LU83224A1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL IN CONTINUOUS CASTING CHILLERS - Google Patents

Description

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Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Füllstandes in Stranggiesskokillen.Method and device for measuring the level in continuous casting molds.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Füll-5 Standes in Stranggiesskokillen, insbesondere in Kokillen die eine Einrichtung zum Oszillieren in Achsenrichtung aufweisen, sowie die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.The present invention relates to a method for measuring the filling level in continuous casting molds, in particular in molds which have a device for oscillating in the axial direction, and to the device suitable for carrying out the method.

3 ' Die Kenntnis des Füllstandes innerhalb der Kokille ermöglicht es, eine 10 entsprechende Nachfüllung bzw. eine entsprechende Strang- Ausziehgeschwindigkeit einzustellen.3 'Knowing the fill level inside the mold makes it possible to set a corresponding refill or a corresponding strand pull-out speed.

Zur Füllstandmessung müssen zuverlässige und schnelle Messmethoden eingesetzt werden. Die entsprechenden Messvorrichtungen müssen auch dann 15 einsetzbar sein, wenn in einem abgeschlossenen System unter Pulver oder unter Schutzgas gearbeitet wird; sie sollen ferner so eingebaut werden können, dass sie nicht stören, -insbesondere darf der Zugang zur Kokille nicht behindert werden- und dass sie zugleich selbst geschützt sind. Solche Messeinrichtung sollen überdies keine Gefahrenquellen darstellen.Reliable and fast measuring methods must be used for level measurement. The corresponding measuring devices must also be able to be used when working in a closed system under powder or under protective gas; They should also be able to be installed in such a way that they do not interfere, in particular access to the mold must not be hindered, and that they are themselves protected. Such measuring devices should also not represent any sources of danger.

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Die vorgenannten Anforderungen können mit den heute bekannten Messmethoden weder für Vorblöcke noch für Brammen erfüllt werden.With the measurement methods known today, the aforementioned requirements can neither be met for blooms nor for slabs.

Optische Verfahren können nur bedingt eingesetzt werden wenn unter 25 Pulver oder in abgeschlossenen Systemen vergossen wird.Optical processes can only be used to a limited extent if powder is poured under 25 or in closed systems.

Messmethoden in denen radioaktive Substanzen verwendet werden, stossen auf zunehmend strengere Genehmigungsverfahren. 1 2 3 4 5 6Measurement methods in which radioactive substances are used are encountering increasingly stricter approval procedures. 1 2 3 4 5 6

Generell ist bekannt, dass durch Aenderungen der einen Leiter durch 2 setzenden magnetischen Felder im Leiter Ströme induziert werden, und 3 dass aus den Sekundärfeldern dieser Ströme auf die Anwesenheit des Lei 4 ters geschlossen werden kann. Eine hierauf beruhende Messmethode ist in 5 der deutschen Offenlegungschrift 2.101.729 beschrieben. Bekannt ist 6 auch, dass sich die Impedanz einer Spule ändert, wenn man einen Leiter in das Feld der Spule bringt.It is generally known that currents are induced in the conductor by changes in the one conductor due to two magnetic fields that set, and 3 that the presence of the conductor can be inferred from the secondary fields of these currents. A measurement method based on this is described in 5 of German laid-open specification 2.101.729. It is also known that the impedance of a coil changes when a conductor is brought into the field of the coil.

