DEVICE FOR DETECTING THE LEVEL OF A LIQUID METAL

Abstract: Thermocouples (5) are fitted in through holes in a continuous casting mould (1) so that the measuring points of the thermocouples are situated in the same plane as the internal surface (2) of the mould wall. <IMAGE>

Description: Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ermitteln der Lage des Giessspiegels in der Kokille einer Stranggiessvorrichtung, insbesondere Stahlstranggiessvorrichtung, bestehend aus mindestens einem in die Kokillenwand eingesetzten Thenmoelement. Beim Stahlstrangglessen wird das flüssige Metall üblicherweise mit Hilfe einer Verteilerrinne der Giesskokille zugeführt. Dabei kommt es darauf an, dass die Höhe des Giessspiegels oder der Metalloberfläche in der Kokille weitgehend konstant bleibt, damit für den Strang gleichbleibende Abkühlungsbedingungen aufrechterhalten werden und sich die Erstarrungskruste bis zum unteren Austrittsende ausreichend verfestigt hat. Bisher war es nicht möglich, die Lage des Giessspiegels hinreichend genau zu ermitteln. Man hat zwar bereits-vorgeschlagen, Thermoelemente an der Aussenwand von Stranggiesskokillen anzubringen oder sie von aussen her in die Kokillenwand vorstehen zu lassen. Aufgrund des zwischen dem heissen Metall und den Thermoelementen verbliebenen Materials der Kokillenwand ergibt sich jedoch eine zu grosse Trägheit der Anzeige und damit eine grosse Unsicherheit der Regelung (DE 27 57 052; US Patent 3 204 460i. Der Einsatz von radioaktiven Isotopen birgt Gefahren für die Bedienungsmannschaften, weil die Strahlungsintensität sehr hoch gewählt werden muss, damit die Strahlung den flüssigen Stahl körper und die wassergekühlten Kokillenwände durchdringt, um am der Strahlungsquelle gegenüberliegenden Sensor ein ausreichend starkes Signal zu erzeugen. Es kommt hinzu, dass der Einsatz derartiger Isotopen auf eine Ebene beschränkt werden muss, wenn der Aufwand in Grenzen gehalten werden soll. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es gestattet, Änderungen der Höhe des Giessspiegels in der Stahlstranggiesskokille sofort festzustellen und die entsprechenden Gegenmassnahmen einzuleiten. Durch eine auf diese Weise erhöhte Genauigkeit der Anzeige wird eine Verbèsserung des Ablaufs des Giessvorgangs erzielt, insbesondere die Gefahr eines Strangdurchbruchs verringert, weil innerhalb der Kokille ständig gleichartige Verhältnisse, insbesondere für das Erstarren der Strangaussenschale, vorliegen. ! Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf einfache Weise dadurch gelöst, dass das Thermoelement in einer bis zur Innenfläche der Kokillenwand durchgehenden Öffnung befestigt und mit seiner innenliegenden Messstelle in einer Ebene mit der Innenfläche der Kokillenwand angeordnet ist. Es handelt sich somit um einen neuartigen Einsatz eines ansich bekannten Thermoelements. Während man bisher bemüht war, das Thermoelement vor Zerstörung durch Abrasion zu schützen, wurde durch die Erfindung herausgefunden, dass es durchaus möglich ist, die Funktion des Thermoelementes trotz der bisher befürchteten Beschädigung aufrechtzuerhalten. Im einfachsten Fall bleibt die Funktion des Thermoelements dadurch erhalten, dass der in der Kokille befindliche flüssige Stahl für die elektrische Verbindung zwischen den beiden Thernodrähten sorgt, nachdem die ursprüngliche Verbindung zwischen ihnen zerstört worden ist. Da es jedoch auch vorkommen kann, dass an den elektrisch voneinander getrennten Drähten elektrisch nicht leitendes Material vorliegt, z. B. Luft oder Schlacke, besteht ein weiterer Vorschlag der Erfindung darin, dass die Thermodrähte des Thermoelements an eine Hochspannungsquelle anschaltbar sind. Auf diese Weise wird zwischen den Therno- drähten