden in Berührung mit der Oberfläche zum gleichen Zeitpunkt bewegt.
Die gemessene Ausgangsanzeige kann nur dann bereitgestellt werden, wenn sich die festgestellten Temperaturen um weniger als ein vorbestimmtes Ausmaß unterscheiden, oder es kann die gemessene Ausgangsanzeige nur dann bereitgestellt werden, wenn sich das Maximum der festgestellten Temperaturen von einer äquivalenten Temperatur unterscheidet, die auf einer zweiten, sich bewegenden Bramme gemessen wird, einer Gruppe sich bewegender Brammen oder einem Abschnitt derselben sich bewegenden Bramme, unter im Wesentlichen gleichen Bedingungen.
Die gemessene Ausgangsanzeige kann bestimmt und bereitgestellt werden, entweder nach einer Messung an einem bestimmten Ort auf der sich bewegenden Bramme, oder nach einer Reihe derartiger Messungen.
Vorzugsweise ist jeder Sensor so angebracht, dass er selektiv zwischen einer ersten Position, in welcher er nicht in Berührung mit der Oberfläche steht, und einer zweiten Position bewegt werden kann, in welcher er in Berührung mit der Oberfläche steht. Vorzugsweise ist jeder Sensor mit einem Antriebsmechanismus zum Bewegen des Sensors zwischen der ersten und der zweiten Position versehen.
Der erste Temperatursensor kann eine ummantelte Thermoelementvorrichtung sein, die aus unterschiedlichen Metalldrähten besteht, die miteinander verbunden sind, und in einem einzigen Schutzmantel (normalerweise aus Metall) aufgenommen sind. Allerdings besteht der erste Temperatursensor vorzugsweise aus zwei Punktkontaktsonden, die aus unterschiedlichen Metallen bestehen, die eine emf erzeugen können, wenn sie in Berührung mit der Oberfläche versetzt werden, und die eine Funktion der Temperatur der Oberfläche an dem Berührungsort ist.
Der zumindest eine zusätzliche Temperatursensor kann, wie der erste Temperatursensor, eine ummantelte Thermoelementvorrichtung sein, besteht jedoch vorzugsweise aus zwei Punktkontaktsonden, die aus unterschiedlichen Metallen bestehen, die eine emf erzeugen, die eine Funktion der Temperatur der Oberfläche am Berührungsort ist.
Es wird vorgezogen, nur einen zusätzlichen Temperatursensor vorzusehen.
Es wird besonders bevorzugt, dass der erste und der nur eine zusätzliche Temperatursensor gemeinsam eine ihrer zwei Punktkontaktsonden nutzen.
Bei der bevorzugtesten Ausführungsform sind die Punktkontaktsonden vorzugsweise weniger als 50 mm voneinander beabstandet, und am bevorzugtesten weniger als 30 mm, und sind in einer gemeinsamen Ebene angebracht.
Die unterschiedlichen Metalle sind vorzugsweise Chromel- und Alumel-Legierungen, obwohl jedes Paar von Metallen verwendet werden kann, das eine messbare emf erzeugt. Bevorzugte Legierungen werden im Allgemeinen auf der Grundlage des Signals ausgewählt, das infolge des Seebeck-Effekts erzeugt wird, und auf der Grundlage der Härte und Korrosionsbeständigkeit der Legierungen. Legierungen auf Nickelgrundlage sind bei diesen Anwendungen einsetzbar, und daher stellen der Typ K (Chromel-Alumel), der Typ N (Nicrosil-Nisil) und der Typ E (Chromel-Constantan) bevorzugte Kombinationen dar.
Die Temperatursensoren werden vorzugsweise in gleichzeitige Berührung mit der sich bewegenden Oberfläche gebracht, mit Hilfe eines pneumatischen oder elektrischen Antriebsmechanismus (Kolben oder Magnetspule), der die Sensoren dazu veranlasst, eine Hin- und Herbewegung in Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der sich bewegenden Oberfläche durchzuführen, oder in vorbestimmtem Winkel zur Senkrechten, der kleiner ist als 45° gegenüber der Senkrechten. Eine Winkelverstellung ist dann nützlich, wenn irgendein Hindernis (beispielsweise der Rand einer DC-Gussform oder eines Extrudierwerkzeuges) den Zugang zum gewünschten Messort verhindert. Bei den bevorzugten Ausführungsformen, welche Paare von Punktkontaktsonden als Sensoren verwenden, werden die einzelnen Punktkontaktsonden in Berührung mit der sich bewegenden Oberfläche mit Hilfe dieser pneumatischen oder elektrischen Antriebsmechanismen gebracht.
Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen und insbesondere dann, wenn drei Punktkontakte zur Ausbildung von zwei benachbarten Sensoren verwendet werden, wird es vorgezogen, dass die einzelnen Punktkontaktsonden eine unabhängige Aufhängung aufweisen, so dass sie zwar gleichzeitig zur Oberfläche oder weg von dieser bewegt werden, jedoch die tatsächliche, endgültige Position jeder Punktkontaktsonde auf ungleichförmige Oberflächen eingestellt werden kann. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass getrennte Pneumatikzylinder oder elektrische Magnetspulen für jede Punktkontaktsonde verwendet werden, betrieben von einer gemeinsamen Quelle, oder mittels Einsatz einer Federbelastung oder entsprechender mechanischer Belastungssysteme. Der Einsatz getrennter Pneumatikzylinder stellt ein besonders einfaches und bevorzugtes Verfahren dar.
Die Punktkontaktsondenspitzen der bevorzugten Ausführungsformen sollten vorzugsweise in die zu messende Oberfläche eingedrückt werden, um einen guten thermischen und elektrischen Kontakt sicherzustellen, und das Material der Punktkontaktsondenspitze, deren Geometrie und Abmessungen sowie die Belastung, welche die Spitze zur Oberfläche bewegt, werden vorzugsweise so ausgewählt, dass dies erreicht wird. Ein guter thermischer und elektrischer Kontakt stellt eine schnelle und exakte Temperaturreaktion sicher, selbst bei Vorhandensein wesentlicher thermischer Störungen, wie sie bei Anwendungen mit Aufsprühen von sekundärem Kühlmittel oder anderen Abschreckanwendungen auftreten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Messung der Temperatur einer sich bewegenden Metallbramme zur Bereitstellung einer gemessenen Temperaturanzeige entsprechend der tatsächlichen Temperatur an einem Ort auf der Oberfläche bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Bringen eines ersten Temperaturmesssensors in Berührung mit der Oberfläche des Brammes an dem Ort, und Messen eines Ausgangssignals des Sensors entsprechend der erfassten Temperatur; gleichzeitiges Bringen zumindest eines zusätzlichen Temperaturmesssensors in Berührung mit der Oberfläche der Bramme an dem Ort, und Messung eines Ausgangssignals des zumindest einen zusätzlichen Sensors entsprechend der erfassten Temperatur; Vergleichen der Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Sensors; und Bereitstellung einer gemessenen Ausgangsanzeige auf Grundlage eines oder mehrerer der Ausgangssignale.
