DE3142681A1 - Eddy current measuring device for continuous casting plants - Google Patents

Eddy current measuring device for continuous casting plants

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    • B22D2/001—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass for the slag appearance in a molten metal stream
    • G—PHYSICS
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Abstract

For an eddy current measuring device for measuring the molten metal or the molten non-metals in the casting stream, the object is to provide reliable information during the casting regarding the content of the metal or of the non-metal. This is achieved by a cylindrical coil system (7, 8) which surrounds the stream and with which, by inducing eddy currents in the stream (5), signals for the metal content are generated by selecting a measuring frequency in the lower long-wave range or signals for the non-metal content in the stream are generated by selecting a measuring frequency in the medium-wave range. A particular area of application is the continuous casting of steel. <IMAGE>

Description

Wirbelstrommeßeinrichtung für Stranggießanlagen De Erfindung betrifft eine Wirbelstrommeßeinrichtung zur Erfassung des flüssigen Metalls oder der flüssigen Nichtmetalle im Gießstrahl.Eddy current measuring device for continuous casting De invention relates an eddy current measuring device for detecting the liquid metal or the liquid Non-metals in the pouring stream.

Beim Metallgießen tritt häufig das Problem auf, daß zum Steuern aan Gießprozesses der metallische oder der nichtmetaliische Anteil am Gießstrahl bestimmt werden muß. Diese Aufgabe kann durch visuelle Beobachtung oder optische Abtastung der Sttahlform nicht ausrelchenel sicher oder gar nicht gelöst werden. Ein Beispiel dafür ist der Zulauf in den Verteiler aus der Pfanne beim Stranggießen von Stahl. Wenn der Stahlvorrat in der Pfanne zur Neige geht, wÄchst der Anteil der flüssigen Schlacke im Gießstrahl und damit im Verteiler. Dadurch entsteht die Gefahr, daß Schlacke in den Strahl gegossen wird, was stets zu explosionsartig verlaufenden Strangdurchbrücken führt, die starke Schäden an der Gießanlage zur Folge haben.In metal casting, the problem often arises that aan to control The casting process determines the metallic or non-metallic part of the pouring stream must become. This task can be accomplished through visual observation or optical scanning The steel shape cannot be solved safely or not at all. An example this is what the feed into the distributor is from the ladle when continuously casting steel. When the steel supply in the ladle runs out, the proportion of liquid grows Slag in the pouring stream and thus in the distributor. This creates the risk that Slag is poured into the jet, which always leads to explosions Strands bridging leads, which result in severe damage to the casting plant.

Daher muß die Verbindung zwischen Pfanne und Verteiler rechtzeitig geschlossen werden, aber auch nicht zu früh, da sonst die Ausbringverluste zu groß würden, Das Auftreten der Schlacke wird z. Z. durch visuelle Beobachtungen der Änderungen der Lichtemission des Gießstrahles festgestellt.Therefore, the connection between the pan and the distributor must be timely closed, but not too early either, otherwise the output losses would be too large, the appearance of the slag is z. Z. through visual observations of the changes in the light emission of the pouring stream.

Dieses Verfahren ist nicht ausreichend zuverlässig und gefährdet außerdem das Augenlicht der Beobachter. Es wurde bereits versucht, die Änderung der Lichtemission mit Strahlungspyrometern objektiv zu erfassen. Eine ausreichend betriebsslchere Meßanordnung, die auf diesem Verfahren beruht, ist noch nicht bekannt. Zudem hat die Pyrometeranordnung die Nachteile, daß sie durch Beobachtung der Oberfläche prinzipiell nur qualitative Änderungen der Strahlzusammensetzung erfassen kann und ihr Einsatz beim "verdeckten Gießen" Probleme bereitet.This method is not sufficiently reliable and it is also dangerous the eyes of the observer. Attempts have already been made to change the light emission to be recorded objectively with radiation pyrometers. A sufficiently operational one Measuring arrangement based on this method is not yet known. In addition, has the pyrometer arrangement has the disadvantages that it can be achieved by observing the surface in principle can only record qualitative changes in the jet composition and their use causes problems with "concealed pouring".

