EP3934827A1 - Anordnung zur berührungslosen bestimmung der geschwindigkeitsverteilung eines schmelzvolumens in einer stranggusskokille - Google Patents

Anordnung zur berührungslosen bestimmung der geschwindigkeitsverteilung eines schmelzvolumens in einer stranggusskokille

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Publication number
EP3934827A1
EP3934827A1 EP20710453.0A EP20710453A EP3934827A1 EP 3934827 A1 EP3934827 A1 EP 3934827A1 EP 20710453 A EP20710453 A EP 20710453A EP 3934827 A1 EP3934827 A1 EP 3934827A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic field
coil
connection element
mold
arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20710453.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Ratajczak
Thomas Wondrak
Frank Stefani
Sven Eckert
Peter Wimmer
Günter LEITNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Austria GmbH, Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV filed Critical Primetals Technologies Austria GmbH
Publication of EP3934827A1 publication Critical patent/EP3934827A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • 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
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
    • B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume in a continuous casting mold.
  • the flow of the melt within the continuous casting mold has a decisive influence on the quality of the cast strand.
  • the flow of the melt within the mold should, for example, allow foreign substances and impurities to rise to the free surface of the melt. This is achieved by a flow with a so-called double roller or double vortex structure.
  • knowledge of the current flow is therefore of enormous importance in order to influence the flow in a targeted manner with regard to an increase in quality in the cast product.
  • Direct methods are, for example, the nail board method [Thomas2001], force measurement with the rod method [Gardin1996], Karman vortex method [Iguchi1999] or the melting ball method [Mikrovas1993].
  • These methods are invasive, i.e. the nail board, the rod, the melting balls or the Karman vortex probe are immersed in the melt and sometimes enable only one-time measurements.
  • these measurements mostly only allow statements to be made about locally existing flows, which only permit poorly precise conclusions to be drawn about the total flow of interest in the melt. Further disadvantages of the methods are the partly poor temporal resolution.
  • Indirect methods are based, for example, on temperature measurement using fiber Bragg sensors. These sensors embedded in the mold wall enable contactless measurement of the temperature with good temporal resolution and measurement at a large number of measuring points [Seden2016] Conclusions can be drawn about certain components of the mold flow from the measured temperature distribution. The disadvantage is that the measurement takes place with a time delay due to the necessary thermal diffusion in the mold wall and direct intervention in the mold wall is necessary
  • WO 00 51 763 A1 discloses a method for determining the flow structure of a steel melt in a mold and a device for measuring the temperature in a copper mold plate.
  • the temperature of the copper plate on the broad side of the mold is measured at several points.
  • the disadvantage is that the temperature signal with relative large inertia follows a change in the speed of the melt and requires direct intervention in the copper plate of the mold.
  • DE 43 16 344 A1 discloses a flow measuring device for contactless detection of the velocities of electrically conductive liquid media. The interaction between a magnetic primary field and inhomogeneous or unsteady flow components is used. The primary field is generated by coils or permanent magnets. The interaction is recorded by at least two magnetic field measuring components and the flow velocity and / or direction is determined from this.
  • US 5 426 983 A discloses a flow meter and an arrangement for flow measurement for the contactless measurement of the speed of an electrically conductive fluid.
  • the interaction between a magnetic field and inhomogeneous or non-stationary flow patterns is used.
  • the arrangement for flow measurement comprises a flow path, a device for generating a magnetic field within the flow path, wherein the magnetic field extends substantially perpendicular to the flow path and has at least one gradient along the flow path, and at least two devices for measuring the magnetic field, which are spaced from one another downstream of the flow path are arranged and measure the gradient field perpendicular to the flow path.
  • the speed of the electrically conductive fluid is calculated directly from the time offset between successive, characteristic signals and the distance between the measuring devices.
  • the disadvantage is that a large number of measuring devices are required for meaningful measurements.
  • WO 00 58 695 A1 discloses a method and a device for measuring at least one parameter of a metal layer, such as the speed of a metal layer in motion, it being possible for the metal to be in solid or liquid form. The method is based on the measurement of forces that arise from flow-induced eddy currents under the influence of an externally applied magnetic field. The disadvantage is that although local flow velocities are determined in the immediate vicinity of the sensor, no overall picture of the flow can be determined.
  • EP 1 192 019 B1 discloses a method for measuring the flow rate and an arrangement for regulating the continuous casting rate of a molten metal in a mold which is equipped with an electromagnetic sliding field brake.
  • the voltage or current with which the sliding field brake is supplied is measured and conclusions can be drawn about the flow velocity of the molten metal.
  • the disadvantage of this process is that its use is limited to continuous casting processes that work with a sliding field brake.
  • Another disadvantage is the very poor spatial resolution of the method, since the flow velocity is determined from only one measured variable.
  • DE 100 26 052 B4 discloses a method and an arrangement for the contactless determination of the speed distribution in non-spherical electrically conductive liquids.
  • the arrangement consists of at least two magnetic field-generating coil pairs for the temporally alternating generation of two primary magnetic fields that differ in their spatial structure and penetrate the liquid volume, a measuring and control unit for measuring and timing the coil current in the coil pair, a plurality of magnetic field sensors arranged outside the liquid for Measurement of the magnetic field induced by the interaction of the liquid movement with the generated primary fields, a downstream signal processor for recording the measured values of the magnetic field sensors and an output device.
  • the disadvantage of this arrangement is that tilting the alignment of the magnetic field sensors with respect to the pair of coils generating the magnetic field leads to an interference signal which adversely affects the measurement. Furthermore, at least two pairs of coils are always required to generate a magnetic field.
  • DE 10 2008 055 034 A1 discloses a method and an arrangement for the contactless determination of the speed distribution of a liquid metal in a slab continuous casting mold.
  • the arrangement consists of a coil system that generates a primary magnetic field, a measuring and control unit for measuring and controlling the coil current in the coil system, and a plurality of magnetic field sensors arranged outside the melt for measuring the magnetic field induced by the interaction of the liquid movement with the generated primary field, a downstream signal processor for recording the measured values of the magnetic field sensors, a downstream evaluation and storage unit and an output device.
  • the coil encloses the mold and the magnetic field sensors are arranged on the narrow sides of the mold.
  • the measuring direction of the magnetic field sensors is aligned at right angles to the magnetic field of the excitation coil.
  • the object of the invention is to provide an arrangement for the contactless determination of the speed distribution of a molten metal in a continuous casting mold, which enables a measurement with an improved signal-to-noise ratio and overcomes the disadvantages of previous solutions in the event of a tilt between the sensor and the coil and easily integrated into existing components can be without additional space required around the mold.
  • a further object of the invention is to specify a connection element into which the coil and sensor can be integrated and thus enable the measurement of the speed distribution with an improved signal-to-noise ratio.
  • the arrangement for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume in a continuous casting mold has at least one coil generating a primary magnetic field, the primary magnetic field penetrating the melt volume, and a plurality of magnetic field sensors for measuring the magnetic field induced by the interaction of the melt movement with the generated primary magnetic field on.
  • the continuously cast mold has at least one mold element which is connected to a connecting element in at least one area.
  • the plurality of magnetic field sensors and the at least one coil are arranged within the connection element such that the plurality of magnetic field sensors are arranged within the volume of the connection element enclosed by the at least one coil.
  • Such an arrangement also advantageously enables the at least one coil and the plurality of magnetic field sensors to be arranged in the vicinity of the melt volume in which the speed distribution is to be determined.
  • a person skilled in the art is familiar with methods for calculating the flow velocity of the melt from the measurement of the induced magnetic field, for example from [Stefani2004], DE 100 26 052 B4 or DE 10 2008 055 034 A1.
  • Continuous casting molds are designed as one-piece or composite molds, depending on the geometry of the strand to be cast.
  • Compound molds are composed of several mold elements.
  • a slab continuous casting mold for example, reproduces the rectangular cross section of the slab to be cast.
  • the continuous cast slab mold can be formed as a one-piece mold with a rectangular cross-section or as a composite mold from four mold elements.
  • the mold elements can have different shapes.
  • mold elements in the form of mold plates are mostly used with composite molds.
  • One-piece molds are usually used for cross-sections of the strand, such as billets or blooms.
  • Composite molds or one-piece molds are used for profile strands, such as, for example, double-T profiles, whereby the shape of the individual mold elements can differ from the plate shape.
  • the person skilled in the art knows ways of forming the mold elements for profile strands.
  • One-piece molds with a circular cross-section or, in rare cases, composite molds that are composed of several mold elements in the form of circular segments, are used for round strands.
  • “Connected in at least one area” in the context of the invention means that the mold element and the connection element are connected to one another in at least one area, ie are in contact with one another via connecting elements, for example.
  • the mold element and the connection element can, however, also be connected to one another over the entire surface, ie they can be in contact with one another via a surface.
  • the connection takes place positively and / or non-positively, for example via screw connections.
  • Mold elements are usually made of copper or copper alloys and have openings or channels for supplying cooling liquids.
  • the at least one coil generating the primary magnetic field and the plurality of magnetic field sensors are arranged inside the connection element in such a way that the plurality of magnetic field sensors are arranged within the volume of the connection element enclosed by the at least one coil.
  • the volume enclosed by the at least one coil within the connection element is advantageously as large as possible, so that the primary magnetic field generated by the at least one coil penetrates the largest possible area of the melt volume in the continuous casting mold.
  • the volume of the connection element enclosed by the at least one coil is defined by the dimensions of the at least one coil, such as the winding height, and by the area spanned by the at least one coil.
  • the winding height of the at least one coil is the dimension of the at least one coil that is created by the superposition of the individual windings and is aligned along the thickness of the connection element.
  • the thickness of the connection element runs perpendicular to the main flow direction of the melt through the mold from the interface between the connection element and mold element to the interface between the connection element and the environment.
  • the winding height of the at least one coil is advantageously smaller than the thickness of the connection element.
  • the area spanned by the at least one coil is an area within the connection element that is aligned parallel to the main flow direction of the melt.
  • the at least one coil thus forms the border of the area spanned by the at least one coil.
  • the main flow direction of the melt means the direction of the melt in which the strand to be cast is drawn off.
  • the dimensions of the at least one coil and the dimensions of the connection element are important coordinated. It is therefore advantageous if the width of the at least one coil is advantageously at least 80% of the width of the connection element and the length of the at least one coil is advantageously at least 80% of the height of the connection element.
  • the width and the length of the at least one coil run perpendicular to one another and form the spanned surface of the at least one coil.
  • the length of the at least one coil and the height of the connection element run in the direction of the main flow direction of the melt.
  • connection element is a support element or a water tank.
  • the arrangement for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume in a continuous casting mold can advantageously be integrated into existing elements, such as support elements, for mechanical stabilization of the mold elements, or in a water tank for supplying cooling water, without requiring additional space around the mold.
  • connection element is a support element
  • the support element and mold element are mostly connected to one another over their entire surface, so that a surface of the support element is in full contact with a surface of the mold element.
  • the support element connected to the at least one mold element advantageously has openings or channels for supplying cooling liquids, so that the cooling liquid is guided through the support element to the mold element.
  • connection element is a water tank
  • the mold element and water tank are usually only connected to one another at points via screw connections in such a way that a gap is advantageously formed between the mold element and the water tank in which the cooling water is guided past the mold element.
  • connection element in the context of the invention means that the at least one coil and the plurality of magnetic field sensors are integrated into the connection element.
  • connection element is a support element
  • the at least one coil and the plurality of magnetic field sensors are advantageously integrated into the support element in such a way that they are received by non-continuous recesses in the support element.
  • the non-continuous recesses start from one side of the support element that is connected to the mold element.
  • the at least one coil that generates the primary magnetic field can be accommodated through a recess in the form of a circumferential depression, wherein the dimensions of the circumferential recess and the dimensions of the at least one coil are matched to one another.
  • the plurality of magnetic field sensors can for example be received by a plurality of recesses in the form of non-continuous bores, each bore receiving a magnetic field sensor and the dimensions of the bores and the dimensions of the magnetic field sensors being coordinated with one another.
