DE60304080T2

DE60304080T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen von Schlacken

Info

Publication number: DE60304080T2
Application number: DE60304080T
Authority: DE
Inventors: Mats Jalk; Willy Ohlsson; Hakan Kelvesjö
Original assignee: MPC Metal Process Control AB
Current assignee: MPC Metal Process Control AB
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2023-06-14
Also published as: KR20060028411A; EP1486272A1; ATE320871T1; US7639150B2; JP2007523747A; DE60304080D1; US20060266796A1; WO2004110675A1; EP1486272B1; JP4700606B2; CA2528217A1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweisen von Schlacke. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Nachweisen des Vorhandenseins von Schlacke in einem Gießrohr, welches geschmolzenes Metall von einer Gießpfanne zu einer Gießwanne führt. Die Erfindung betrifft auch eine Gießanlage mit einer solchen Vorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
In der metallurgischen Industrie gibt es unterschiedliche Verfahren, bei welchen flüssiges Metall auf die eine oder andere Weise verarbeitet werden soll. Ein Beispiel ist das Gießen von Metall, wie zum Beispiel Stahl. Bei einem Teil eines solchen Gießverfahrens wird das flüssige Metall aus einer Gießpfanne über eine Gußdüse, die im allgemeinen als Gießrohr bezeichnet wird, zu einer Gießwanne geführt. Das Metall fließt aus der Gießwanne über eine andere Gußdüse zu einer Gußform oder Kokillenform, in welcher das Metall gekühlt und in feste Form überführt wird.
Bei Schmelz- und Erwärmungsprozessen gibt es das Risiko, daß Schlacke in dem geschmolzenen Metall gebildet wird. Um das Risiko minimal zu machen, daß Schlacke in dem Endgußprodukt eingeschlossen ist, kann die Gießanlage eine Schlackennachweisvorrichtung aufweisen. Wenn die Schlackennachweisvorrichtung in dem geschmolzenen Metall Schlacke nachweist, wird ein Alarm gegeben, so daß geeignete Maßnahmen getroffen werden können.
Beim Stand der Technik weist eine Art von Schlackennachweisvorrichtung elektromagnetische Spulen auf, die über einem Schiebetor in der Gießpfanne angeordnet sind. Diese Art von Schlackennachweisvorrichtung arbeitet nach dem Prinzip, daß für ein elektromagnetisches Feld die Eindringtiefe von Metall viel kleiner ist als die Eindringtiefe von Schlacke. Somit darf ein großer Anteil des elektromagnetischen Feldes durch die Schlacke hindurchgehen, ähnlich Luft, und deshalb ist es für die Vorrichtung schwierig, Schlacke von Gas zu unterscheiden (wie zum Beispiel Luft). Im Boden der Gießpfanne, d.h. unmittelbar über dem Schiebetor, ist dies nicht ein signifikantes Problem, denn im Meßbereich der Gießpfanne ist sie allgemein mit geschmolzenem Metall gefüllt.
Es wäre jedoch auch wünschenswert, Schlacke im Gießrohr zwischen der Gießpfanne und der Gießwanne nachzuweisen. Dies vermeidet die Notwendigkeit, Schlacke nachweisende elektromagnetische Sensoren (Spulen) in jeder Gießpfanne einzubauen, die in einer Gießanlage verwendet wird. Außerdem sind in einer Gießpfanne eingebaute Sensoren in einer solchen Position, wo es ein relativ hohes Risiko für eine mechanische Beschädigung der Sensoren gibt. Es wäre deshalb wünschenswert, elektromagnetische Schlackennachweissensoren in einer solchen Weise einzubauen, daß Kosten verringert und das Risiko einer mechanischen Beschädigung der Sensoren minimiert werden. Obgleich es Schlackennachweisvorrichtungen gibt, die Vibrationsmeßgeräte oder Vibrationsmeßgeräte in Kombination mit Infrarotmeßvorrichtung gibt, fehlt doch ein zufriedenstellendes Verfahren zum Nachweis von Schlacke in dem Gießrohr mittels Elektromagnetismus. Der Grund hierfür besteht darin, daß das geschmolzene Metall, welches von der Gießpfanne durch das Gießrohr gelangt, das Gießrohr nicht immer vollständig füllt. Infolgedessen kann der Abschnitt des Gießrohres, der Gas statt Metall enthält, fälschlicherweise für Schlacke gehalten werden mit der Folge der Erzeugung eines falschen Alarms.
JP10005958A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schlackennachweis gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 15. Gemäß diesem Dokument werden für die Ermittlung des Spannungsbereiches, welcher das Vorhandensein von Schlacke anzeigt, Parameter ins Auge gefaßt, wie Gießrohrgeometrie und -material, Stahlart und Fließgeschwindigkeit, aber die Empfindlichkeit wird von dem Betriebspersonal eingestellt, und die tatsächliche Durchflußgeschwindigkeit wird nicht gemessen.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Gießanlage zu schaffen, die für den Nachweis von Schlacke in einem Gießrohr geeignet sind, welches sich zwischen einer Gießpfanne und einer Gießwanne erstreckt.
