EP2379980A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der schichtdicke von teilerstarrten schmelzen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur messung der schichtdicke von teilerstarrten schmelzen

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Publication number
EP2379980A1
EP2379980A1 EP09801666A EP09801666A EP2379980A1 EP 2379980 A1 EP2379980 A1 EP 2379980A1 EP 09801666 A EP09801666 A EP 09801666A EP 09801666 A EP09801666 A EP 09801666A EP 2379980 A1 EP2379980 A1 EP 2379980A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
partially solidified
solidified melt
magnetic field
melt
frequencies
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09801666A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Vogl
Jörg BAUSCH
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SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Siemag AG
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Filing date
Publication date
Application filed by SMS Siemag AG filed Critical SMS Siemag AG
Publication of EP2379980A1 publication Critical patent/EP2379980A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/10—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance
    • G01B7/107—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance for measuring objects while moving
    • G—PHYSICS
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    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/40—Caliper-like sensors
    • G01B2210/46—Caliper-like sensors with one or more detectors on a single side of the object to be measured and with a transmitter on the other side

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for measuring the layer thickness of partially solidified melts, in particular on a conveyor belt, as part of a strip casting process.
  • a method for determining the layer thickness of a solidified boundary layer of a melt which generates by applying an alternating magnetic field eddy currents in the melt, which are detected by electromagnetic induction, which is closed to the thickness of the edge layer.
  • the thickness of an edge layer is determined from the strength of the eddy currents according to the difference in resistivity between a non-solidified and a solidified part. The eddy currents are therefore measured on the same surface of the melt where the magnetic field is applied.
  • this requires additional suitable coil systems.
  • EP 1 900 454 describes a process for the continuous casting of steel, wherein pulsed ultrasonic electromagnetic waves are generated, which are partially modulated and passed through the strand.
  • the magnetic see permeability in the strand is changed by these ultrasonic waves due to the magnetostriction occurring.
  • the transmitted ultrasonic magnetic waves are measured by electromagnetic induction and used to determine the solidification progress of the melt by correlation.
  • This method requires a complicated and complicated measuring device which is capable of generating, detecting and correlating pulsed modulated fields.
  • DE 3110900 describes a method for measuring the shell thickness of solidifying metals, wherein a transmitting and a receiving coil are used. Depending on the conductivity distribution, the electromagnetic fields penetrate more or less into the sample body. The resulting total field induces in the receiver coil a current which is shifted in phase and amplitude from the original field.
  • the invention relates firstly to a method for measuring the layer thickness of partially solidified melts on a conveyor belt by means of magnetic fields in a strip casting process, wherein a magnetic field is generated on one side of the partially solidified melt and the magnetic field penetrates the partially solidified melt and on the other side of the is measured on the partially solidified melt and wherein the drop of the magnetic field on the other side of the semi-solidified melt is used to calculate the layer thickness of the partially solidified melt, and electromagnetic stirring coils are used to generate the magnetic field.
  • Such stirring coils are usually already present in a system for strip casting. Therefore, no additional coils that take up more space or incur costs need to be installed to create the appropriate magnetic fields.
  • electro field drop means the remaining residual field strength or the difference between the transmitted and received power of the electric field.
  • the generated magnetic fields have frequencies between 500 Hz and 10,000 Hz.
  • the electromagnetic stirring coils are operated at frequencies of less than 20 Hz, harmonics occurring in the operation of the stirring coils having frequencies between 500 Hz and 10,000 Hz.
  • Such frequencies can then be used directly for determining the layer thickness, so that no additional devices are required to generate the frequencies.
  • the method has the feature that frequencies between 500 Hz and 10000 Hz are fed directly into the coils of the stirrer.
  • the method has the feature that several frequencies between 500 Hz and 10000 Hz are used to measure the layer thickness. By using several frequencies, the layer thickness can be characterized even more accurately.
  • the method has the feature that a plurality of sensors are arranged across the width of the conveyor belt in order to obtain a plurality of measuring points.
  • the method represents a thin strip casting method, wherein the layer thickness of the partially solidified melt is between 10 mm and 30 mm.
  • the method has the feature that the fields are produced above or optionally below the partially solidified melt and are measured below or optionally above the partially solidified melt.
  • the method has the feature that the magnetic field is generated homogeneously over the width of the conveyor belt.
  • the invention also encompasses a device corresponding to the method according to the invention.
  • This device essentially offers the same advantages as the described method.