Die gemessene Ausgangsanzeige kann nur dann bereitgestellt werden, wenn sich die Ausgangssignale voneinander um weniger als ein vorbestimmtes Ausmaß unterscheiden, oder dann, wenn sich das Maximum der Ausgangssignale um weniger als ein vorbestimmtes Ausmaß von einem äquivalenten Ausgangssignal für eine zweite, sich bewegende Bramme, einer Gruppe sich bewegender Brammen, oder einem Abschnitt derselben, sich bewegenden Bramme unterscheidet, unter im Wesentlichen entsprechenden Bedingungen.
Die Ausgangsanzeige kann ein Spannungs- oder Stromsignal sein (üblicherweise ein Spannungssignal), das von jeder herkömmlichen Vorrichtung aus der emf erzeugt wird, die durch die Thermoelementverbindungen der Sensoren erzeugt wird, oder kann weiter in ein Ausgangssignal entsprechend der Temperatur umgewandelt werden, mittels Einsatz bekannter Temperaturumwandlungsfaktoren.
Der erste und der zumindest eine zusätzliche Temperatursensor und ihre jeweiligen Antriebsvorrichtungen sind vorzugsweise innerhalb einer einzigen Halterung angebracht. Die Halterung wiederum kann dann starr befestigt sein, oder so, dass sie sich um eine Achse verschwenken kann.
Wenn eine derartige Halterung starr befestigt ist, bleiben der erste und der zumindest eine zusätzliche Temperatursensor vorzugsweise in Berührung mit der Oberfläche, und werden die erste und die zumindest eine zusätzliche Temperaturmessung durchgeführt, während sich die Metallbramme um eine Entfernung von 6 mm oder weniger bewegt, bevorzugter von 3 mm oder weniger.
Wenn eine derartige Halterung um eine Achse verschwenkt wird, können die Sensoren in Berührung mit der sich bewegenden Oberfläche verbleiben, während sich die Metallbramme über größere Entfernungen bewegt, jedoch ist es in Bezug auf die Verlässlichkeit vorzuziehen, dass die jeweiligen Antriebsvorrichtungen die Sensoren in eine Richtung bewegen, die innerhalb von 45° der Senkrechten zur Bewegungsrichtung der Oberfläche während dieser Berührung liegt.
Der erste und der zumindest eine zusätzliche Temperatursensor stellen vorzugsweise eine Temperaturreaktion von 0,15 Sekunden oder weniger zur Verfügung, bevorzugt von 0,10 Sekunden oder weniger. Temperaturreaktion bezeichnet die Zeit, welche der Temperatursensor benötigt, um 95% des endgültigen Wertes zu erreichen, gemessen seit dem Zeitpunkt, an welchem der Sensor in Berührung mit der sich bewegenden Oberfläche gelangt.
Alternative Vorrichtungen, um den ersten und den zumindest einen zusätzlichen Temperatursensor in gleichzeitige Berührung mit der sich bewegenden Bramme zu versetzen, können ausgewählt werden, wenn sie den anderen Erfordernissen eines derartigen Systems genügen. Die Sensoren können an ein sich drehendes Rad mit mehreren äquivalenten Vorrichtungen angebracht werden, so dass dann, wenn sich die Bramme bewegt, aufeinanderfolgende Gruppen von Temperatursensoren in Berührung mit der sich bewegenden Brammenoberfläche versetzt werden, und dann aus der Berührung mit der Oberfläche entfernt werden. Verschiedene Hebelarme können ebenfalls dazu eingesetzt werden, die Berührung zu erzielen, falls erwünscht. In den meisten Fällen ist der Einsatz der "Hinein-Herausbewegung" der bevorzugten Ausführungsformen einfacher und bequemer.
Die sich bewegende Bramme ist eine Metallbramme, kann jedoch ein DC-Gussblock mit jeder Querschnittsform oder Querschnittsabmessung sein, eine kontinuierlich gegossene Bramme, ein Band oder eine Stange von einer Stranggussvorrichtung, eine Bramme von einem Hüttenwerk oder einem Walzenbrecher, oder ein extrudierter Abschnitt mit jeglicher Form von einer Extrudierpresse, insbesondere dann, wenn exakte Temperaturmessungen benötigt werden, und sich diese Temperaturen im Verlauf der Entfernung schnell ändern, beispielsweise in der Nähe des Punktes des Aufbringens eines Abschreckmittels. Die sich bewegende Bramme ist vorzugsweise eine Aluminiumlegierungsbramme.
Die sich bewegende Metallbramme ist am bevorzugtesten ein Metallblock, der eine Metallgussform verlässt. Das Verfahren zur Messung der Temperatur und zum Steuern der Kühlung wird am häufigsten bei Blöcken mit rechteckigem Querschnitt eingesetzt, und die Blocktemperatur wird vorzugsweise am Punkt in der Mitte der Walzoberfläche eines derartigen Blocks gemessen.
Die Erfindung wird mit weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen Vertikalquerschnitt einer sich in Vertikalrichtung bewegenden Bramme unter Verwendung einer bevorzugten Punktkontaktsondenausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Aufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform der Anordnung mit drei Punktkontaktsonden gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine detailliertere Ansicht der Ausführungsform von 1, wobei die bevorzugte Position einer der Punktkontaktsonden bei einer DC-Blockgussanwendung gezeigt ist;
4 zeigt als Blockschaltbild ein bevorzugtes Steuer- und Messsystem, das bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden soll;
5 zeigt einen Vertikalquerschnitt eines kontinuierlichen Bandgießens, wobei geeignete Orte für die Punktkontaktmesssonden gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt sind;
6 zeigt die Vorrichtung von 1, die so ausgebildet ist, dass sie Berührung in einem Winkel gegenüber der Horizontalrichtung zur Verfügung stellt, und auch eine stärkere Vertikalbewegung bereitstellt;
7 zeigt als Blockschaltbild zwei sich bewegende Brammen in Form von DC-Blöcken, sowie eine weitere Ausführungsform des Messsystems, das bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
8 zeigt als Flussdiagramm die Abfolge von Berechnungen, die dazu verwendet werden, Temperaturen bei der Ausführungsform von 7 zu bestimmen und zu überprüfen.
BESTE ARTEN UND WEISEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt gestrichelt eine Bramme 1, die sich in der Richtung des Pfeils 2 bewegt. Die dargestellte Bramme repräsentiert einen Block, der aus einer typischen DC-Gussform 3 herausgelangt, die zum Gießen von Aluminiumblöcken verwendet wird. Obwohl dies nicht speziell dargestellt ist, weist eine derartige Form eine Gussoberfläche auf, innere Kühlmittelkanäle und einen Wasserauslass, so dass Wasser auf die verfestigte Blockoberfläche aufgesprüht werden kann. Letztgenanntes wird als "sekundäre Kühlung" bezeichnet. Die Brammenoberfläche wird repräsentiert durch die Oberfläche 4. Die Bramme könnte auch ein Barren sein, der aus einem Extrudierwerkzeug austritt, oder ein kontinuierlich gegossenes Band, das aus einer Bandgussverfestigungszone austritt.
Unterhalb der Gussform 3 ist ein Metallblock 23 angebracht, der mehrere Punktkontaktsonden-Pneumatikanordnungen haltert (von denen eine in 1 gezeigt ist). Jede Anordnung besteht aus einer metallischen Punktkontaktsondenstange 24, umgeben von einer Isoliermuffe 25 aus Kunststoff, und aufgenommen innerhalb einer zweiten, kreisringförmigen Stahlmuffe 26. Diese Muffen werden an ihrem Ort auf den Sondenstangen mit Hilfe isolierender Teflon-Beilagscheiben 27 und mit Gewinde versehener Haltemuttern 28, 29 gehalten.