Diese und andere Aufgaben, die sich aus dem Folgenden ergeben, werden durch ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Gießanlage gemäß den anliegenden Ansprüchen gelöst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgesehen für das Nachweisen des Vorhandenseins von Schlacke in einem Gießrohr für das Führen von geschmolzenem Metall aus einer Gießpfanne zu einer Gießwanne. Gemäß diesem Verfahren wird eine Sendespule für die Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes verwendet, welches in das Gießrohr und seinen Inhalt eintritt. Eine Empfangsspule wird verwendet, um das elektromagnetische Feld, welches in das Gießrohr eingetreten ist, aufzunehmen. Das elektromagnetische Feld erzeugt eine Induktionsspannung in der Empfangsspule. Wenn der Wert der induzierten bzw. Induktionsspannung außerhalb eines definierten Spannungsbereiches liegt, zeigt dies die Gegenwart von Schlacke in dem Inhalt an. Der Spannungsbereich wird je nach der Größe der Durchflußmenge des geschmolzenen Metalls bestimmt, welches durch das Gießrohr hindurchgelangt. Die Größe kann entweder direkt an dem Gießrohr oder indirekt dadurch nachgewiesen werden, daß man an einer anderen Stelle mißt und aus der Messung die Durchflußmenge in dem Gießrohr berechnet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Nachweis von Schlacke in Übereinstimmung mit dem oben erwähnten Verfahren vorgesehen.
Somit basiert die Erfindung auf der Einsicht, daß Schlacke erfolgreich auch in Räumen nachgewiesen kann, wie zum Beispiel Gießrohren, die nicht notwendigerweise vollständig mit geschmolzenem Metall gefüllt sind, wobei eine Alarmgrenze je nach der Menge von Gas (zum Beispiel Luft), welches vorhanden ist, eingestellt wird. Insbesondere basiert die Erfindung auf der Einsicht, daß das Vorhandensein von Gas dadurch ermittelt werden kann, daß man die Durchflußmenge, d.h. das Volumen pro Zeiteinheit von durch das Gießrohr hindurchgehendem geschmolzenem Metall ermittelt.
Der Vorteil des Ermittelns der Durchflußmenge von geschmolzenem Metall besteht darin, daß ein Verhältnis der Durchflußkomponenten zur Verfügung gestellt wird, d.h. die Menge an Metall zu der Menge an Gas in dem Gießrohr, wobei in Abhängigkeit von einer Änderung dieses Verhältnisses die Sensitivität der Nachweisvorrichtung variiert werden kann. Wenn zum Beispiel die Durchflußmenge von geschmolzenem Metall nach einiger Zeit abnimmt, erhöht sich die Anforderung oder das Niveau zum Vorsehen eines Alarmes der Nachweisvorrichtung. Dies geschieht durch Vergrößern des definierten Spannungsbereiches. Dies bedeutet, daß je nach dem derzeit definierten Spannungsbereich eine gegebene induzierte Spannung entweder das Vorhandensein von Schlacke anzeigt oder nicht. Somit kann einerseits eine gegebene induzierte Spannungsgröße außerhalb eines Spannungsbereiches fallen, der vor einer Abnahme der Durchflußmenge bestimmt ist, was eine Anzeige des Vorhandenseins von Schlacke zur Folge hätte, und andererseits würde nach der Abnahme der Durchflußmenge und der Vergrößerung des Spannungsbereiches derselbe Wert der induzierten Spannung von dem neu definierten Spannungsbereiche abgedeckt, wobei das als Vorhandensein von Gas ausgelegt würde, wenn überhaupt, und nicht als Schlacke. Das Risiko, daß Schlacke in der Durchflußmenge des geschmolzenen Metalls mitgerissen wird, steigt gewöhnlich zum Ende des Prozesses hin an, wenn die Gießpfanne fast entleert ist.
Die Veränderung des Spannungsbereiches kann auf die folgende Weise veranschaulicht werden. Nimmt man an, daß die Empfangsspule für ein leeres Gießrohr, d.h. nur Gas und kein geschmolzenes Metall, eine Induktionsspannung mit einer Signalstärke V₁ erzeugt. Wenn geschmolzenes Metall, welches durch das Gießrohr hindurchgeht, das Gießrohr vollständig auffüllt, wird eine Spannung mit einer Signalstärke V₂ induziert, wobei V₂ < V₁ Somit wird für ein gefülltes Gießrohr der Spannungsbereich auf mindestens das Intervall 0 – V₂ eingestellt, um jedoch auf der sicheren Seite zu sein und nicht einen falschen Alarm zu riskieren, kann der Spannungsbereich etwas erweitert werden. Wenn das Gießrohr nur teilweise mit geschmolzenem Metall gefüllt ist, wird die Definition des Spannungsbereiches zweckmäßig eingestellt. Der neu definierte Spannungsbereich wird 0 – V₃ sein, wobei V₂ < V₃ < V₁.
Ein einfaches Berechnungsbeispiel folgt nun. Wir nehmen an, daß für ein mit geschmolzenem Metall vollständig gefülltes Gießrohr der Spannungsbereich derart definiert ist, daß die Schlacke nur als vorhanden angezeigt wird, wenn die Größe der induzierten Spannung einen Metallgehalt von 90 % oder weniger anzeigt (während die ermittelte Größe der Durchflußmenge geschmolzenen Metalls noch etwa 100 % ist). Wenn also die induzierte Spannung einem Gießrohr entspricht, welches zu 95 % mit geschmolzenem Metall gefüllt ist, gibt es keine Schlackenanzeige. Dies stellt einen 10 % Sicherheitsabstand zur Vermeidung von Falschalarm zur Verfügung. Jetzt nehmen wir an, daß später ermittelt wird, daß die Durchflußmenge geschmolzenen Metalls auf die Hälfte abgefallen ist, d.h. nur 50 % des Gießrohres ist mit geschmolzenem Metall gefüllt, und der Rest ist mit Gas gefüllt. Um den 10 % Sicherheitsabstand zu halten, wird der Spannungsbereich derart definiert, daß das Vorhandensein von Schlacke angezeigt wird, wenn der Wert der induzierten Spannung einem Me tallgehalt von 45 % oder weniger entspricht. Es sei bemerkt, daß die Zahlen dieses Beispieles nur beispielhaft sind, um ein allgemeines Prinzip der Veränderung des Spannungsbereiches zu veranschaulichen.