  • the invention thus comprises an apparatus for measuring the layer thickness of partially solidified melts on a conveyor belt, comprising: a unit for generating a magnetic field on one side of the partially solidified melt; at least one sensor for measuring the magnetic field penetrating the partially solidified melt on the other side of the partially solidified melt; wherein the unit for generating the magnetic field by electromagnetic stirring coils is formed and that the device is designed such that the fall of the magnetic field measured by the sensors on the other side of the semi-solidified melt is used to calculate the layer thickness of the partially solidified melt.
  • the stirring coils generate magnetic fields with frequencies between 500 Hz and 10,000 Hz.
  • the electromagnetic stirring coils are operated at frequencies of less than 20 Hz, with the operation of the stirring coils resulting in harmonics having frequencies between 500 Hz and 10,000 Hz.
  • frequencies between 500 Hz and 10,000 Hz are fed directly into the coils of the stirrer.
  • the stirring coils generate a plurality of frequencies between 500 Hz and 10,000 Hz.
  • the distance between the electromagnetic stirring coils and the sensors is between 50 mm and 150 mm.
  • the invention also encompasses a system which comprises a conveyor belt of a strip casting plant for transporting a partially solidified melt, the plant further comprising a device for determining the layer thickness of the partially solidified melt according to one of the embodiments of the abovementioned device.
  • the device for determining the layer thickness of the partially solidified melt comprises a plurality of sensors, which are arranged over the width of the conveyor belt, so that there are several measuring points in the width direction.
  • the electromagnetic stirring coils are arranged at a distance of less than 150 mm above and / or below the partially solidified melt.
  • Fig. 1 shows a simplified and exemplary perspective view of a stirring coil above the melt.
  • FIG. 2 shows a simplified and exemplary perspective view of the stirring coil arrangement above the melt from FIG. 1, but with a view of the underside of the melt.
  • FIG 3 is a diagram illustrating by way of example the dependence of the detected magnetic field on various generated magnetic field frequencies and layer thicknesses.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the invention.
  • Magnetic stirrers 1 can be seen which have a magnetic field above the melt generate ze 2.
  • the magnetic field generated penetrates the melt 2 for measurement and is detected by sensors 3 located on the underside of the melt 2 (not visible in FIG. 1).
  • iron cores 4 and a corresponding yoke 5 are used to increase the efficiency of the stirring coils.
  • Below the stirring coils 1, the iron cores 4 are separated by regions which are considered to be insulating with respect to the magnetic flux. These are made of a suitable material, such. B. of copper.
  • the yoke 5 connects all the iron cores 4 on top of the coils. The use of the iron cores 4 and the yoke 5 is not necessary, but shows only one embodiment of magnetic field generating coils.
  • the partially solidified melt 2 is preferably located on a conveyor belt (not shown in FIG. 1) in the area of the stirring coils 1, wherein the transport belt preferably moves during the measurement but can also stand still.
  • the measurement can also be done in the field of moving molds.
  • Partially solidified means that the melt 2 is partly liquid and partly solid. However, the melt 2 can also be present in a completely liquid form for measurement or else completely solidified. Thus, the layer thickness of the liquid, partially solidified or solidified melt 2 can be determined quantitatively. If necessary, it is also possible to determine only the layer thickness of a solidified edge layer of the melt.
  • the surface of the melt 2 may be up to 1500 ° C. during the measurement, and these temperatures may also be higher for certain materials, which does not affect the measurement according to the present invention.
  • the magnetic field is generated on the upper side of the melt 2 with a stirring coil 1.
  • the stirring coils can also be arranged below the melt 2.
  • a suitable sensor 3 can measure the drop in the magnetic field (see FIG. 3).
  • the distance between the stirring coils and the sensor 3 is preferably 50 mm to 150 mm.
  • the thickness of the measured melt 2 is between these values and may preferably be between 10 mm and 30 mm, in which case a thin strip casting method is used. However, other arrangements are conceivable in which the distance between see stirring coil 1 and sensor 3 is greater and z. B. up to 400 mm and the thickness of the melt is up to 350 mm.
  • the stirring coils 1 used are preferably operated at frequencies of less than 20 Hz. However, depending on the specific application, frequencies of up to 100 Hz are also possible.
  • frequencies of up to 100 Hz are also possible.
  • By the conversion of the mains current in the operating current of the stirring coils 1 resulting harmonics in the intended for the measurement of the layer thickness range from 500 Hz to 10,000 Hz.