kurzfristig ein Lichtbogen erzeugt, der die elektrische Verbindung und damit die Funktionsfähigkeit des Thermoelements wieder herstellt. Zweckmässig kann hierfür eine Kontrolleinrichtung, z. B. ein Computer verwendet werden, der das Thermoelement dann #auf die Hochspannungsquelle schaltet, wenn die Kontrolleinrichtung feststellt, dass die Thermodrähte voneinander elektrisch getrennt sind. Die Notwendigkeit zum Zusammenschweissen der Thermodrähte entfällt, wenn das Thermoelement, wie ein weiterer Vorschlag der Erfindung vorsieht, eine Isolierung aus NTC-Pulver enthält. Bei derartigen Pulvern handelt es sich um Metalloxide, z. B. von Kobalt, Nickel oder dergleichen, deren elektrischer Widerstand mit zunehmender Temperatur rapide abnimmt. Bei Thernoelementen dieser Art liegt daher die Messstelle automatisch immer in der Ebene der Kokilleninnenwand, weil auch hier die höchste Temperatur vorliegt und daher. an dieser Stelle der elektrische Widerstand der Isolierung am kleinsten ist. Das nach der Erfindung verwendete Thermoelement, das die unmittelbare Berührung mit dem flüssigen Metall aushält, kann auch ohne weiteres zur Notabschaltung gegen ein Überlaufen der Kokille verwendet werden. Hierzu wird ein Thermoelement in kurzem Abstand unter dem oberen Kokillenrand angeordnet und betrieblich mit einer die Zufuhr von flüssigem Metall unterbrechenden Notabschaltung verbunden. Mit Hilfe der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Thermoelemente kann die Temperaturmessung an mehreren übereinander in der Kokillenwand angebrachten Messstellen durchgeführt werden. Die dabei ermittelten Messwerte ergeben ein Temperaturprofil, das über den Zustand innerhalb der Kokille genaue Auskunft gibt. So ist es möglich, die Messwerte der Thermoelemente, die im Bereich der Gl#ssspiegel-Sollhöhe angeordnet sind, zur Regelung der Metallzufuhr zur Kokille und unterhalb davon, in der Zone der zunehmenden Erstarrung des Giessstranges angeordnete Thermoelemente zur Regelung der Kokillenwandverstellung und der Strangabzuggeschwindigkeit zu verwenden. Die Erfindung wird anhand eines der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Wandabschnitt der Stranggiesskokille im senkrechten Schnitt und - Fig. 2 ein schematisches Schaltbild. In Fig. list mit 1 eine Wand einer Giesskokille bezeichnet, deren Innenfläche mit 2 angegeben ist. 3 ist der Giessspiegel, d. h. die Oberseite des in der Kokille stehenden flüssigen Stahls. Zur Ermitt- lung der Lage des Giessspiegels 3 sind in der Kokille 1 übereinander mehrere Thermoelemente 5 angeordnet, deren Messstelle mit M bzw. Mo bezeichnet ist. Die Thermoelemente 5 befinden sich in durchgehenden Bohrungen 4 der Kokillenwand, so dass sie auf der Innenfläche, wie dies bei dem in Figur 1 unteren Thermoelement der Fall ist, unmittelbar mit dem flüssigen Metall in Berührung stehen. Damit die Thennoelemente auch genau die an der Innenfläche 2 der Kokillenwand herrschenden Temperaturen messen, müssen sie gut wärmeleitend mit der Kokillenwand 1 verbunden sein, z. B. durch Einlöten, Stemmen oder durch Einschrauben. Wie in der Zeichnung dargestellt, handelt es sich um Mantelthermoelemente. Die Isolierung 6 kann entweder aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder anderen Metalloxiden bestehen, deren elektrischer Widerstand mit zunehmender Temperatur abnimmt. Zur Befestigung der Thermoelemente in der Wand 1 wird, wie bei 7 dargestellt, ein Lot verwendet. Es ist jedoch auch möglich, hier eine Schraubverbindung vorzusehen. Wie sich ohne weiteres aus Fig. 1 ergibt, sorgt das abrasive Medium 3, d. h. die Stahlschmelze, dafür, dass die innenliegenden Enden der Thermoelemente immer in der gleichen Ebene liegen, wie die Innenfläche 2 der