  • the non-continuous bores are preferably arranged within the volume of the support element that is enclosed by the circumferential recess.
  • connection element is a water tank
  • the at least one coil and the plurality of magnetic field sensors are advantageously integrated into the water tank in such a way that the coil and magnetic field sensors are attached to a first wall of the water tank or are integrated into the first wall of the water tank.
  • the first wall of the water tank is the wall that is connected to the mold element in at least one area.
  • the first wall has a circumferential recess for receiving the at least one coil and a plurality of recesses in the form of non-continuous bores for receiving the plurality which has magnetic field sensors.
  • the non-continuous bores for receiving the plurality of magnetic field sensors are arranged within the volume of the first wall of the water tank that is enclosed by the circumferential recess for receiving the at least one coil.
  • the at least one coil and the plurality of magnetic field sensors are arranged on or integrated into the first wall of the water tank in such a way that they are not in contact with water.
  • Options for sealing against water, for example encapsulated structures, are known to the person skilled in the art.
  • the arrangement is advantageously such that the plurality of magnetic field sensors are arranged within the volume enclosed by the at least one coil. Furthermore, the at least one coil and the magnetic field sensors are arranged in such a way that their position relative to the water flowing in the water tank is fixed. The fixation takes place, for example, via sealed screw connections or bayonet locks.
  • the at least one coil generates a primary magnetic field which is oriented perpendicular to the main flow direction of the melt.
  • the at least one coil can advantageously be integrated into a connection element which is connected to a mold element in at least one area, so that no additional space is required around the mold. This simplifies the arrangement for determining the speed distribution.
  • the arrangement comprises at least a first and a second coil for generating the primary magnetic field, the first and the second coil being connected in series.
  • the first and the second coil have the same dimensions and each span areas of the same size within the connection element.
  • the length of the first and the second coil is a maximum of 50% of the height of the connection element and the width of the first and the second coil is each at least 80% of the width of the connection element.
  • the first and the second coil can advantageously be arranged one above the other along the height of the connection element.
  • the length of the first and the second coil is each at least 80% of the height of the connection element and the width of the first and the second coil is each a maximum of 50% of the width of the connection element.
  • the first and the second coil can advantageously be arranged next to one another along the width of the connection element.
  • coils arranged in this way generate a different spatial structure of the primary magnetic field.
  • additional information about the flow in the melt can advantageously be obtained, since only the interaction of the primary magnetic field with the flow components that are oriented perpendicular to the primary magnetic field generates a current.
  • the series connection of the first and second coils also advantageously enables exactly the same current to flow in both coils, so that a drift of the current flowing through the coils does not change the spatial structure of the magnetic field
  • the plurality of magnetic field sensors are advantageously designed in such a way that, against the background of the magnetic field generated by the at least one coil, they detect an induced magnetic field that is several orders of magnitude smaller.
  • the plurality of magnetic field sensors are induction coils.
  • Induction coils advantageously enable the time derivative of a magnetic field to be detected.
  • Induction coils can be single coils or gradiometric induction coils, preferably gradiometric induction coils.
  • Gradiometric induction coils are coils that consist of two individual coils, with the individual coils having the same number of windings, but opposite winding directions. Different designs of gradiometric induction coils are known to those skilled in the art.
  • Gradiometric induction coils detect the gradient of a magnetic field.
  • gradiometric induction coils can measure the magnetic field induced by interaction with the melting movement and the primary magnetic field generated by the at least one coil against the background of the primary magnetic field which is orders of magnitude larger.
  • the primary magnetic field is furthermore advantageously suppressed as strongly as possible and the induced magnetic field is dampened as little as possible.
  • Gradiometric induction coils thus reduce the amplitude ratio between the primary and the induced magnetic field.
  • the gradiometric induction coils are preferably designed as vertical gradiometric induction coils of the first order. Gradiometric induction coils of this type enable the gradient of the induced magnetic field to be measured.
  • the magnetic center points of the gradiometric induction coils are arranged on the magnetic center plane of the at least one coil generating the primary magnetic field within the connection element.
  • the magnetic center of a vertical gradiometric induction coil of the first order lies on the central axis of the gradiometric induction coil, around which the windings of the two individual coils are arranged and between the two individual coils wound in opposite directions.
  • the magnetic center plane of the at least one coil is the area of the at least one coil that is spanned over half the winding height of the at least one coil through the width and the length of the coil.
  • the gradiometric induction coils detect accordingly only the magnetic field induced by the interaction of the melting movement with the primary magnetic field.
  • the arrangement additionally comprises a plurality of temperature sensors which are arranged within the connection element.
  • the plurality of temperature sensors are arranged within the connection element in such a way that the plurality of temperature sensors are arranged within the volume of the connection element enclosed by the at least one coil.
  • connection element is a support element
  • the plurality of temperature sensors are arranged, for example, in a plurality of cutouts in the form of non-continuous bores.
  • Each hole accommodates a magnetic field sensor and the dimensions of the holes and the dimensions of the temperature sensors are matched to one another.
  • the bores are arranged within the volume of the support element that is enclosed by the circumferential recess.
  • connection element is a water tank and the temperature sensors are integrated into the wall of the water tank, the temperature sensors are arranged, for example, in non-continuous bores.
  • the bores are arranged within the volume enclosed by the circumferential recess
  • the temperature sensors are arranged on a wall of the water tank, the temperature sensors are fastened, for example, by means of sealed screw connections.
  • thermocouples or resistance thermometers, for example.
  • a temperature sensor is preferably assigned to each individual magnetic field sensor.
  • each individual temperature sensor is preferably arranged in spatial proximity to the associated magnetic field sensor.
  • the individual temperature sensor can also be advantageous for the individual temperature sensor to be integrated into the associated magnetic field sensor.
  • the individual temperature sensor advantageously enables the temperature of the associated magnetic field sensor to be measured continuously, so that the temperature-dependent Transfer function of the magnetic field sensor is compensated.
  • Methods for compensating temperature-dependent transfer functions are known to those skilled in the art.
  • the arrangement according to the invention is used in a method for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume.
  • connection element for a mold element of a continuously cast mold also belongs to the invention.
  • At least one coil generating a primary magnetic field and a plurality of magnetic field sensors are arranged within the connection element for a mold element of a continuously cast mold, which is connected to the mold element in at least one area.
  • the plurality of magnetic field sensors are arranged within the volume of the connection element enclosed by the at least one coil.
  • connection element advantageously enables the contactless determination of the speed distribution in a melt volume of a continuous casting mold without additional space being required around the mold.
  • the at least one coil is advantageously arranged within the connection element in such a way that the coil generates a magnetic field which is oriented perpendicular to the main flow direction of the melt.
  • the winding height of the at least one coil is aligned along the thickness of the connection element, which runs perpendicular to the main flow direction of the melt.
  • the area spanned by the coil, which determines the volume enclosed by the coil with the winding height, is aligned parallel to the main flow direction of the melt.
  • connection element is advantageously made of stainless steel.
  • the dimensions of the connection element are based on the dimensions of the mold element. Mold elements have different dimensions depending on the geometry of the strand.
  • connection element comprises a support element or a water tank.
  • connection element is a support element which serves to mechanically stabilize a mold element
  • the support element in one embodiment has a thickness of 6 to 15 cm. The thickness of the support element is aligned perpendicular to the main flow direction of the melt in the mold and runs from the interface between the support element and mold element to the interface between the support element and the environment.
  • the at least one coil and the plurality of magnetic field sensors are integrated into the support element in such a way that they are received by non-continuous cutouts in the support element.
  • the support element advantageously has at least one circumferential depression and a plurality of non-continuous bores, the depression and the bores extending from the side of the support element that is connected to the mold element.
  • the non-continuous bores are arranged within the volume enclosed by the at least one circumferential recess. It is advantageous if the at least one circumferential depression is arranged as close as possible along the edge of the support element and forms the border of the volume enclosed by the at least one circumferential depression.
  • the height of the at least one circumferential recess is aligned along the height of the support element and runs in the direction of the main flow direction of the melt.
  • the height of the at least one circumferential recess is advantageously at least 80% of the height of the support element.
  • the width of the at least one circumferential recess is aligned along the width of the support element.
  • the width of the at least one circumferential recess is advantageously at least 80% of the width of the support element.
  • the at least one circumferential recess has a depth, the depth running along the thickness of the support element.
  • the depth of the at least one circumferential recess is advantageously smaller than the thickness of the support element.
  • the depression advantageously furthermore has an inner width, the inner width of the depression running along the width direction of the at least one depression and the at least one depression being designed in the shape of a trench. Furthermore, it can be advantageous if the depth is equal to the inner width of the at least one depression, and the aspect ratio of such a trench-shaped depression is accordingly one.
  • the at least one circumferential recess advantageously receives the at least one coil in order to integrate the coil into the support element. As a result, the position of at least one coil is mechanically fixed in the at least one circumferential recess.
  • the at least one coil is furthermore advantageously arranged close to the melt volume, so that the primary magnetic field generated by the at least one coil can penetrate the melt volume.
  • the dimensions of the at least one circumferential recess and the dimensions of the at least one coil are advantageously matched to one another.
  • the The depth of the at least one circumferential recess corresponds to the winding height of the at least one coil
  • the width of the at least one circumferential recess corresponds to the width of the at least one coil
  • the height of the at least one recess corresponds to the length of the at least one coil.
  • the inner width of the at least one recess can, for example, correspond to the winding width of the at least one coil. This advantageously means that the at least one coil is received by the at least one circumferential depression.
  • the dimensions of the at least one recess are slightly larger than the corresponding dimensions of the at least one coil, so that the insertion of the at least one coil into the at least one recess is advantageously unproblematic.
  • the support element advantageously has a first and a second circumferential recess, in which a first and a second coil are arranged, which are connected in series.
  • the width of the first and the second circumferential recess can be at least 80% of the width of the support element and the height of the first and the second recess can each amount to a maximum of 50% of the height of the support element.
  • the width of the first and the second circumferential recess can be a maximum of 50% of the width of the support element and the height of the first and the second recess can each be at least 80% of the height of the support element.
  • the first and the second coil can advantageously be arranged within the support element in such a way that the two coils are arranged one above the other along the height of the support element or next to one another along the width of the support element.
  • the non-continuous bores have a depth which runs along the thickness of the support element.
  • the depth of the non-continuous bores is advantageously smaller than the thickness of the support element. It can also be advantageous if the depth of the non-continuous bores is equal to the depth of the at least one circumferential recess.
  • the plurality of non-continuous bores are distributed at regular intervals along the width and the height within the volume of the support element which is enclosed by the at least one circumferential recess. It can thus be advantageous for the plurality of non-continuous bores to be arranged in a grid shape.
  • the non-continuous bores advantageously accommodate the majority of the magnetic field sensors in order to integrate the magnetic field sensors into the support element.
  • the dimensions of the plurality of non-continuous bores and the dimensions of the plurality of magnetic field sensors are advantageously matched to one another.
  • the depth of the plurality of non-continuous bores correspond to the height of the plurality of magnetic field sensors
  • the diameter of the plurality of non-continuous bores corresponds to the diameter of the plurality of magnetic field sensors.
  • the non-continuous bores advantageously have a diameter that is suitable for receiving magnetic field sensors known to those skilled in the art.
  • the dimensions of the non-continuous bores are slightly larger than the corresponding dimensions of the magnetic field sensors, so that advantageously inserting the magnetic field sensors into the non-continuous bores is unproblematic.
  • the position of the plurality of magnetic field sensors is advantageously mechanically fixed.
  • the alignment of the plurality of magnetic field sensors and the at least one coil is also advantageously mechanically fixed, so that the at least one coil and the plurality of magnetic field sensors do not tilt with respect to one another.
  • connection element is a water tank
  • the at least one coil and the plurality of magnetic field sensors are advantageously integrated into the water tank in such a way that the coil and magnetic field sensors are arranged on a first wall of the water tank or are integrated into the first wall of the water tank.
  • the first wall of the water tank is the wall that is connected to the mold element in at least one area.