  • These already existing vibrations or frequencies can be used for the measurement of the layer thickness.
  • a zero point of the measurement can be determined before starting the measurement. That is, the measurement is performed without a melt 2 to be measured, for example, to take into account the influence of a conveyor belt or other factors, not in the measurement.
  • the measurement can be further improved if the magnetic field is measured on both sides of the melt 2.
  • sensors 3 can be arranged on both sides of the melt 2.
  • the width is to be understood as perpendicular to the casting direction.
  • Figure 2 shows the same arrangement as Figure 1, but with a view of the lower side of the melt 2. Visible are the sensors 3, which are mounted below the melt 2. In this case, the sensors 3 are arranged perpendicular to the conveyor belt, that is in the width direction. Alternatively, only one sensor 3 can be provided. The number of sensors 3 is also limited only by the structural conditions of the caster, so that more sensors, as shown in Figure 2, can be provided. With the help of several sensors 3, one can obtain several measuring points. Thus, a plurality of sensors 3, for example between 2 and 20 sensors, can be arranged along the width of the melt 2 in order to obtain information about the course of the layer thickness of the melt 2 in the width direction.
  • FIG. 3 shows by way of example the dependence of the detected magnetic field normalized on one on the layer thickness of the melt.
  • layer thicknesses of the melt are between 0 mm, that is to say no introduced melt, and 25 mm. It can be clearly seen that the normalized detected field becomes smaller with increasing layer thickness. In addition, it can be seen that frequencies of 10,000 Hz lead to a faster drop of the detected field with increasing thickness of the melt than lower frequencies. Thus, for fields with a frequency of 2000 Hz, the detected magnetic field decreases less strongly with increasing thickness of the melt, and the detected magnetic field for fields with a frequency of 1000 Hz decreases even less.
  • alternating magnetic fields in electrically conductive materials cause eddy currents, which in turn generate a magnetic field that opposes the original field, so that the resulting detected field is weaker than the generated field.
  • the amount of eddy currents that can form in the melt depends inter alia on the electrical conductivity and the permeability of the specific melt and on the frequency of the generated, applied magnetic fields.
  • magnetomotive field energy is also converted into heat by magnetization of the magnetic moments within the melt, thus weakening the generated field as well.
  • the effect of the magnetostriction can occur, is lost by the same magnetic field energy.
  • the normalized detected magnetic field becomes smaller at a fixed magnetic field frequency with increasing thickness of the melt, since more material, in which, for example, eddy currents arise, is in the path of the field. As a result, more energy is dissipated with increasing thickness of the melt.
  • the melt is so thick that almost the entire field energy is absorbed by the melt.
  • the penetration depth of the magnetic field is then even smaller than the layer thickness of the melt.
  • the fields with frequencies of 1000 Hz and 2000 Hz the melt even at a thickness of 25 mm still penetrate.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Schichtdicke von teilerstarrten Schmelzen, insbesondere auf einem Transportband, im Rahmen eines Bandgießverfahrens. Zur Bestimmung der Schichtdicke werden magnetische Felder verwendet, die mit Hilfe von vorhandenen elektromagnetischen Rührspulen auf einer Seite der Schicht erzeugt werden. Das abgeschwächte magnetische Feld wird dann auf der anderen Seite der Schicht detektiert und zur Berechnung der Schichtdicke verwendet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Schichtdicke von teilerstarrten Schmelzen
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung der Schichtdicke von teilerstarrten Schmelzen, insbesondere auf einem Transportband, im Rahmen eines Bandgießverfahrens.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, die in der Lage sind die Schichtdicke vollständig erstarrter Schmelzen auf einem Transportband mit Hilfe von Ultraschall, Röntgenstrahlen oder Lasern zu bestimmen. Diese Verfahren eignen sich jedoch nicht dazu, die Schichtdicke von teilerstarrten Schmel- zen zu bestimmen, deren Oberflächentemperaturen zum Beispiel bis zu 15000C betragen können.
Weiterhin ist aus DE 34 23 977 ein Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke einer erstarrten Randschicht einer Schmelze bekannt, das durch Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes Wirbelströme in der Schmelze erzeugt, die über elektromagnetische Induktion detektiert werden, wodurch auf die Dicke der Randschicht geschlossen wird. Die Dicke einer Randschicht wird aus der Stärke der Wirbelströme gemäß dem Unterschied des spezifischen elektrischen Widerstands zwischen einem nichterstarrten und einem erstarrten Teil be- stimmt. Die Wirbelströme werden daher an derselben Oberfläche der Schmelze gemessen, an der das magnetische Feld angelegt wird. Hierzu sind allerdings zusätzliche geeignete Spulensysteme nötig.