Kokillenwand. Trotz des hierbei an den Thermoelementen auftretenden Verschleisses bleiben diese funktionsfähig, weil - im Falle des unteren Elements - die Messstelle Mo durch die elektrisch leitende Schmelze ersetzt wird. Sollte sich das Thermoelement oberhalb des Giessspiegels 3 befinden und keine elektrische Verbindung zwischen den Thermodrähten aufweisen, so kann diese dadurch wieder hergestellt werden, dass kurzzeitig Hochspannung auf die Thermodrähte gegeben wird, wie anhand von Fig. 2 noch erläutert werden wird. Bei einer solchen Hochspannungseinwirkung bildet sich durch ZUsammen- schweissen der Thermodrähte eine neue Messstelle. In Fig. list mit 9 eine Notabschaltung-angedeutet, die dann wirksam wird, wenn der Giessspiegel 3 eine zulässige Maximalhöhe überschreitet. 0 In Fig. 2 sind in der Kokillenwand 1 eine Anzahl von Thermoelementen 5 übereinander angeordnet. Die Thermoelemente 5 stehen über einen Multiplexer 11 tastleitungen 11 mit einem Computer 10 in Verbindung, der seinerseits aus einem Messteil m und einem Schweissteil w besteht. Der Computer tastet zyklisch die Thermoelemente 5 ab und verwertet die Messergebnisse für die Regelung des Giessspiegels 3. Solange der GleBspiegel sich auf Sollhöhe befindet, bleibt das Ventil 13 unverändert. Weicht die Giessspiegel-Isthöhe von der Sollhöhe ab, wird über die Steuerleitungen 12 das den Metallzufluss regelnde Ventil 13 entsprechend weiter geöffnet oder geschlossen. Die Notabschaltung 9 bewirkt, falls der Giessspiegel 3 entsprechend hoch steht, die sofortige Schliessung des Ventils 14, wobei der Steuerbefehl hierfür über die Leitung 15 vom Computer 10 kommt. Während die Messelemente im Bereich der Giessspiegel-Sollhöhe insbesondere die Zufuhr von Metall durch das Ventil 13 regeln, werden die Messergebnisse der weiter unter angeordneten Thermoelemente für die Verstellung der Kokilienwand 1 verwendet. Bekanntlich hebt sich der Giessstrang im unteren Teil der Kokille aufgrund seiner Abkühlung von der Kokillenwand ab, weil der Strang ins- gesamt schrumpft. Dadurch wird aber die Wärmeabfuhr vom Strang nachteilig beeinflusst, so dass man bestrebt ist, die Kokille entsprechend dem konischen Verlauf der Strangaussenseite nachzustellen, um eine möglichst grossflächige Berührung zu erzielen. Mit Hilfe des Einsatzes der Thermoelemente nach der Erfindung ist es nunmehr möglich, durch Erfassung des im unteren Kokillenteil festzustellenden Temperaturabfalls nicht nur die Stelle zu ermitteln, an der sich der Strang von der Kokillenwand abhebt, sondern auch das Mass, um das diese Abhebung erfolgt. Dies ergibt sich dadurch, d B-die Temperaturmesswerte der verschiedenen Thermoelemente im Computer 10 inter- poliert werden und die Gesamtheit der von den Thermoelementen gemeldeten Temperaturen zu einem Temperaturprofil verwertet werden können, wie es schematisch auf dem Monitor 19 angedeutet ist. Wenn sich bei der Auswertung der Messergebnisse ergibt, dass der im unteren Kokillenteil zwischen Strang und Kokillenwand bildende Spalt 18 eine gewisse Breite überschritten hat, wird über die Steuerleitung 17 der Stellmotor 16 betätigt, der die Schrägstellung der Kokillenwand in Anspassung an die Strangaussenseite bewirkt. Die Messanordnung nach der Erfindung ermöglicht es im übrigen ohne weitere Abänderungen auch Schlackeneinschlüsse im Strang festzustellen. Dies beruht darauf, dass die Schlacke, wenn sie beispielsweise in der Strangaussenhaut eingeschlossen ist und mit dieser nach unten wandert, eine geringere Temperatur als die Umgebung aufweist. Diesen Temperatureinbruch zeigt entsprechend der Monitor 19, auf dem die Abwärtsbewegung dieser "kalten Stelle" erkennbar ist. Eine derartige "kalte Stelle", die nur durch einen Schlackeneinschluss