Jede kreisringförmige Muffe weist eine Kolbendichtung 30 auf, die auf ihr angebracht ist, und kann sich frei innerhalb eines kreisringförmigen Lochs 31, 32 innerhalb des Blocks bewegen. Das kreisringförmige Loch weist einen vergrößerten Abschnitt 32 zur Aufnahme der Kolbendichtung auf. Bei jeder Kontaktsondenstange ist eine Leitung 33 für ein elektrisches Signal am Ende entfernt von der Blockoberfläche mit Hilfe von Sicherungsmuttern 34 angebracht.
Drei derartige Pneumatikanordnungen sind mit weiteren Einzelheiten in 2 gezeigt, wobei drei Punktkontaktsonden 24a, 24b, 24c vorgesehen sind, die jeweils in einer Anordnung angebracht sind, wie voranstehend erwähnt. Innerhalb des Stahlmontageblocks 23 sind Luftkanäle 40, 41 gebohrt und an einem Ende verschlossen, um die vergrößerten Abschnitte 32a, 32b, 32c der kreisringförmigen Kanäle zu verbinden, in welchen sich die Sonden bewegen. Luftleitungsverbindungen 42, 43 sind an dem anderen Ende vorgesehen, um die Zylinder in zwei entgegengesetzten Richtungen innerhalb der Hohlräume anzutreiben. Die Enden der Punktkontaktsonden, die sich in der Nähe der Brammenoberfläche 4 befinden, sind verjüngt, um den Kontakt mit der Oberfläche zu verbessern. Der Winkel des verjüngten Punktes wird aufgrund von Versuchen ausgewählt, um das Ausmaß des Verschleißes der Spitze und eine Abflachung zu verringern, die wiederholtem Gebrauch auftreten können. Elektrische Verbindungen 33a, 33b, 33c werden so mit den Kontakten hergestellt, dass die Reaktion unter Verwendung einer externen Schaltung gemessen werden kann, die nachstehend genauer erläutert wird.
Die Punktkontaktsonden 24a und 24c werden aus einem Metall hergestellt, und der Kontakt 24b aus einem unterschiedlichen Metall. Die entsprechenden elektrischen Verbindungen werden ebenfalls aus demselben Metall hergestellt. Typischerweise werden die Punktkontaktsonden 24a und 24c aus Alumel hergestellt, und für die Punktkontaktsonde 24b aus Chromel hergestellt, jedoch kann jede Kombination von Metallen eingesetzt werden, die eine thermische emf-Reaktion zeigt.
Während eines typischen Messvorgangs werden die Punktkontaktsonden 24a, 24b, 24c so angeordnet, dass sie in einer Ebene liegen, so dass die Spitzen der Punktkontaktsonden, wenn sie durch die Einwirkung der Pneumatikzylinder nach vorne gedrückt werden, die Oberfläche 4 berühren.
Im Betrieb werden die Punktkontaktsonden, welche die Sensoren gemäß der vorliegenden Erfindung bilden, gleichzeitig so in Vorwärtsrichtung bewegt, dass sie in Berührung mit der Blockoberfläche gelangen, durch gleichzeitiges Aktivieren aller drei Pneumatikzylinder, wie in 2 gezeigt. Jeder der Zylinder 32a, 32b, 32c ist innerhalb des Blocks 23 vorgesehen und wird gleichzeitig durch Luftleitungen 42 und 43 versorgt. Wird Druck an die Luftleitung 43 angelegt, und ist die Luftleitung 42 zur Atmosphäre hin offen, werden sämtliche drei Punktkontaktsonden 24a, 24b und 24c zur Oberfläche 4 des Blocks hin durch die Kolben 30a, 30b, 30c bewegt. Wenn Druck an die Luftleitung 42 angelegt wird, und 43 zur Atmosphäre geöffnet ist, werden die drei Kontakte weg von der Oberfläche bewegt. Die Richtung des Luftflusses wird gesteuert durch ein doppelt wirkendes Pneumatikventil 45, das an einer Luftversorgungsquelle (nicht gezeigt) angebracht ist. Die Punktkontaktsondenspitzen werden in Anlage an der Blockoberfläche über einen kurzen Zeitraum gehalten und dann durch die Pneumatikzylinder zurückgezogen. Während der Zeit der Berührung mit der Oberfläche kann sich die Oberfläche um so viel wie 6 mm in Vertikalrichtung bewegen, vorzugsweise über 3 mm oder weniger, und ermöglicht es das vertikale Spiel in den Isoliermuffen, dass die Punktkontaktsonden in Eingriff mit der Oberfläche gelangen, ohne diese zu zerkratzen oder auszustechen.
Obwohl die drei Punktkontaktsonden gleichzeitig gegen die Blockoberfläche bewegt werden, ermöglicht die Verwendung getrennter Pneumatikzylinder, dass die Punktkontaktsonden sich an Unregelmäßigkeiten der Blockoberfläche anpassen können. Eine ähnliche Flexibilität könnte beispielsweise durch Einsatz eines einzigen Betätigungszylinders mit federbelasteten Kontaktspitzen erhalten werden.
Die Pneumatikzylinder arbeiten mit einem Druck von 90 psig. Für eine Chromel- oder Alumel-Legierungsstange mit einem Durchmesser von 6 mm, mit einem Winkel an der Spitze von etwa 30°, wird eine ausreichende Kraft entwickelt, um einen verlässlichen und elektrischen Kontakt mit der Blockoberfläche zu erzielen.
Während der Berührung mit der Oberfläche wird die emf gemessen, die zwischen den Kontakten 24a und 24b sowie zwischen 24b und 24c auftritt. Es werden derartige Messungen durchgeführt, normalerweise mit einer Häufigkeit von 40 pro Sekunde, während die Kontakte in Verbindung mit der Oberfläche stehen. Da die Kontakte eine direkte elektrische Verbindung mit der Oberfläche herstellen, stabilisieren sich die Messungen auf einen endgültigen Wert innerhalb von weniger als 0,15 Sekunden. Die emf von den beiden Sensoren (gebildet durch die Paar von Punktkontaktsonden) wird in eine äquivalente gemessene Temperatur umgewandelt, auf Grundlage der bekannten Reaktion bei den Metallen, die in den Punktkontaktsonden eingesetzt werden. Die Punktkontaktsonden werden üblicherweise in eine Entfernung von weniger als 30 mm voneinander angeordnet, so dass die dazwischenliegende Aluminiumoberfläche zwischen den Punktkontaktsonden nicht die Messungen beeinflusst. Wenn Chromel- und Alumel-Metalle eingesetzt werden, ist die sich einstellende emf typischerweise jene, die in einem Thermoelement des "Typs K" auftritt. Die zwei gleichzeitig erfassten emf s, die in eine Spannung oder äquivalente Temperatur umgewandelt wurden, werden dann verglichen. Falls sie sich von mehr als etwa 10% unterscheiden und bevorzugter um mehr als etwa 5%, wird die Messung zurückgewiesen. Anderenfalls wird das Maximum der beiden erfassten Spannungen oder Temperaturen angezeigt und aufgezeichnet, als jenes Ausgangssignal, das am genauesten die tatsächliche Oberflächentemperatur an diesem Punkt misst. Selbstverständlich könnte, falls erwünscht, die niedrigere erfasste Temperatur verwendet werden, oder ein Mittelwert der beiden Temperaturen bereitgestellt werden, als die angezeigte Oberflächentemperatur, jedoch wird für die größte Genauigkeit der Maximalwert eingesetzt.
