LU80120A1 - Verfahren zur messung des fuellstands in der kokille beim stranggiessen - Google Patents

Description

A 529

Λ—3*—A GRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG

JJ.......1......4 » du......................,!Î. .7.. J.PDI..197^ Monsieur le Ministre de l’Économie Nationale

Titre délivré .................................. Service de la Propriété Industrielle,

___ ZgtW LUXEMBOURG

/Ο^fô Demande de Brevet d’invention L Requête ARBED S . A. (1)

Avenue de la Liberté, LUXEMBOURG...............................................................................................................

... représentée.. par.. Mons ieur. René NEYEN, ingénieur .............. (2) jç-,ar-dépose ce âix-sept·...août.. 1900.. soixante-dix-huit.......... (3) à /f J................. heures, au Ministère de l’Economie Nationale, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d'invention concernant : ................................................................................................................................................ (4) ................................Verfahren, zur Messung des. Füllstands in der.................................----- ................................Kokille... beim. ........... ..................................................................................................

déclare, en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur(s) est (sont): .......................... (5)

Priv.Doz.Dr.rer.nat. F.R. BLOCK........................................................

Kalfstrasse 58 D-5106 ROETGEN.......................

2. la délégation de pouvoir, datée de Luxembourg.........................le 1.6....aout 1.9.7 8........

3. la description en langue ..al lemande...............................de l’invention en deux exemplaires ; 4. ...........1.............. planches de dessin, en deux exemplaires ; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, 1e 17 août 1978.................................................................. .......................................................................;.......................................

revendique pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6)................................................................................. déposée (s) en (7) ............................................................................................................

le ........................../....................................................................................................................................................................................................(8) au nom de ...................................................................................................................................................................................................................(9) élit domicile pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg.................................

..A^iiinist.ratig.n..C.entral.e.....de....l.!..AKBED../......C.ase...pQ.s.tal.e....l8.02......................... (10) sollicite la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexes susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à 18........................ mois.

.................mandataire..........................

II. Procès-verbal de Dépôt

La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Economie Nationale, Service de la Propriété Industrielle à Luxembourg, en date du : ß:«US73 - ri du (ON, „ "'-„-.'Pr. le Ministre de l’Economie Nationale, 83?>* \\ p·d·

Le jPjef du Service de la Propriété Industrielle, ··· .7 .

A 529

Patentanmeldung

Anmelder : A R B E D S.A.

Avenue de la Liberté, Luxembourg

Verfahren zur Messung des Füllstands in der Kokille beim Stranggiessen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Badspiegelhöhe in der Kokille bei Stranggiessanlagen.

Beim Stranggiessen wird in die Kokille der Anlage fortlaufend flüssiges Metall gefüllt. Der schon in der Kokille erstarrende Strang wird durch Walzen aus der Kokille nach unten abgezogen. Die Aufrechterhaltung eines konstanten Giesspiegels geschieht durch Veränderung der Drehzahl der Abzugswalzen oder des Zuflusses mit Hilfe eines als Stopfen oder Schieber ausgebildeten Verschlusses. Auch sind Verfahren bekannt, bei denen die Drehzahl der Walzen und damit die Abzugsgeschwindigkeit des Stranges über - 2 - die Pegelhöhe des Giesspiegels automatisch geregelt wird. Die bekannten Regulierungsverfahren unterscheiden sich hauptsächlich in der Art der PegelhöhenbeStimmung.

Eine gebräuchliche Methode zur Pegelhöhenbestimmung ist die Messung der Hohe des Giesspiegels mit Hilfe von radioaktiven Quellen. Hierbei durchstrahlt ein radioaktives Präparat (Kobalt 60) die Kokille. Solange der Giesspiegel unterhalb des durchstrahlten Bereiches liegt, trifft die Strahlung nahezu ungeschwächtauf ein Messgerät (Szintillationszähler). Wenn der steigende Giesspiegel in den Bereich der Strahlung kommt, wird sie absorbiert.

Neben hohen Sicherheitsanforderungen besteht der Nachteil dieser Methode darin, dass zur Durchstrahlung von dickeren Metallwandstärken Quellen mit hoher Leistung benötigt werden, damit in kurzen Zeiten eine zuverlässige Information gewonnen werden kann. Die Intensität des Strahles ist quadratisch vom Abstand zwischen Strahler und Detektor und exponentiell von den Wandstärken der Kokille abhängig. Daher müssen Abstände und Wandstärken möglichst gering sein.