Bekannt ist das Verfahren, mit Durchlaufspulenanordnungen (getrennte Erreger- und Empfängerspule) Durchmesseränderungen von Stangen aus festem Material zu messen (Heptner/ Stroppe "Magnetische und magnetinduktive Werkstoffprüfung", Leipzing 1963).The method is known, with feed-through coil arrangements (separate Exciter and receiver coil) Changes in the diameter of rods made of solid material to measure (Heptner / Stroppe "Magnetic and magneto-inductive material testing", Leipzing 1963).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelstrommeßeinrichtung zur Erfassung des flüssigen Metalls oder der flüssigen Nichtmetalle im Gießstrahl anzugeben, die zuvorlässig während des Gießens Aussagen über den Anteil des Metalls oder des Nichtmetalls macht.The invention is based on the object of an eddy current measuring device for the detection of the liquid metal or the liquid non-metals in the pouring stream indicate the previous statements about the proportion of metal during casting or the non-metal makes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des vorliegenden Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of the present invention Claim 1 solved.

Bei der genannten Frequenz im Mittelwellenbereich ergibt; die schlacke ein deutliches Signal, du gegenüber dem Metalls gnal um über 45° in der Phase verschoben und daher über einen phasenempfindlichen Nachweis vom Metallsignal zu trennen ist.At the frequency mentioned in the medium wave range; the slag a clear signal that you are out of phase with the metal signal by more than 45 ° and is therefore to be separated from the metal signal by means of a phase-sensitive detection.

Bei der Frequenz im Längswellenbereich besitzt nur der Metallantell einen Einfluß auf das Signal; die Schlacke wirkt wie ein isolator. Das Spulensystem kn aus einer Spule bestehen, wobei das Signal aus der Änderung der Impedanz der Spule abgeleitet wird. Das Signal für den Nichtmetallanteil kann dabei aus der Änderung des Wirkanteils der Spulenimpedanz hergeleitet werden.At the frequency in the longitudinal wave range, only the metal shell has an influence on the signal; the slag acts like an insulator. The coil system kn consist of a coil, the signal from the change in impedance of the Coil is derived. The signal for the non-metal content can can be derived from the change in the active component of the coil impedance.

Das Spulensystem kann auch aus zwei Spulen bestehen, wobei die eine zur Felderzeugung und die zweite zum Feldnachweis dient. Dabei wird als Meßsignal für den Nichtmetallanteil die Anderung des Wirkanteils der in der Nachweisspule induzierten Spannung verwendet.The coil system can also consist of two coils, one of which for field generation and the second for field verification. It is used as a measuring signal for the non-metal component, the change in the active component in the detection coil induced voltage is used.

Es können auch gleichzeitig mit äe einem Spulensystem sowohl der Metall- als auch der Nichtmetallanteil im Gießstrahl erfaßt werden.It is also possible to use both the metal and as well as the non-metal content in the pouring stream can be detected.

Die Wirbelstrommeßeinrichtung gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.The eddy current measuring device according to the invention will be described hereinafter described embodiment explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigt die Fig. 1 den Aufbau eines aus zwei Zylinderspulen bestehenden Meßkopfes und die Fig. 2 eine Einrichtung zur Auswertung der Meßsignale.1 shows the structure of one consisting of two solenoid coils Measuring head and FIG. 2 shows a device for evaluating the measurement signals.