Durch Einsatz dieses Vergleichsverfahrens kann die Oberflächentemperatur verlässlich bestimmt werden, selbst wenn die metallische Brammenoberfläche rauh und ungleichförmig ist, und während bei der Oberflächentemperatur signifikante Änderungen auftreten können, beispielsweise unmittelbar bei Beginn des DC-Gusses eines Blocks, oder bei kritischen Temperaturmessorten in Extrudiervorgängen oder kontinuierlichen Bandgussvorgängen. Temperaturmessungen auf Grundlage einer einzigen Thermoelementsonde oder einer Sonde, die durch ein einfaches Paar an Kontakten gebildet wird, können nicht eine Messung bestätigen, mit Ausnahme eines Vergleichs mit den vorherigen und den nachfolgenden Messungen, und dies kann in Situationen, in welchen sich die Oberflächentemperatur ändert, nicht verlässlich durchgeführt werden.
3 zeigt einen Teil der Gussform 3 entsprechend 1, mit einer Formoberfläche 50, einem primären Kühlmittelkanal 51, einem sekundären Wasserauslass 52, einem sekundären Wasserstrom 53 und dem Block 1. Die Brammen- oder Blockoberfläche, die aus der Form austritt, wird durch die Oberfläche 4 repräsentiert.
Bei einem typischen DC-Gussvorgang wird sekundäres Kühlmittel 53 von der Gussform gegen die verfestigte Blockoberfläche 4 ausgestoßen, wie in 3 gezeigt. Der oberste Punkt, an welchem das Kühlmittel auf die Blockoberfläche 54 auftrifft, wird als der Auftreffpunkt für das sekundäre Kühlmittel bezeichnet, und die Sonden 24 werden so angeordnet, dass sie in einer horizontalen Ebene liegen, so dass die Spitzen, wenn sie durch die Einwirkung der Pneumatikzylinder nach vorne gedrückt werden, die Blockoberfläche an der Position 55 berühren, die irgendwo in einem Bereich zwischen 5 mm oberhalb des Auftreffpunkts und 30 mm unterhalb des Auftreffpunktes liegen kann, vorzugsweise zwischen 5 und 15 mm unterhalb des Auftreffpunkts. Es wurde festgestellt, dass bei Einsatz der Sonde in dieser Position die gemessene Temperatur den Wärmezustand des Blocks repräsentiert. Liegt sie mehr als 5 mm oberhalb des Auftreffpunktes, dann kann die Sonde nicht die Auswirkungen des sekundären Kühlmittels messen, die von wesentlicher Bedeutung beim Steuern des Gusses sind. Liegt sie mehr als 30 mm unterhalb des Auftreffpunktes, wird die Sondenreaktion durch die allmähliche Mittlung der Temperaturen nach dem Aufbringen von Kühlmittel beeinflusst, und weist nicht mehr die Empfindlichkeit auf, dass sie die wahren Auswirkungen des Kühlmittels auf der Oberfläche zeigt.
Das schnelle Herstellen des Gleichgewichts und häufige Temperaturmessungen ermöglichen eine Verfolgung von Änderungen der Oberflächentemperatur, die relativ schnell auftreten, beispielsweise beim gepulsten Wasserkühlen, wie dies beim DC-Guss von Aluminiumblöcken eingesetzt werden, bei welchem die Impulsperiode kleiner als 0,5 Sekunden sein kann. Die Fähigkeit, schnell das Gleichgewicht herzustellen, kombiniert mit dem kurzen Zeitraum der Bewegung hinein und heraus, und der Fähigkeit, die Gültigkeit jeder Messung zum Messzeitpunkt zu bestätigen, ermöglicht eine hervorragende Entfernungsauflösung über die Bramme, entlang derer Temperaturen gemessen werden. Bei typischen Gussgeschwindigkeiten für Bandblöcke ist eine Entfernungsauflösung möglich, die so niedrig ist wie 0,5 mm, was die Überwachung von Temperaturänderungen über sehr kurze Entfernung entlang eines Blockes ermöglicht.
Eine typische Schaltung zum Steuern der Bewegung der Sonden und zur Durchführung der koordinierten Messungen kann unter Bezugnahme auf die 1 und 2 und das Blockschaltbild von 4 beschrieben werden. Die Signalanalyse und das Zeitgebersignal werden von einem gemeinsamen Digitalcomputer 60 zur Verfügung gestellt. Der Computer erzeugt ein Zeitgebersignal "Start", welches eine Vierwege-Magnetspule 45 aktiviert, die Luftdruck an die gemeinsame Pneumatikverbindung 43 für alle Punktkontaktsonden anlegt, um die Sonden in die Brammenoberfläche zu bewegen. Ein entsprechendes Zeitgebersignal "Stopp" veranlasst die Magnetspule, Luftdruck an die Verbindung 42 für Bewegung in entgegengesetzter Richtung anzulegen. Die unbenutzte Verbindung (42 oder 43) wird mit der Atmosphäre über die Magnetspule verbunden.
Kontinuierlich arbeitende Analog-Digitalwandler 61 sind an Paare der Kontakte 24a, 24b und 24b, 24d der Punktkontaktsonden angeschlossen. Verbindungen 33a und 33b versorgen einen derartigen A-D-Wandler, und Verbindungen 33b und 33c versorgen den anderen. Die A-D-Wandler können zumindest 40 Ablesungen pro Sekunde durchführen, und die abgelesenen emfs in die Digitalspannungssignale umwandeln, welche gemessene Temperaturen repräsentieren. Diese Signale werden als Eingangssignale dem Computer 60 zugeführt.
Der Computer wandelt die Digitaleingangssignale von jedem Kontaktpaar in gemessene Temperaturen T₁ und T₂ um, auf Grundlage bekannter Umwandlungsfaktoren für die ausgewählten Kontaktlegierungen. Digitaleingangssignale werden akzeptiert nach 0,15 Sekunden nach dem Zeitgebersignal "Start" bis dann, wenn das Zeitgebersignal "Stopp" erzeugt wird. Die Daten für T₁ und T₂ können auf verschiedene Art und Weise behandelt werden. Bei einem Verfahren werden das Maximum, das Minimum und der Mittelwert von T₁ und T₂ für den gesamten Zeitzyklus zwischen den Zeitgebersignalen "Start" und "Stopp" bestimmt. Unterscheiden sich die Mittelwerte um ein vorbestimmtes Ausmaß (beispielsweise 5%), wird der gesamte Zyklus zurückgewiesen. Ist dies nicht der Fall, wird der höhere Maximal-, Minimal- oder Mittelwert von T₁ und T₂ üblicherweise als angezeigte Oberflächentemperatur ausgewählt, die eine Messung der tatsächlichen Oberflächentemperatur an dem Ort auf der Oberfläche der jeweiligen Messung repräsentiert. Alternativ können die Werte für T₁ und T₂ auf Grundlage der jeweiligen Messung verglichen werden (beispielsweise mit einer Rate von 40 pro Sekunde), und können einzelne Paare zurückgewiesen oder akzeptiert werden. Die sich ergebende, überprüfte Temperaturablesung wird üblicherweise auf dem Computermonitor angezeigt, gespeichert oder ausgedruckt. Die Ablesung kann auch an eine Steuerschaltung (nicht gezeigt) übertragen werden, die dazu verwendet wird, einige Aspekte des Vorgangs zu steuern, der die Oberflächentemperatur hervorruft. Wenn beispielsweise ein Kühlmittel auf die Oberfläche aufgebracht wird, kann die Temperaturablesung dazu verwendet werden, den Kühlmittelfluss oder einen anderen Parameter zu steuern. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Bramme eine Form oder ein Extrudierwerkzeug verlässt, kann ebenfalls in Reaktion auf eine derartige Temperaturmessung variiert werden.