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Eine Messmethode, die auf diesen Erkenntnissen beruht wird in der französischen Patentschrift 2.251.811 beschrieben und sieht vor, dass ein kontaktloses Induktionsmessgerät die Lage der Grenze zwischen zwei Phasen bestimmt, die unterschiedliche Dichten sowie Resistivität aufwei-5 sen, wobei zumindest eine der Phasen den Strom leitet ohne magnetisch zu sein. Das Messgerät begreift Arbeite- sowie Messpulen, die in offe-' ner Anordnung auf die besagte Grenze gerichtet sind. Wesentlich ist hierbei, dass das Messystem aus zwei offenen U-förmigen Magnetkernen besteht, die parallel zueinander angordnet sind, wobei die Messpulen 10 gegeneinander geschaltet sind.A measurement method which is based on these findings is described in French patent specification 2,251,811 and provides that a contactless induction measuring device determines the position of the boundary between two phases, which have different densities and resistivity, at least one of the phases being the same Electricity conducts without being magnetic. The measuring device understands working and measuring coils, which are directed towards the said limit in an open arrangement. It is important here that the measuring system consists of two open U-shaped magnetic cores which are arranged parallel to one another, the measuring coils 10 being connected to one another.

Doch versagen solche Messmethoden beim Stranggiessen von Stahl, da die gut leitende Kupferkokille die Felder so stark abschirmt, dass die Empfindlichkeit der Messeinrichtung nicht befriedigen kann.However, such measuring methods fail when continuously casting steel, since the highly conductive copper mold shields the fields so strongly that the sensitivity of the measuring device cannot be satisfactory.

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Einrichtungen die über der Kokille oder am oberen Kokillenrand angeordnet sind, behindern die Zugänglichkeit und können durch überlaufenden Stahl zerstört werden.Devices that are located above the mold or on the upper mold edge hinder accessibility and can be destroyed by overflowing steel.

20 Die Anmelderin hat in ihrer luxemburgischen Patentanmeldung 80.410 ein Verfahren beschrieben gemäss welchem der Einfluss der Kokille ausgeschaltet wird, indem eine felderzeugende Primärspule und zwei gegeneinander geschaltete gleichartige Sekundärspulen sowie das flüssige Metall eine Anordnung bilden, in der die Lage des Metallspiegels zu den Spulen 25 eine induzierte Spannung hervorrufen kann. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Primärspule sowie die Sekundärspule berührungslos koaxial um das Gefäss legt, dass man die aufgrund der Lage des Metallspiegels in den Sekundärspulen induzierte Spannung sowie die elektrische Leitfähigkeit des Metalls misst und dass man aus dem unter 30 Berücksichtigung des gemessenen Leitfähigkeitwertes korrigierten Spannungswert die Lage des Metallspiegels bestimmt.20 In her Luxembourg patent application 80.410, the applicant described a method according to which the influence of the mold is switched off in that a field-generating primary coil and two secondary coils of the same type, which are connected to one another, and the liquid metal form an arrangement in which the position of the metal mirror relative to the coils 25 is one induced voltage. The method is characterized in that the primary coil and the secondary coil are placed coaxially around the vessel without contact, that the voltage induced due to the position of the metal mirror in the secondary coils and the electrical conductivity of the metal are measured, and that the measured under 30 taking into account Conductivity value corrected voltage value determines the position of the metal mirror.

Diese Methode eignet sich in ersten Linie jedoch nur für Rohrkokillen kleiner Dimensionen.However, this method is primarily only suitable for tube molds of small dimensions.

Das Ziel der Erfindung bestand darin, eine Messmethode mit dazugehörigen Vorrichtungen zur Bestimmung des Füllstandes in Stranggiessko- 35 - 3 - killen zu finden, wobei die Erfindung den oben angegebenen Anforderungen genügen und die den bekannten Verfahren innewohnenden Nachteile vermei-. den sollte.The aim of the invention was to find a measurement method with associated devices for determining the fill level in continuous casting molds, the invention meeting the requirements specified above and avoiding the disadvantages inherent in the known methods. that should.