Die kanadische Patentschrift 520 745 beschreibt ein Verfahren, bei dem durch thermoelektrische Messung der Kokillenwandtemperatur die Pegelhöhe bestimmt wird.

Hierzu werden in der Kokillenwand übereinander Thermoelemente angebracht. Aus den gemessenen Thermospannungen kann auf den Füllstand des flüssigen Stahls geschlossen werden.

Da der Wärmeübergangswiderstand vom Stahl an die Kokille gross ist gegenüber dem Widerstand über die Dicke der Kokille, sind die Temperaturänderungen innerhalb der Kokillenwand in Abhängigkeit von den kleinen Schwankungen des Badspiegels so gering, dass von ihnen nicht mit genügender Sicherheit auf die momentanen Badspiegeländerungen geschlossen werden kann.

Da die Kokillenwandinnenflächen im Laufe des Betriebes von Zeit zu Zeit nachbearbeitet werden müssen, werden zudem die - 3 -

Thermoelemente relativ weit aussen in der Kokillenwand eingebaut. Damit wird die Empfindlichkeit nochmals herabgesetzt.

In der kanadischen Patentschrift 834 370 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Strahlungspyrometer die von der Schmelzoberfläche abgestrahlte Wärme misst. In der Praxis scheidet dieses Verfahren aus, da Störungen durch andere Wärmequelleny die nicht schmelzpegelbedingt sind, nicht ausgeschaltet oder kompensiert werden können.

In der US-Patentschrift 3.459.949 wird eine Methode vorgestellt, die eine oder mehrere Photozellen benutzt, die das von der Schmelzoberfläche ausgestrahlte, sichtbare Licht in elektrische Spannung umsetzen. Die Lichtenergie nimmt mit sinkendem Pegel, d.h. wachsendem Abstand zwischen Badoberfläche und Photozelle, ab. Die sich zeitweise auf der Badoberfläche bildende Schlackendecke mindert die Abstrahlung und fälscht die Messung.

Eine Methode, die diesen Fehler ausschliessen soll, ist in der Offenlegungsschrift 24 38 160 des Deutschen Patentamtes beschrieben. Mit Hilfe optischer Einrichtungen (Blenden, Linsen) wird unter einem bestimmten Winkel mittels Photozellen die Lichtemission an verschiedenen Stellen des Giesspiegels gemessen und in elektrische Spannungen umgesetzt. Diese Spannungen werden verglichen und die jeweils höchste zur Regelung des Prozesses verwendet. Die höchste Spannung soll einer schlackenfreien Schmelzbadoberfläche entsprechen. Fehler entstehen dann, wenn keine schlak-kenfreie Stelle existiert.

In der Offenlegungsschrift 25 06 190 des Deutschen Patentamtes-ist eine Methode beschrieben, bei der die Pegelhöhe des Giesspiegels mit Hilfe von Infrarotstrahlen bestimmt wird.

Als Empfänger der Infrarotstrahlen werdenPhotodioden verwendet, die schräg von oben in die Kokille sehen. Die Kante der Kokille wirkt als ortsfeste Prallplatte, während die Niveauänderung des Badspiegels die Lichtstrahlung, die auf die Photodioden trifft, verändert. Die Intensitätsänderungen durch Schlackenbildung sollen - 4 - mit Hilfe einer weiteren Messung kompensiert werden. Die Vielzahl der teils aufwendigen Verfahren zeigt/ dass eine allgemein befriedigende Lösung noch aussteht.

Die Erfindung beinhaltet nun ein Verfahren, bei dem auf einfachste Weise nach einer elektrischen Methode eine zuverlässige Messung des Füllstands in der Kokille möglich ist.

An sich sind drei elektrische Methoden bekannt: - Methoden, bei denen eine Induktivität gemessen wird - Methoden, bei denen eine Kapazität gemessen wird und - Methoden, bei denen ein elektrischer Widerstand gemessen wird.

Bei der induktiven Methode dient die Aenderung einer Induktivität oder der von ihr abgegebenen Leistung als Mass für den Abstand zu einem Material, dessen magnetische Permeabilität ungleich Eins oder dessen Leitfähigkeit ungleich Null ist.

Bei der kapazitiven Messung wird der Abstand zu einem Leiter, der als zweite Kondensatorplatte dient, über eine Kapazitätsmessung bestimmt.

Bei der konduktiven Methode wird ein Ableitwiderstand bis zu einer Kontaktstelle gemessen und aus dem Widerstand auf den Abstand geschlossen.