In der Fig. 1 ist der Aufbau eines aus zwei Zylinderspulen bestehenden Meßkopfes dargestellt. Mit 1 ist eine Gießpfanne bezeichnet, in der sich Stahl 2 und darüber Schlacke 3 befindet. Ein Stopfen 4 dient zum Verschluß der Pfanne. Der Gießstrahl ist mit 5 bezeichnet; dieser läuft in Pfeilrichtung durch ein an die Pfanne angesetztes, elektrisch nicht leitendes Schutzrohr, etwa Keramikrohr 6, hindurch.In Fig. 1, the structure of one consisting of two solenoid coils is Measuring head shown. 1 with a ladle is referred to, in which steel 2 and slag 3 above it. A stopper 4 is used to close the pan. Of the Pouring stream is denoted by 5; this runs in the direction of the arrow through to the Electrically non-conductive protective tube, for example ceramic tube 6, through the pan.

Das Keramikrohr ist von einer zylinderförmigen Erregerspule 7 und, weiter innen liegend, von einer ebenfalls zylinderförmigen Nachweisspule 8 umgeben.The ceramic tube is made up of a cylindrical excitation coil 7 and, lying further inside, surrounded by a likewise cylindrical detection coil 8.

Das Spulen system ist von einer elektromagnetischen Abschirmung 8a, 8b umgeben, die zum Strahl hin geöffnet ist. Die Abschirmung begrenzt das Spulenfeld und erlaubt deshalb einen Einsatz in unmittelbarer Nähe von elektrisch leitenden oder ferromagnetischen Anlagenbauteilen. Sie schützt weiterhin gegen elektromagnetische Störstrahlung.The coil system is covered by an electromagnetic shield 8a, 8b, which is open to the beam. The shield limits the coil field and therefore allows use in the immediate vicinity of electrically conductive ones or ferromagnetic system components. She continues to protect against electromagnetic interference.

Das Meßkopfgehäuse 9 ist-staubdicht gegen die Umgebung abgeschlossen.The measuring head housing 9 is sealed against the environment in a dust-tight manner.

Das Schutzrohr 6 erweitert sich im Spulenbereich so, daß die Bildung eines Metallniederschlages auf -seiner Innenfläche im Bereich des Spulenfeldes verhindert wird (Erweiterung 10).The protective tube 6 expands in the coil area so that the formation metal deposit on its inner surface in the area of the coil field becomes (extension 10).

Stattdessen kann auch oberhalb des Spulensystems im Schutzrohr ein den Querschnitt des Rohres vermindernder Spritzschutz eingebaut sein.Instead, a tube can also be placed above the coil system in the protective tube a splash guard that reduces the cross-section of the pipe must be installed.

In den Fällen, bei denen die Wärmeisolation des Schutzrohres nicht ausreicht, ist eine Zwangskühlung der Außenfläche des Schutzrohres im Spulenbereich vorgesehen.In those cases where the thermal insulation of the protective tube is not sufficient is a forced cooling of the outer surface of the protective tube in the coil area intended.

Bei Gießstrahlen mit hohen Temperaturen oder großem Durchmesser wird eine direkte Zwangskühlung der Spulen vorgenommen.In casting jets with high temperatures or large diameters a direct forced cooling of the coils is carried out.

Der Meßkopf kann längs der Richtung des Gießstrahles trennbar oder aufklappbar aufgebaut sein, so daß der Meßkopf während des Gießprozesses in Meßpositionen an den fließenden Gießstrahl gebracht und auch wieder vom Strahl entfernt werden kann, Eine Einrichtung zur Auswertung des Meßsignals zeigt die Fig. 2.The measuring head can be separable or along the direction of the pouring stream Be constructed to be hinged, so that the measuring head is in measuring positions during the casting process brought to the flowing pouring stream and removed from the stream again A device for evaluating the measurement signal is shown in FIG. 2.

