DE3541445A1 - Stranggiesskokille mit temperaturmesseinrichtungen - Google Patents

Description

Beim Stranggießen, insbesondere beim Gießen von Brammen aus Stahl, müssen mehrere einander beeinflussende Erscheinungen laufend über­ wacht werden, um den ordnungsgemäßen Ablauf des kontinuierlichen Gießvorgangs zu gewährleisten. Insbesondere muß ein Durchbruch des Stranges vermieden werden, weil dies zu Schäden an der Gießeinrich­ tung, Verlust von Stahl und lang dauernden Betriebsunterbrechungen führt.

Der Strang erleidet einen Durchbruch z. B. dadurch, daß die bereits erstarrte Strangschale vom inneren, noch flüssigen Metallsumpf her wieder aufgeschmolzen wird. Das Aufschmelzen kann darauf beruhen, daß die Wärmeabfuhr über die gekühlte Kokillenwand unzureichend ist, weil sich der Strang von der Wand abgehoben hat. Um die Kühlung ordnungs­ gemäß aufrechtzuerhalten, muß die Kokillenwand nachgestellt werden, damit sie der durch die Abkühlung verursachten Schrumpfung des Stranges folgt.

Ein Durchbruch kann auch dann entstehen, wenn die Strangschale am Kokillenausgang noch nicht genügend fest ist, um dem ferrostatischen Druck des innen befindlichen flüssigen Metalls zu widerstehen. Die Ursache hierfür kann ein zu niedriger Stand des flüssigen Metalls in der Kokille sein, so daß der Weg, den der in der Verfestigung be­ findliche Strang zwischen den kühlenden Kokillenwänden zurücklegt, zu kurz ist.

Die Einhaltung des Badspiegels an genau der gewünschten Stelle in der Kokille ist auch deshalb erforderlich, um Schäden am Tauchausguß oder ein Überlaufen der Kokille bei Verringerung der Strangauszugsge­ schwindigkeit zu vermeiden.

Es ist bekannt, die Lage des Gießspiegels mit Hilfe einer radioakti­ ven Sonde zu überwachen und zu regeln. Diese Arbeitsweise erfordert aber aufwendige Sicherheitsmaßnahmen.

Man hat auch bereits vorgeschlagen, Temperaturmeßgeräte wie z. B. konventionell gebaute Thermoelemente, für diesen Zweck zu verwenden, ohne damit reproduzierbare und zuverlässige interpretierte Meßwerte bzw. ausreichend schnelle Ansprechzeit zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorteilhafte Anordnung zur Tempe­ raturmesung an Stranggießkokillen vorzuschlagen, welche mit Hilfe von Temperaturmeßsonden, die sowohl eine bestimmte bauliche Gestaltung aufweisen als auch in bestimmter Weise in der Kokillenwand ange­ bracht sind, eine bessere und zuverlässigere Betriebsweise als bisher ermöglicht.

Die zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene Kokille weist eine erste Art von Temperaturmeßsonden auf, die an den verstellbaren Schmalsei­ ten der Kokille in Abständen übereinander angebracht sind und deren Meßstelle jeweils in unmittelbarer Nähe der Kokilleninnenfläche liegt, und eine zweite Art von Temperaturmeßsonden auf, die an den Längsseiten der Kokille angebracht sind und zwischen deren Meßstelle und der Kokilleninnenfläche sich Material der Kokillenwand oder eine aus dem gleichen Material wie die Kokillenwand bestehende Zwischen­ schicht befindet.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß Abweichungen von der ordnungsgemäßen Betriebsweise der Kokille an Temperaturänderungen erkannt werden können. Damit die Abweichungen vom Soll-Betriebszu­ stand auf klar definierbare Ursachen zurückgeführt werden können und damit Gegenmaßnahmen rechtzeitig wirksam werden, ist es erforderlich, Temperaturmeß-Sonden zu verwenden, die empfindlich sind und welche schnell ansprechen.