Alle drei Methoden sind in den bekannten Ausführungsformen für die Füllstandsmessung bei flüssigem Stahl wenig geeignet: Bei den hohen Temperaturen würden Messeinrichtungen, die über dem Bad angebracht sind oder gar in das Bad eintauchen, ohne geeignete Kühlung zerstört; gekühlte Einbauten würden andererseits auch zu Störungen führen, z.B. durch Anfrieren des Metalls. In jedem Fall würden die Einbauten den Zugang zur Badoberfläche und damit das Entfernen der Schlacke behindern.

Erfindungsgemäss werden nun alle diese Schwierigkeiten überwunden, indem Elektroden zur elektrischen Widerstandsmessung seitlich durch die Kokillenwand hindurch bis an das Bad reichen, . . aus dem Kokillenmaterial bestehen und gegenüber diesem mit Hilfe - 5 - einer dünnen Isolierung elektrisch isoliert sind.

Als Isolierschicht kann z.B. Zirkondioxid verwendet werden, das mit Schichtdicken unter 1 mm auf die, vorher mit Nickelaluminid grundierten Kupferelektroden, durch Flammspritzen aufgebracht wird.

Zweckmässigerweise werden mehrere Elektroden zu einem Messatz in einer Sonde eingegossen. Eine oder mehrere dieser, . mit Elektroden versehenen Messonden werden in Höhe der Badschwankungen in die Kokille eingebaut. Gelangt der Giesspiegel in Höhe einer Messonde, so wird die isolierte Elektrode mit der Kokille elektrisch kurzgeschlossen. Dies kann als Mass für den Füllstand in der Kokille dienen. Ebenfalls können die während der Oszilla- f tion der Kokille entstehenden Taktzeiten zur Füllstandsmessung herangezogen werden.

Die Zeichnung zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie deren Anordnung in der Stranggiesskokille.

In der Zeichnung ist:

Fig, la - die Aufsicht auf eine Messonde Fig. lb - die Seitenansicht einer Messonde im Schnitt Fi^·. 2 - der Schnitt durch eine Kokille mit einer eingebauten

Messonde

Fig. 3 - eine Aussenfläche der Kokille mit eingebauter Mess sonde

Nach Fig, 1 besteht der Erfindungsgegenstand aus einer entsprechend bearbeiteten Messonde (1) aus Kokillenmaterial, üblicherweise Kupfer, in welchem mindestens eine, durch Flammspritzen » mit einem hochschmelzenden Oxid (2), vorzugsweise Zirkondioxid, isolierte Kupferelektrode (3) angeordnet ist.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, wird die Messonde (1) in Höhe des Badspiegels (4) so in die Kokillenwand (5) eingebaut, dass sich die Vorderfläche (6) der Messonde (1) in die Kokillen- - 6 - innenwand (7) einpasst. Zweckmässigerweise wird zur Vermeidung eines Spaltes zwischen der Kokillenbohrung (8) und der Messonde (1), diese in die Kokillenwand (5) eingepasst oder eingeschrumpft. Die Messonde (1) ist auf der wasserbeaufschlagten Seite angepasst (9). Dazu spiegelsymmetrisch ist die Kokillenbohrung (8) angepasst Zur Vermeidung von Undichtigkeiten und zur Gewährleistung eines festen Sitzes der Messonde wird die so entstandene V-Kerbe (10) mit Hartlot ausgefüllt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Messung des Füllstandes in Kokillen von Stranggiessanlagen für Stahl mit Hilfe von elektrischen Kontakten, die durch das flüssige Metall geschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch gegenüber der Kokillenwand isolierte Elektroden so seitlich in die Kokillenwand eingelassen sind, dass der Verlauf der inneren Oberfläche und des WärmeableitwiderStandes der Kokillenwand (bei Anlegung technischer Masstäbe) durch den Einbau nicht verändert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Elektroden in einer Messonde zusammengefasst sind, die als Einheit in die Kokillenwand eingesetzt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden gegenüber der Kokillenwand oder gegenüber der Messonde durch eine dünne Flammbeschichtung mit einem hoch- ‘ schmelzenden Oxid, vorzugsweise Zirkondioxid, isoliert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Elektroden zur Wasserseite hin leicht konisch erweitern.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, mit einer oder mehreren Messonden im Bereich der Badschwankungen, dadurch gekennzeichnet dass die während der Oszillation der Kokille entstehenden Taktzeiten als Mass für den Füllstand dienen. - 8 -

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Signalauswertung Vergleichsignale herangezogen werden, die am schwingenden System oder seinem Antrieb gewonnen werden und Informationen über die jeweilige Position der auf und ab schwingenden Kokille geben. a