  • the first wall has a circumferential recess for receiving the at least one coil and a plurality of recesses in the form of non-continuous bores for receiving the Has plurality of magnetic field sensors.
  • the non-continuous bores for receiving the plurality of magnetic field sensors are arranged within the volume of the first wall of the water tank that is enclosed by the circumferential depression for removing the at least one coil.
  • the at least one coil and the plurality of magnetic field sensors are arranged on or integrated into the first wall of the water tank in such a way that they are not in contact with water.
  • Options for sealing against water for example encapsulated structures, are known to the person skilled in the art.
  • the at least one coil and the plurality of magnetic field sensors are arranged on the first wall of the water tank, the arrangement is advantageously such that the plurality of magnetic field sensors are arranged within the volume enclosed by the at least one coil.
  • the at least one coil and the magnetic field sensors are arranged in such a way that their position relative to the water flowing in the water tank is fixed. The fixation takes place, for example, via sealed screw connections or bayonet locks.
  • the plurality of magnetic field sensors are induction coils.
  • Induction coils advantageously enable the time derivative of a magnetic field to be detected.
  • Induction coils can be single coils or gradiometric induction coils, preferably gradiometric induction coils.
  • Gradiometric induction coils are coils that consist of two individual coils, with the individual coils having the same number of windings, but opposite winding directions. Different designs of gradiometric induction coils are known to those skilled in the art.
  • Gradiometric induction coils detect the gradient of a magnetic field.
  • gradiometric induction coils can measure the small induced magnetic field due to interaction with the melting movement and the primary magnetic field generated by the at least one coil against the background of the primary magnetic field which is orders of magnitude larger.
  • the primary magnetic field is furthermore advantageously suppressed as strongly as possible and the induced magnetic field is dampened as little as possible.
  • Gradiometric induction coils thus reduce the amplitude ratio between the primary and the induced magnetic field.
  • the gradiometric induction coils are preferably designed as vertical gradiometric induction coils of the first order. Gradiometric induction coils of this type enable the gradient of the induced magnetic field to be measured.
  • the magnetic center points of the gradiometric induction coils are arranged on the magnetic center plane of the at least one coil that generates the primary magnetic field.
  • the gradiometric induction coils therefore only record the magnetic field induced by the interaction of the melting movement with the primary magnetic field.
  • the magnetic center of a vertical gradiometric induction coil of the first order lies on the center axis of the gradiometric induction coil around which the windings of the two individual coils are arranged and in the center between the two individual coils wound in opposite directions.
  • the magnetic center plane of the at least one coil is the area of the at least one coil that is spanned over half the winding height of the at least one coil through the width and the length of the coil.
  • a plurality of temperature sensors are additionally arranged within the volume of the connection element enclosed by the at least one coil.
  • connection element is a support element
  • the temperature sensors are integrated, for example, via a plurality of cutouts within the volume of the support element enclosed by the at least one circumferential recess, which accommodate the temperature sensors.
  • the recesses start from the side of the support element that is connected to the mold element.
  • the recesses can be arranged uniformly, preferably in a grid-like manner, within the volume enclosed by the at least one circumferential depression.
  • the temperature sensors are thus advantageously arranged in spatial proximity to the plurality of magnetic field sensors. It can also be advantageous for the plurality of temperature sensors to be integrated into the plurality of magnetic field sensors.
  • connection element is a water tank and the temperature sensors are integrated into the wall of the water tank.
  • the temperature sensors can also be attached to the wall of the water tank by means of sealed screw connections.
  • connection element according to the invention is used in an arrangement for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume in a continuous casting mold.
  • connection element advantageously enables the arrangement for contactless determination of the speed distribution to be arranged close to the melt volume. Furthermore, such a connection element advantageously enables that within the arrangement for the contactless determination of the speed distribution, the at least one coil and the plurality of magnetic field sensors are mechanically fixed against tilting.
  • connection element according to the invention is used in a continuous casting plant.
  • connection element advantageously enables the contactless determination of the speed distribution of a melt volume of a continuous casting mold without the need for additional space around the mold.
  • connection element according to the invention is used in a method for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume.
  • connection element according to the invention advantageously enables the speed distribution to be determined with an improved signal-to-noise ratio, since the position of the at least one coil and the magnetic field sensors are mechanically fixed to one another.
  • the invention also includes a method for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume of a continuous casting mold using an arrangement according to the invention and / or a connection element according to the invention.
  • the arrangement is integrated into existing elements of a continuous casting mold and / or the connecting element is connected to a mold element of the continuous casting mold in at least one area.
  • FIG. 1 shows schematically an arrangement for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume of a continuous casting mold.
  • Fig. 2 shows schematically the top view of a support element as a connection element of an arrangement according to the invention for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume of a continuous casting mold.
  • FIG. 3 shows the cross section of a support element along the line AA in FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a support element as a connection element with two coils generating a primary magnetic field.
  • connection element 5 schematically shows a cross section of an arrangement according to the invention for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume of a continuous casting mold with a water tank as the connection element
  • FIG. 6 shows an enlargement of section C in FIG. 5.
  • FIG. 1 shows schematically an arrangement for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume of a continuous casting mold.
  • a continuous casting mold with a square cross-section is shown, consisting of four plate-shaped mold elements 0, which are each connected to a connection element 1.
  • Fig. 1 shows schematically a full-surface connection of the mold elements 0 with the connection elements 1.
  • the arrow indicates the main flow direction of the melt.
  • the arrangement for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume has at least one coil 6 and a plurality of magnetic field sensors 7.
  • 1 shows schematically for a connection element 1 how the at least one coil 6 and the plurality of magnetic field sensors 7 are arranged within the connection element 1.
  • the dashed lines represent hidden edges.
  • the at least one coil 6 encloses a volume of the connection element 1, within which the magnetic field sensors 7 are arranged. Furthermore, the at least one coil 6 is arranged within the connection element 1 in such a way that the coil 6 generates a primary magnetic field which is oriented perpendicular to the main flow direction of the melt.
  • the connection elements 1 can be support elements or water tanks.
  • Fig. 2 shows schematically a support element 10 as a connection element 1 for a continuous casting mold.
  • the support element 10 is made of stainless steel and has a width 10a of 120 cm and a height 10b of 60 cm.
  • the arrow indicates the main flow direction of the melt when the support element is installed.
  • the support element 10 has a circumferential recess 3 with a width 3a of 100 cm and a height 3b of 50 cm.
  • the circumferential recess 3 encloses a volume 5 of the support element 10 and forms the border of the volume enclosed by the circumferential recess 3.
  • the support element 10 has a plurality of non-continuous bores 4, which are arranged in a grid shape within the volume 5 enclosed by the circumferential recess 3 and extend from the surface 2 of the support element 10.
  • the twelve non-continuous bores 4 have a diameter of 3 cm.
  • the surface 2 of the support element 10 is connected in use to a mold element (not shown), the mold element being in contact with the melt.
  • a coil 6 generating a primary magnetic field is arranged in the circumferential recess 3.
  • the dimensions of the coil 6 and the dimensions of the circumferential recess 3 are matched to one another, so that the circumferential recess 3 receives the coil 6.
  • the length of the coil is matched to the height of the recess 3b and the width of the coil is matched to the width of the recess 3a.
  • a plurality of magnetic field sensors 7 are arranged in the plurality of non-continuous bores 4.
  • the diameter of the non-continuous bores is matched to the dimensions of the magnetic field sensors, so that each non-continuous bore receives a magnetic field sensor.
  • FIG. 3 schematically shows the cross section of the support element 10 from FIG. 2 along the line AA.
  • the thickness of the support element 10c is 8 cm.
  • the recess 3 starts from the surface 2 of the support element 10 and has a depth 3c of 4 cm.
  • the recess 3 is trench-shaped and has an inner width 3d of 6 cm.
  • the non-continuous bores 4 also start from the surface 2 of the support element 10 and have a depth 4a of 4 cm and a diameter 4b of 35 mm.
  • the depth of the recess 3c and the depth of the non-continuous bores 4a are equal to and smaller than the thickness of the support element 10c.
  • the coil 6 is arranged, which has a winding height 6a of 3.5 cm and a winding width 6b of 5.5 cm.
  • the magnetic field sensors 7, which each have a height 7a of 3.5 cm, are arranged in the non-continuous bores 4.
  • the magnetic field sensors 7 are gradiometric induction coils of the first order, the magnetic center points of which are arranged on the magnetic center plane 8 of the coil 6 within the support element 10.
  • Fig. 4 shows schematically a support element 10 as a connection element 1 with a first coil 60 and a second coil 61, which are connected in series.
  • the first and the second coil 60, 61 each enclose a volume of the support element 10, within which a plurality of magnetic field sensors 7 are arranged.
  • the arrow indicates the main flow direction of the melt when the support element 10 is installed.
  • the first and second coils 60, 61 are along the height of the support element 10b are arranged one above the other and span areas of the same size within the support element 10.
  • FIG. 5 shows schematically an arrangement for the contactless determination of the speed distribution of a melt volume of a continuous casting mold.
  • the cross section of a continuous casting mold for round strands is shown.
  • the arrow indicates the main flow direction of the melt.
  • a mold element 0 is connected to a connection element 1.
  • the connection element 1 is a water tank 11.
  • the arrangement for determining the speed is arranged inside the water tank 11 and has at least one coil 6 and a plurality of magnetic field sensors 7.
  • the coil 6 and the magnetic field sensors 7 are arranged within the water tank 11 in such a way that the coil 6 and magnetic field sensors 7 are arranged on a first wall 11 a of the water tank 11.
  • the first wall 11a of the water tank 11 is connected to the mold element 0 at least at certain points (not shown).
  • FIG. 6 shows an enlargement of the section C from FIG. 5.
  • the mold element 0 is shown, which is connected to the water tank 11 at certain points.
  • the arrangement for the contactless determination of the speed distribution is arranged on the first wall 11a of the water tank 11. Only the at least one coil 6, which is arranged on the first wall 11a, is shown. Between the first wall 11a and the mold element 0 runs a gap 11b in which water is led past the mold element 0.
  • the invention is not limited to the illustrated and described embodiments, but also includes all embodiments that have the same effect in the sense of the invention. Furthermore, the invention is also not limited to the specially described combinations of features, but can also be defined by any other combination of specific features of all the individual features disclosed, provided that the individual features are not mutually exclusive or a specific combination of individual features is not explicitly excluded. Reference number
  • connection element which is connected to the mold element in at least one area
  • At least one coil generating a primary magnetic field

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen Bestimmung einer Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens in einer Stranggusskokille. Die erfindungsgemäße Anordnung soll eine Messung mit verbesserten Signal-Rausch- Verhältnis ermöglichen und in bestehende Bauteile integriert werden. Die Anordnung weist mindestens eine ein primäres Magnetfeld erzeugende Spule (6), deren primäres Magnetfeld das Schmelzvolumen durchdringt, und eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren (7) zur Messung des durch die Wechselwirkung der Schmelzbewegung mit dem erzeugten primären Magnetfeld induzierten Magnetfeldes auf. Die Stranggusskokille weist mindestens ein Kokillenelement (0) auf, welches in mindestens einem Bereich mit einem Anschlusselement (1) verbunden ist. Spule (6) und Magnetfeldsensoren (7) sind derart innerhalb des Anschlusselements (1) angeordnet, dass die Magnetfeldsensoren (7) innerhalb des von der Spule (6) umschlossenen Volumens des Anschlusselements (1) angeordnet sind.

Description

Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens in einer Stranggusskokille
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens in einer Stranggusskokille.
Beim Stranggießen hat die Strömung der Schmelze innerhalb der Stranggusskokille entscheidenden Einfluss auf die Qualität des gegossenen Strangs. Die Strömung der Schmelze innerhalb der Kokille soll beispielsweise das Aufsteigen von Fremdstoffen und Verunreinigungen zur freien Oberfläche der Schmelze ermöglichen. Dies wird durch eine Strömung mit einer sogenannten Doppelrollen- oder Doppelwirbelstruktur erzielt. Für die Regelung eines Stranggießprozesses ist daher die Kenntnis der vorliegenden Strömung von enormer Bedeutung, um gezielt die Strömung hinsichtlich einer Qualitätssteigerung im Gussprodukt zu beeinflussen.