EP 1 900 454 beschreibt ein Verfahren für das kontinuierliche Stranggießen von Stahl, wobei gepulste elektromagnetische Ultraschallwelien erzeugt werden, welche zum Teil moduliert und durch den Strang geleitet werden. Die magneti- sehe Permeabilität im Strang wird durch diese Ultraschallwellen aufgrund der auftretenden Magnetostriktion verändert. Die transmittierten magnetischen Ultraschallwellen werden durch elektromagnetische Induktion gemessen und dazu verwendet, den Erstarrungsfortschritt der Schmelze durch Korrelation zu bestimmen. Dieses Verfahren erfordert eine aufwendige und komplizierte Messeinrichtung, die in der Lage ist, gepulste modulierte Felder zu erzeugen, diese zu detektieren und zu korrelieren.
DE 3110900 beschreibt ein Verfahren zur Messung der Schalendicke von erstarrenden Metallen, wobei eine Sende- und eine Empfangsspule verwendet werden. Je nach Leitfähigkeitsverteilung dringen die elektromagnetischen Felder mehr oder weniger in den Probenkörper ein. Das resultierende Gesamtfeld induziert in der Empfangsspule einen Strom, der in der Phase und der Amplitude gegenüber dem ursprünglichen Feld verschoben ist.
Diese Verfahren oder Vorrichtungen zur Charakterisierung von Schalen- bzw. von Schichtdicken sind relativ kompliziert und aufwendig.
Es stellt sich somit die technische Aufgabe, ein einfacheres und preiswerteres System bereitzustellen, dass die Schichtdickenbestimmung einer teilerstarrten Schmelze ermöglicht. Weiterhin soll dieses System weniger Platz einnehmen, als es in den zitierten Dokumenten der Fall ist.
Die beschriebene technische Aufgabe oder wahlweise Teile davon, werden von der vorliegenden Erfindung vor allem durch die folgenden Merkmale gelöst.
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Messung der Schichtdicke von teilerstarrten Schmelzen auf einem Transportband mittels magnetischer Felder im Rahmen eines Bandgießverfahrens, wobei ein magnetisches Feld auf einer Seite der teilerstarrten Schmelze erzeugt wird und das magnetische Feld die teilerstarrte Schmelze durchdringt und auf der anderen Seite der teilerstarrten Schmelze gemessen wird und wobei der Abfall des magnetischen Feldes auf der anderen Seite der teilerstarrten Schmelze zur Berechnung der Schichtdicke der teilerstarrten Schmelze verwendet wird und zur Erzeugung des magnetischen Feldes elektromagnetische Rührspulen verwendet werden.
Solche Rührspulen sind in der Regel in einem System zum Bandgießen bereits vorhanden. Daher müssen keine zusätzlichen Spulen, die weiteren Platz beanspruchen oder Kosten verursachen, installiert werden, um die geeigneten magnetischen Felder zu erzeugen.
Der Begriff „Abfall des elektronischen Feldes" meint die verbleibende Restfeld- stärke oder die Differenz zwischen der Sende- und der Empfangsleistung des elektrischen Feldes.
In einer bevorzugten Form des Verfahrens weisen die erzeugten magnetischen Felder Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz auf.
In einer weiteren bevorzugten Form werden die elektromagnetischen Rührspulen mit Frequenzen von weniger als 20 Hz betrieben, wobei bei dem Betrieb der Rührspulen Oberwellen entstehen, die Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz aufweisen.
Solche Frequenzen können dann direkt zur Schichtdickenbestimmung verwendet werden, so dass keine zusätzlichen Einrichtungen mehr zur Erzeugung der Frequenzen benötigt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren das Merkmal auf, dass Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz direkt in die Spulen der Rührer eingespeist werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren das Merk- mal auf, dass zur Messung der Schichtdicke mehrere Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz verwendet werden. Durch die Verwendung mehrerer Frequenzen kann so die Schichtdicke noch genauer charakterisiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren das Merkmal auf, dass mehrere Sensoren über die Breite des Transportbandes ange- ordnet werden, um mehrere Messpunkte zu erhalten.
