LU83224A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen des fuellstandes in stranggiesskokillen - Google Patents

Description

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Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Füllstandes in Stranggiesskokillen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Füll-5 Standes in Stranggiesskokillen, insbesondere in Kokillen die eine Einrichtung zum Oszillieren in Achsenrichtung aufweisen, sowie die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

3 ' Die Kenntnis des Füllstandes innerhalb der Kokille ermöglicht es, eine 10 entsprechende Nachfüllung bzw. eine entsprechende Strang- Ausziehgeschwindigkeit einzustellen.

Zur Füllstandmessung müssen zuverlässige und schnelle Messmethoden eingesetzt werden. Die entsprechenden Messvorrichtungen müssen auch dann 15 einsetzbar sein, wenn in einem abgeschlossenen System unter Pulver oder unter Schutzgas gearbeitet wird; sie sollen ferner so eingebaut werden können, dass sie nicht stören, -insbesondere darf der Zugang zur Kokille nicht behindert werden- und dass sie zugleich selbst geschützt sind. Solche Messeinrichtung sollen überdies keine Gefahrenquellen darstellen.

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Die vorgenannten Anforderungen können mit den heute bekannten Messmethoden weder für Vorblöcke noch für Brammen erfüllt werden.

Optische Verfahren können nur bedingt eingesetzt werden wenn unter 25 Pulver oder in abgeschlossenen Systemen vergossen wird.

Messmethoden in denen radioaktive Substanzen verwendet werden, stossen auf zunehmend strengere Genehmigungsverfahren. 1 2 3 4 5 6

Generell ist bekannt, dass durch Aenderungen der einen Leiter durch 2 setzenden magnetischen Felder im Leiter Ströme induziert werden, und 3 dass aus den Sekundärfeldern dieser Ströme auf die Anwesenheit des Lei 4 ters geschlossen werden kann. Eine hierauf beruhende Messmethode ist in 5 der deutschen Offenlegungschrift 2.101.729 beschrieben. Bekannt ist 6 auch, dass sich die Impedanz einer Spule ändert, wenn man einen Leiter in das Feld der Spule bringt.

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Eine Messmethode, die auf diesen Erkenntnissen beruht wird in der französischen Patentschrift 2.251.811 beschrieben und sieht vor, dass ein kontaktloses Induktionsmessgerät die Lage der Grenze zwischen zwei Phasen bestimmt, die unterschiedliche Dichten sowie Resistivität aufwei-5 sen, wobei zumindest eine der Phasen den Strom leitet ohne magnetisch zu sein. Das Messgerät begreift Arbeite- sowie Messpulen, die in offe-' ner Anordnung auf die besagte Grenze gerichtet sind. Wesentlich ist hierbei, dass das Messystem aus zwei offenen U-förmigen Magnetkernen besteht, die parallel zueinander angordnet sind, wobei die Messpulen 10 gegeneinander geschaltet sind.

Doch versagen solche Messmethoden beim Stranggiessen von Stahl, da die gut leitende Kupferkokille die Felder so stark abschirmt, dass die Empfindlichkeit der Messeinrichtung nicht befriedigen kann.

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Einrichtungen die über der Kokille oder am oberen Kokillenrand angeordnet sind, behindern die Zugänglichkeit und können durch überlaufenden Stahl zerstört werden.

20 Die Anmelderin hat in ihrer luxemburgischen Patentanmeldung 80.410 ein Verfahren beschrieben gemäss welchem der Einfluss der Kokille ausgeschaltet wird, indem eine felderzeugende Primärspule und zwei gegeneinander geschaltete gleichartige Sekundärspulen sowie das flüssige Metall eine Anordnung bilden, in der die Lage des Metallspiegels zu den Spulen 25 eine induzierte Spannung hervorrufen kann. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Primärspule sowie die Sekundärspule berührungslos koaxial um das Gefäss legt, dass man die aufgrund der Lage des Metallspiegels in den Sekundärspulen induzierte Spannung sowie die elektrische Leitfähigkeit des Metalls misst und dass man aus dem unter 30 Berücksichtigung des gemessenen Leitfähigkeitwertes korrigierten Spannungswert die Lage des Metallspiegels bestimmt.

Diese Methode eignet sich in ersten Linie jedoch nur für Rohrkokillen kleiner Dimensionen.

Das Ziel der Erfindung bestand darin, eine Messmethode mit dazugehörigen Vorrichtungen zur Bestimmung des Füllstandes in Stranggiessko- 35 - 3 - killen zu finden, wobei die Erfindung den oben angegebenen Anforderungen genügen und die den bekannten Verfahren innewohnenden Nachteile vermei-. den sollte.