entstehen kann, ist in der Abbildung gestrichelt dargestellt; Sollte der Schlackeneinschluss eine bestimmte zulässige Grösse überschreiten, gibt der Computer optisch oder akustisch Schlackenalarm. Die erfindungsgemässe Einrichtung und Anordnung ermöglicht es nicht nur, die Kokille im laufenden Betrieb zu überwachen und ihre Arbeitsweise zu beeinflussen, sondern ein wesentlicher Vorteil ergibt sich auch dadurch, dass es nunmehr erstmalig möglich ist, die Kokille selbstätig anzufahren. Wird ein neuer Strang erzeugt, wird bekanntlich der sogenannte Anfahrstrang dazu benutzt, das untere Kokillenende zu verschliessen. Nach dem Einfüllen des flüssigen Metalls muss so lange gewartet werden, bis der Strang im unteren Bereich fest gehug gewor worden ist, um herausgezogen zu werden. Dabei kommt es darauf an, dass das Ziehen im richtigen Augenblick beginnt; wird zu früh gezogen, läuft der flüssige Stahl aus der Kokille, wird zu spät gezogen, sitzt der Strang zu fest. Aufgrund der durch die Auswertung der.Me#ergeb- nisse der Thermoelemente entstehenden Angaben ist es möglich, den richtigen Zeitpunkt für das Anfahren des neuen Stranges zu treffen.

Claims: An arrangement for determining the location of the casting level in a chill mould of a continuous casting apparatus, in particular of a continuous steel casting apparatus, the arrangement comprising at least one thermocouple element set into the mould wall, characterized in that the thermocouple element (5) is secured in an opening extending to the inner surface (2) of the mould wall (1), and that the measuring point of the thermocouple (M, Mo) being disposed at the inner end of the thermocouple element is arranged in the same plane as the inner surface (2) of the chill mould wall (1). An arrangement according to Claim 1, characterized in that the thermocouple wires (+ and -) of the thermocouple element (5) are connectable to a high-voltage source. An arrangement according to Claim 1, charcterized in that the thermocouple element (5) contains an insulation made of NTC (negative temperature coefficient) powder. An arrangement according to Claim 2, characterized by a controlling device, e.g. a computer which switches the thermocouple element (5) to the high-voltage source when the controlling device establishes that the thermocouple wires (+ and -) are elctrically isolated from each other. An arrangement according to any of Claims 1 to 4 characterized in that at least one thermocouple element is arranged at a short distance below the top edge of the chill mould and is operatively connected to a safety circuit-breaking device which interrupts the supply of liquid metal. Utilization of an arrangement for determining the location of the casting level of a continuous casting apparatus for liquid steel in accordance with any of Claims 1 to 4, in which the measured temperature values of the various thermocouple elements are interpolated by a computer (10) and in which the whole of the measured values reported by the thermocouple elements are evaluated, by said computer into a temperature profile. Utilization according to Claim 6, in which the measured values of those thermocouple elements which are arranged in the region the desired height of the casting level are used for regulating metal supply to the chill mould an those thermocouple elements which are arranged below the former in the zone of the increasing solidification of the casting strand are utilized to regulate the displacement of the chill mould wall and the take-off speed of the strand.

Inventors: KOERTVELYESSY, LASZLO, Körtvelyessy, Laszlo
Applicants: KOERTVELYESSY, LASZLO
Application year: 1983
Main classification: G01K7
IPC codes: G01K1, G01F23, B22D11, G01K7