Beiden Erfordernissen wird die Erfindung gerecht, obwohl die Bedin­ gungen, wie sie an einer Stranggießkokille herrschen, außerordentlich ungünstig sind. Eine genaue und schnelle Meldung von Temperaturände­ rungen erfordert, daß das Meßgerät möglichst unmittelbar die Tempe­ ratur des Gießstranges erfassen kann. Dennoch darf die Innenfläche der Kokille nicht durch Unebenheiten an den Meßstellen gestört werden, weil die Gießstrangoberfläche nicht beschädigt werden darf und die Möglichkeit, die Kokillenwand mehrfach nachzuarbeiten, ohne die Tem­ peraturmeßgeräte zu beschädigen, gegeben sein muß.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch darge­ stellten Auführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Temperaturmeßsonde für die Kokillenschmalseite,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Temperaturmeßsonde für die Kokillenbreitseite,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Temperaturmeßsonde für die Kokillenbreitseite und

Fig. 4 ein Beispiel für die Anordnung von Meßsonden nach Fig. 3 in einer Kokillenbreitseite.

Die nachfolgend beschriebene Anordnung von Temperaturmeßsonden dient dazu, die regeltechnischen Aufgaben Gießspiegelregelung, Konizitäts­ verstellung und Durchbrucherkennung zu erfüllen.

Die in Fig. 1 dargestellte Temperaturmeßsonde ist dafür vorgesehen, an den Kokillenschmalseiten eingebaut zu werden, an denen der größere Verschleiß aufritt. Sie ist zur Überwachung der Höhe des Gießspiegels besonders geeignet; sie dient aber auch dazu, die Konizitätsverstel­ lung zu bewirken.

Die Sonde nach Fig. 1 besteht aus einer Kupferhülse 1 mit einem Paar innenliegender im Abstand parallel verlaufender Thermoelementdrähte 2 a, 2 b, welche an dem kokillenseitigen Ende (in Fig. 1 links) inner­ halb einer Länge A verdrillt sind. Die Lötstelle der Drähte ist bei 3 angegeben. Die die Thermoelementdrähte aufnehmende Bohrung in der Kupferhülse 1 ist mit einer temperaturbeständigen, elektrisch nicht leitenden und thermisch ausreichend isolierenden Keramikmasse 4 aus­ gegossen. Die auf diese Weise gebildete Temperaturmeßsonde wird in horizontaler Richtung in die Kokillenwand eingeschraubt, die hierzu mit einer durchgehenden, mit Gewinde versehenen Bohrung ausgestattet ist. Die Einschraubtiefe wird durch den Bund 6 begrenzt. Die Lage dieses Bundes ist so gewählt, daß bei neuer Kokillenwand das vordere, offene Ende mit den verdrillten Drähten 5 bündig mit der Kokillenin­ nenfläche abschließt.

Beim Betrieb dient der verdrillte Teil der Thermoelementdrähte der Wärmeleitung. Die bei 3 auf Grund der Wärmeleitung der Drähte 5 ent­ stehende Thermospannung entspricht der Temperatur an der Verbin­ dungsstelle 3 zwischen den verdrillten und den parallel verlaufenden Thermodrähten. Mit dieser Temperaturmeßsonde ist gewährleistet, daß einerseits wegen der Nähe der Meßstelle zur Kokilleninnenfläche dort aufretende Temperaturschwankungen erfaßt werden. Andererseits ist es möglich, die Kokilleninnenfläche nach gewisser Betriebszeit nachzu­ bearbeiten, ohne daß die Temperaturmeßsonde dadurch beeinträchtigt wird. Die Meßsonde bleibt solange einsatzfähig, als die Abtragung des Materials der Kokillenwand und damit auch des vorderen Endes der Meßsonde noch nicht die Lötstelle 3 erreicht haben. Sowohl wegen der guten Nachbearbeitbarkeit und insbesondere wegen der geringen An­ sprechzeiten im Gießspiegelbereich ist diese Temperaturmeßsonde für die Gießspiegelregelung besonders geeignet.