Wie oben erwähnt, kann die Durchflußmenge von geschmolzenem Metall, welches durch das Gießrohr geführt wird, entweder direkt oder indirekt ermittelt werden. Unterschiedliche Arten von Durchflußmeßgeräten können für die direkte Messung der Durchflußmenge innerhalb des Gießrohres verwendet werden. Es kann jedoch einfacher sein, von einem indirekten Verfahren des Ermittelns Gebrauch zu machen. Zum Beispiel kann die Durchflußmenge des durch das Gießrohr gelangenden geschmolzenen Metalls dadurch ermittelt werden, daß man die Gießgeschwindigkeit in der Gießwanne mißt und die Durchflußmenge geschmolzenen Metalls aus dieser gemessen Gießgeschwindigkeit berechnet. Eine andere Alternative besteht darin, die Geschwindigkeit der Gewichtsabnahme des Gießpfanneninhalts zu messen und die Durchflußmenge des geschmolzenen Metalls aus dieser gemessenen Geschwindigkeit der Gewichtsabnahme zu berechnen. Eine weitere andere Alternative ist die Messung der Gießgeschwindigkeit und des Abmaßes des Gußproduktes nach der Kokillenform, wobei die Geschwindigkeit und das Abmaß die Durchflußmenge anzeigen. Eine weitere Alternative ist der Nachweis des Öffnungsgrades oder der Position des Schiebetores, welches unter der Gießpfanne angebracht ist, um ein Rückmeldesignal zu einem Prozessor vorzusehen, welcher die Durchflußmenge geschmolzenen Metalls aus der Positionsinformation des Schiebetors berechnet, d.h. wie weit das Schiebetor geöffnet wurde. Ein Vorteil dieser unterschiedlichen Alternativen besteht darin, daß normgerecht vorhandene Meßsysteme verwendet werden können, um die gewünschte relevante Information zur Bestimmung von Schlackenalarmeinstellungen vorzusehen.
Die Sendespule und die Empfangsspule werden in zweckmäßiger Weise entweder durch gemeinsame oder separate Spulenhalter am Platz gehalten. Wenn ein gemeinsamer Spulenhalter verwendet werden soll, kann er in der Form einer Gabel gestaltet sein, die mindestens zwei Zweige hat. Die Sendespule und die Empfangsspule können dann durch entsprechende Zweige gehalten werden, die geeignet ausgestaltet sind, um auf entsprechenden Seiten des Gießrohres angeordnet zu werden. Der gegabelte Spulenhalter kann entweder selbststehend sein oder mit anderen Geräten verbunden sein, wie nachfolgend erläutert wird.
Während des Prozesses des Schlackennachweises werden die Spulen vorzugsweise relativ zu dem Gießrohr im wesentlichen unbeweglich gehalten. Wenn die Spulen relativ zu dem Gießrohr unbeweglich sind, d.h. sie jeder Bewegung des Gießrohres folgen, wird ein gleichförmiges Signal für eine unveränderte Durchflußmenge geschmolzenen Metalls erhalten. Dies kann man dadurch erreichen, daß man zum Beispiel die Sendespule und die Empfangsspule an entsprechenden Zweigen eines gegabelten, oben erwähnten Spulenhalters anbringt. In diesem Fall ist der gegabelte Spulenhalter in zweckmäßiger Weise derart angeordnet, daß eine gedachte gerade Linie, die zwischen der Sendespule und der Empfangsspule gezogen ist, das Gießrohr kreuzt. In anderen Worten ist das Gießrohr zwischen den Zweigen des gegabelten Spulenhalters angeordnet. Ein Vorteil der Benutzung eines gegabelten Spulenhalters ist der, daß es möglich ist, einen relativ langen Stiel desselben zu verwenden, wobei das Positionieren der Spulen um das Gießrohr herum durch Manövrieren im Abstand von dem Gießrohr erfolgen kann, ohne daß man dicht an das Gießrohr herankommen muß. Die Zweige des gegabelten Halters ermöglichen eine korrekte Positionierung der Spulen und verringern das Risiko von relativen Bewegungen zwischen den Spulen, wobei unnötige Fehlsignalveränderungen vermieden werden. Das Risiko relativer Bewegungen zwischen den Spulen wird ferner verringert, wenn die Zweige relativ kurz gemacht werden. Deshalb kann ein relativ langer Stiel mit kurzen Zweigen in zweckmäßiger Weise verwendet werden. Wenn der gegabelte Spulenhalter vorzugsweise nicht den Umfang des Gießrohres ganz umgibt, kann er leicht an dem Gießrohr angeordnet und von diesem entfernt werden.