Bekannte Methoden zur Strömungsmessung in Schmelzen lassen sich in direkte und indirekte Methoden einteilen. Direkte Methoden sind beispielsweise die Nagelbrettmethode [Thomas2001], die Kraftmessung mit der Stabmethode [Gardin1996], Karman-Wirbel-Methode [Iguchi1999] oder die Schmelzkugel-Methode [Mikrovas1993] Diese Methoden sind invasiv, d.h. das Nagelbrett, der Stab, die Schmelzkugeln oder die Karman-Wirbel-Sonde werden in die Schmelze eingetaucht und ermöglichen z.T. nur einmalige Messungen. Weiterhin erlauben diese Messungen zumeist nur Aussagen über lokal vorliegende Strömungen, die nur schlecht exakte Rückschlüsse auf die interessierende Gesamtströmung der Schmelze zulassen. Weitere Nachteile der Methoden sind die z.T. schlechte zeitliche Auflösung.
Indirekte Methoden basieren beispielsweise auf der Temperaturmessung mittels Faser-Bragg- Sensoren. Diese in die Kokillenwand eingelassenen Sensoren ermöglichen eine berührungslose Messung der Temperatur mit guter zeitlicher Auflösung und die Messung an einer großen Zahl von Messstellen [Seden2016] Aus der gemessenen Temperaturverteilung können Rückschlüsse auf gewisse Komponenten der Kokillenströmung gezogen werden. Nachteilig ist, dass die Messung durch die notwendige thermische Diffusion in der Kokillenwand zeitverzögert erfolgt und ein direkter Eingriff in die Kokillenwand nötig ist
In WO 00 51 763 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Strömungsstruktur einer Stahlschmelze in einer Kokille und eine Einrichtung zur Temperaturmessung in einer Kupferkokillenplatte offenbart. Dabei wird an mehreren Stellen die Temperatur der Kupferplatte an der Breitseite der Kokille gemessen. Nachteilig ist, dass das Temperatursignal mit relativ großer Trägheit einer Geschwindigkeitsänderung der Schmelze folgt und einen direkten Eingriff in die Kupferplatte der Kokille erfordert.
Weiterhin bekannte berührungslose Messmethoden beruhen auf der Anwendung elektromagnetischer Messsysteme. DE 43 16 344 A1 offenbart eine Strömungsmesseinrichtung zur berührungslosen Erfassung der Geschwindigkeiten elektrisch leitfähiger flüssiger Medien. Dabei wird die Wechselwirkung zwischen einem magnetischen Primärfeld und inhomogenen oder instationären Strömungsanteilen genutzt. Das Primärfeld wird durch Spulen oder Permanentmagnete erzeugt. Die Wechselwirkung wird von mindestens zwei magnetfeldmessenden Komponenten erfasst und daraus die Strömungsgeschwindigkeit und/oder -richtung ermittelt.
US 5 426 983 A offenbart einen Durchflussmesser und eine Anordnung zur Durchflussmessung für die kontaktlose Messung der Geschwindigkeit eines elektrisch leitfähigen Fluids. Dabei wird die Wechselwirkung zwischen einem magnetischen Feld und inhomogenen oder nicht stationären Strömungsmustern genutzt. Die Anordnung zur Durchflussmessung umfasst einen Strömungsweg, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds innerhalb des Strömungswegs, wobei sich das Magnetfeld im Wesentlichen senkrecht zum Strömungsweg erstreckt und mindestens einen Gradienten entlang des Strömungswegs aufweist, und mindestens zwei Einrichtungen zum Messen des Magnetfelds, die voneinander beabstandet stromabwärts des Strömungswegs angeordnet sind und das Gradientenfeld senkrecht zum Strömungsweg messen. Die Geschwindigkeit des elektrisch leitfähigen Fluids wird dabei direkt aus dem Zeitversatz zwischen aufeinanderfolgenden, charakteristischen Signalen und dem Abstand der Messeinrichtungen errechnet. Nachteilig ist, dass für aussagekräftige Messungen eine Vielzahl von Messeinrichtungen benötigt wird.
Eine weitere kontaktlose Messmethode ist die Lorentz-Kraft-Messung [Thess2007, Heinicke2012] Dabei wird ein Permanentmagnet in der Nähe der Schmelze angebracht und die gegenseitige Wechselwirkung zwischen Schmelze und Magnet genutzt Die Schmelze wird durch die Wirkung des Magnetfelds abgebremst, der Magnet hingegen wird von der Schmelze „mitgezogen“. Diese auf den Magneten wirkende Kraft ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. Nachteilig ist dabei, dass nur Strömungen in der Nähe der freien Oberfläche der Schmelze detektiert werden können, Strömungen tiefer im Schmelzvolumen oder in der Nähe der Wand können nicht detektiert werden. WO 00 58 695 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von mindestens einem Parameter einer Metallschicht, wie der Geschwindigkeit einer Metallschicht in Bewegung, wobei das Metall in fester oder flüssiger Form vorliegen kann. Das Verfahren beruht auf der Messung von Kräften, die durch strömungsinduzierte Wirbelströme unter dem Einfluss eines extern angelegten Magnetfeldes entstehen. Nachteilig ist, dass zwar lokale Strömungsgeschwindigkeiten in unmittelbarer Nachbarschaft des Sensors bestimmt werden, aber kein Gesamtbild der Strömung bestimmt werden kann.
EP 1 192 019 B1 offenbart ein Verfahren zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und eine Anordnung zum Regulieren der kontinuierlichen Gießgeschwindigkeit eines geschmolzenen Metalls in einer Kokille, die mit einer elektromagnetischen Gleitfeldbremse ausgestattet ist. Dabei wird die Spannung bzw. der Strom gemessen, mit der die Gleitfeldbremse versorgt wird und Rückschlüsse auf die Strömungsgeschwindigkeit der Metallschmelze gezogen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Anwendung auf Stranggussverfahren beschränkt ist, die mit einer Gleitfeldbremse arbeiten. Weiterhin nachteilig ist die sehr schlechte räumliche Auflösung des Verfahrens, da die Strömungsgeschwindigkeit aus nur einer Messgröße ermittelt wird.
Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die Contactless Inductive Flow Tomography (CI FT). DE 100 26 052 B4 offenbart ein Verfahren und eine Anordnung zur kontaktlosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung in nicht-kugelförmigen elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten. Die Anordnung besteht aus mindestens zwei magnetfelderzeugenden Spulenpaaren zur zeitlich abwechselnden Erzeugung zweier sich in ihrer räumlichen Struktur unterscheidenden, das Flüssigkeitsvolumen durchdringenden primären Magnetfelder, einer Mess- und Steuereinheit zur Messung und zeitlichen Steuerung des Spulenstromes im Spulenpaar, einer Mehrzahl von außerhalb der Flüssigkeit angeordneten Magnetfeldsensoren zur Messung des durch die Wechselwirkung der Flüssigkeitsbewegung mit den erzeugten Primärfeldern induzierten Magnetfeldes, einem nachgeordneten Signalprozessor zur Aufnahme der Messwerte der Magnetfeldsensoren und einem Ausgabegerät. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass eine Verkippung der Ausrichtung der Magnetfeldsensoren bezüglich des magnetfelderzeugenden Spulenpaars zu einem die Messung beeinträchtigenden Störsignal führt. Des Weiteren werden stets mindestens zwei Spulenpaare zur Erzeugung eines Magnetfeldes benötigt.
DE 10 2008 055 034 A1 offenbart ein Verfahren und eine Anordnung zur kontaktlosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines flüssigen Metalls in einer Brammen- Stranggießkokille. Die Anordnung besteht aus einem ein primäres Magnetfeld erzeugendes Spulensystem, einer Mess- und Steuereinheit zur Messung und Steuerung des Spulenstroms im Spulensystem, einer Mehrzahl von außerhalb der Schmelze angeordneten Magnetfeldsensoren zur Messung des durch die Wechselwirkung der Flüssigkeitsbewegung mit dem erzeugten Primärfeld induzierten Magnetfeldes, einem nachgeordneten Signalprozessor zur Aufnahme der Messwerte der Magnetfeldsensoren, einer nachgeschalteten Auswerte- und Speichereinheit und einem Ausgabegerät. Die Spule umschließt dabei die Kokille und die Magnetfeldsensoren sind an den Schmalseiten der Kokille angeordnet. Die Messrichtung der Magnetfeldsensoren ist im rechten Winkel zum Magnetfeld der Erregerspule ausgerichtet Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass die Ausrichtung von Sensor und Spule zueinander im Fall einer Verkippung zu einem maximalen Störsignal im Sensor führt. Weiterhin nachtteilig führt ein Verschieben der Schmalseiten der Kokille im Falle von Anpassungen der Kokillengeometrie zu einer Änderung der Position der Sensoren im Feld der Erregerspule. Ebenfalls nachteilig ist, dass eine derartige Anordnung ausreichend Platz um die Kokille herum erfordert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung einer Metallschmelze in einer Stranggusskokille anzugeben, dieeine Messung mit verbessertem Signal-Rausch-Verhältnis ermöglicht und die Nachteile bisheriger Lösungen im Falle einer Verkippung zwischen Sensor und Spule überwindet und einfach in bestehende Bauteile integriert werden kann ohne zusätzlich erforderlichen Platzbedarf um die Kokille herum. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Anschlusselement anzugeben, in welches Spule und Sensor integrierbar sind und damit die Messung der Geschwindigkeitsverteilung mit verbessertem Signal-Rausch-Verhältnis zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens in einer Stranggusskokille mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß weist die Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens in einer Stranggusskokille mindestens eine ein primäres Magnetfeld erzeugende Spule, wobei das primäre Magnetfeld das Schmelzvolumen durchdringt, und eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren zur Messung des durch die Wechselwirkung der Schmelzbewegung mit dem erzeugten primären Magnetfeld induzierten Magnetfeldes auf. Die Stranggusskokille weist mindestens ein Kokillenelement auf, welches in mindestens einem Bereich mit einem Anschlusselement verbunden ist. Innerhalb des Anschlusselements sind die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren und die mindestens eine Spule derart angeordnet, dass die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren innerhalb des von der mindestens einen Spule umschlossenen Volumens des Anschlusselements angeordnet sind. Vorteilhaft ermöglicht eine derartige Anordnung, dass die Ausrichtung der Mehrzahl der Magnetfeldsensoren bezüglich der mindestens einen ein primäres Magnetfeld erzeugenden Spule mechanisch fixiert ist. Eine Verkippung der Ausrichtung der Magnetfeldsensoren zur mindestens einen Spule kann somit nicht erfolgen und kein Störsignal im Sensor verursachen.
Weiterhin vorteilhaft ermöglicht eine derartige Anordnung, dass die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren in der Nähe des Schmelzvolumens angeordnet sind, in dem die Geschwindigkeitsverteilung bestimmt werden soll.
Weiterhin vorteilhaft benötigt eine derartige Anordnung zur Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens keinen zusätzlichen Platz um die Kokille herum.
Dem Fachmann sind Verfahren bekannt, um aus der Messung des induzierten Magnetfelds die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze zu berechnen, beispielsweise aus [Stefani2004], DE 100 26 052 B4 oder DE 10 2008 055 034 A1.
Stranggusskokillen sind in Abhängigkeit der Geometrie des zu gießenden Strangs als einteilige oder zusammengesetzte Kokillen ausgebildet. Zusammengesetzte Kokillen werden aus mehreren Kokillenelementen zusammengesetzt. Eine Brammen-Stranggusskokille beispielsweise bildet den rechteckigen Querschnitt der zu gießenden Bramme ab. Die Brammen- Stranggusskokille kann als einteilige Kokille mit rechteckigem Querschnitt oder als zusammengesetzte Kokille aus vier Kokillenelementen gebildet werden.