Die Länge des Messzyklus (zwischen den Zeitgeberzyklen "Start" und "Stopp") kann so ausgewählt werden, dass sie Betriebsanforderungen genügt, selbstverständlich vorausgesetzt, dass sich die Sondenkontakte nicht in Vertikalrichtung über ihre Betriebsgrenzen hinaus bewegen müssen. Weiterhin kann eine Bewegung über etwa 3 mm hinaus für Messungen, die an bestimmten Orten in Bezug auf einen Kühlmittel-Auftreffpunkt durchgeführt werden, weniger repräsentative Ergebnisse als wünschenswert erzeugen.
Offenbar gelten dieselben Überlegungen in Bezug auf die Konstruktion der Einrichtung bei verschiedenen anderen Brammenkühlsituationen. Die Auswirkung des Einsatzes von Kühlmittel im Falle des Horizontalgusses (einschließlich kontinuierlicher Bandguss) oder des Walzens einer Metallbramme kann dadurch überwacht werden, dass die Temperatursonden in einer vertikalen statt in einer horizontalen Ebene betrieben werden, wobei andere Merkmale der Erfindung im Wesentlichen unverändert bleiben. Die Überwachung des Einsatzes eines Kühlmittels in einer horizontalen Extrudierpresse stellt eine ähnliche Situation dar.
5 zeigt eine andere Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens zur Temperaturmessung gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Anwendung wird eine "Rad-Band-Gussvorrichtung" mit herkömmlicher Konstruktion (Properzi oder ähnlich) eingesetzt. In diesem Fall wird Metall von einem Ofen (nicht gezeigt) einer Gießwanne 70 und einem Metallzufuhrtrog 71 zugeführt, in eine Nut, die innerhalb der Felge eines Gussrades 72 enthalten ist. Kontinuierliches Metallband (von dem ein Abschnitt 73 gezeigt ist) deckt die Radfelge über einen Abschnitt ihres Umfangs ab. Kühlmittel wird auf das Rad und das Abdeckband aufgebracht, um das Material zu einem kontinuierlichen Block abzukühlen. Der Block, der in dieser Art von Maschine gegossen wird, weist üblicherweise einen quadratischen Querschnitt auf, und wird durch eine Reihe von Extrudierwerkzeugen 79 nach der Verfestigung geschickt, um einen Draht- oder Kabelvorrat zu erzeugen. An dem Punkt des Abnehmens des Blocks von dem Rad 74 hat sich die Blockoberfläche zumindest verfestigt, obwohl der zentrale Abschnitt noch nicht vollständig fest sein kann. Die Sensoren, wie sie in den 1 und 2 dargestellt sind, können an verschiedenen Orten 75, 76 und 77 entlang dem Gussweg befestigt werden. Die Richtung der Bewegung der Sonde entgegen die Oberfläche, welche entweder das umschließende Band (beispielsweise am Ort 75) oder die Blockoberfläche selbst (beispielsweise an Orten 76, 77) sein kann, verläuft senkrecht zur Oberfläche an jedem Punkt, wie durch die senkrechten Striche in 5 angedeutet. Infolge der kleinen Abmessungen und der Fähigkeit, in jeder Orientierung zu arbeiten, ist die vorliegende Erfindung für derartige Orte geeignet. Die Geschwindigkeit und Verlässlichkeit der einzelnen Messungen ermöglichen ihren Einsatz beim Überwachen und Steuern eines kontinuierlichen Gussvorgangs selbst in Bereichen mit sich schnell ändernden Temperaturen.
6 zeigt eine Abänderung der Vorrichtung, die zum Einsatz in begrenzten Räumen geeignet ist, oder dort, wo die Brammenbewegung so schnell ist, dass die Punktkontaktsonden in Berührung mit der Oberfläche bleiben müssen, wenn sich die Bramme um eine größere Entfernung bewegt, als normalerweise von einer festen Montage abgedeckt wird. Die Vorrichtung (die im übrigen so aufgebaut ist, wie dies unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben wurde) ist innerhalb eines Blocks 23 aufgenommen, der auf einem Drehzapfen 80 angebracht ist, wobei ein Pfosten 81 an der Form 3 angebracht ist, anstatt fest mit der Form 3 verbunden zu sein. Der Drehzapfen ist durch eine Feder vorgespannt, so dass dann, wenn die Punktkontaktsonde nicht in Berührung mit der Oberfläche 4 steht, der Block 23 durch die Feder gegen den Boden der Form an einem Ruhepunkt 82 gehalten wird. In dieser ersten Extremalposition verbinden sich die Punktkontaktsonden, wenn sie zur Anlage gegen die Oberfläche 4 gebracht werden, mit einem weiter oben gelegenen Punkt, als dies sonst möglich ist, und dies gestattet einen Zugang in Fällen, in denen ein derartiger, eingeschränkter Zugang benötigt wird. Infolge der Schwenkanordnung und des pneumatischen Bewegungssystems können darüber hinaus die Punktkontaktsonden in Berührung mit der Oberfläche bleiben, wenn sich der gesamte Block von der ersten Extremalposition zu einer Position in der dargestellten, mit durchgezogenen Linien dargestellten Anordnung verschwenkt, in welcher der Block im Wesentlichen horizontal liegt (die "zweite" Extremalposition ist gestrichelt dargestellt). Wenn die Punktkontaktsonden zurückgezogen werden, bringt der durch eine Feder vorgespannte Drehzahpfen 80 die Anordnung in ihre ursprüngliche Position zurück. Die zweite Extremalposition kann, falls erforderlich, in einem Winkel unterhalb der Horizontalen liegen. Solange die Punktkontaktsonden in einem Winkel von weniger als etwa 45° gegenüber der Senkrechten zur Brammenoberfläche angeordnet sind, können verlässliche Messungen erzielt werden. Dies bedeutet, dass die erste und zweite Extremalposition 45° oder weniger gegenüber der Senkrechten zur Brammenoberfläche angeordnet sein sollten, deren Temperatur gemessen wird. Daher können die Punktkontaktsonden in Berührung mit der Oberfläche bleiben, wenn sich die Bramme um eine größere Entfernung bewegt, als dies sonst möglich ist, was Messungen ermöglicht, bei denen sich die Bramme mit höherer Geschwindigkeit bewegt. Bei unterschiedlichen Ausbildungen kann das Gewicht des Blocks 6 dazu eingesetzt werden, ihn in die erste Extremalposition zurückzuführen, sobald die Punktkontaktsonden von der Oberfläche zurückgezogen wurden. Die Federbelastung weist den Vorteil auf, dass dieselbe Anordnung in jeder Orientierung und an vielen verschiedenen Orten eingesetzt werden kann, einfach durch Bereitstellung eines Anschlags zum Zurückhalten des Blocks an einem Punkt entsprechend dem Ort 82.