Um es den Spulen zu ermöglichen, im wesentlichen jeder Bewegung des Gießrohres zu folgend, wird der gegabelte Spulenhalter in zweckmäßiger Weise an eine Anordnung gehängt, welche den Bewegungen des Gießrohres folgt. Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist ein Gießrohrmanipulator irgendeiner bekannten Art. Ein Gießrohrmanipulator hat im allgemeinen die Form eines länglichen Arms, der verwendet wird, um das Gießrohr heranzuholen, zu positionieren und zu haltern. Der gegabelte Spulenhalter kann somit an einem solchen Gießrohrmanipulator angebracht werden. Als Alternative kann der gegabelte Spulenhalter an die Schiebetoreinheit angehängt werden, die an der Gießpfanne angebracht ist, und andere Alternativen sind auch möglich, um die gewünschte Wirkung des Folgens der Bewegung zu erreichen.
Die zwei Zweige, welche die Sendespule bzw. die Empfangsspule halten, können in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung elektrisch gegeneinander isoliert sein. Wenn die Zweige zum Beispiel mittels einer gemeinsamen Querstange mit dem Stiel verbunden sind, kann diese Stange mit einer elektrischen Isolation versehen sein. Diese Art von Unterbrechung macht unerwünschte elektromagnetische Felder minimal.
Obgleich der gegabelte Spulenhalter viele Vorteile bietet, könnte das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch dadurch ausgeführt werden, daß die Spulen auf getrennten Halteelementen angeordnet werden, zum Beispiel separaten Armen, die elektrisch gegeneinander isoliert sind. Diese separaten Halteelemente können auch an dem Gießrohrmanipulator oder einer anderen Anordnung zum Folgen der Gierohrbewegung angebracht sein. Dementsprechend gibt es unterschiedliche Wege, ein elektromagnetisches Feld mittels einer oder mehreren Sendespulen von einer Seite des Gießrohres zu erzeugen und das elektromagnetische Feld mittels einer oder mehrerer Empfangsspulen auf der anderen Seite des Gießrohres zu empfangen.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der Erfindung ist als Alternative zur Schaffung von Sende- und Empfangsspulen auf unterschiedlichen Seiten des Gießrohres jede Spule angeordnet, um das Gießrohr zu umgreifen. Den Spulen kann man eine Ringspulen- oder Ringform geben, und das Gießrohr erstreckt sich durch jede Ringspule bzw. durch jeden Torus. Die Spulen können mittels einer Spulenhalteranordnung, einschließlich Befestigungseinrichtungen zum Anbringen der Spulen an dem Gießrohr, an dem Gießrohr angebracht werden. Alternativ kann die Ringkonfiguration an anderem Ort angebracht werden, wie zum Beispiel dem Schiebetor an der Gießpfanne, und an dieser so angehängt sein, daß sie das Gießrohr umgibt. Eine andere Alternative besteht darin, die Spulen zwischen die Zweige eines gegabelten Spulenhalters anzubringen, der seinerseits an einem Gießrohrmanipulator oder einer anderen Anordnung zum Folgen des Gießrohres befestigt ist.
Aus der vorstehenden Diskussion sollte klar sein, daß unbeachtlich der gewählten Art von Spulenanordnung es möglich ist, die Spulen derart anzuordnen, daß sie die Fähigkeit haben, im wesentlichen beliebigen Positionsveränderungen des Gießrohres zu folgen. Der Vorteil ist, daß die Ausbreitung des das Gießrohr durchdringenden erzeugten magnetischen Feldes konstant ist, wobei die Genauigkeit des Nachweises erhöht ist. Die Bewegung des Gießrohres kann während des Gießens des geschmolzenen Metalls erfolgen. Eine solche Bewegung kann linear oder in Kreisbögen sein. Das Gießrohr neigt auch zur Bewegung, wenn das Schiebetor an der Gießpfanne bewegt wird.
Bei mindestens einer Ausführungsform der Erfindung als Ergänzung zur Steuerung des definierten Spannungsbereiches kann die Frequenz des elektromagnetischen Feldes, welches von der Sendespule erzeugt ist, gesteuert werden. Man hat festgestellt, daß eine höhere Frequenz ein stabileres induziertes Spannungssignal zur Verfügung stellt, wenn das Gießrohr nicht vollständig gefüllt ist und eine turbulente Strömung des geschmolzenen Metalls in dem Gießrohr vorhanden ist. Wenn also innerhalb des Gießrohres eine turbulente Strömung nachgewiesen wurde, wird die Frequenz des elektromagnetischen Feldes durch das System verändert, in zweckmäßiger Weise erhöht. Auch die Größe der Durchflußmenge geschmolzenen Metalls beeinflußt die gewählte Frequenz, um in das Metall einzutreten und etwaige Schlacke in der Mitte oder an irgendeinen anderen Ort in der Strömung des geschmolzenen Metalls nachzuweisen. Äußere Frequenzen, welche störend in die Messung eingreifen können, können ein Grund für die Veränderung der Frequenz sein. Somit kann das von der Sendespule (den Sendespulen) erzeugte elektromagnetische Feld wechselnde Frequenzen haben. Auch können verschiedene Spulen für die Erzeugung einiger elektromagnetischer Felder verwendet werden, jede mit einer anderen Frequenz, um die Rauscheffekte zu minimieren. Ferner können einige Spulen für das Erzeugen verschiedener elektromagnetischer Felder verwendet werden, wobei eines oder mehrere Wechselfrequenzen haben kann.
Die Sendespule, welche das elektromagnetische Feld erzeugt, kann mit Richtelementen versehen sein, wie zum Beispiel einem Kern, für eine optimierte Richtung des elektromagnetischen Feldes zu dem Abschnitt des Gießrohres hin, in welchem man prüfen will, ob Schlacke vorhanden ist oder nicht. In ähnlicher Weise kann die Empfangsspule mit solchen Richtungsgliedern versehen sein.