Je nach Geometrie des zu gießenden Strangs können die Kokillenelemente unterschiedliche Formen aufweisen. Für Vierkant-Querschnitte des Strangs, wie Brammen kommen bei zusammengesetzten Kokillen meist Kokillenelemente in Form von Kokillenplatten zum Einsatz. Für Querschnitte des Strangs, wie Knüppel oder Vorblock kommen meist einteilige Kokillen zum Einsatz.
Für Profilstränge, wie beispielsweise Doppel-T-Profile kommen zusammengesetzte Kokillen oder einteilige Kokillen zum Einsatz, wobei die Form der einzelnen Kokillenelemente von der Plattenform abweichen kann. Dem Fachmann sind Möglichkeiten zur Ausbildung der Kokillenelemente für Profilstränge bekannt.
Für Rundstränge kommen einteilige Kokillen mit kreisförmigem Querschnitt oder in seltenen Fällen zusammengesetzte Kokillen, die aus mehreren Kokillenelementen in Form von Kreissegmenten zusammengesetzt sind, zum Einsatz. „In mindestens einem Bereich verbunden“ im Sinne der Erfindung meint, dass das Kokillenelement und das Anschlusselement in mindestens einem Bereich miteinander verbunden sind, d.h. bspw. über Verbindungselemente in Kontakt miteinander stehen. Kokillenelement und Anschlusselement können aber auch vollflächig miteinander verbunden sein, d.h. über eine Fläche miteinander in Kontakt stehen. Die Verbindung erfolgt dabei form- und / oder kraftschlüssig, bspw. über Schraubverbindungen.
Kokillenelemente sind üblicherweise aus Kupfer- oder Kupferlegierungen gefertigt und weisen Öffnungen oder Kanäle zum Zuführen von Kühlflüssigkeiten auf.
Die mindestens eine das primäre Magnetfeld erzeugende Spule und die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren sind derart innerhalb des Anschlusselements angeordnet, dass die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren innerhalb des von der mindestens einen Spule umschlossenen Volumens des Anschlusselements angeordnet sind. Vorteilhaft ist das von der mindestens einen Spule innerhalb des Anschlusselements umschlossene Volumen möglichst groß, so dass das von der mindestens einen Spule erzeugte primäre Magnetfeld einen möglichst großen Bereich des Schmelzvolumens in der Stranggusskokille durchdringt. Das von der mindestens einen Spule umschlossene Volumen des Anschlusselements wird durch die Abmessungen der mindestens einen Spule, wie der Wicklungshöhe und durch die von der mindestens einen Spule aufgespannte Fläche definiert.
Die Wcklungshöhe der mindestens einen Spule ist die Abmessung der mindestens einen Spule, die durch das Übereinanderlegen der einzelnen Wicklungen entsteht und entlang der Dicke des Anschlusselements ausgerichtet ist. Die Dicke des Anschlusselements verläuft senkrecht zur Hauptfließrichtung der Schmelze durch die Kokille von der Grenzfläche Anschlusselement und Kokillenelement zur Grenzfläche Anschlusselement und Umgebung. Vorteilhaft ist die Wicklungshöhe der mindestens einen Spule kleiner als die Dicke des Anschlusselements.
Die von der mindestens einen Spule aufgespannte Fläche ist eine Fläche innerhalb des Anschlusselements, die parallel zur Hauptfließrichtung der Schmelze ausgerichtet ist. Die mindestens eine Spule bildet somit die Umrandung der durch die mindestens eine Spule aufgespannten Fläche. Die Hauptfließrichtung der Schmelze meint die Richtung der Schmelze, in der der zu gießende Strang abgezogen wird.
Für ein möglichst großes von der mindestens einen Spule umschlossenes Volumen, sind die Abmessungen der mindestens einen Spule und die Abmessungen des Anschlusselements aufeinander abgestimmt. So ist es vorteilhaft, wenn die Breite der mindestens einen Spule vorteilhaft mindestens 80% der Breite des Anschlusselementes und die Länge der mindestens einen Spule vorteilhaft mindestens 80% der Höhe des Anschlusselementes beträgt. Die Breite und die Länge der mindestens einen Spule verlaufen senkrecht zueinander und bilden die aufgespannte Fläche der mindestens einen Spule. Die Länge der mindestens einen Spule und die Höhe des Anschlusselements verlaufen dabei in Richtung der Hauptfließrichtung der Schmelze.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Anschlusselement ein Stützelement oder ein Wasserkasten.
Vorteilhaft kann die Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens in einer Stranggusskokille in bestehende Elemente, wie Stützelemente, zur mechanischen Stabilisierung der Kokillenelemente, oder in einen Wasserkasten, zum Zuführen von Kühlwasser, integriert werden, ohne zusätzlichen Raum um die Kokille herum zu benötigen.
Ist das Anschlusselement ein Stützelement, so sind Stützelement und Kokillenelement meist vollflächig miteinander verbunden, so dass eine Fläche des Stützelements vollflächig in Kontakt mit einer Fläche des Kokillenelements steht. Das mit dem mindestens einem Kokillenelement verbundene Stützelement weist vorteilhaft Öffnungen oder Kanäle zum Zuführen von Kühlflüssigkeiten auf, so dass die Kühlflüssigkeit durch das Stützelement hindurch zum Kokillenelement geführt wird.
Ist das Anschlusselement ein Wasserkasten, so sind Kokillenelement und Wasserkasten meist nur punktuell über Schraubverbindungen miteinander so verbunden, dass sich vorteilhaft ein Spalt zwischen Kokillenelement und Wasserkasten ausbildet, in dem das Kühlwasser an dem Kokillenelement vorbeigeführt wird.
„innerhalb des Anschlusselementes“ im Sinne der Erfindung meint, dass die mindestens eine Spule und die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren in das Anschlusselement integriert sind.
Ist das Anschlusselement ein Stützelement, so sind die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren vorteilhaft derart in das Stützelement integriert, dass diese von nicht durchgängigen Aussparungen im Stützelement aufgenommen werden. Die nicht-durchgängigen Aussparungen gehen dabei von einer Seite des Stützelements aus, die mit dem Kokillenelement verbunden ist. So kann beispielsweise die mindestens eine das primäre Magnetfeld erzeugende Spule durch eine Aussparung in Form einer umlaufenden Vertiefung aufgenommen werden, wobei die Abmessungen der umlaufenden Vertiefung und die Abmessungen der mindestens einen Spule aufeinander abgestimmt sind. Die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren kann beispielsweise von einer Mehrzahl von Aussparungen in Form von nicht-durchgängigen Bohrungen aufgenommen werden, wobei jede Bohrung einen Magnetfeldsensor aufnimmt und die Abmessungen der Bohrungen und die Abmessungen der Magnetfeldsensoren aufeinander abgestimmt sind. Die nicht-durchgängigen Bohrungen sind dabei bevorzugt innerhalb des von der umlaufenden Vertiefung umschlossenen Volumens des Stützelements angeordnet.
Ist das Anschlusselement ein Wasserkasten, so sind die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren vorteilhaft derart in den Wasserkasten integriert, dass Spule und Magnetfeldsensoren an einer ersten Wandung des Wasserkastens angebracht oder in die erste Wandung des Wasserkastens integriert sind. Die erste Wandung des Wasserkastens ist die Wandung, die in mindestens einem Bereich mit dem Kokillenelement verbunden ist.
Sind die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren in dieerste Wandung des Wasserkastens integriert, so ist es vorteilhaft, wenn die erste Wandung eine umlaufende Vertiefung zur Aufnahme der mindestens einen Spule und eine Mehrzahl von Aussparungen in Form nicht-durchgängiger Bohrungen zur Aufnahme der Mehrzahl der Magnetfeldsensoren aufweist. Die nicht-durchgängigen Bohrungen zur Aufnahme der Mehrzahl von Magnetfeldsensoren sind dabei innerhalb des von der umlaufenden Vertiefung zur Aufnahmeder mindestens einen Spule umschlossenen Volumens der ersten Wandung des Wasserkastens angeordnet.
Da der Wasserkasten von Wasser durchströmt ist, sind die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren derart an der ersten Wandung des Wasserkastens angeordnet oder in diese integriert, dass sie nicht in Kontakt mit Wasser stehen. Dem Fachmann sind Möglichkeiten zum Abdichten gegen Wasser bekannt, bspw. gekapselte Aufbauten.
Sind die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren an der ersten Wandung des Wasserkastens angeordnet, so erfolgt die Anordnung vorteilhaft so, dass die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren innerhalb des von der mindestens einen Spule umschlossenen Volumens angeordnet sind. Weiterhin sind die mindestens eine Spule und die Magnetfeldsensoren derart angeordnet, dass ihre Lage gegenüber dem im Wasserkasten strömenden Wasser fixiert ist. Die Fixierung erfolgt bspw. über abgedichtete Schraubverbindungen oder Bajonettverschlüsse.
In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt die mindestens eine Spule ein primäres Magnetfeld, welches senkrecht zur Hauptfließrichtung der Schmelze ausgerichtet ist. Vorteilhaft kann dadurch die mindestens eine Spule in ein Anschlusselement integriert werden, welches in mindestens einem Bereich mit einem Kokillenelement verbunden ist, so dass kein zusätzlicher Raum um die Kokille herum benötigt wird. Dadurch wird die Anordnung zur Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung vereinfacht.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung mindestens eine erste und eine zweite Spule zur Erzeugung des primären Magnetfeldes, wobei die erste und die zweite Spule in Reihe geschaltet sind.
Die erste und die zweite Spule weisen dabei die gleichen Abmessungen auf und spannen jeweils gleichgroße Flächen innerhalb des Anschlusselementes auf. In einer Ausführungsform beträgt die Länge der ersten und der zweiten Spule jeweils maximal 50 % der Höhe des Anschlusselementes und die Breite der ersten und der zweiten Spule beträgt jeweils mindestens 80% der Breite des Anschlusselements. Dadurch können vorteilhaft die erste und die zweite Spule übereinander entlang der Höhe des Anschlusselementes angeordnet werden.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Länge der ersten und der zweiten Spule jeweils mindestens 80 % der Höhe des Anschlusselements und die Breite der ersten und der zweiten Spule beträgt jeweils maximal 50 % der Breite des Anschlusselements. Dadurch können vorteilhaft die erste und die zweite Spule nebeneinander entlang der Breite des Anschlusselementes angeordnet werden.
Vorteilhaft wird dadurch ein primäres Magnetfeld erzeugt, welches eine stärkste Komponente in Richtung der Hauptfließrichtung der Schmelze oder senkrecht zur Hauptfließrichtung der Schmelze entlang eines Kokillenelementes aufweist. Dadurch erzeugen derart angeordnete Spulen eine abweichende räumliche Struktur des primären Magnetfeldes. So können vorteilhaft zusätzliche Informationen über die Strömung in der Schmelze gewonnen werden, da ausschließlich die Wechselwirkung des primären Magnetfeldes mit den Strömungskomponenten, die senkrecht zum primären Magnetfeld ausgerichtet sind, einen Strom erzeugt.
Weiterhin vorteilhaft ermöglicht die Reihenschaltung der ersten und der zweiten Spule, dass in beiden Spulen exakt der gleiche Strom fließt, wodurch ein Drift des die Spulen durchfließenden Stromes die räumliche Struktur des Magnetfeldes nicht verändert
Die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren sind vorteilhaft derart ausgebildet, dass sie vor dem Hintergrund des von der mindestens einen Spule erzeugten Magnetfeldes ein um mehrere Größenordnungen kleineres induziertes Magnetfeld detektieren. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren Induktionsspulen.
Vorteilhaft ermöglichen Induktionsspulen das Detektieren der Zeitableitung eines Magnetfeldes.
Induktionsspulen können Einfachspulen oder gradiometrische Induktionsspulen sein, bevorzugt gradiometrische Induktionsspulen.