Zweckmäßig ist es, an den Kokillenschmalseiten mehrere Reihen über- und untereinander von den Meßsonden gemäß Fig. 1 anzubringen. Dabei ist es zweckmäßig, die waagerechten Reihen an den einander gegen­ überliegenden Kokillenschmalseiten höhenmäßig gegeneinander versetzt anzuordnen, um auf diese Weise genauer die Lage des Gießspiegels bzw. seine Veränderung zu erfassen. Die Systeme an den beiden Kokil­ lenschmalseiten können unabhängig voneinander geschaltet sein. Bei Ausfall einer Seite steht dann immer noch das andere System zur Ver­ fügung, das, wenn auch mit verminderter Genauigkeit, den Weiterbe­ trieb der Kokille ermöglicht.

Änderungen des Gießspiegels werden durch die Anzeige von Temperatur­ änderungen angegeben. Die Meßsonde, die im Vergleich zu der unter ihr befindlichen Nachbarsonde eine (relativ) niedrige Temperatur meldet, befindet sich oberhalb des Gießspiegels. Es ergibt sich daraus, daß der Gießspiegel zu tief steht und Durchbruchgefahr vorliegt; deshalb muß die Metallzufuhr vergrößert werden. Steht der Gießspiegel zu hoch, besteht Gefahr, daß die Kokille überläuft; deshalb muß die Me­ tallzufuhr verringert werden.

Temperaturänderungen, die von Meßsonden gemeldet werden, die unter­ halb des Bereichs des Gießspiegels liegen, zeigen das an den Kokil­ lenschmalseiten auftretende Abheben der Strangschale von der Kokil­ lenwand an, was zur Aufrechterhaltung der gleichmäßigen Kühlung durch Verstellung der Konizität der Kokille ausgeglichen werden muß. Auch diese Maßnahme dient zur Vermeidung eines Durchbruchs.

Zum Einbau an der Kokillenbreitseite ist die in Fig. 2 dargestellte Meßsonde vorgesehen. Sie besteht aus einem hohlen Kupferbolzen 11, der an dem kokillenseitigen Ende 13 geschlossen ist. Die in dem Kup­ ferbolzen 11 angebrachte Bohrung endet im Abstand B vor der kokil­ lenseitigen Stirnfläche. In dem im Kupferbolzen befindlichen Hohlraum ist ein Mantelthermoelement 12 eingesetzt, welches durch Wärmeleit­ paste 15, z. B. eine mit Metallpulver versetzte Paste, thermischen Kontakt zum Kupferbolzen hat. Zur seitlichen Wärmeisolierung und da­ mit Abschirmung gegen das Meßergebnis verfälschende Wärmeeinwirkung, z. B. aus der Kokillenwand, dient, wie bei 4 angegeben, eine keramische Masse. Das Ganze ist in einer Keramikhülse 14 angeordnet, die in die Bohrung des Kupferbolzens eingeklebt ist. Zur Fixierung des Elements im Kupferbolzen dient Gießharz 7.

Durch die zur Kokilleninnenseite hin geschlossene Fläche ist diese Sonde für die Breitseite der Kokille deshalb geeignet, weil hier zur Erzielung einer einwandfreien Strangoberfläche eine durchgehende Kupferoberfläche als Kokillenwand gefordert ist.

Da das geschlossene Ende des Kupferbolzens aus dem gleichen Material wie die Kokillenwand besteht, tritt an Wand- und Bolzenende gleich­ mäßiger Verschleiß auf bzw. kann bei Bedarf die Kokilleninnenfläche ohne weiteres nachgearbeitet werden ohne daß die Bolzenenden stören.

Die Sonde dient wiederum zur Erkennung von Temperaturänderungen, wie sie z. B. einen Durchbruch ankündigen. Sie ist, wie auch im vorherge­ henden Ausführungsbeispiel, horizontal in die Kokillenwand einge­ schraubt. Da das Thermoelement durch das geschlossene Ende 13 von dem Kokilleninnenraum getrennt ist, ist eine Dämpfung der Temperaturän­ derung gewährleistet, so daß nur die bei einem Durchbruch auftreten­ den relativ großflächigen Temperaturänderungen erfaßt werden.