Durch dieses Merkmal kann eine genauere Auflösung der Schichtdicke der Schmelze mit Bezug auf die Breite des Transportbands erhalten werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt das Verfahren ein Dünnbandgießverfahren dar, wobei die Schichtdicke der teilerstarrten Schmelze zwischen 10 mm und 30 mm liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren das Merk- mal auf, dass die Felder oberhalb oder wahlweise unterhalb der teilerstarrten Schmelze erzeugt werden und unterhalb oder wahlweise oberhalb der teilerstarrten Schmelze gemessen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren das Merk- mal auf, dass das magnetische Feld über die Breite des Transportbandes homogen erzeugt wird.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechende Vorrichtung. Diese Vorrichtung bietet im Wesentlichen die glei- chen Vorteile wie das beschriebene Verfahren. Die Erfindung umfasst folglich eine Vorrichtung zur Messung der Schichtdicke von teilerstarrten Schmelzen auf einem Transportband, welche folgendes umfasst: Eine Einheit zur Erzeugung eines magnetischen Feldes auf einer Seite der teilerstarrten Schmelze; mindestens einen Sensor zur Messung des die teilerstarrte Schmelze durch- dringenden magnetischen Feldes auf der anderen Seite der teilerstarrten Schmelze; wobei die Einheit zur Erzeugung des magnetischen Feldes durch elektromagnetische Rührspulen gebildet ist und dass die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass zur Berechnung der Schichtdicke der teilerstarrten Schmelze der Abfall des durch die Sensoren gemessenen magnetischen Feldes auf der anderen Seite der teilerstarrten Schmelze verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung erzeugen die Rührspulen magnetische Felder mit Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung werden die elektromagnetischen Rührspulen mit Frequenzen von weniger als 20 Hz betrie- ben, wobei bei dem Betrieb der Rührspulen Oberwellen entstehen, die Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung werden Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz direkt in die Spulen der Rührer einge- speist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung erzeugen die Rührspulen mehrere Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung liegt der Abstand zwischen den elektromagnetischen Rührspulen und den Sensoren zwischen 50 mm und 150 mm.
Schließlich umfasst die Erfindung auch eine Anlage, welche ein Transportband einer Bandgießanlage zum Transport einer teilerstarrten Schmelze umfasst, wobei die Anlage weiterhin eine Vorrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke der teilerstarrten Schmelze gemäß einer der Ausführungsformen der oben genannten Vorrichtung umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Anlage umfasst die Vorrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke der teilerstarrten Schmelze mehrere Sensoren, die über die Breite des Transportbandes angeordnet sind, so dass in Breiten- richtung mehrere Messpunkte vorliegen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anlage sind die elektromagnetischen Rührspulen in einem Abstand von weniger als 150 mm über und / oder unter der teilerstarrten Schmelze angeordnet.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden kurz die Figuren einiger Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Weitere Details und mögliche Ausführungsformen finden sich in der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Fig. 1 zeigt eine vereinfachte und beispielhafte perspektivische Ansicht einer Rührspulenanordnung oberhalb der Schmelze.
Fig. 2 zeigt eine vereinfachte und beispielhafte perspektivische Ansicht der Rührspulenanordnung oberhalb der Schmelze aus Figur 1 , je- doch mit Blick auf die Unterseite der Schmelze.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das beispielhaft die Abhängigkeit des detektier- ten magnetischen Feldes von verschiedenen erzeugten Magnetfeldfrequenzen und Schichtdicken illustriert.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung. Es sind magnetische Rührspulen 1 zu sehen, die ein magnetisches Feld oberhalb der Schmel- ze 2 erzeugen. Das erzeugte magnetische Feld durchdringt zur Messung die Schmelze 2 und wird durch Sensoren 3 detektiert, die sich auf der Unterseite der Schmelze 2 befinden (in Figur 1 nicht sichtbar). Insbesondere werden nach dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 Eisenkerne 4 sowie ein entsprechendes Joch 5 verwendet, um die Effizienz der Rührspulen zu erhöhen. Unterhalb der Rührspulen 1 sind die Eisenkerne 4 durch Bereiche getrennt, die als isolierend gegenüber dem magnetischen Fluss gelten. Diese sind aus einem dafür geeigneten Material ausgebildet, wie z. B. aus Kupfer. Das Joch 5 verbindet auf der Oberseite der Spulen alle Eisenkerne 4. Die Verwendung der Eisenkerne 4 und des Jochs 5 ist nicht notwendig, sondern zeigt nur eine Ausführungsform von Rührspulen zur Erzeugung magnetischer Felder.