Gradiometrische Induktionsspulen sind Spulen, die aus zwei Einzelspulen bestehen, wobei die Einzelspulen die gleiche Wicklungsanzahl, aber gegensätzliche Wicklungsrichtungen aufweisen. Dem Fachmann sind unterschiedliche Ausführungen gradiometrischer Induktionsspulen bekannt.
Gradiometrische Induktionsspulen detektieren den Gradienten eines Magnetfeldes. Dadurch können gradiometrische Induktionsspulen das durch Wechselwirkung mit der Schmelzbewegung und dem von der mindestens einen Spule erzeugten primären Magnetfeld induzierte Magnetfeld vor dem Hintergrund des um Größenordnungen größeren primären Magnetfelds messen. Weiterhin vorteilhaft wird das primäre Magnetfeld möglichst stark unterdrückt und das induzierte Magnetfeld möglichst wenig gedämpft. Gradiometrische Induktionsspulen verringern somit das Amplitudenverhältnis zwischen dem primären und dem induzierten Magnetfeld.
Bevorzugt sind die gradiometrischen Induktionsspulen als vertikale gradiometrische Induktionsspulen erster Ordnung ausgebildet. Derartige gradiometrische Induktionsspulen ermöglichen die Messung des Gradienten des induzierten Magnetfelds.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die magnetischen Mittelpunkte der gradiometrischen Induktionsspulen auf der magnetischen Mittelebene der mindestens einen das primäre Magnetfeld erzeugenden Spule innerhalb des Anschlusselementes angeordnet.
Der magnetische Mittelpunkt einer vertikalen gradiometrischen Induktionsspule erster Ordnung beispielsweise liegt auf der Mittelachse der gradiometrischen Induktionsspule, um die herum die Wicklungen der beiden Einzelspulen angeordnet sind und zwischen den beiden gegensinnig gewickelten Einzelspulen.
Die magnetische Mittelebene der mindestens einen Spule ist die Fläche der mindestens einen Spule die auf der Hälfte der Wicklungshöhe der mindestens einen Spule durch die Breite und die Länge der Spule aufgespannt wird.
Vorteilhaft ergibt sich daraus eine optimale Unterdrückung des primären Magnetfeldes in dei gradiometrischen Induktionsspulen. Die gradiometrischen Induktionsspulen erfassen demzufolge ausschließlich das durch die Wechselwirkung der Schmelzbewegung mit dem primären Magnetfeld induzierte Magnetfeld.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung zusätzlich eine Mehrzahl von Temperatursensoren, die innerhalb des Anschlusselements angeordnet sind.
In einer Ausführungsform sind die Mehrzahl der Temperatursensoren innerhalb des Anschlusselements derart angeordnet, dass die Mehrzahl der Temperatursensoren innerhalb des von der mindestens einen Spule umschlossenen Volumens des Anschlusselements angeordnet sind.
Ist das Anschlusselement ein Stützelement, so werden die Mehrzahl von Temperatursensoren bspw. in einer Mehrzahl von Aussparungen in Form von nicht-durchgängigen Bohrungen angeordnet. Jede Bohrung nimmt dabei einen Magnetfeldsensor auf und die Abmessungen der Bohrungen und die Abmessungen der Temperatursensoren sind aufeinander abgestimmt. Die Bohrungen sind dabei innerhalb des von der umlaufenden Vertiefung umschlossenen Volumens des Stützelements angeordnet.
Ist das Anschlusselement ein Wasserkasten und die Temperatursensoren in die Wandung des Wasserkastens integriert, so werden die Temperatursensoren bspw. in nicht-durchgängigen Bohrungen angeordnet. Die Bohrungen sind dabei innerhalb des von der umlaufenden Vertiefung umschlossenen Volumens angeordnet
Sind die Temperatursensoren an einer Wandung des Wasserkastens angeordnet, so werden die Temperatursensoren bspw. mittels abgedichteter Schraubverbindungen befestigt.
Dem Fachmann sind Temperatursensoren bekannt, die in der erfindungsgemäßen Anordnung eingesetzt werden können, wie beispielsweise Thermoelemente oder Widerstandsthermometer.
Bevorzugt ist jedem einzelnen Magnetfeldsensor ein Temperatursensor zugeordnet.
Weiterhin bevorzugt ist jeder einzelne Temperatursensor in räumlicher Nähe zu dem zugeordneten Magnetfeldsensor angeordnet.
Es kann auch vorteilhaft sein, dass der einzelne Temperatursensor in den zugeordneten Magnetfeldsensor integriert ist.
Vorteilhaft ermöglicht der einzelne Temperatursensor die kontinuierliche Messung der Temperatur des zugeordneten Magnetfeldsensors, so dass die temperaturabhängige Übertragungsfunktion des Magnetfeldsensors kompensiert wird. Dem Fachmann sind Verfahren zur Kompensation temperaturabhängiger Übertragungsfunktionen bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Anordnung in einem Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens verwendet.
Weiterhin zur Erfindung gehört ein Anschlusselement für ein Kokillenelement einer Stranggusskokille.
Erfindungsgemäß ist innerhalb des Anschlusselements für ein Kokillenelement einer Stranggusskokille, welches in mindestens einem Bereich mit dem Kokillenelement verbunden ist, mindestens eine ein primäres Magnetfeld erzeugende Spule und eine Mehrzahl \on Magnetfeldsensoren angeordnet. Die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren sind dabei innerhalb des von der mindestens einen Spule umschlossenen Volumens des Anschlusselements angeordnet.
Vorteilhaft ermöglicht ein derartiges Anschlusselement die berührungslose Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung in einem Schmelzvolumen einer Stranggusskokille, ohne dass zusätzlich Raum um die Kokille herum benötigt wird.
Vorteilhaft ist die mindestens eine Spule derart innerhalb des Anschlusselements angeordnet, dass die Spule ein Magnetfeld erzeugt, welches senkrecht zur Hauptfließrichtung der Schmelze ausgerichtet ist. Dabei ist die Wicklungshöhe der mindestens einen Spule entlang der Dicke des Anschlusselements ausgerichtet, welche senkrecht zur Hauptfließrichtung der Schmelze verläuft. Die von der Spule aufgespannte Fläche, die mit der Wicklungshöhe das von der Spule umschlossene Volumen bestimmt, ist parallel zur Hauptfließrichtung der Schmelze ausgerichtet.
Das Anschlusselement ist vorteilhaft aus Edelstahl. Die Abmessungen des Anschlusselements richten sich nach den Abmessungen des Kokillenelementes. Kokillenelemente haben je nach Geometrie des Strangs unterschiedliche Abmessungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Anschlusselement ein Stützelement oder einen Wasserkasten.
Vorteilhaft sind die mindestens eine Spule und die Magnetfeldsensoren damit in bestehende Bauteile einer Stranggießanlage integrierbar und benötigen keinen zusätzlichen Raum um die Kokille herum. Ist das Anschlusselement ein Stützelement, welches der mechanischen Stabilisierung eines Kokillenelements dient, so weist das Stützelement in einer Ausführungsform eine Dickevon 6 bis 15 cm auf. Die Dicke des Stützelements ist dabei senkrecht zur Hauptfließrichtung der Schmelze in der Kokille ausgerichtet und verläuft von der Grenzfläche Stützelement und Kokillenelement zur Grenzfläche Stützelement und Umgebung.
In einer Ausführungsform sind die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren derart in das Stützelement integriert, dass diese von nicht-durchgängigen Aussparungen im Stützelement aufgenommen werden. Dazu weist das Stützelement vorteilhaft mindestens eine umlaufende Vertiefung und eine Vielzahl von nicht-durchgängigen Bohrungen auf, wobei die Vertiefung und die Bohrungen von der Seite des Stützelements ausgehen, die mit dem Kokillenelement verbunden ist. Die nicht-durchgängigen Bohrungen sind dabei innerhalb des von der mindestens einen umlaufenden Vertiefung umschlossenen Volumens angeordnet. Es ist vorteilhaft, wenn die mindestens eine umlaufende Vertiefung möglichst nah entlang des Rands des Stützelementes angeordnet ist und die Umrandung des durch die mindestens eine umlaufende Vertiefung eingeschlossenen Volumens bildet. Die Höhe der mindestens einen umlaufenden Vertiefung ist entlang der Höhe des Stützelements ausgerichtet und verläuft in Richtung der Hauptfließrichtung der Schmelze. Vorteilhaft beträgt die Höhe der mindestens einen umlaufenden Vertiefung mindestens 80 % der Höhe des Stützelements. Die Breite der mindestens einen umlaufenden Vertiefung ist entlang der Breite des Stützelementes ausgerichtet. Vorteilhaft beträgt die Breite der mindestens einen umlaufenden Vertiefung mindestens 80 % der Breite des Stützelementes. Die mindestens eine umlaufende Vertiefung weist eine Tiefe auf, wobei die Tiefe entlang der Dicke des Stützelementes verläuft. Vorteilhaft ist die Tiefe der mindestens einen umlaufenden Vertiefung kleiner als die Dicke des Stützelements. Vorteilhaft weist die Vertiefung weiterhin eine innere Breite auf, wobei die innere Breite der Vertiefung entlang der Breitenrichtung der mindestens einen Vertiefung verläuft und die mindestens eine Vertiefung grabenförmig ausgebildet ist. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Tiefe gleich der inneren Breite der mindestens einen Vertiefung ist, das Aspektverhältnis einer derartigen grabenförmigen Vertiefung beträgt demzufolge eins. Die mindestens eine umlaufende Vertiefung nimmt vorteilhaft die mindestens eine Spule auf, um die Spule in das Stützelement zu integrieren. Dadurch ist die Lage mindestens einer Spule in der mindestens einen umlaufenden Vertiefung mechanisch fixiert. Weiterhin vorteilhaft ist die mindestens eine Spule dadurch nah an dem Schmelzvolumen angeordnet, so dass das von der mindestens einen Spule erzeugte primäre Magnetfeld das Schmelzvolumen durchdringen kann.
Vorteilhaft sind die Abmessungen der mindestens einen umlaufenden Vertiefung und die Abmessungen der mindestens einen Spule aufeinander abgestimmt. So kann beispielsweise die Tiefe der mindestens einen umlaufenden Vertiefung der Wicklungshöhe der mindestens einen Spule entsprechen, während die Breite der mindestens einen umlaufenden Vertiefung der Breite der mindestens einen Spule und die Höhe der mindestens einen Vertiefung der Länge der mindestens einen Spule entspricht. Die innere Breite der mindestens einen Vertiefung kann beispielsweise der Wicklungsbreite der mindestens einen Spule entsprechen. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die mindestens eine Spule von der mindestens einen umlaufenden Vertiefung aufgenommen wird.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn die Abmessungen der mindestens einen Vertiefung geringfügig größer als die entsprechenden Abmessungen der mindestens einen Spule sind, so dass vorteilhaft der Einsetzen der mindestens einen Spule in die mindestens eine Vertiefung unproblematisch ist.
In einer weiteren Ausführungsform sind in das Stützelement zwei Spulen integriert. Dazu weist das Stützelement vorteilhaft eine erste und eine zweite umlaufende Vertiefung auf, in denen eine erste und eine zweite Spule angeordnet sind, die in Reihe geschaltet sind. Dabei kann die Breite der ersten und der zweiten umlaufenden Vertiefung mindestens 80 % der Breite des Stützelementes und die Höhe der ersten und der zweiten Vertiefung jeweils maximal 50% der Höhe des Stützelementes betragen. Alternativ kann die Breite der ersten und der zweiten umlaufenden Vertiefung maximal 50 % der Breite des Stützelementes und die Höhe der ersten und der zweiten Vertiefung jeweils mindestens 80 % der Höhe des Stützelementes betragen. Vorteilhaft können dadurch die erste und die zweite Spule innerhalb des Stützelementes derart angeordnet sein, dass die beiden Spulen übereinander entlang der Höhe des Stützelementes oder nebeneinander entlang der Breite des Stützelementes angeordnet sind.