5 Die angestrebten Vorteile werden erreicht durch das erfindungsgemässe Verfahren, dessen wesentlichstes Merkmal darin besteht, dass man ein horizontales in vertikaler Richtung inhomogenes magnetisches Gleichfeld erzeugt, dieses Gleichfeld durch Bewegen seiner Quelle in eine Oszillation versetzt, die im gleichen Sinn und im gleichen Rhytmus wie die 10 Oszillation der Kokille verläuft, dass man die Intensität des Feldes nach Durchdringen der Kokille kontinuierlich mit Hilfe von Detektoren die ebenfalls mit der Kokille oszillieren, misst und aus der Aenderung der Intensität, bezogen auf die Relativgeschwindigkeit zwischen Strang und oszillierendem System sowie die Leitfähigkeit des Bades, auf die 15 Höhe des Badspiegels schliesst.

Statt magnetische Gleichfelder kann man erfindungsgemäss auch Felder mit Frequenzen bis zu einigen Hertz, die durch die gut leitende Kupferkokille nicht bzw. kaum behindert werden, verwenden.

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Was die magnetische Permeabilität der flüssigen Metalle anbelangt, so stimmt diese in guter Näherung mit der von Vakuum, Luft- oder Schutzgasen überein, d.h. die relative magnetische Permeabilität unterscheidet sich allenfalls minimal von Eins.

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Auf der Grundlage der magnetischen Eigenschaften des flüssigen Metalls lassen sich diese also kaum indentifizieren. Die magnetischen Eigenschaften spielen deshalb auch bei der hier vorgestellten Methode keine Rolle.

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Hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit sind die Unterschiede jedoch erheblich. So ist die Leitfähigkeit der Schlacken wesentlich geringer als die der flüssigen Metalle, und die Leitfähigkeit der umgebenden Luft oder Schutzgase ist in der Regel vernachlässigbar klein.

35 Daher sind bei gleichen Randbedingungen die im flüssigen Metall induzierten elektrischen Ströme gross gegenüber denen, die in Schlacke oder Luft oder Schutzgas induziert werden oder fHessen würden, wenn über - 4 -

Elektroden Spannungen angelegt werden, was jedoch grössere Schwierigkeiten bereiten würde.

Dadurch, dass man die Kokille mit dem eingebauten Magnetfeld in ver-5 tikaler Richtung oszillieren lässt, bewegen sich nun in einfacher Weise Magnetfeld und Materie relativ zueinander. Hierdurch werden elektrische Spannungen induziert. Sie führen in inhomogenen Feldern zu Strömen, deren Erregung sich der primären Erregung überlagert und diese langsam , - mit der Hubfrequenz, also etwa 1 Hz-periodisch schwächt und wieder 10 verstärkt. Die induzierten Stromdichten sind dabei umso stärker je grösser die elektrische Leitfähigkeit ist. Die Messignale werden dabei auf die Leitfähigkeit bezogen.

Die primäre zeitunabhängige oder zeitliche nur langsam veränderliche 15 Induktion wird damit so langsam variiert, dass sie durch die Wand der Kokille zum mitoszillierenden Messwertaufnehmer dringen kann und dort nach an sich bekannten Methoden registriert werden kann und eine laufende Information über den Badspiegel gibt.

20 Die Feldänderungen sind proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen Leiter und zeitkonstanter Induktion. Die Geschwindigkeit der Kokille relativ zur Giessbühne, sowie die Strangauszugsgeschwindigkeit werden in an sich bekannter Weise kontinuierlich gemessen, z.Bsp. mit Hilfe von induktiven Wegaufnehmern oder Tachogeneratoren. Zur Bestim-, 25 mung des Füllstandes werden die gemessenen Feldänderungen auf die

Relativgeschwindigkeit zwischen Kokille und Strang bezogen.

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Zur Erhöhung der Auflösung bei der Messung der Aenderungen der magnetischen Induktion ist es zweckmässig, den Untergrund abzuziehen. Hierzu 30 wird am einfachsten an einer anderen geeigneten Stelle des Systems eine Vergleichsmessung durchgeführt.

Die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenseite der Kokillenwand (K2), 35 oberhalb der Mitte der Kokillen-Längsseite, zumindest eine Feldquelle (S) und an der gegenüberliegenden Aussenseite (Kl) zumindest ein Felddetektor (Dl bzw. D2) angeordnet sind, wobei zur Messung der Geschwindigkeit * - 5 - der Kokille beim Oszillieren ein induktiver Wegaufnehmer vorgesehen ist und dass der bzw. die Felddetektoren sowie der Wegaufnehmer mit einem Mikroprozessorsystem gekoppelt sind.