Weiterhin befindet sich die teilerstarrte Schmelze 2 während der Messung bevorzugt auf einem Transportband (nicht in Figur 1 gezeigt) im Bereich der Rührspulen 1 , wobei sich das Transportband vorzugsweise während der Messung bewegt, aber auch stillstehen kann. Die Messung kann außerdem im Bereich der bewegten Kokillen erfolgen.
Teilerstarrt bedeutet, dass die Schmelze 2 zum Teil flüssig und zum Teil fest ist. Die Schmelze 2 kann zur Messung aber auch in einer gänzlich flüssigen Form vorliegen oder auch vollkommen erstarrt sein. So kann die Schichtdicke der flüssigen, teilerstarrten oder erstarrten Schmelze 2 quantitativ bestimmt werden. Falls erforderlich ist es auch möglich, lediglich die Schichtdicke einer erstarrten Randschicht der Schmelze zu bestimmen. Die Oberfläche der Schmelze 2 kann während der Messung bis zu 15000C betragen, wobei diese Temperaturen für bestimmte Materialien auch höher sein können, was die Messung nach der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt.
In Figur 1 wird das magnetische Feld auf der Oberseite der Schmelze 2 mit einer Rührspule 1 erzeugt. Die Rührspulen können jedoch auch unterhalb der Schmelze 2 angeordnet sein. Auf der jeweils anderen Seite der Schicht kann ein geeigneter Sensor 3 den Abfall des Magnetfeldes messen (siehe Figur 3). Dabei liegt der Abstand der Rührspulen und des Sensors 3 bevorzugt bei 50 mm bis 150 mm. Die Dicke der gemessenen Schmelze 2 liegt zwischen diesen Werten und kann vorzugsweise zwischen 10 mm und 30 mm betragen, wobei man in diesem speziellen Fall von einem Dünnbandgießverfahren spricht. Es sind allerdings auch andere Anordnungen denkbar, bei denen der Abstand zwi- sehen Rührspule 1 und Sensor 3 größer ist und z. B. bis zu 400 mm beträgt und die Dicke der Schmelze bis zu 350 mm beträgt.
Die verwendeten Rührspulen 1 werden vorzugsweise mit Frequenzen von weniger als 20 Hz betrieben. Es sind aber auch, je nach spezieller Anwendung, Frequenzen von bis zu 100 Hz möglich. Durch die Umwandlung des Netzstromes in den Betriebsstrom der Rührspulen 1 entstehenden Oberwellen in dem für die Messung der Schichtdicke vorgesehenen Bereich von 500 Hz bis 10000 Hz. Diese bereits vorhandenen Schwingungen bzw. Frequenzen können für die Messung der Schichtdicke verwendet werden. Es ist aber je nach Anwendung auch möglich, die erforderlichen Frequenzen bzw. Ströme mit diesen Frequenzen, auch in die Rührspulen 1 einzuspeisen, um höhere Feldintensitäten zu erreichen.
Weiterhin kann vor Beginn der Messung ein Nullpunkt der Messung bestimmt werden. Das heißt, dass die Messung ohne eine zu messende Schmelze 2 durchgeführt wird, um zum Beispiel den Einfluss eines Transportbandes oder anderer Faktoren, nicht in der Messung zu berücksichtigen.
Die Messung kann noch weiter verbessert werden, wenn das Magnetfeld auf beiden Seiten der Schmelze 2 gemessen wird. Dazu können Sensoren 3 auf beiden Seiten der Schmelze 2 angeordnet sein. Zudem ist es möglich mehrere Messfrequenzen zu verwenden, um die Messgenauigkeit zu verbessern und etwaige Störungen auszugleichen. Durch die vorhandenen Rührspulen 1 kann insbesondere über die Breite der Anlage ein homogenes elektromagnetisches Feld erzeugt werden. Die Breite ist hierbei als senkrecht zur Gießrichtung zu verstehen.