7 zeigt eine Einrichtung, die zum Erhalten aussagekräftiger Signale auf unterschiedliche Art und Weise eingesetzt wird. Bei dieser Einrichtung werden zumindest zwei sich bewegende Brammen 90 (schematisch im Querschnitt in der Figur dargestellt) eingesetzt, welche beispielsweise DC-Blöcke sein können, die sich aus benachbarten Formen in einem einzigen Gusstisch (nicht gezeigt) nach unten bewegen. Es können mehrere derartige Formen in einem Tisch vorgesehen sein. Derartige DC-Gussanordnungen erzeugen sich bewegende Blöcke, welche im Wesentlichen dieselbe Geometrie aufweisen, und die im Wesentlichen äquivalenten Kühlumgebungen ausgesetzt sind. Jeder Block ist mit zumindest zwei Temperaturmesssonden 101 und einer Signalverarbeitungseinrichtung 102 versehen. Die Temperaturmesssonden sind so ausgebildet, wie dies voranstehend beschrieben wurde (beispielsweise unter Bezugnahme auf die 1 und 2), und sind an entsprechenden Orten in Bezug beispielsweise auf den sekundären Wasserauftreffpunkt auf jedem Block angeordnet. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann ähnlich jener ausgebildet sein, die anhand von 4 beschrieben wurde.
Jede Signalverarbeitungseinrichtung 102, die einer bestimmten Bramme 90 zugeordnet ist, stellt ein Ausgangssignal entsprechend der Temperatur zur Verfügung, die von jeder Temperaturmesssonde in Berührung mit dieser Bramme gemessen wird, und die Differenz zwischen den beiden Sonden, typischerweise ermittelt als Mittelwerte über den Zeitraum zwischen den Start- und Stoppsignalen für Datenaquisition an dem bestimmten Messort, wird so erhalten, wie dies vollständiger unter Bezugnahme auf 4 erläutert wurde. Die Ausgangssignale werden dann einer Speichervorrichtung 103 (beispielsweise dem Speicher eines Mikrocomputers) zugeführt, welche die folgenden Daten für jede Bramme speichert: (a) den Ort (in Richtung der Brammenbewegung) auf der Bramme, an welcher die Temperaturmessung erfolgt, (b) die zwei oder mehr gemessenen Temperaturen, und (c) die Maximaldifferenz zwischen den zwei oder mehr gemessenen Temperaturen. Die Speichervorrichtung und der zugehörige Computer vergleichen diese Differenz mit einem vorbestimmten Wert (typischerweise 10% und bevorzugter 5% des Maximums der zwei oder mehr Temperaturen), und wenn die Differenz kleiner ist als der vorbestimmte Wert, wird das Maximum der zwei oder mehr gemessenen Temperaturen auf einer geeigneten Ausgabevorrichtung angezeigt. Wird dieses Überprüfungskriterium nicht erfüllt, wird die Differenz zwischen dem Maximum der zwei oder mehr gemessenen Temperaturen für eine Bramme verglichen mit der Differenz zwischen dem Maximum der zwei oder mehr gemessenen Temperaturen für eine benachbarte Bramme oder Gruppe derartiger Brammen, und falls ein Unterschied von weniger als einem vorbestimmten Ausmaß auftritt (typischerweise 10%, vorzugsweise 5% des Mittelwerts der beiden Maxima der Gruppen der beiden Maxima), dann wird die Maximaltemperatur auf einer geeigneten Ausgabevorrichtung angezeigt.
Das erste Überprüfungsverfahren verwendet im Wesentlichen eine Temperaturmessung auf der Oberfläche der Bramme nahe an der ursprünglichen Messung zum Zwecke der Überprüfung, wogegen die zweite Überprüfung eine Temperaturmessung auf der Oberfläche einer Bramme verwendet, die von dem Ort der ursprünglichen Messung entfernt sein kann, jedoch im Wesentlichen äquivalenten Wärmebedingungen ausgesetzt ist, und geometrisch im Wesentlichen äquivalent ist. Dieses zweite Verfahren kann, wie voranstehend erläutert, bei einer Gruppe von DC-Blöcken eingesetzt werden, die aus Formen in einem einzigen Gusstisch gegossen werden. Es lässt sich auch zur Überwachung der Temperatur über eine breite Bramme einsetzen, beispielsweise bei einer Bramme, die aus einer kontinuierlichen Gussvorrichtung oder einem Walzwerk herausgelangt, wobei sich die eine Gruppe von zwei Temperatursonden (in geringem Abstand voneinander) auf einem Abschnitt einer derartigen breiten Bramme befindet, und eine andere Gruppe auf einem anderen Abschnitt angeordnet ist, entfernt von dem ersten, jedoch derselben Wärmeumgebung ausgesetzt.
Diese Logik lässt sich besser unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 8 verstehen. In diesem Flussdiagramm entsprechen T₁(A), T₂(A) und ΔT(A) den zwei Temperaturen bzw. der Differenz, gemessen von der Signalverarbeitungseinrichtung 102 für eine der Brammen (bezeichnet als Bramme "A") an einem bestimmten Ort, und T₁(B), T₂(B) und ΔT(B) bezeichnen dieselben Parameter für eine zweite Bramme. Der Index 2 bezeichnet die höhere der beiden Temperaturen in sämtlichen Fällen. T₂(GROUP) bezeichnet den Mittelwert von T₂ für eine Gruppe von Brammen, die zusammengefasst werden, wenn eine derartige Gruppe existiert. Weiterhin repräsentiert |T₂(A) – T₂(A)| den Absolutwert der Differenz zwischen zwei Werten, und bezeichnet <T₂(A), T₂(B)> den Mittelwert von zwei Werten.
Das erste Flussdiagramm repräsentiert einen Vergleich von Block zu Block zu Block, und das zweite einen Vergleich eines Blocks mit einer Gruppe von Blöcken. Die Flussdiagramme werden für jeden Block wiederholt, bei dem eine Überprüfung der Messung erwünscht ist.
Die Logik lässt sich ortsweise einsetzen (also wenn die Daten für einen bestimmten Ort akquiriert werden), oder es kann eine Gruppe von Daten für eine Anzahl an Orten akquiriert werden, und die Vergleiche können mit der Gruppe durchgeführt werden, und die überprüften Ergebnisse können für die vollständige Gruppe angezeigt werden.