Infolge der Hochtemperaturumgebung können gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Sende- und Empfangsspulen mittels einer geeigneten Kühlanlage gekühlt werden, wie zum Beispiel Wasser oder Gas enthaltende Kühlkanäle.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen für den Nachweis des Vorhandenseins von Schlacke in einem Gießrohr, welches geschmolzenes Metall von einer Gießpfanne zu einer Gießwanne führt, und die Vorrichtung weist einen gegabelten Spulenhalter mit mindestens zwei Zweigen auf, einem ersten Zweig, der eine Sendespule trägt, und einem zweiten Zweig, der eine Empfangsspule trägt, wobei die zwei Zweige derart angeordnet werden können, daß sich das Gießrohr zwischen ihnen befindet. Dies ermöglicht es den Spulen, relativ zueinander und dem Gießrohr und dem enthaltenen Metallstrom im wesentlichen unbeweglich zu sein, wodurch unerwünschte Signalveränderungen vermieden werden. Ein anderer Vorteil ist der, daß die Spulen von der Gießpfanne unabhängig sind.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist eine Gießanlage vorgesehen, die eine Gießpfanne, eine Gießwanne und ein Gießrohr zwischen diesen aufweist. Die Gießanlage weist auch eine Vorrichtung für den Nachweis des Vorhandenseins von Schlacke innerhalb des Gießrohres auf, wie zuvor in dieser Anmeldung beschrieben wurde.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen ist:
1 eine schematische Veranschaulichung einer Vorrichtung, die angeordnet ist, um Schlacke in einem Gießrohr gemäß mindestens einer Ausführungsform der Erfindung nachzuweisen.
2 eine ausführlichere schematische Darstellung der Komponenten, welche um das Gießrohr in 1 herum gezeigt sind.
3 ist ein Flußdiagramm unter Darstellung eines Beispiels eines Betriebes einer Steuereinheit.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht schematisch eine Gießpfanne 2, die geeignet ausgestaltet ist, um geschmolzenes Metall zu enthalten, welches durch ein Gießrohr 4 zu einer Gießwanne 6 hin gelangen soll. Das Metall fließt aus der Gießwanne 6 über eine Gußdüse bzw. Umgießdüse zu einer Kokillenform, in welcher das Metall gekühlt und in feste Form überführt wird, wobei die Umgießdüse und die Kokillenform in der Figur nicht dargestellt sind. Ein gegabelter Spulenhalter 10 ist außerhalb des Gießrohres 4 vorgesehen und an einem Gießrohrmanipulator 30 angebracht. Der gegabelte Spulenhalter 10 enthält eine Sendespule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes, welches sich durch das Gießrohr verbreiten und von einer Empfangsspule aufgenommen werden soll, die auch in dem gegabelten Spulenhalter 10 angeordnet ist. Der gegabelte Spulenhalter 10 und die Spulen werden in Verbindung mit der Diskussion der 2 weiter beschrieben.
Fährt man mit 1 weiter fort, so verläuft ein Signalkabel 40 zwischen dem gegabelten Spulenhalter 10 und einem Verbinder 42. Das Signalkabel 40 enthält Innenkabel oder separate Leitungen zum Führen von Signalen zu der Sendespule bzw. Empfangsspule bzw. von diesen. Mit dem Verbinder 42 sind auch ein Sendesignalkabel 44 und ein Empfangssignalkabel 46 verbunden, welche Leitungen für das Vorsehen von Signalen zu der Sendespule bzw. der Empfangsspule bzw. von diesen enthalten. Das Empfangssignalkabel 46 ist an seinem anderen Ende mit einer Vorverstärkereinheit 48 verbunden, um erzeugte Induktionsspannungssignale aus der Empfangsspule zu verstärken. Ein Vorverstärkerkabel 50 bringt die Signale zu einer Steuereinheit 52, die einen Prozessor aufweist. Das Sendesignalkabel 44 ist direkt mit der Steuereinheit 42 verbunden. Die Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes durch die Sendespule kann somit durch Senden eines Signals aus der Steuereinheit 42 über das Sendesignalkabel 44, den Verbinder 42 und die zugeordneten Leitungen in dem Signalkabel 40 zu der Sendespule innerhalb des gegabelten Spulenhalters 10 gesteuert werden.
Die Steuereinheit 52 ist über ein Alarmkabel 56 mit einer Alarmeinheit 54 verbunden. Die Steuereinheit 52 vergleicht das empfangene Induktionsspannungssignal aus der Empfangsspule mit einem vorbestimmten bzw. vordefinierten Spannungsbereich. Wenn die empfangene Spannung nicht in dem Spannungsbereich enthalten ist, aktiviert die Steuereinheit 52 die Alarmeinheit 54, die in zweckmäßiger Weise ein akustisches und/oder visuelles Alarmsignal erzeugen kann. Auch kann eine Steuertafel, wenngleich sie nicht gezeigt ist, vorgesehen sein, um eine kontinuierliche visuelle Überwachung des Schlackennachweisprozesses vorzusehen.