Figur 2 zeigt dieselbe Anordnung wie Figur 1 , jedoch mit Blick auf die untere Seite der Schmelze 2. Sichtbar sind die Sensoren 3, die unterhalb der Schmelze 2 angebracht sind. In diesem Fall sind die Sensoren 3 senkrecht zum Transportband, das heißt in Breitenrichtung, angeordnet. Es kann aber auch alternativ nur ein Sensor 3 vorgesehen sein. Die Anzahl der Sensoren 3 ist zudem nur durch die baulichen Gegebenheiten der Gießanlage beschränkt, so dass auch mehr Sensoren, als in Figur 2 gezeigt, vorgesehen sein können. Mit Hilfe von mehreren Sensoren 3 kann man mehrere Messpunkte erhalten. So können entlang der Breite der Schmelze 2 mehrere Sensoren 3, zum Beispiel zwischen 2 und 20 Sensoren, angeordnet werden, um Informationen über den Verlauf der Schichtdicke der Schmelze 2 in Breitenrichtung zu erhalten.
Figur 3 zeigt beispielhaft die Abhängigkeit des auf Eins normierten detektierten magnetischen Feldes von der Schichtdicke der Schmelze. In diesem Beispiel ist der Effekt eines vorhandenen Transportbandes auf das detektierte Signal bereits im Zuge der Eichung heraus gerechnet. Im Beispiel von Figur 3 sind Schichtdicken der Schmelze zwischen 0 mm, dass heißt keiner eingebrachten Schmelze, und 25 mm angegeben. Es ist klar erkennbar, dass das normierte detektierte Feld mit steigender Schichtdicke kleiner wird. Außerdem ist erkennbar, dass Frequenzen von 10000 Hz zu einem schnelleren Abfall des detektierten Feldes mit steigender Dicke der Schmelze führen als niedrigere Frequen- zen. So fällt das detektierte magnetische Feld für Felder mit einer Frequenz von 2000 Hz weniger stark mit steigender Dicke der Schmelze ab und das detektierte magnetische Feld für Felder mit einer Frequenz von 1000 Hz noch weniger stark ab. Im Allgemeinen gilt, dass magnetische Wechselfelder in elektrisch leitenden Materialien Wirbelströme hervorrufen, die wiederum ein magnetisches Feld erzeugen, das dem ursprünglichen Feld entgegen gerichtet ist, so dass das resultierende detektierte Feld schwächer als das erzeugte Feld ist. Inwie- weit sich Wirbelströme in der Schmelze ausbilden können, hängt unter anderem von der elektrischen Leitfähigkeit und der Permeabilität der speziellen Schmelze und von der Frequenz der erzeugten, angelegten magnetischen Felder ab. Handelt es sich um ein ferromagnetisches Material, wird zusätzlich durch Um- magnetisierungen der magnetischen Momente innerhalb der Schmelze magne- tische Feldenergie in Wärme umgewandelt, wodurch das erzeugte Feld ebenso abgeschwächt wird. Zudem kann der Effekt der Magnetostriktion auftreten, durch den ebenso magnetische Feldenergie verloren geht. Oberhalb der Curie- Temperatur, über der ein solches Material paramagnetisch ist, treten diese letztgenannten Effekte nicht auf, sodass in diesem Fall magnetische Feldener- gie lediglich hauptsächlich aufgrund der Ausbildung von Wirbelströmen dissi- piert wird. Die Eindringtiefe von Wirbelströmen und damit die Eindringtiefe des magnetischen Feldes, verhält sich näherungsweise umgekehrt proportional zur Wurzel der Frequenz der angelegten Felder, der Leitfähigkeit des Materials sowie seiner relativen Permeabilität. Das bedeutet, dass sich, im Falle einer sehr hohen Leitfähigkeit oder einer sehr großen relativen Permeabilität, Wirbelströme nur in Bereichen nahe der Oberfläche der Schmelze ausbilden und nicht weiter im Inneren der Schmelze, da die magnetische Feldenergie an der Oberfläche schon nahezu vollständig durch die Entstehung von Wirbelströmen verlorengeht. Generell ist klar, dass das normierte detektierte Magnetfeld bei einer festen Magnetfeldfrequenz mit wachsender Dicke der Schmelze kleiner wird, da sich mehr Material, in dem zum Beispiel Wirbelströme entstehen, im Weg des Feldes befindet. Dadurch wird mit zunehmender Dicke der Schmelze mehr Energie dissipiert. So ist bei einer Frequenz von 10000 Hz und einer Schichtdicke von 25 mm die Schmelze so dick, dass nahezu die gesamte Feldenergie von der Schmelze absorbiert wird. Bei gleicher Frequenz und noch größerer Schichtdicke ist die Eindringtiefe des magnetischen Feldes dann sogar kleiner als die Schichtdicke der Schmelze. Wie in Figur 3 zu sehen ist, können aber die Felder mit Frequenzen von 1000 Hz und 2000 Hz die Schmelze auch bei einer Dicke von 25 mm noch durchdringen. Liste der Bezugszeichen
1 Rührspulen Schmelze
3 Sensoren Eisenkerne Joch

Claims

Patenansprüche
1. Verfahren zur Messung der Schichtdicke von teilerstarrten Schmelzen auf einem Transportband mittels magnetischer Felder im Rahmen eines Bandgießverfahrens, wobei ein magnetisches Feld auf einer Seite der teilerstarrten Schmelze (2) erzeugt wird und das magnetische Feld die teilerstarrte Schmelze (2) durchdringt und das magnetische Feld auf der anderen Seite der teilerstarrten Schmelze (2) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfall des magnetischen Feldes auf der anderen Seite der teilerstarrten Schmelze (2) zur Berechnung der Schichtdicke der teilerstarrten Schmelze (2) verwendet wird und dass zur Erzeugung des magnetischen Feldes elektromagnetische Rührspulen (1) verwendet werden.