Die nicht-durchgängigen Bohrungen weisen eine Tiefe auf, die entlang der Dicke des Stützelementes verläuft. Vorteilhaft ist die Tiefe der nicht-durchgängigen Bohrungen kleiner als die Dicke des Stützelements. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Tiefe der nicht durchgängigen Bohrungen gleich der Tiefe der mindestens einen umlaufenden Vertiefung ist. In einer weiteren Ausführungsform sind die Mehrzahl der nicht-durchgängigen Bohrungen in regelmäßigen Abständen entlang der Breite und der Höhe innerhalb des durch die mindestens eine umlaufende Vertiefung umschlossenen Volumens des Stützelements verteilt. So kann es vorteilhaft sein, dass die Mehrzahl von nicht-durchgängigen Bohrungen rasterförmig angeordnet sind. Die nicht-durchgängigen Bohrungen nehmen vorteilhaft die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren auf, um die Magnetfeldsensoren in das Stützelement zu integrieren. Dazu sind vorteilhaft die Abmessungen der Mehrzahl nicht-durchgängiger Bohrungen und die Abmessungen der Mehrzahl von Magnetfeldsensoren aufeinander abgestimmt. So kann beispielsweise die Tiefe der Mehrzahl nicht-durchgängiger Bohrungen der Höhe der Mehrzahl von Magnetfeldsensoren entsprechen, während der Durchmesser der Mehrzahl nicht durchgängiger Bohrungen dem Durchmesser der Mehrzahl von Magnetfeldsensoren entspricht. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Mehrzahl nicht-durchgängiger Bohrungen die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren aufnehmen. Vorteilhaft weisen die nicht-durchgängigen Bohrungen einen Durchmesser auf, der geeignet ist, dem Fachmann bekannte Magnetfeldsensoren aufzunehmen. Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn die Abmessungen der nicht durchgängigen Bohrungen geringfügig größer als die entsprechenden Abmessungen der Magnetfeldsensoren sind, so dass vorteilhaft das Einsetzen der Magnetfeldsensoren in die nicht durchgängigen Bohrungen unproblematisch ist. Vorteilhaft ist durch die Anordnung der Mehrzahl von Magnetfeldsensoren in der Mehrzahl von nicht-durchgängigen Bohrungen die Lage der Mehrzahl von Magnetfeldsensoren mechanisch fixiert. Weiterhin vorteilhaft ist die Ausrichtung der Mehrzahl von Magnetfeldsensoren und der mindestens einen Spule mechanisch fixiert, so dass sich die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren nicht gegeneinander verkippen.
Ist das Anschlusselement ein Wasserkasten, so sind die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren vorteilhaft derart in den Wasserkasten integriert, dass Spule und Magnetfeldsensoren an einer ersten Wandung des Wasserkastens angeordnet oder in die erste Wandung des Wasserkastens integriert sind. Die erste Wandung des Wasserkastens ist die Wandung, die in mindestens einem Bereich mit dem Kokillenelement verbunden ist.
Sind die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren in die erste Wandung des Wasserkastens integriert, so ist es vorteilhaft, wenn die erste Wandung eine umlaufende Vertiefung zur Aufnahme der mindestens einen Spule und eine Mehrzahl von Aussparungen in Form nicht-durchgängiger Bohrungen zur Aufnahme der Mehrzahl der Magnetfeldsensoren aufweist. Die nicht-durchgängigen Bohrungen zur Aufnahme der Mehrzahl von Magnetfeldsensoren sind dabei innerhalb des von der umlaufenden Vertiefung zur Abnahme der mindestens einen Spule umschlossenen Volumens der ersten Wandung des Wasserkastens angeordnet.
Da der Wasserkasten von Wasser durchströmt ist, sind die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren derart an der ersten Wandung des Wasserkastens angeordnet oder in diese integriert, dass sie nicht in Kontakt mit Wasser stehen. Dem Fachmann sind Möglichkeiten zum Abdichten gegen Wasser bekannt, bspw. gekapselte Aufbauten. Sind die mindestens eine Spule und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren an der ersten Wandung des Wasserkastens angeordnet, so erfolgt die Anordnung vorteilhaft so, dass die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren innerhalb des von der mindestens einen Spule umschlossenen Volumens angeordnet sind. Weiterhin sind die mindestens eine Spule und die Magnetfeldsensoren derart angeordnet, dass ihre Lage gegenüber dem im Wasserkasten strömenden Wasser fixiert ist. Die Fixierung erfolgt bspw. über abgedichtete Schraubverbindungen oder Bajonettverschlüsse.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren Induktionsspulen.
Vorteilhaft ermöglichen Induktionsspulen das Detektieren der Zeitableitung eines Magnetfeldes.
Induktionsspulen können Einfachspulen oder gradiometrische Induktionsspulen, bevorzugt gradiometrische Induktionsspulen, sein.
Gradiometrische Induktionsspulen sind Spulen, die aus zwei Einzelspulen bestehen, wobei die Einzelspulen die gleiche Wicklungsanzahl, aber gegensätzliche Wicklungsrichtungen aufweisen. Dem Fachmann sind unterschiedliche Ausführungen gradiometrischer Induktionsspulen bekannt.
Gradiometrische Induktionsspulen detektieren den Gradienten eines Magnetfeldes. Dadurch können gradiometrische Induktionsspulen das durch Wechselwirkung mit der Schmelzbewegung und dem von der mindestens einen Spule erzeugten primären Magnetfeld kleine induzierte Magnetfeld vor dem Hintergrund des um Größenordnungen größeren primären Magnetfelds messen. Weiterhin vorteilhaft wird das primäre Magnetfeld möglichst stark unterdrückt und das induzierte Magnetfeld möglichst wenig gedämpft. Gradiometrische Induktionsspulen verringern somit das Amplitudenverhältnis zwischen dem primären und dem induzierten Magnetfeld.
Bevorzugt sind die gradiometrischen Induktionsspulen als vertikale gradiometrische Induktionsspulen erster Ordnung ausgebildet. Derartige gradiometrische Induktionsspulen ermöglichen die Messung des Gradienten des induzierten Magnetfelds.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die magnetischen Mittelpunkte der gradiometrischen Induktionsspulen auf der magnetischen Mittelebene der mindestens einen das primäre Magnetfeld erzeugenden Spule angeordnet.
Vorteilhaft wird dadurch das primäre Magnetfeld in den gradiometrischen Induktionsspulen optimal unterdrückt. Die gradiometrischen Induktionsspulen erfassen demzufolge ausschließlich das durch die Wechselwirkung der Schmelzbewegung mit dem primären Magnetfeld induzierte Magnetfeld.
Der magnetische Mittelpunkt einer vertikalen gradiometrischen Induktionsspule erster Ordnung beispielsweise liegt auf der Mittelachse der gradiometrischen Induktionsspule, um die herum die Wicklungen der beiden Einzelspulen angeordnet sind und im Mittelpunkt zwischen den beiden gegensinnig gewickelten Einzelspulen.
Die magnetische Mittelebene der mindestens einen Spule ist die Fläche der mindestens einen Spule die auf der Hälfte der Wicklungshöhe der mindestens einen Spule durch die Breite und die Länge der Spule aufgespannt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zusätzlich eine Mehrzahl von Temperatursensoren innerhalb des von der mindestens einen Spule umschlossenen Volumens des Anschlusselements angeordnet.
Ist das Anschlusselement ein Stützelement, erfolgt die Integration der Temperatursensoren bspw. über eine Mehrzahl von Aussparungen innerhalb des durch die mindestens eine umlaufende Vertiefung eingeschlossenen Volumens des Stützelementes, die die Temperatursensoren aufnehmen. Die Aussparungen gehen dabei von der Seite des Stützelementes aus, die mit dem Kokillenelement verbunden ist. Die Aussparungen können gleichmäßig, bevorzugt rasterförmig innerhalb des durch die mindestens eine umlaufende Vertiefung eingeschlossenen Volumens angeordnet sein. Vorteilhaft sind die Temperatursensoren damit in räumlicher Nähe zu der Mehrzahl von Magnetfeldsensoren angeordnet. Es kann auch vorteilhaft sein, dass die Mehrzahl von Temperatursensoren in die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren integriert ist.
Gleiches ist möglich, wenn das Anschlusselement ein Wasserkasten ist und die Temperatursensoren in die Wandung des Wasserkastens integriert sind. Die Temperatursensoren können auch mittels abgedichteter Schraubverbindungen an der Wandung des Wasserkastens befestigt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Anschlusselement in einer Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens in einer Stranggusskokille verwendet.
Vorteilhaft ermöglicht ein derartiges Anschlusselement, dass die Anordnung zur berührungslcsen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung nah an dem Schmelzvolumen angeordnet ist. Weiterhin vorteilhaft ermöglicht ein derartiges Anschlusselement, dass innerhalb der Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung die mindestens eine Spule und die Mehrzahl an Magnetfeldsensoren mechanisch gegen Verkippen fixiert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Anschlusselement in einer Stranggießanlage verwendet.
Vorteilhaft ermöglicht das Anschlusselement die berührungslose Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens einer Stranggusskokille ohne dass zusätzlich Raum um die Kokille herum benötigt wird.
In einer Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Anschlusselement in einem Verfahrenzur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens verwendet.
Vorteilhaft ermöglicht das erfindungsgemäße Anschlusselement die Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung mit verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis, da die Lage der mindestens einen Spule und der Magnetfeldsensoren zueinander mechanisch fixiert ist.
Weiterhin zur Erfindung gehört ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens einer Stranggusskokille unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung und/oder eines erfindungsgemäßen Anschlusselements. Dabei wird erfindungsgemäß die Anordnung in bestehende Elemente einer Stranggusskokille integriert und/oder das Anschlusselement in mindestens einem Bereich mit einem Kokillenelement der Stranggusskokille verbunden.
Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche zu kombinieren.
Ausführungsbeispiele
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und zugehöriger Figuren eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken. Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens einer Stranggusskokille.
Fig. 2 zeigt schematisch die Draufsicht eines Stützelementes als Anschlusselement einer erfindungsgemäßen Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens einer Stranggusskokille.
Fig. 3 zeigt den Querschnitt eines Stützelementes entlang der Linie AA in Fig. 2.
Fig. 4 zeigt schematisch die Draufsicht eines Stützelementes als Anschlusselement mit zwei ein primäres Magnetfeld erzeugenden Spulen.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens einer Stranggusskokille mit einem Wasserkasten als Anschlusselement
Fig. 6 zeigt eine Vergrößerung des Ausschnitts C in Fig. 5.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens einer Stranggusskokille. Dargestellt ist eine Stranggusskokille mit Vierkant-Querschnitt, bestehend aus vier plattenförmigen Kokillenelementen 0, die jeweils mit einem Anschlusselement 1 verbunden sind. Fig. 1 zeigt schematisch eine vollflächige Verbindung der Kokillenelemente 0 mit den Anschlusselementen 1. Der Pfeil gibt dabei die Hauptfließrichtung der Schmelze an. Die Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens weist mindestens eine Spule 6 und eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren 7 auf. In Fig. 1 ist schematisch für ein Anschlusselement 1 dargestellt, wie die mindestens eine Spule 6 und die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren 7 innerhalb des Anschlusselementes 1 angeordnet sind. Die gestrichelten Linien stellen verdeckte Kanten dar. Die mindestens eine Spule 6 umschließt ein Volumen des Anschlusselements 1 , innerhalb dessen die Magnetfeldsensoren 7 angeordnet sind. Weiterhin ist die mindestens eine Spule 6 derart innerhalb des Anschlusselements 1 angeordnet, dass die Spule 6 ein primäres Magnetfeld erzeugt, das senkrecht zur Hauptfließrichtung der Schmelze ausgerichtet ist. Die Anschlusselemente 1 können Stützelemente oder Wasserkästen sein.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Stützelement 10 als Anschlusselement 1 für eine Stranggusskokille. Das Stützelement 10 besteht aus Edelstahl und weist eine Breite 10a von 120 cm und eine Höhe 10b von 60 cm auf. Der Pfeil gibt die Hauptfließrichtung der Schmelze bei Einbau des Stützelements an. Ausgehend von der Fläche 2 des Stützelements 10, die parallel zur Hauptfließrichtung der Schmelze ist, weist das Stützelement 10 eine umlaufende Vertiefung 3 mit einer Breite 3a von 100 cm und einer Höhe 3b von 50 cm auf. Die umlaufende Vertiefung 3 schließt ein Volumen 5 des Stützelements 10 ein und bildet die Umrandung des durch die umlaufende Vertiefung 3 eingeschlossenen Volumens. Weiterhin weist das Stützelement 10 eine Mehrzahl nicht-durchgängiger Bohrungen 4 auf, die innerhalb des von der umlaufenden Vertiefung 3 eingeschlossenen Volumens 5 rasterförmig angeordnet sind und von der Fläche 2 des Stützelements 10 ausgehen. Die zwölf nicht-durchgängigen Bohrungen 4 weisen einen Durchmesser von 3 cm auf. Die Fläche 2 des Stützelements 10 wird im Einsatz mit einem Kokillenelement (nicht dargestellt) verbunden, wobei das Kokillenelement in Kontakt mit der Schmelze steht. In der umlaufenden Vertiefung 3 ist eine ein primäres Magnetfeld erzeugende Spule 6 angeordnet. Die Abmessungen der Spule 6 und die Abmessungen der umlaufenden Vertiefung 3 sind aufeinander abgestimmt, so dass die umlaufende Vertiefung 3 die Spule 6 aufnimmt. So ist die Länge der Spule auf die Höhe der Vertiefung 3b, die Breite der Spule auf die Breite der Vertiefung 3a abgestimmt. In der Mehrzahl der nicht-durchgängigen Bohrungen 4 sind eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren 7 angeordnet. Der Durchmesserder nicht-durchgängigen Bohrungen ist auf die Abmessungen der Magnetfeldsensoren abgestimmt, so dass jede nicht durchgängige Bohrung einen Magnetfeldsensor aufnimmt.