Weiterhin empfängt die Steuereinheit 52 Informationen über die Durchflußmenge, d.h. das Volumen pro Zeiteinheit des geschmolzenen Metalls durch das Gießrohr. Dieser Teil der Information wird über eine Strömungseingangsleitung 58 empfangen, die an ihrem anderen Ende mit einer (nicht gezeigten) Strömungsnachweisvorrichtung verbunden ist, die entweder eine Direktmeßvorrichtung oder eine Indirekt-Meßvorrichtung mit nachfolgender Berechnung ist, wie oben erläutert. Wenn ermittelt wird, daß eine merkliche Änderung der Durchflußmenge von geschmolzenem Metall aufgetreten ist, setzt die Steuereinheit 52 einen anderen Spannungsbereich. Eine verringerte Durchflußmenge führt zu einer Einstellung eines größeren Spannungsbereiches, und eine vergrößerte Durchflußmenge führt zu der Einstellung eines engeren Spannungsbereiches. Somit ist der Punkt, an welchem die Alarmeinheit 54 eingeschaltet wird, von der empfangenen Durchflußmengeninformation abhängig.
In 2 ist der gegabelte Spulenhalter 10 und seine Aufhängung an dem Gießrohrmanipulator 30, welcher das Gießrohr 4 hält, in größerer Einzelheit gezeigt. 2 ist eine teilweise abgebrochene perspektivische Ansicht. Der gegabelte Spulenhalter 10 weist einen Stielabschnitt 12, einen ersten Zweigabschnitt 14, einen zweiten Zweigabschnitt 16 und einen Querstangenabschnitt 18 auf. Bei dieser Ausführungsform sind die Zweigabschnitte 14, 16 an gegenüberliegenden Enden des Querstangenabschnittes 18 angeordnet, und der Stielabschnitt 12 ist mit der Mitte des Querstangenabschnittes 18 verbunden. Bei anderen Ausführungsformen könnte der Stielabschnitt jedoch auch an einem Ende des Querstangenabschnittes angeordnet und sogar eine Verlängerung eines der Zweigabschnitte sein.
2 veranschaulicht, daß das Innere des ersten Zweigabschnittes 14 an seinem Ende, welches von dem Querstangenabschnitt 18 am weitesten entfernt ist, eine Sendespule 20 aufweist. Die Drähte 22 der Sendespule gelangen durch den ersten Zweigabschnitt 14 über den Querstangenabschnitt 18 und den Basisabschnitt 12 zu der Steuereinheit (siehe auch 1).
2 veranschaulicht auch, daß das Innere des zweiten Zweigabschnittes 16 an seinem Ende, welches am weitesten von dem Querstangenabschnitt 18 entfernt ist, eine Empfangsspule 24 aufweist. Die Drähte 26 der Empfangsspule 24 gelangen durch den zweiten Zweigabschnitt 16 über den Querstangenabschnitt 18 und den Basisabschnitt 12 zu der Steuereinheit (siehe auch 1).
Die Enden der Zweigabschnitte 14, 16 sind so angeordnet, daß die Sendespule 20, das Gießrohr 4 und die Empfangsspule 24 in einer gerade Linie angeordnet sind. Mit anderen Worten ist das Gießrohr 4 zwischen den zwei Spulen 20, 24 angeordnet. Die Zweigabschnitte 14, 16 oder ihre Teile können zwischen unterschiedlichen Winkeln relativ zu dem Rest des gegabelten Spulenhalters steuerbar sein. Hierdurch wird es möglich, daß die Spulen 20, 24 für das Einstellen der Hauptausbreitungsrichtung des elektromagnetischen Feldes unter einem rechten Winkel zu dem Gießrohr in Arbeitsposition richtig angeordnet werden.
Die Drähte der zwei Spulen 20, 24 können in dem Querstangenabschnitt 18 und dem Stielabschnitt 12 elektrisch gegeneinander isoliert sein, um einen unerwünschten elektromagnetischen Einfluß auf ein Signal zu vermeiden.
Der gegabelte Spulenhalter 10 ist zweckmäßigerweise aus hauptsächlich nicht-magnetischem Material hergestellt, wie zum Beispiel einem nicht-rostenden Stahl, Keramikmaterial, Fiberglas oder einem anderen ähnlichen geeigneten Material, welches das elektromagnetische Feld nicht wesentlich störend beeinflußt.
Der gegabelte Spulenhalter 10 ist an dem Gießrohrmanipulator 30 mittels einer Klemmanordnung 32 abgehängt, die zwei Vorsprünge 34 hat, deren jeder an seinem Ende eine den Gießrohrmanipulator 30 umgebende Klemme 36 hat. Die Klemmen 36 sind mittels Bolzen oder Schrauben 38 an dem Gießrohrmanipulator 30 festgezogen.
Der Gießrohrmanipulator 30, wie er in 2 veranschaulicht ist, ist ein Normtyp und weist an dem Endabschnitt, welcher das Gießrohr 4 hält, eine Greifeinrichtung auf. Diese weist zwei Greifabschnitte 62 auf, die von dem hinteren länglichen Abschnitt 64 des Gießrohrmanipulators 30 nach oben hin geneigt sind. Die Neigung hängt unter anderem davon ab, wie das Gießrohr angeordnet werden soll. Der anfängliche Greifpunkt auf dem Gießrohr unterscheidet sich von dem Gießrohrpositionierpunkt des Manipulators, wobei es wünschenswert wird, den Winkel zu verändern. Die Greifabschnitte 62 sind ferner mit einem Halter 66 verbunden, der Hufeisenform hat.
3 ist ein Flußdiagramm unter Darstellung eines Beispiels eines Betriebs der Steuereinheit 52, die in 1 gezeigt ist.