2. Das Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die erzeugten magnetischen Felder Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz aufweisen.
3. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetischen Rührspulen (1) mit Frequenzen von weniger als 20 Hz betrieben werden und bei dem Betrieb der Rührspulen (1) Oberwellen entstehen, die Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz aufweisen.
4. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz direkt in die Rührspulen (1) eingespeist werden.
5. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Messung der Schichtdicke mehrere Frequenzen zwischen 500
Hz und 10000 Hz verwendet werden.
6. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Sensoren (3) über die Breite des Transportbandes angeordnet werden, um mehrere Messpunkte zu erhalten.
7. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ein Dünnbandgießverfahren darstellt und die Schichtdicke der teilerstarrten Schmelze (2) zwischen 10 mm und 30 mm liegt.
8. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Felder oberhalb oder wahlweise unterhalb der teilerstarrten Schmelze (2) erzeugt werden und unterhalb oder wahlweise oberhalb der teilerstarrten Schmelze (2) gemessen werden.
9. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das magnetische Feld über die Breite des Transportbandes homogen erzeugt wird.
10. Vorrichtung zur Messung der Schichtdicke von teilerstarrten Schmelzen auf einem Transportband, welche folgendes umfasst: eine Einheit zur Erzeugung eines magnetischen Feldes auf einer Seite der teilerstarrten Schmelze (2); mindestens einen Sensor (3) zur Messung des die teilerstarrte Schmelze (2) durchdringenden magnetischen Feldes auf der anderen Seite der teilerstarrten Schmelze (2); dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Erzeugung des magnetischen Feldes durch elektromagnetische Rührspulen (1) gebildet ist und dass die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass zur Berechnung der Schichtdicke der teilerstarrten Schmelze der Abfall des durch die Sensoren (3) gemessenen magneti- sehen Feldes auf der anderen Seite der teilerstarrten Schmelze (2) verwendet wird.
11. Die Vorrichtung nach Anspruch 101 wobei die Rührspulen (1) magnetische Felder mit Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz erzeugen.
12. Die Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die elektromagnetischen Rührspulen (1) mit Frequenzen von weniger als 20 Hz betrieben werden und bei dem Betrieb der Rührspulen (1) Oberwellen entstehen, die Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000
Hz aufweisen.
13. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz direkt in die Rührspu- len (1 ) eingespeist werden.
14. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Rührspulen (1) mehrere Frequenzen zwischen 500 Hz und 10000 Hz erzeugen.
15. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Abstand zwischen den elektromagnetischen Rührspulen (1) und den Sensoren (3) zwischen 50 mm und 150 mm liegt.
16. Eine Anlage, welche ein Transportband einer Bandgießanlage zum Transport einer teilerstarrten Schmelze umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Vorrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke der teilerstarrten Schmelze nach einem der Ansprüche 10 bis 15 umfasst.
17. Die Anlage nach Anspruch 16, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke der teilerstarrten Schmelze mehrere Sensoren (3) um- fasst, die über die Breite des Transportbandes angeordnet sind, so dass in Breitenrichtung mehrere Messpunkte vorliegen.
18. Die Anlage nach Anspruch 16 oder 17, wobei die elektromagnetischen Rührspulen (1) in einem Abstand von weniger als 150 mm über und / oder unter der teilerstarrten Schmelze (2) angeordnet sind.
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