Claims

Einrichtung zur Messung einer Temperatur einer sich bewegenden Oberfläche (4) einer Metallbramme (1) zur Bereitstellung einer Anzeige der gemessenen Temperatur entsprechend der tatsächlichen Temperatur an einem Ort auf der Oberfläche, wobei die Einrichtung einen ersten Temperaturmesssensor (24a, 24b) aufweist, der so angebracht ist, dass er sich zwischen einer ersten Position, in welcher der erste Sensor nicht in Berührung mit einer Oberfläche der Bramme steht, und einer zweiten Position, in welcher der erste Sensor die Oberfläche an dem Ort berührt, bewegen kann, wobei der erste Sensor ein Ausgangssignal entsprechend der gemessenen Temperatur erzeugt, wenn die Berührung mit der Oberfläche erfolgt, einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des Sensors zwischen der ersten und der zweiten Position des ersten Sensors, zumindest einen zusätzlichen Temperaturmesssensor (24b, 24c), der sich zwischen einer ersten Bewegung, in welcher der zweite Sensor nicht in Berührung mit der Oberfläche der Bramme steht, und einer zweiten Position bewegen kann, in welcher der zweite Sensor die Oberfläche an dem Ort berührt, wobei der zumindest eine zusätzliche Sensor ein Ausgangssignal entsprechend der gemessenen Temperatur erzeugt, wenn die Berührung mit der Oberfläche hergestellt ist, und einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des zumindest einen zusätzlichen Sensors zwischen der ersten und der zweiten Position des zumindest einen zusätzlichen Sensors, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zumindest eine zusätzliche Temperatursensor einander benachbart angebracht sind, und die Antriebsmechanismen synchronisiert sind, um den ersten und den zumindest einen zusätzlichen Sensor in Berührung mit der Oberfläche an dem Ort zur selben Zeit zu bewegen, und ein Komparator (60) vorgesehen ist, um die Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Messsensors zu vergleichen, um zu bestimmen, ob die gemessenen Temperaturen des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Sensors an dem Ort sich voneinander um weniger als ein vorbestimmtes Ausmaß unterscheiden, und zur Bereitstellung einer Anzeige der gemessenen Temperatur, welche die tatsächliche Temperatur der Oberfläche an dem Ort repräsentiert, auf Grundlage eines oder mehrerer der Ausgangssignale nur dann, wenn sich die gemessenen Temperaturen um weniger als das vorbestimmte Ausmaß unterscheiden.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (24a, 24b) und der zumindest eine zusätzliche Sensor (24b, 24c) jeweils zwei beabstandete Punktkontaktsonden (24a, 24b oder 24b, 24c) aufweisen, die aus unterschiedlichen Metallen bestehen, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, die eine Funktion der tatsächlichen Temperatur der Oberfläche ist, wenn sie in Berührung mit der Oberfläche gebracht werden.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktkontaktsonden (24a, 24b oder 24b, 24c) jedes Sensors weniger als 50 mm voneinander beabstandet sind.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktkontaktsonden (24a, 24b oder 24b, 24c) jedes Sensors weniger als 30 mm voneinander beabstandet sind.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Metalle Chromel- und Alumel-Legierungen sind.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Punktkontaktsonden (24a, 24b oder 24b, 24c) eine unabhängige Aufhängung aufweist, damit sich der erste und der zumindest eine zusätzliche Sensor an Unregelmäßigkeiten der Oberfläche anpassen können.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein zusätzlicher Temperatursensor (24b, 24c) vorgesehen ist, und eine Punktkontaktsonde (24b) jedes Sensors von beiden gemeinsam benutzt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der erste (24a, 24b) als auch der zumindest eine zusätzliche Sensor (24b, 24c) so angebracht ist, dass er durch die jeweilige Antriebsvorrichtung direkt zu der Oberfläche oder weg von dieser senkrecht zur Bewegungsrichtung der Oberfläche bewegt wird, oder in einem Winkel zu dieser Richtung, der kleiner ist als 45°.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus für den ersten und zweiten Sensor ein pneumatischer Antriebsmechanismus (23, 30a, 30b, 30c) oder ein elektrischer Antriebsmechanismus ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zumindest eine zusätzliche Temperaturmesssensor und ihre jeweiligen Antriebsvorrichtungen in einer Schwenkhalterung (80, 81) angebracht sind, so dass die Sensoren in Berührung mit der sich bewegenden Oberfläche für die eine Zeit verbleiben können, die nutzbar zur Temperaturerfassung ist, infolge der Verschwenkung der Halterung in Bewegungsrichtung der Oberfläche.
Einrichtung zur Messung der Temperatur einer sich bewegenden Oberfläche (4) einer Bramme aus Metall (1) zur Bereitstellung der Anzeige der gemessenen Temperatur entsprechend der tatsächlichen Temperatur an einem Ort auf der Oberfläche, wobei die Einrichtung einen ersten Temperturmesssensor (24a, 24b) aufweist, der selektiv in Berührung mit oder außer Berührung von der Oberfläche an dem Ort bewegbar ist, wobei der Sensor ein Ausgangssignal erzeugt, wenn er in Berührung mit der Oberfläche steht, entsprechend einer gemessenen Temperatur, und zumindest einen zusätzlichen Temperatursensor (24b, 24c) in der Nähe des ersten Sensors, der selektiv in Berührung mit oder außer Berührung von der Oberfläche an dem Ort bewegbar ist, wobei der zumindest eine zusätzliche Sensor ein Ausgangssignal erzeugt, wenn er in Berührung mit der Oberfläche steht, entsprechend der gemessenen Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor und der zumindest eine zusätzliche Sensor so synchronisiert sind, dass sie sich zur gleichen Zeit in Berührung mit der Oberfläche an dem Ort bewegen, und die Einrichtung einen Komparator (60) aufweist, um die Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Temperatursensors zu vergleichen, und zu bestimmen, ob sich diese Ausgangssignale um mehr als ein vorbestimmtes Ausmaß unterscheiden, sowie eine Anzeige der gemessenen Temperatur zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend der tatsächlichen Temperatur der Oberfläche an dem Ort, auf Grundlage eines oder mehrerer Ausgangssignale der Sensoren, wenn sich die Ausgangssignale der Sensoren um weniger als das vorbestimmte Ausmaß unterscheiden.
Verfahren zur Messung der Temperatur einer Oberfläche (4) einer sich bewegenden Metallbramme (1) zur Bereitstellung einer Anzeige der gemessenen Temperatur entsprechend der tatsächlichen Temperatur an einem Ort auf der Oberfläche, wobei das Verfahren umfasst, einen ersten Temperaturmesssensor (24a, 24b) in Berührung mit der Oberfläche der Bramme an den Ort zu bringen, und ein Ausgangssignal des Sensors entsprechend der gemessenen Temperatur zu erzeugen, und zumindest einen zusätzlichen Temperaturmesssensor (24b, 24c) in Berührung mit der Oberfläche der Bramme an den Ort zu bringen, und ein Ausgangssignal des zumindest einen zusätzlichen Sensors entsprechend der gemessenen Temperatur zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass das Berühren der Oberfläche durch den ersten Temperaturmesssensor und das Berühren der Oberfläche durch den zumindest einen zusätzlichen Temperaturmesssensor so synchronisiert sind, dass sie gleichzeitig durchgeführt werden, und die Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Sensors verglichen werden, und die Anzeige der gemessenen Temperatur auf Grundlage eines oder mehrerer der Ausgangssignale nur dann zur Verfügung gestellt wird, wenn sich die Ausgangssignale voneinander um weniger als das vorbestimmte Ausmaß unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (24a, 24b) und der zumindest eine zusätzliche (24b, 24c) Temperatursensor in einer Halterung (23) angebracht sind, welche starr festgelegt ist, und in Berührung mit der Oberfläche (4) nur über einen Zeitraum verbleiben, in welchem sich die Metallbramme (1) um eine Entfernung von 6 mm oder weniger bewegt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (24a, 24b) und der zumindest eine zusätzliche (24b, 24c) Temperatursensor in einer Halterung (23) angebracht sind, welche starr festgelegt ist, und in Berührung mit der Oberfläche (4) nur über einen Zeitraum verbleiben, in welchem sich die Metallbramme um eine Entfernung von 3 mm oder weniger bewegt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (24a, 24b) und der zumindest eine zusätzliche (24b, 24c) Temperatursensor eine Temperaturreaktion von 0,15 Sekunden oder weniger zur Verfügung stellen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (24a, 24b) und der zumindest eine zusätzliche (24b, 24c) Temperatursensor eine Temperaturreaktion von 0,10 Sekunden oder weniger zur Verfügung stellen.