5 Die angestrebten Vorteile werden erreicht durch das erfindungsgemässe Verfahren, dessen wesentlichstes Merkmal darin besteht, dass man ein horizontales in vertikaler Richtung inhomogenes magnetisches Gleichfeld erzeugt, dieses Gleichfeld durch Bewegen seiner Quelle in eine Oszillation versetzt, die im gleichen Sinn und im gleichen Rhytmus wie die 10 Oszillation der Kokille verläuft, dass man die Intensität des Feldes nach Durchdringen der Kokille kontinuierlich mit Hilfe von Detektoren die ebenfalls mit der Kokille oszillieren, misst und aus der Aenderung der Intensität, bezogen auf die Relativgeschwindigkeit zwischen Strang und oszillierendem System sowie die Leitfähigkeit des Bades, auf die 15 Höhe des Badspiegels schliesst.5 The desired advantages are achieved by the method according to the invention, the most important feature of which is that a horizontal inhomogeneous DC magnetic field is generated in the vertical direction, this DC field is set into oscillation by moving its source, which in the same sense and in the same rhythm as that 10 The mold oscillates by continuously measuring the intensity of the field after penetrating the mold with the help of detectors that also oscillate with the mold and by changing the intensity, based on the relative speed between the strand and the oscillating system and the conductivity of the bath closes at the 15 level of the bathroom mirror.

Statt magnetische Gleichfelder kann man erfindungsgemäss auch Felder mit Frequenzen bis zu einigen Hertz, die durch die gut leitende Kupferkokille nicht bzw. kaum behindert werden, verwenden.Instead of constant magnetic fields, according to the invention it is also possible to use fields with frequencies of up to a few Hertz, which are not or hardly hindered by the highly conductive copper mold.

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Was die magnetische Permeabilität der flüssigen Metalle anbelangt, so stimmt diese in guter Näherung mit der von Vakuum, Luft- oder Schutzgasen überein, d.h. die relative magnetische Permeabilität unterscheidet sich allenfalls minimal von Eins.As far as the magnetic permeability of the liquid metals is concerned, this agrees to a good approximation with that of vacuum, air or protective gases, i.e. the relative magnetic permeability differs minimally from one at best.

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Auf der Grundlage der magnetischen Eigenschaften des flüssigen Metalls lassen sich diese also kaum indentifizieren. Die magnetischen Eigenschaften spielen deshalb auch bei der hier vorgestellten Methode keine Rolle.On the basis of the magnetic properties of the liquid metal, these can hardly be identified. The magnetic properties therefore play no role in the method presented here.

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Hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit sind die Unterschiede jedoch erheblich. So ist die Leitfähigkeit der Schlacken wesentlich geringer als die der flüssigen Metalle, und die Leitfähigkeit der umgebenden Luft oder Schutzgase ist in der Regel vernachlässigbar klein.The differences are significant with regard to electrical conductivity. The conductivity of the slags is much lower than that of the liquid metals, and the conductivity of the surrounding air or protective gases is usually negligible.

35 Daher sind bei gleichen Randbedingungen die im flüssigen Metall induzierten elektrischen Ströme gross gegenüber denen, die in Schlacke oder Luft oder Schutzgas induziert werden oder fHessen würden, wenn über - 4 -35 Therefore, given the same boundary conditions, the electrical currents induced in the liquid metal are large compared to those which would be induced in slag or air or protective gas or would result if - 4 -

Elektroden Spannungen angelegt werden, was jedoch grössere Schwierigkeiten bereiten würde.Electrode voltages are applied, but this would be more difficult.

Dadurch, dass man die Kokille mit dem eingebauten Magnetfeld in ver-5 tikaler Richtung oszillieren lässt, bewegen sich nun in einfacher Weise Magnetfeld und Materie relativ zueinander. Hierdurch werden elektrische Spannungen induziert. Sie führen in inhomogenen Feldern zu Strömen, deren Erregung sich der primären Erregung überlagert und diese langsam , - mit der Hubfrequenz, also etwa 1 Hz-periodisch schwächt und wieder 10 verstärkt. Die induzierten Stromdichten sind dabei umso stärker je grösser die elektrische Leitfähigkeit ist. Die Messignale werden dabei auf die Leitfähigkeit bezogen.By allowing the mold to oscillate in the vertical direction with the built-in magnetic field, the magnetic field and matter move in a simple manner relative to one another. This induces electrical voltages. They lead to currents in inhomogeneous fields, the excitation of which overlaps the primary excitation and weakens it slowly - periodically with the stroke frequency, i.e. about 1 Hz, and amplifies it again. The greater the electrical conductivity, the stronger the induced current densities. The measurement signals are related to the conductivity.