In dieser Figur ist wie in Fig. 1 der Gießstrahl mit 5, das Schutzrohr mit 6, die Erregerspule mit 7 und die Nachweis spule mit 8 bezeichnet. Ein Generator 11 speist die Erregerspule 7, wodurch ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, das Wirbelströme im Gießstrahl 5 induziert. Die Änderungen des magnetischen Wechselfeldes durch die Wirbelstromanregungen werden mit der Nachweisspule 8 detektiert. Die in die Nachweisspule induzierte Spannung wird nach Verstärkung mit dem Verstärker 12 auf den einen Eingang eines Mischers 13 gegeben. Auf den zweiten Eingang des Mischers wird eine von Generator 11 abgenommene Spannung mit einer mit Hilfe eines Phasenschiebers 14 definiert eingestellten Phase eingespeist. Das Ausgangssignal des Mischer wird einer Steuerung 15 zugeführt, mit der der Ausfluß aus der Pfanne gesteuert wird. Zur Erfassung des flüssigen Stahls wird durch den Generator 11 eine im Längswelienbereich liegende Frequenz erzeugt; für den Nachweis von Schlacke hingegen wird eine Frequenz im Mittelwellenbereich benutzt. Bei der Messung ergibt sich, daß das bei Schlacke erzeugte Empfangssignal um 450 gegenüber dem Stahl-Empfangssignal in der Phase verschoben ist; es ist daher bei entsprechender Phasenverschiebung durch den Phasenschieber 14 von dem Stahl-Empfangssignal trennbar.In this figure, as in FIG. 1, the pouring stream is 5, the protective tube with 6, the excitation coil with 7 and the detection coil with 8 designated. A generator 11 feeds the excitation coil 7, whereby an alternating magnetic field is generated, which induces eddy currents in the pouring stream 5. The changes in the alternating magnetic field The detection coil 8 is used to detect the eddy current excitations. In the the voltage induced by the detection coil is amplified by the amplifier 12 given to one input of a mixer 13. On the second input of the mixer a voltage taken from generator 11 becomes with one with help a phase shifter 14 fed in a defined phase. The output signal of the mixer is fed to a controller 15, with which the outflow from the pan is controlled. To detect the liquid steel, the generator 11 is a Generates a frequency lying in the longitudinal region; for the detection of slag, however a frequency in the medium wave range is used. The measurement shows that that the received signal generated by Schlacke is around 450 compared to the steel received signal is shifted in phase; it is therefore with a corresponding phase shift separable by the phase shifter 14 from the steel received signal.

Claims (14)