Verfahren zur Messung der Temperatur einer sich bewegenden Oberfläche eine Metallbramme (90) zur Bereitstellung einer Anzeige für die gemessene Temperatur entsprechend der tatsächlichen Temperatur an einem Ort auf der Oberfläche, wobei die Einrichtung einen ersten Temperaturmesssensor (101) aufweist, der so angebracht ist, dass er sich zwischen einer ersten Position, in welcher der erste Sensor nicht eine Oberfläche der Bramme berührt, und einer zweiten Position bewegen kann, in welcher der erste Sensor in Berührung mit der Oberfläche an dem Ort steht, wobei der erste Sensor ein Ausgangssignal entsprechend der gemessenen Temperatur erzeugt, wenn die Berührung mit der Oberfläche hergestellt ist, einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des Sensors zwischen der ersten und der zweiten Position des ersten Sensors, zumindest einen zusätzlichen Temperaturmesssensor (101), der sich zwischen eine ersten Position, in welcher der zweite Sensor nicht in Berührung mit der Oberfläche der Bramme steht, und einer zweiten Position bewegen kann, in welcher der zweite Sensor die Oberfläche an dem Ort berührt, wobei der zumindest eine zusätzliche Sensor ein Ausgangssignal entsprechend der gemessenen Temperatur erzeugt, wenn die Berührung mit der Oberfläche hergestellt ist, und einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des zumindest einen zusätzlichen Sensors zwischen der ersten und der zweiten Position des zumindest einen zusätzlichen Sensors, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus für den ersten und der Antriebsmechanismus für den zumindest einen zusätzlichen Temperatursensor so synchronisiert sind, dass die Sensoren in Berührung mit der Oberfläche zur selben Zeit gebracht werden, der erste und der zumindest eine zusätzliche Temperatursensor einander benachbart angeordnet sind, und ein Komparator (103) vorgesehen ist, um die Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Messsensors zu vergleichen, um zu bestimmen, ob sich die gemessenen Temperaturen des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Sensors an dem Ort voneinander um weniger als ein vorbestimmtes Ausmaß unterscheiden oder nicht, und zur Bereitstellung einer Anzeige der gemessenen Temperatur, welche die tatsächliche Temperatur der Oberfläche an dem Ort repräsentiert, nur dann, wenn das Maximum der Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Messsensors sich um weniger als ein vorbestimmtes Ausmaß von einem Ausgangssignal eines oder mehrerer zusätzlicher Messsensoren (101) unter äquivalenten Bedingungen unterscheidet, wobei sich die zusätzlichen Messsensoren an äquivalenten Orten auf einer anderen Bramme (90) befinden, oder an äquivalenten Orten einer Gruppe von Brammen, oder an äquivalenten Orten auf einem unterschiedlichen Abschnitt derselben Bramme.
Einrichtung zur Messung der Temperatur einer sich bewegenden Oberfläche einer Metallbramme (90) zur Bereitstellung eine Anzeige der gemessenen Temperatur entsprechend der tatsächlichen Temperatur an einem Ort auf der Oberfläche, wobei die Einrichtung einen ersten Temperaturmesssensor (101) aufweist, der selektiv in Berührung mit oder außer Berührung von der Oberfläche an dem Ort bewegbar ist, der Sensor ein Ausgangssignal erzeugt, wenn er in Berührung mit der Oberfläche steht, entsprechend der gemessenen Temperatur, und zumindest einen zusätzlichen Sensor (101) in der Nähe des ersten Sensors, der selektiv in Berührung oder außer Berührung von der Oberfläche an dem Ort bewegbar ist, wobei der zumindest eine zusätzliche Sensor ein Ausgangssignal erzeugt, wenn er sich in Berührung mit der Oberfläche befindet, entsprechend der gemessenen Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zumindest eine zusätzliche Temperatursensor so synchronisiert sind, dass sie sich gleichzeitig in Berührung mit der Oberfläche an dem Ort bewegen, und die Einrichtung einen Komparator (103) aufweist, um die Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Temperatursensors zu vergleichen, um zu bestimmen, ob sich diese Ausgangssignale um mehr als ein vorbestimmtes Ausmaß unterscheiden, sowie eine Anzeige für die gemessene Temperatur zum Erzeugen eines Ausgangssignals entsprechend der tatsächlichen Temperatur der Oberfläche an dem Ort nur dann, wenn das Maximum der Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Messsensors um weniger als ein vorbestimmtes Ausmaß von einem Ausgangssignal eines oder mehrerer zusätzlicher Messsensoren (101) unter äquivalenten Bedingungen verschieden ist, wobei sich die zusätzlichen Messsensoren an äquivalenten Orten auf einer anderen Bramme (90) befinden, oder an äquivalenten Orten einer Gruppe von Brammen, oder an äquivalenten Orten auf einem unterschiedlichen Abschnitt derselben Bramme.
Verfahren zur Messung der Temperatur einer Oberfläche einer sich bewegenden Metallbramme (90) zur Bereitstellung eine Anzeige der gemessenen Temperatur entsprechend der tatsächlichen Temperatur an einem Ort auf der Oberfläche, wobei das Verfahren umfasst, einen ersten Temperaturmesssensor (101) in Berührung mit der Oberfläche der Bramme an den Ort zu bringen, und ein Ausgangssignal des Sensors entsprechend einer gemessenen Temperatur zu messen, und zumindest einen zusätzlichen Temperaturmesssensor (101) in Berührung mit der Oberfläche der Bramme an den Ort zu bringen, und ein Ausgangssignal des zumindest einen zusätzlichen Sensors entsprechend der gemessenen Temperatur zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zumindest eine zusätzliche Temperatursensor gleichzeitig in Berührung mit der Oberfläche an dem Ort bewegt werden, die Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Sensors verglichen werden, und eine Anzeige der gemessenen Temperatur auf der Grundlage eines oder mehrerer der Ausgangssignale nur dann zur Verfügung gestellt wird, wenn das Maximum der Ausgangssignale des ersten und des zumindest einen zusätzlichen Messsensors sich um weniger als ein vorbestimmtes Ausmaß von einem Ausgangssignal eines oder mehrerer zusätzlicher Messsensoren unter äquivalenten Bedingungen unterscheidet, wobei sich die zusätzlichen Messsensoren an äquivalenten Orten auf einer anderen Bramme (90) befinden, oder an äquivalenten Orten einer Gruppe von Brammen, oder an äquivalenten Orten auf einem unterschiedlichen Abschnitt derselben Bramme.