In einem Schritt S1 bestimmt die Steuereinheit einen Spannungsbereich. In einem Schritt S2 nimmt die Steuereinheit ein Signal als Anzeige der an der Empfangsspule induzierten Spannung auf. In einem Schritt S3 vergleicht die Steuereinheit den Wert des aufgenommenen Signals mit dem definierten Spannungsbereich und bestimmt, ob der Wert sich innerhalb des definierten Spannungsbereiches befindet oder nicht. Wenn sich der Wert nicht innerhalb des definierten Spannungsbereiches befindet (in einem solchen Fall ist der absolute Wert des aufgenommenen Signals im allgemeinen größer als der absolute Wert der maximalen Spannung des Spannungsbereiches), dann betätigt die Steuereinheit in einem Schritt S4 einen Schlackenermittlungsalarm. Wenn andererseits in Schritt S3 ermittelt wird, daß der Wert des aufgenommenen Signals von dem definierten Spannungsbereich umschlossen wird, kehrt die Steuereinheit zum Schritt S2 zurück, um ein neues Signal aufzunehmen, welches in dem nachfolgenden Schritt S3 verglichen werden soll usw.
Parallel zu diesen Schritten nimmt die Steuereinheit auch ein Strömungs- bzw. Durchflußmengensignal in einem Schritt S5 auf. Das Durchflußmengensignal zeigt das Volumen pro Zeiteinheit von durch das Gießrohr fließendem geschmolzenen Metall an. In einem Schritt S6 vergleicht die Steuereinheit die ermittelte Durchflußmenge geschmolzenen Metalls mit gespeicherten Werten und prüft, ob es über der Zeit keine merkliche Änderung der Durchflußmenge gegeben hat oder nicht. Gab es keine merkliche Änderung, fährt die Steuereinheit mit dem Schritt S5 fort, um nachfolgende Durchflußmengensignale zu prüfen. Wenn es jedoch eine merkliche Änderung gibt, definiert die Steuereinheit entsprechend den gespeicherten Werten (wie zum Beispiel einer Tabelle) den Spannungsbereich im Schritt S1 neu.
Es sei bemerkt, daß 3 nur ein Beispiel des Betriebs der Steuereinheit für Erläuterungszwecke ist und daß auch andere Alternativen möglich sind.
Bemerkt sei auch, daß zahlreiche Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne daß man aus dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung herauskommt, die in den anliegenden Ansprüchen definiert ist. Obgleich die Beschreibung sich auf die Verwendung einer Sendespule und einer Empfangsspule konzentriert, können zum Beispiel das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch verschiedene Sendespulen und verschiedene Empfangsspulen aufweisen.

Claims

Verfahren zum Nachweisen des Vorhandenseins von Schlacke in einem Giessrohr (4) zum Führen von geschmolzenem Metall von einer Gießpfanne (2) zu einer Gießwanne (6), das Folgendes umfasst: Erzeugen eines elektromagnetischen Felds, das in das Giessrohr und dessen Inhalt eindringt, mittels mindestens einer Sendespule (20); und Erzeugen einer Induktionsspannung mittels mindestens einer Empfangsspule (24), die dem elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird, das in das Giessrohr und dessen Inhalt eingedrungen ist, wobei jede Induktionsspannung, die einen Wert außerhalb eines definierten Spannungsbereichs hat, das Vorhandensein von Schlacke in dem Inhalt anzeigt, gekennzeichnet durch Ermitteln der Durchflussmenge des durch das Giessrohr laufenden geschmolzenen Metalls und Definieren des Spannungsbereichs in Abhängigkeit von der Größe der ermittelten Durchflussmenge von geschmolzenem Metall.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin das Halten der Spulen im Wesentlichen unbeweglich in Bezug auf das Giessrohr umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin Folgendes umfasst: Vorsehen eines verzweigten Spulenhalters (10), der mindestens zwei Zweige hat; Anbringen der Sendespule an einem ersten Zweig (14) und der Empfangsspule an einem zweiten Zweig (16) des verzweigten Spulenhalters und Anordnen des verzweigten Spulenhalters in einer Weise, dass eine gedachte Gerade, die zwischen der Sendespule und der Empfangsspule gezogen wird, das Giessrohr schneidet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen des verzweigten Spulenhalters das Anbringen des verzweigten Spulenhalters an einem Giessrohr-Manipulator (30) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen des verzweigten Spulenhalters das Anbringen des verzweigten Spulenhalters an einer gesonderten Montagevorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie der Position des Giessrohrs folgt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen des verzweigten Spulenhalters das Anbringen des verzweigten Spulenhalters an einem Schiebetor an der Gießpfanne umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin Folgendes umfasst: Vorsehen der mindestens einen Sendespule in Ringform und Anordnen der mindestens einen Sendespule in einer Weise, dass sie das Giessrohr umgibt; und Vorsehen der mindestens einen Empfangsspule in Ringform und Anordnen der mindestens einen Empfangsspule in einer Weise, dass sie das Giessrohr umgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 7, das weiterhin Folgendes umfasst: Nachweisen einer eventuellen turbulenten Strömung in dem Giessrohr und Ändern der Frequenz des von der Sendespule erzeugten elektromagnetischen Felds in dem Fall, dass eine turbulente Strömung nachgewiesen worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 8, das weiterhin das Erzeugen eines elektromagnetischen Felds mit wechselnden Frequenzen oder mehrerer elektromagnetischer Felder mit unterschiedlichen Frequenzen mittels der mindestens einen Sendespule umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 9, das weiterhin das Definieren eines größeres Spannungsbereichs umfasst, wenn festgestellt wird, dass die Größe der Durchflussmenge des geschmolzenen Metalls abgenommen hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Durchflussmenge des durch das Giessrohr laufenden geschmolzenen Metalls Folgendes umfasst: Vorsehen einer Rückmeldung von einem Öffnungspositionssignal eines Schiebetors an der Gießpfanne und Berechnen der Durchflussmenge des geschmolzenen Metalls aus den Schiebetor-Öffnungsinformationen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Durchflussmenge des durch das Giessrohr laufenden geschmolzenen Metalls Folgendes umfasst: Messen der Geschwindigkeit der Abnahme der Masse des Gießpfanneninhalts und Berechnen der Durchflussmenge des geschmolzenen Metalls aus der gemessenen Geschwindigkeit der Abnahme der Masse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Durchflussmenge des durch das Giessrohr laufenden geschmolzenen Metalls Folgendes umfasst: Messen der Gießgeschwindigkeit in der Gießwanne und Berechnen der Durchflussmenge des geschmolzenen Metalls aus der gemessenen Gießgeschwindigkeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 13, das weiterhin das Kühlen der Sende- und Empfangsspulen umfasst.