Die primäre zeitunabhängige oder zeitliche nur langsam veränderliche 15 Induktion wird damit so langsam variiert, dass sie durch die Wand der Kokille zum mitoszillierenden Messwertaufnehmer dringen kann und dort nach an sich bekannten Methoden registriert werden kann und eine laufende Information über den Badspiegel gibt.The primary time-independent or temporally only slowly changing induction is varied so slowly that it can penetrate through the wall of the mold to the oscillating measuring sensor and can be registered there according to methods known per se and provides ongoing information about the bath level.

20 Die Feldänderungen sind proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen Leiter und zeitkonstanter Induktion. Die Geschwindigkeit der Kokille relativ zur Giessbühne, sowie die Strangauszugsgeschwindigkeit werden in an sich bekannter Weise kontinuierlich gemessen, z.Bsp. mit Hilfe von induktiven Wegaufnehmern oder Tachogeneratoren. Zur Bestim-, 25 mung des Füllstandes werden die gemessenen Feldänderungen auf die20 The field changes are proportional to the relative speed between the conductor and time-constant induction. The speed of the mold relative to the casting platform and the strand pull-out speed are measured continuously in a manner known per se, e.g. with the help of inductive displacement sensors or tachogenerators. In order to determine the level, the measured field changes are based on the

Relativgeschwindigkeit zwischen Kokille und Strang bezogen.Relative speed between mold and strand related.

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Zur Erhöhung der Auflösung bei der Messung der Aenderungen der magnetischen Induktion ist es zweckmässig, den Untergrund abzuziehen. Hierzu 30 wird am einfachsten an einer anderen geeigneten Stelle des Systems eine Vergleichsmessung durchgeführt.To increase the resolution when measuring changes in magnetic induction, it is advisable to remove the background. The easiest way to do this is to carry out a comparison measurement at another suitable point in the system.

Die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenseite der Kokillenwand (K2), 35 oberhalb der Mitte der Kokillen-Längsseite, zumindest eine Feldquelle (S) und an der gegenüberliegenden Aussenseite (Kl) zumindest ein Felddetektor (Dl bzw. D2) angeordnet sind, wobei zur Messung der Geschwindigkeit * - 5 - der Kokille beim Oszillieren ein induktiver Wegaufnehmer vorgesehen ist und dass der bzw. die Felddetektoren sowie der Wegaufnehmer mit einem Mikroprozessorsystem gekoppelt sind.The device for performing the method according to the invention is characterized in that on the outside of the mold wall (K2), 35 above the center of the long side of the mold, at least one field source (S) and on the opposite outside (Kl) at least one field detector (Dl or . D2) are arranged, an inductive displacement transducer being provided for measuring the speed * - 5 - of the mold during oscillation, and the field detector (s) and the displacement transducer being coupled to a microprocessor system.

5 Letzteres übernimmt die Auswertung der gemessenen Signale und die Steuerung der Nachfüll- bzw. der Strangausziehgeschwindigkeit.5 The latter takes over the evaluation of the measured signals and the control of the refill or strand pull-out speed.

Als Magnetfeldquellen können Permanentmagnete oder Spulen mit einem . magnetischen Kern dienen. Damit sich die gewünschten Felder ausbilden, 10 sind in der Umgebung magnetische oder nichtmagnetische Werkstoffe geeignet zu. verwenden.Permanent magnets or coils with a. serve magnetic core. So that the desired fields are formed, 10 magnetic or non-magnetic materials are suitable in the environment. use.