Zur Verwendung in der Kokillenbreitseite kann auch die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Meßsonde verwendet werden. Sie besteht aus einem handelsüblichen koaxial aufgebauten NTC-Widerstand (= negativ temperature coefficient), wobei der äußere Mantel 21 aus Kupfer und der innere Leiter 22 aus Nickel besteht. Das NTC-Pulver zwischen den beiden genannten Teilen weist einen stark negativen Temperaturkoef­ fizienten auf, mit dem Widerstandsänderungen von mehreren 100 Ohm/ Grad C Temperaturänderung erreicht werden. Die Temperaturermittlung erfolgt über eine Widerstandsmessung. Die Sonde wird über die Ge­ samtlänge der Kokillenwand im Abstand C von der Kokilleninnenfläche eingewalzt. Mit einer Sonde dieser Art ist es möglich, großflächige Temperaturänderungen, wie sie beim Durchbruch auftreten, zu erfas­ sen.

Um auch bei diesen Sonden eine Nachbearbeitbarkeit der Kupferfläche der Kokille zu erreichen, können mehrere Sonden in unterschiedlicher Tiefe im Kupfer eingebracht werden und somit, je nach Verschleiß der Kokille, zur Temperaturmessung aktiviert werden. Eine schematische Darstellung dieser Möglichkeit ist in Fig. 4 wiedergegeben.

Claims (11)

1. Stranggießkokille mit Temperaturmeßeinrichtungen zur Regelung der Lage des Gießspiegels des Metalls und der Konizität der verstell­ baren Kokillenwände sowie zur Feststellung von Durchbrüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Art von Temperaturmeßsonden (1) aufweist, die an den verstellbaren Schmalseiten der Kokille in Abständen über­ einander angebracht sind und deren Meßstelle (3) jeweils in un­ mittelbarer Nähe der Kokilleninnenfläche liegt, und eine zweite Art von Temperaturmeßsonden (11) aufweist, die an den Längsseiten der Kokille angebracht sind und zwischen deren Meßstelle und der Kokillenfläche jeweils sich Material der Kokillenwand oder eine aus dem gleichen Material wie die Kokillenwand bestehende Zwi­ schenschicht (13) befindet.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Anbringung an der Kokillenschmalseite vorgesehene Meßsonde aus einer beiderseits offenen Kupferhülse (1) mit einem Paar innenliegender Thermoelement-Drähten (2 a, 2 b) besteht, welche am in der Kokille innen liegenden Ende über die Lötstelle (3) der Drähte (2 a, 2 b) hinaus um mindestens einem dem Maß der zulässigen Abtragung der Kokillenschmalseite entsprechenden Abschnitt (A) verlängert und in eine temperaturbeständige, elektrisch nicht leitende Keramikmasse (4) eingebettet sind.

3. Kokille nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Abschnitts (A) mindestens 10 Millimeter be­ trägt.

4. Kokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte im Abschnitt (A) schraubenförmig gewunden sind.

5. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Anbringung an der Kokillenbreitseite vorgesehene Meßsonde aus einem zum Kokilleninneren geschlossenen Kupferbolzen (11) besteht, in welchen ein Mantelthermoelement (12) eingesetzt ist, zwischen dem und dem Kupferbolzen, anschließend an dessen geschlossenes Ende (13) eine wärmeleitende Masse (15) eingebracht ist.

6. Kokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende (13) des Kupferbolzens (11) in Axial­ richtung eine Materialdicke von mindestens 5 Millimetern auf­ weist.

7. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde in die Kokillenwand eingebettet ist und aus einem koaxial aufgebauten NTC-Widerstand besteht, wobei der äußere Mantel (21) aus Kupfer und der innere Leiter (22) aus Nickel besteht und zwischen Mantel (21) und Leiter (22) NTC-Pulver (23) eingebracht ist.

8. Kokille nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (25) eine der Breite der Kokillenwand (24) entsprechende Länge hat.

9. Kokille nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (25) in einem Abstand von mindestens 5 Milli­ metern von der Kokilleninnenfläche in das die Kokillenwand (24) bildende Material eingebettet ist.

10. Kokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (25) in die Kokillenwand (24) eingewalzt ist.

11. Kokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßsonden in unterschiedlichen Tiefen in der Kokil­ lenwand (24) angeordnet sind.