METHOD OF REGULATING A MOLTEN METAL BATH LEVEL

Abstract: 1. A method of automatically controlling the surface level of a bath of molten metal, particularly in a mould for continuous casting, a change of the surface level (C) of the bath is detected by an electric distance-measuring device, which comprises a probe and serves to measure the electric impedance, and by monitoring and control means for receiving a distance signal, which is produced by the distance-measuring device in response to a change of the surface level of the molten metal and is used to control the surface of the molten metal, which is particularly contained in a mould for continuous casting, to a desired level, characterized in that the change of the surface level is detected by means of a movable probe by a periodical measurement of the electrical impedance between the surface (C) of the molten metal and the probe is moved in a measuring cycle substantially vertically towards the surface (C) of the molten material, the direction of movement of the probe is reversed when a selected impedance value (B), which is very small but differs from zero, has been reached, the probe is then moved until a very high impedance value (A) has been reached, and the direction of movement of the probe is then reversed again.

Description: Verfahren zur Regelung der Badspiegelhöhe einer Metallschmelze Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung det Badspiegelhöhe einer Metalischmelze, insbesondere in einer Stranggiesskokille, durch Erfassen der Niveauänderung des Badspiegels mittels einer elektrischen Abstandsmesseinrichtung. Es ist bekannt, zur direkten Niveauüberwachung und Niveausteuerung einer Metallschmelze in einer Stranggiessanlage mechanische Schwimmereinrichtungen zu verwenden. Derartige Einrichtungen sind starken mechanischen wie auch thermischen Belastungen ausgesetzt, die an z.B. Stran#giessma- schinen auftreten und welche die Zuverlässigkeit der Messung beeinträchtigen. Es sind daher auch indirekte Abstandsmessverfahren bekanntgeworden, die zuverlässiger und wartungsfreier arbeiten. Als indirekte Messverfahren hat man radiometrische, optische, Schall- und elektrische Verw fahren bereitgestellt. Bei radiometrischen Verfahren werden meist co60-Strahler als Sender von Gammastrahlen und SzintÅallationszähler als Empfänger verwendet, wobei die sich ändernde Flächenmasse im Messbereich proportional zu den empfangenen Gammaquanten ist. Trotz Vorteilen einer solchen berührungslosen, wartungsfreien und verzögerungsarmen Messung ist die handhd- bung des Präparates selbst und die potentielle Gefährdung des Personals als wesentlicher Nachteil anzusehen. Thermographische Verfahren - in der einfachsten Form durch eine Kette von Thermoelementen realisiert, nach Anderem durch Dehnmessstreifen oder Permeabilitätsveränderung, nach Drittem mit Hilfe der Thermographie gewonnen, - bedingen im allgemeinen einen hohen apparativen Aufwand bei durchweg grosser Trägheit des Messvorgangs, d.h. Zeitverzögerungen von einer bis mehreren Sekunden müssen als Nachteil in Kauf genommen werden. Optische Verfahren, beispielsweise Uberwachung durch Fernsehkameras mit Zeilenstruktur oder durch Infrarotempfänger, arbeiten aus grösserer Entfernung und beobachten die Oberfläche, das heisst nicht der wirkliche Metallbadspiegel, sondern das Niveau von Abdeckpulvern/Schlacke wird erfasst. Somit werden also Veränderungen der Abdeckschicht erfasst, wodurch wiederum Verschiebungen des eigentlich konstant zu haltenden Metallbadspiegels bewirkt werden. Indirekte Schallverfahren nach dem Durchschallungs- oder Reflexionsprinzip bedingen wiederum hohen apparativen Aufwand, da grosse Schallenergien wegen der Durchdringung mehrerer Grenzflächen aufzubringen sind. Hinsichtlich elektrischer Messverfahren ist aus DE-PS 29 51 097 ein Verfahren zur Regelung der Giessspiegelhöhe in einer Stranggiesskokille bekannt, Åaas die Niveauänderungen des Giessspiegels nach dem Wirbelstromprinzip erfasst. Bei diesem Verfahren wird ein von einer Senderspule ausgehendes, hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugt, das in zwei sekundären Empfängerspulen Spannungen induziert. Deren resultierende Ditterenzspannung wird bei der Sollhöhe des Giessspiegels zu Null abgeglichen, während die bei Abweichung des Giessspiegels von der Sollhöhe entstehende Spannung zur Regelung verwendet wird. Das vorbekannte Verfahren hat den Nachteil, daB die Senderspule und dise Empfängerspulen in der Kokillenwandung in der Höhe des Giessspiegels angeordnet werden müssen oder oberhalb der Kokille montiert sind. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung von Badspiegelhöhen von Metallschmelzen anzugeben, das insbesondere für alle Stranggiess-Kokillentypen und -abmessungen sowie bei den verschiedensten zu vergiessenden Legierungen einzusetzen ist. Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren zur Regelung der Badspiegelhöhe einer Metallschmelze, insbesondere in einer Stranggiesskokille durch Erfassen der Niveau änderung des Badspiegels mittels einer mit Sonue versehenen elektrischen Abstandsmesseinrichtung sowie Uberwachungs- und Steuerungseinrichtungen zur Aufnahme eines Entfernungssignals, das von der Abstandsmesseinrichtung infolge einer Niveauänderung der Metallschmelze erzeugt una für die Niveausteuerung der, insbesondere in einer Stranggiesskokille befindlichen, Metallschmelze auf ein gewünschtes Niveau verwendet wird. Bei einem Verfahren der vorerwähnten Art besteht die Erfindung darin, dass die Niveauänderung mittels einer beweglichen Sonde durch period#isches Messen des Verlaufs der elektrischen Impedanz innerhalb einer Grenzschicht, welche zwischen Schmelzenoberfläche und aarüberliegenden Medium ausgebildet ist, erfasst wird. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird - mit der Schmelze als Bezugseektrode - die Impedanz oberhalb des Spiegels der Metallschmelze gemessen. Dabei wurde gefunden, dass die Xnderung der elektrischen Impedanz beim Ubergang von dem Medium oberhalb der Schmelze zum Schmelzenspiegel nicht abrupt erfolgt, sondern dass die Xnderung der Impedanz zwar nicht linear aber quasi stetig verläuft. Dies beruht auf dem Vorhandensein einer Grenzschicht zwischen Badoberfläche und darüberliegendem Medium. Das über dem Badspiegel der Metallschmelze liegende und die Grenzschicht abschliessende Medium kann z.B. durch die Badabdeckung gebildet werden, wie Salze, Kienruss, Schlacken oder oxidische Schichten. Die in ihrem Impedanzverlauf zu messende Grenzschicht ist bei höheren Badtemperaturen der Metallschmelze aber auch bei blanker Schmelzenoberfläche infolge von Ionisationsvorgängen in der schmelznahen Atmosphäre stets vorhanden. Dies ist beispielsweise beim Giessen unter Schutzgas der Fall. In Fig. 1 ist der Verlauf der elektrischen Impedanz innerhalb der Grenzschicht zwischen Metallbadspiegel und darü- berliegendem Medium schematisch dargestellt. Zur praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird eine Sonde aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit und gegebenenfalls guter Wärmebeständigkeit, verwendet, beispielsweise aus einem Material wie Chromstahl, Chrom-Nickel-Legierungen oder Graphit. Die Sonde wird, ausgehend von dem Bereich sehr hoher Impedanz oberhalb des Mediums auf die Schmelze im wesentlichen lotrecht zubewegt. Während dieser Bewegung wird ständig die Impedanz zwischen der Badoberfläche der Metallschmelze (Erdpotential) und der Sonde gemessen. Dabei wird gleichzeitig der Weg der Sonde in bekannter Weise z.B. potentiometrisch als elektrischer Wert abgebildet. Erreicht während der Sondenbewegung die Impe@@@@ lmptùG; sehr kleinen, jedoch von Null noch verschiedenen Wert, das heizt, die Sollhöhe des Giessspiegels, so wird die Sondenbewegung durch elektrische und/oder elektronische Steuerung umgekehrt und die räumliche Lage des Umkehrpunktes wird durch die Wegmesseinrichtung der Sonde erfasst und gespeichert. Der beschriebene Vorgang wird erneut eingeleitet, wenn die Sonde den Bereich hoher Impedanz ausserhalb der Grenzschicht wieder erreicht hat. Die erneute Messung kann aber auch über eine Zeitsteuerung erfolgen. In jedem Fall resultiert eine periodisch taktende Messung. Periodendauer, Fahrgeschwindigkeit der Sonde und 'lasthub lassen sich mit an sich bekannten elektrischen Schaltmitteln in weiten Grenzen variieren und an die MeX- bzw. Regelaufgabe anpassen. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass mit der Messsonde, die im einfachsten Fall aus einem wenige Millimeter starken Draht bestehen kann, die Niveauänderung von Metallbadspiegeln auch in Behaltern mit sehr kleinen, z.B. weniger als 50 mm betragenden Innendurchmesser erfasst und gesteuert werden kann. Das erfindungsgemässe Verfahren ist speziell für Kokillen, insbesondere Stranggiesskokillen mit Durchmesser kleiner als 150 mm geeignet, d.h. für Kokillen, bei denen nur ein schmaler Spalt des flüssigen Metalles für die Messung zur Verfügung steht. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass Messhöhen mit Werten von wenigen Millimetern bis zu mehreren extern umfasst werden können. In der Abbildung der Fig. 2 ist ein beispielhaftes Blockschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt. Im Behälter (1) der Fig. 2 befindet sich die Metallschmelze (2) mit darüberliegenden Medium (5). Oberhalb des Badspiegels (3) hat sich eine Grenzschicht (4) ausgebilaet. Die Sonde (6) wird mittels des Verschiebemechanismus (7) zur Schmelze (2) hin oder von dieser weg beweyt. Es bezeichnen ferner 8 die Impedanzmessschaltung, 9 den Komparator, 10 den Impedanzgrenzwert bzw. Sollwerteinsteller 11 die Tor- und Speicherschaltung 12 die Motorsteuerung 13 einen Servomotor 14 die Wegmesseinrichtung. Mit 15 ist das ausgehende Messsignal bezeichnet, das zur Regelung des Metallbadspiegels durch Metalischmelzenzulauf (in der Zeichnung nicht dargestellt) dient. Das Messsignal steuert beispielsweise eine Vorrichtung zum Verändern eines Flüssigmetallstromes hoher Temperatur in einem ringsum geschlossenen linearen Kanal mit mehreren, auf Magnetkernen angeordneten elektromagnetischen Spulen (DE-OS 29 24 116 und 30 24 970). Weiterhin kann das Messsignal auch zur Steuerung von Durchflussregeleinrichtungen, beispielsweise keramischen Ventilen für Metallschmelzen, verwendet werden (Variocast ). Das Schaltung Regelsystem wirkt gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren in der folgenden Weise: Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgangssituation befindet sich die Sonde (6) ausserhalb der Grenzschicht, also rechts vom Punkt (A) der Fig. 1. Es sei angenommen, dass am Sollwerteinsteller (10) ein Impedanzwert vorgegeben ist, der dem Punkt (B) in Fig. 1 entspricht. Der Komparator (9) wird dann eine Differenz zwischen dem von der Impedanzmessschaltung (8) gelieferten Wert (entspr.B) feststellen una über die Motorsteuerung (12) den Servomotor (13) ansteuern, so dass er über den Verschiebemechanismus (7) die Sonde (6) zur Schmelze hin bewegt. Wenn die Sonde die Grenzschicht erreicht, wird diese also von (A) in Richtung (B) durchfahren Erreicht dis von (#? gemessene Impedanz den Sollwert (B), so steuert der Xompa- rator (9) über (12), (13) und (7) die Sondenbewegung um, so dass sich die Sonde von (B) aus in Richtung (A) Fig. 1 bewegt. Im Augenblick der Umsteuerung wird die von der Wegmesseinrichtung (14) gemessene Position der Sonde (6) als elektrischer Wert von der Tor- und Speicherschaltung (11) übernommen. Somit ist der hier gespeicherte Wert (C) und mithin das aus ihm gebildete Messsignal (15) proportional der räumlichen Lage des Punktes (B). Liegt der Punkt (B) sehr nahe beim Ubergang von der Grenzschicht zur Schmelze, so ist das Messsignal auch mit genügender Annäherung proportional der räumlichen Lage der Schmelzenoberfläche. Durch entsprechende Auslegung der Motorsteuerung (12) wird sichergestellt, dass die Umsteuerung bei Erreichen des Impedanzsollwertes (Punkt B) sehr rasch erfolgt und ausser- dem, dass nach dem Umsteuern die Sonde erst einen gewissen Weg in Richtung höherer Impedanzwerte zurücklegt, bevor der nächste Messvorgang freigegeben wird, der dann wieder in der beschriebenen Weise abläuft, ss dass sich eine periodische Messung mit in weiten Grenzen einstellbarer Taktfolge ergibt.

Claims: PATENTANSPRUCHE 1. Verfahren zur Regelung der Badspiegelhöhe einer Metall schmelze, insbesondere in einer Stranggiesskokille durch Erfassen der Niveauänderung des Badspiegels mittels einer mit Sonde versehenen elektrischen Ab standsmesseinrichtung, sowie Uberwachungs- und Steue rungseinrichtungen zur Aufnahme eines Entfernungssiy nals, das von Åaer Abstandsmesseinrichtung infolge einer Niveauänderung der Metallschmelze erzeugt und für die Niveausteuerung der, insbesondere in einer Stranggiess kokille befindlichen, Metallschmelze auf ein gewünsch tes Niveau verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Niveauänderung mittels einer beweglichen Sonde durch periodisches Messen des Verlaufs der elektrischen Impedanz innerhalb einer Grenzschicht, welche zwischen Schmelzenoberfläche und darüberliegenden Medium ausge bildet ist, erfasst wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das periodische Messen des Impedanzverlaufs mittels einer beweglichen Sonde erfolgt, die im wesentlichen vertikal in die Grenzschicht eintritt und bei Erreichen des gewählten Impedanzwertes ihre Bewegungsrichtung um kehrt. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Sondenbewegung in als sich bekannter Weise in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und der, dem Umkehrpunkt proportionale Signalwert für eine befristete Zeit gespeichert wird. 4. Verfahren nach einem den AnsprUchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sonde aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit und gegebenenfalls guter Wärmebeständigkeit verwendet wird 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Sondenbewegung alternierend erfolgt.

Inventors: CHRIST, ROLF, NAAF, RUDIGER, SCHLIEFER, HEINRICH, Naaf, Rüdiger
Applicants: NORDDEUTSCHE AFFINERIE AG
Application year: 1984
Main classification: G01F23
IPC codes: B22D11, G01F23