Vorrichtung zum Nachweisen des Vorhandenseins von Schlacke in einem Giessrohr (4) zum Führen von geschmolzenem Metall von einer Gießpfanne (2) zu einer Gießwanne (6) mit: mindestens einer Sendespule (20) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds, das in das Giessrohr und dessen Inhalt eindringen soll; und mindestens einer Empfangsspule (24) zum Empfangen des elektromagnetischen Felds, das in das Giessrohr und dessen Inhalt eingedrungen ist, und zum Erzeugen einer Induktionsspannung, wobei jede Induktionsspannung, die einen Wert außerhalb eines definierten Spannungsbereichs hat, das Vorhandensein von Schlacke in dem Inhalt anzeigt, gekennzeichnet durch Mittel zum Ermitteln der Durchflussmenge des durch das Giessrohr laufenden geschmolzenen Metalls und Mittel (52) zum Definieren des Spannungsbereichs in Abhängigkeit von der Größe der gemessenen Durchflussmenge.
Vorrichtung nach Anspruch 15, die weiterhin eine Spulenhalter-Anordnung aufweist, die so angebracht werden kann, dass die Spulen den Positionsschwankungen des Giessrohrs im Wesentlichen folgen können.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenhalter-Anordnung einen verzweigten Spulenhalter (10) mit mindestens zwei Zweigen aufweist, wobei ein erster Zweig (14) die Sendespule(n) trägt und ein zweiter Zweig (16) die Empfangsspule(n) trägt, wobei die beiden Zweige so angeordnet werden können, dass sich das Giessrohr zwischen ihnen befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der verzweigte Spulenhalter so eingerichtet ist, dass er an einem Giessrohr-Manipulator (30) angebracht werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der verzweigte Spulenhalter so eingerichtet ist, dass er an einer gesonderten Montagevorrichtung angebracht werden kann, die so angeordnet ist, dass sie der Position des Giessrohrs folgt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der verzweigte Spulenhalter so eingerichtet ist, dass er an einem an einem Schiebetor an der Gießpfanne angebracht werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 – 20, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zweige voneinander elektrisch isoliert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen die Form von ringförmigen Körpern haben, wobei die Spulenhalter-Anordnung so eingerichtet ist, dass sie jeden ringförmigen Körper so halten, dass er das Giessrohr umgibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 – 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ermitteln der Durchflussmenge des durch das Giessrohr laufenden geschmolzenen Metalls Folgendes umfassen: einen Sensor zum Erfassen eines Öffnungspositionssignals eines Schiebetors an der Gießpfanne und einen Prozessor zum Berechnen der Durchflussmenge des geschmolzenen Metalls aus den Schiebetor-Öffnungsinformationen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 – 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ermitteln der Durchflussmenge des durch das Giessrohr laufenden geschmolzenen Metalls Folgendes umfassen: eine Messvorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit der Abnahme der Masse des Gießpfanneninhalts und einen Prozessor zum Berechnen der Durchflussmenge des geschmolzenen Metalls aus der gemessenen Geschwindigkeit der Abnahme der Masse.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 – 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ermitteln der Durchflussmenge des durch das Giessrohr laufenden geschmolzenen Metalls Folgendes umfassen: eine Messvorrichtung zum Messen der Gießgeschwindigkeit in der Gießwanne und einen Prozessor zum Berechnen der Durchflussmenge des geschmolzenen Metalls aus der gemessenen Gießgeschwindigkeit.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 – 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangsspulen mit Richtungsgliedern, wie etwa einem Spulenkern, zum Richten des elektromagnetischen Felds zu dem Giessrohr hin und von diesem weg versehen sind.
Gießanlage mit: einer Gießpfanne (2), die so eingerichtet ist, dass sie geschmolzenes Metall enthält; einer Gießwanne (6), die so eingerichtet ist, dass sie geschmolzenes Metall aus der Gießpfanne aufnimmt; einem Giessrohr (4), das zwischen der Gießpfanne und der Gießwanne angeordnet ist, wobei geschmolzenes Metall aus der Gießpfanne durch das Giessrohr zu der Gießwanne laufen kann; und einer Vorrichtung nach einem der Anspruchs 15 – 26.