5 Letzteres übernimmt die Auswertung der gemessenen Signale und die Steuerung der Nachfüll- bzw. der Strangausziehgeschwindigkeit.

Als Magnetfeldquellen können Permanentmagnete oder Spulen mit einem . magnetischen Kern dienen. Damit sich die gewünschten Felder ausbilden, 10 sind in der Umgebung magnetische oder nichtmagnetische Werkstoffe geeignet zu. verwenden.

In Analogie zu Messmethoden mittels radioaktiver Strahlung, entsprechen die Anordnung der Magnetfeldquelle und die Richtung des Magnetfeldes im 15 wesentlichen der Anordnung der radioaktiven Strahlenquelle und der Richtung der radioaktiven Strahlen. Als Detektor wird statt des Szintillationszählers ein Detektor zur Messung des Magnetfeldes verwendet, vorzugsweise ein Saturationskernmagnetometer.

20 Statt einer Magnetfeldquelle können auch mehrere verwendet werden.

Werden keine Permanentmagnete verwendet, sondern felderzeugende Spulen, so werden diese elektrisch zweckmässig hintereinander geschaltet.

Zur bildhaften Erläuterung der Erfindung dient die Zeichnung, die eine , 25 schematische Prinzipskizze des Aufbaus der erfindungsgemässen Vorrich tung zeigt.

Die Spule (S), die einen Kern mit hoher magnetischer Permeabilität enthält, erzeugt ein räumlich inhomogenes aber zeitlich weitgehend 30 konstantes Magnetfeld (H), welches die Kokillenwände (Kl und K2) und das Stahlbad (ST) durchsetzt. Die Spule (S) und die Magnetfelddetektoren (Dl) und ggfl. als Referenz (D2), sind fest mit der Kokille verbunden und oszillieren relativ zur Giessbühne. Vom Kokillensystem aus betrachtet oszilliert der Badspiegel (B) des Stahlbades in einem 35 inhomogenen Feld, wodurch periodische Spannungen und Ströme im Stahlbad * » - 6 - induziert werden und wobei deren magnetische Felder sich dem primären überlagern. Der nicht gezeigte induktive Wegaufnehmer, der die Kokillenoszillation verfolgt ist, wie die Felddetektoren mit einem ebenfalls nicht gezeigten Mikroprozessor gekoppelt.

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Claims (9)

1. Verfahren zum Messen des Füllstandes in Stranggiesskokillen, insbesondere in Kokillen die eine Einrichtung zum Oszillieren in

2. Verfahren hach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Magnetfeldquellen oder mehrere Detektoren zur Feldmessung benutzt werden und dass durch eine Differenzbildung der Messignale die Empfindlichkeit erhöht wird. 20

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte magnetische Feld eine niedrige Frequenz bis zu einigen Hz aufweist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass üie ' magnetische Erregungsniederfrequenz so variiert wird, dass sich die Auswertung der Signale vereinfacht.

5 Feldquelle eine Spule mit einem magnetischen Kern ist.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, 30 dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenseite der Kokillenwand (K2), oberhalb der Mitte der Kokillen-Längsseite, zumindest eine Feldquelle (S) und an der gegenüberliegenden Aussenseite (Kl) zumindest ein Felddetektor (Dl bzw. D2) angeordnet sind, wobei zur Messung der Geschwindigkeit der Kokille beim Oszillieren ein induk- 35 tiver Wegaufnehmer vorgesehen ist und dass der bzw. die Felddetektoren sowie der Wegaufnehmer mit einem Mikroprozessorsystem gekoppelt sind. « % - 2 -

5 Achsenrichtung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass man ein horizontales in vertikaler Richtung inhomogenes magnetisches Gleichfeld erzeugt, dieses Gleichfeld durch Bewegen seiner Quelle in eine Oszillation versetzt die im gleichen Sinn und im gleichen Rhyt-» mus wie die Oszillation der Kokille verläuft, dass man die Intensi- 10 tat des Feldes nach Durchdringen der Kokille kontinuierlich mit Hilfe von Detektoren die ebenfalls mit der Kokille oszillieren, misst und aus der Aenderung der Intensität, bezogen auf die Relativgeschwin-digkeit zwischen Strang und oszillierendem System sowie die Leitfähigkeit des Bades, auf die Höhe des Badspiegels schliesst. 15

6. Vorrichtung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldquelle ein Permanentmagnet ist.

7. Vorrichtung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die

8. Vorrichtung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der . * Felddetektor ein Saturationskernmagnetometer ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung der Signale ein Mikroprozessor verwendet wird der zugleich die Regelung des Stahlzuflusses und/oder der Strangauszugsgeschwindigkeit übernimmt. «