Fig. 3 zeigt schematisch den Querschnitt des Stützelements 10 aus Fig. 2 entlang der Linie AA. Die Dicke des Stützelements 10c beträgt 8 cm. Die Vertiefung 3 geht von der Fläche 2 des Stützelements 10 aus und weist eine Tiefe 3c von 4 cm auf. Die Vertiefung 3 ist grabenförmig ausgebildet und weist eine innere Breite 3d von 6 cm auf. Die nicht-durchgängigen Bohrungen 4 gehen ebenfalls von der Fläche 2 des Stützelements 10 aus und weisen eine Tiefe 4a von 4 cm und einen Durchmesser 4b von 35 mm auf. Die Tiefe der Vertiefung 3c und die Tiefe der nicht durchgängigen Bohrungen 4a sind gleich und kleiner als die Dicke des Stützelements 10c. In der umlaufenden Vertiefung 3 ist die Spule 6 angeordnet, die eine Wicklungshöhe 6a von 3,5 cm und eine Wicklungsbreite 6b von 5,5 cm aufweist. In den nicht-durchgängigen Bohrungen 4 sind die Magnetfeldsensoren 7 angeordnet, die jeweils eine Höhe 7a von 3,5 cm aufweisen. Die Magnetfeldsensoren 7 sind gradiometrische Induktionsspulen erster Ordnung, deren magnetische Mittelpunkte auf der magnetischen Mittelebene 8 der Spule 6 innerhalb des Stützelementes 10 angeordnet sind.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Stützelement 10 als Anschlusselement 1 mit einer ersten Spule 60 und einer zweiten Spule 61, die in Reihe geschaltet sind. Die erste und die zweite Spule 60, 61 umschließen jeweils ein Volumen des Stützelements 10, innerhalb dessen jeweils eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren 7 angeordnet ist. Der Pfeil gibt die Hauptfließrichtung der Schmelze bei Einbau des Stützelements 10 an. Die erste und die zweite Spule 60, 61 sind entlang der Höhe des Stützelements 10b übereinander angeordnet und spannen gleich große Flächen innerhalb des Stützelements 10 auf.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens einer Stranggusskokille. Dargestellt ist der Querschnitt einer Stranggusskokille für Rundstränge. Der Pfeil gibt die Hauptfließrichtung der Schmelze an. Ein Kokillenelement 0 ist mit einem Anschlusselement 1 verbunden. Das Anschlusselement 1 ist ein Wasserkasten 11. Die Anordnung zur Geschwindigkeitsbestimmung ist innerhalb des Wasserkastens 11 angeordnet und weist mindestens eine Spule 6 und eine Mehrzahl an Magnetfeldsensoren 7 auf. Die Spule 6 und die Magnetfeldsensoren 7 sind derart innerhalb des Wasserkastens 11 angeordnet, dass Spule 6 und Magnetfeldsensoren 7 an einer ersten Wandung 11a des Wasserkastens 11 angeordnet sind. Die erste Wandung 11a des Wasserkastens 11 , ist dabei zumindest punktuell (nicht dargestellt) mit dem Kokillenelement 0 verbunden.
Fig. 6 zeigt eine Vergrößerung des Ausschnitts C aus Fig. 5. Dargestellt ist das Kokillenelement 0, welches punktuell mit dem Wasserkasten 11 verbunden ist. An der ersten Wandung 11a des Wasserkastens 11 ist die Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung angeordnet. Dargestellt ist nur die mindestens eine Spule 6, die an der ersten Wandung 11a angeordnet ist. Zwischen der ersten Wandung 11a und dem Kokillenelement 0 verläuft ein Spalt 11b, in dem Wasser an dem Kokillenelement 0 vorbeigeführt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden Ausführungsformen. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die speziell beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein, sofern sich die Einzelmerkmale nicht gegenseitig ausschließen, oder eine spezifische Kombination von Einzelmerkmalen nicht explizit ausgeschlossen ist. Bezugszeichen
0 Kokillenelement
1 Anschlusselement
10 Stützelement
10a Breite des Stützelementes
10b Höhe des Stützelementes
10c Dicke des Stützelementes
11 Wasserkasten
11a Erste Wandung des Wasserkastens
11b Spalt
2 Fläche des Anschlusselements, die mit dem Kokillenelement in mindestens einem Bereich verbunden ist
3 Mindestens eine umlaufende Vertiefung
3a Breite der mindestens einen umlaufenden Vertiefung
3b Höhe der mindestens einen umlaufenden Vertiefung
3c Tiefe der mindestens einen umlaufenden Vertiefung
3d Innere Breite der mindestens einen umlaufenden Vertiefung
4 Mehrzahl von nicht-durchgängigen Bohrungen
4a Tiefe der nicht-durchgängigen Bohrungen
4b Durchmesser der nicht-durchgängigen Bohrungen
5 Von der mindestens einen umlaufenden Vertiefung
eingeschlossenes Volumen des Stützelementes
6 Mindestens eine ein primäres Magnetfeld erzeugende Spule
6a Wicklungshöhe der mindestens einen Spule
6b Wicklungsbreite der mindestens einen Spule
60 Mindestens eine erste Spule
61 Mindestens eine zweite Spule
7 Mehrzahl von Magnetfeldsensoren
7a Höhe der Magnetfeldsensoren
8 Magnetische Mittelebene der mindestens einen ein primäres
Magnetfeld erzeugenden Spule Zitierte Nicht-Patentliteratur
[Seden2016] M. Seden et al, Development of enhanced mold flow control in slab casting, Vortrag, gehalten auf der 5th International Conference on Process Development in Iran and Steelmaking, Luleä, Schweden 2016
[Thomas2001] B.G. Thomas et al, Comparison of four methods to evaluate fluid velocities in a continuous slab casting, ISIJ International, Vol. 41 (2001), No. 10 pp. 1262-1271
[Gardin1996] P. Gardin et al., Influence of electromagnetic brake on molten Steel flow and inclusion behaviour in a continuous casting mold, Magnetohydrodynamics 32 (2). 1996, pp. 189- 195, ISSN 0024-998X.
[Iguchi1999] M. Iguchi et al., Development and Calibration of a carmna vortex probe for measurement of molten-steel velocities, Metallurgical and Materials Transactions B, Bd. 30, Nr. 1 , pp. 53-59, 1999
[Mikrovas1993] A.C. Mikrovas et al. , Measurement of velocitiy in high-temperature liquid-metals, Metallurgical and Materials Transactions B, Bd. 24, Nr. 6, pp. 1009-1022, 1993
[Thess2007] A. Thess et al., Theory of the Lorentz force flowmeter, New Journal of Physics 9 (8). 2007, S. 299, DOI 10.1088/1367-2630/9/8/299, ISSN 1367-2630.
[Heinicke2012] Local Lorentz Force Velocimetry for liquid metal duct flows, Dissertation, TU Ilmenau 2012
[Stefani2004] F. Stefani et al, Contactless inductive flow tomography; Physical Review E 70, 056306 (2004)

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens in einer Stranggusskokille,
aufweisend mindestens eine ein primäres Magnetfeld erzeugende Spule (6), wobei das primäre Magnetfeld das Schmelzvolumen durchdringt,
eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren (7) zur Messung des durch die Wechselwirkung der Schmelzbewegung mit dem erzeugten primären Magnetfeld induzierten Magnetfeldes, wobei
die Stranggusskokille mindestens ein Kokillenelement (0) aufweist, welches in mindestens einem Bereich mit einem Anschlusselement (1) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren (7) und die mindestens eine Spule (6) innerhalb des Anschlusselements (1) derart angeordnet sind, dass die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren (7) innerhalb des von der mindestens einen Spule (6) umschlossenen Volumens des Anschlusselements (1) angeordnet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (1) ein Stützelement (10) oder ein Wasserkasten (11) ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spule (6) ein primäres Magnetfeld erzeugt, welches senkrecht zur Hauptfließrichtung der Schmelze ausgerichtet ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mindestens zwei in Reihe geschaltete Spulen (60, 61) zur Erzeugung des primären Magnetfeldes umfasst.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren (7) Induktionsspulen, bevorzugt gradiometrische Induktionsspulen, sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Mittelpunkte der gradiometrischen Induktionsspulen auf der magnetischen Mittelebene der mindestens einen das primäre Magnetfeld erzeugenden Spule (8) innerhalb des Anschlusselements (1) angeordnet sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zusätzlich eine Mehrzahl von Temperatursensoren umfasst, die innerhalb des Anschlusselements (1) angeordnet sind.
8. Anschlusselement (1) für ein Kokillenelement (0) einer Stranggusskokille, welches in mindestens einem Bereich mit einem Kokillenelement (0) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb des Anschlusselements (1) mindestens eine ein primäres Magnetfeld erzeugende Spule (6) und eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren (7) derart angeordnet sind,
dass die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren (7) innerhalb des von der mindestens einen Spule umschlossenen Volumens des Anschlusselements (1) angeordnet sind.
9. Anschlusselement (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (1) ein Stützelement (10) oder einen Wasserkasten (11) umfasst.
10. Anschlusselement (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Magnetfeldsensoren (7) Induktionsspulen, bevorzugt gradiometrische Induktionsspulen, sind.
11. Anschlusselement (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Mittelpunkte der gradiometrischen Induktionsspulen auf der magnetischen Mittelebene der mindestens einen das primäre Magnetfeld erzeugenden Spule (8) angeordnet sind.
12. Anschlusselement (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Mehrzahl von Temperatursensoren in das Anschlusselement (1) innerhalb des von der mindestens einen Spule umschlossenen Volumens des Anschlusselements angeordnet sind.
13. Verwendung eines Anschlusselements (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12 in einer Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens in einer Stranggusskokille und/oder in einer Stranggießanlage.
14. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und / oder eines Anschlusselements (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12 in einem Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens in einer Stranggusskokille.
5. Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung eines Schmelzvolumens in einer Stranggusskokille mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einem Anschlusselement nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Anordnung in bestehende Elemente einer Stranggusskokille integriert wird und/oder das Anschlusselement in mindestens einem Bereich mit einem Kokillenelement der Stranggusskokille verbunden wird.
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