Patentansprüche 1. Wirbelstrommeßeinrichtung zur Erfassung des flüssigen Metalls oder der flüssigen Nichtmetalle im Gießstrahl gekennzeichnet durch ein den Strahl umschließendes Zylinderspulensystem (7, 8), mit dem über das Induzieren von Wirbelströmen im Strahl (5) durch die Wahl einer Meßfrequenz im unteren Längswellenbereich Signale für den Anteil des Metalls oder einer Meßfrequenz m Mittelwellenbereich für den Anteil der Nichtmetalle im Strahl erzeugt werden.Claims 1. Eddy current measuring device for detecting the liquid Metal or the liquid non-metals in the pouring stream characterized by a The cylinder coil system (7, 8) enclosing the beam, which is used to induce Eddy currents in the beam (5) by choosing a measuring frequency in the lower longitudinal wave range Signals for the proportion of metal or a measuring frequency in the medium wave range for the proportion of non-metals in the beam. 2. Wirbelstrommeßeinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnete daß das in einem Generator (11) erzeugte Meßsignal außer dem Zylinderspulensyste, (7,8) über einen Phasenschieber (14) dem einen Eingang eines Mischers (13) zugeführt wird, dem anderen Eingang des Mischers (13) das verstärkte Empfangssignal des Zylinderspulensystems zugeführt wird und das Ausgangssignal des Mischers zur Meßwertregistrierung und/oder Steuerung des Geißstrahles dient.2. Eddy current measuring device according to claim 1, characterized in that that the measurement signal generated in a generator (11) apart from the cylinder coil system, (7, 8) fed to one input of a mixer (13) via a phase shifter (14) is, the other input of the mixer (13) the amplified received signal of the solenoid system is supplied and the output signal of the mixer for recording measured values and / or control of the goat jet is used. 3. Wirbelstrommeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spulensystem aus einer Spule besteht und daß das Signal aus der Änderung der Impedanz der Spule abgeleitet wird.3. Eddy current measuring device according to claim 1, characterized in that that the coil system consists of a coil and that the signal consists of the change the impedance of the coil is derived. 4. Wirbelstrommeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet. daß das Signal für den Nichtmetallanteil aus der Änderung des Wirkanteils der Spulen impedanz abgeleitet wird.4. Eddy current measuring device according to claim 3, characterized in that. that the signal for the non-metal component from the change in the active component of the coils impedance is derived. 5. Wirbelstrommeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ekennzeichnet. daß das Spulensystem aus zwei.5. eddy current measuring device according to claim 1, characterized in that e. that the coil system consists of two. Spulen besteht, wobei die eine (7) zur Felderzeugung und die zweite (8) zum Feldnachweis dient. Coils consists, one (7) for field generation and the second (8) serves as field evidence. 6. Wirbelstrommeßeinrichtung nach Anspruch 5, durch gekennzeichnet, daß als Meßsignal für den Nichtmetallanteil die Änderung des Wirkanteils der in der Nachweisspule induzierten Spannung verwendet wird.6. eddy current measuring device according to claim 5, characterized in that that the change in the active component of the in voltage induced by the detection coil is used. 7. Wirbelstrommeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spulensystem mit einer elektromagnetischen Abschirmung (8a, 8b) umgeben ist, die eine Öffnung für den Strahldurchlauf enthält.7. eddy current measuring device according to claim 1, characterized in that that the coil system with an electromagnetic shield (8a, 8b) which contains an opening for the beam passage. 8. Wirbelstrommeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Spulensystem und Strahl ein ein- oder mehrteiliges Schutzrohr aus elektrisch nichtleitendem Material, wie z.B. Keramik (6), befindet.8. eddy current measuring device according to claim 1, characterized in that that there is a one-part or multi-part protective tube between the coil system and the beam made of electrically non-conductive material such as ceramic (6). 9. Wirbelstrommeßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche des Schutzrohres im Bereich des Meßkopfes zwangsgekühlt wird.9. Eddy current measuring device according to claim 7, characterized in that that the outer surface of the protective tube is forcibly cooled in the area of the measuring head. 10. Wirbelstrommeßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß das Schutzrohr sich im Spulenbereich so erweitert, daß die Bildung eines Metallniederschlages auf seiner Innenfläche im Bereich des Spulenfeldes verhindert wird.10. Eddy current measuring device according to claim 8, characterized in that that the protective tube expands in the coil area so that a metal deposit is formed is prevented on its inner surface in the area of the coil field. 11. Wirbelstrommeßeinrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Spulensystems im Schutzrohr ein den querschnitt des Rohres vermindernder Spritzschutz eingebaut wird.11. Eddy current measuring device according to claims 8 and 9, characterized characterized in that above the coil system in the protective tube a cross section the pipe reducing splash protection is installed. 12. Wirbelstrommeßeinrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetg daß das Spulensystem im Meßkopf zwangsgekühlt wird.12. Eddy current measuring device according to claim 1, characterized that the coil system in the measuring head is forcibly cooled. 13. Wirbelstrommeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf längs der Richtung des Gießstrahles in zwei Teile trennbar oder aufklappbar ist, so daß der Meßkopf während des Gleßprozesses in Meßpositionen an den fließenden Gießstrahl gebracht und auch wieder vom Strahl entfernt werden kann.13. Eddy current measuring device according to claim 1, characterized in that that the measuring head can be separated into two parts or along the direction of the pouring stream can be opened so that the measuring head is in measuring positions during the glazing process brought the flowing pouring stream and can also be removed from the stream again. 14. Wirbelstrommeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeltig mit Je einem Spulensystem sowohl der Metall- als auch der Nichtmetallanteil im Gießstrahl erfaßt werden.14. Eddy current measuring device according to claim 1, characterized in that that at the same time with one coil system each, both the metal and the non-metal portion are detected in the pouring stream.
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