In Analogie zu Messmethoden mittels radioaktiver Strahlung, entsprechen die Anordnung der Magnetfeldquelle und die Richtung des Magnetfeldes im 15 wesentlichen der Anordnung der radioaktiven Strahlenquelle und der Richtung der radioaktiven Strahlen. Als Detektor wird statt des Szintillationszählers ein Detektor zur Messung des Magnetfeldes verwendet, vorzugsweise ein Saturationskernmagnetometer.Analogous to measurement methods using radioactive radiation, the arrangement of the magnetic field source and the direction of the magnetic field essentially correspond to the arrangement of the radioactive radiation source and the direction of the radioactive rays. Instead of the scintillation counter, a detector for measuring the magnetic field is used as the detector, preferably a saturation nuclear magnetometer.

20 Statt einer Magnetfeldquelle können auch mehrere verwendet werden.20 Instead of one magnetic field source, several can be used.

Werden keine Permanentmagnete verwendet, sondern felderzeugende Spulen, so werden diese elektrisch zweckmässig hintereinander geschaltet.If no permanent magnets are used, but field-generating coils, then these are electrically connected in series, as appropriate.

Zur bildhaften Erläuterung der Erfindung dient die Zeichnung, die eine , 25 schematische Prinzipskizze des Aufbaus der erfindungsgemässen Vorrich tung zeigt.To illustrate the invention, the drawing is used, which shows a schematic diagram of the structure of the device according to the invention.

Die Spule (S), die einen Kern mit hoher magnetischer Permeabilität enthält, erzeugt ein räumlich inhomogenes aber zeitlich weitgehend 30 konstantes Magnetfeld (H), welches die Kokillenwände (Kl und K2) und das Stahlbad (ST) durchsetzt. Die Spule (S) und die Magnetfelddetektoren (Dl) und ggfl. als Referenz (D2), sind fest mit der Kokille verbunden und oszillieren relativ zur Giessbühne. Vom Kokillensystem aus betrachtet oszilliert der Badspiegel (B) des Stahlbades in einem 35 inhomogenen Feld, wodurch periodische Spannungen und Ströme im Stahlbad * » - 6 - induziert werden und wobei deren magnetische Felder sich dem primären überlagern. Der nicht gezeigte induktive Wegaufnehmer, der die Kokillenoszillation verfolgt ist, wie die Felddetektoren mit einem ebenfalls nicht gezeigten Mikroprozessor gekoppelt.The coil (S), which contains a core with high magnetic permeability, generates a spatially inhomogeneous but largely constant magnetic field (H), which penetrates the mold walls (Kl and K2) and the steel bath (ST). The coil (S) and the magnetic field detectors (Dl) and if necessary. as a reference (D2), are firmly connected to the mold and oscillate relative to the casting platform. Viewed from the mold system, the bath level (B) of the steel bath oscillates in a 35 inhomogeneous field, which induces periodic voltages and currents in the steel bath * »- 6 - and their magnetic fields overlap the primary one. The inductive displacement sensor, not shown, which tracks the mold oscillation, is coupled to the microprocessor, also not shown, like the field detectors.

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Claims (9)

1. Verfahren zum Messen des Füllstandes in Stranggiesskokillen, insbesondere in Kokillen die eine Einrichtung zum Oszillieren in1. A method for measuring the level in continuous casting molds, in particular in molds which have a device for oscillating in 2. Verfahren hach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Magnetfeldquellen oder mehrere Detektoren zur Feldmessung benutzt werden und dass durch eine Differenzbildung der Messignale die Empfindlichkeit erhöht wird. 202. The method according to claim 1, characterized in that a plurality of magnetic field sources or a plurality of detectors are used for field measurement and that the sensitivity is increased by forming the difference between the measurement signals. 20th 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte magnetische Feld eine niedrige Frequenz bis zu einigen Hz aufweist.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the magnetic field generated has a low frequency up to a few Hz. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass üie ' magnetische Erregungsniederfrequenz so variiert wird, dass sich die Auswertung der Signale vereinfacht.4. The method according to claims 1-3, characterized in that üie 'magnetic excitation low frequency is varied so that the evaluation of the signals is simplified. 5 Feldquelle eine Spule mit einem magnetischen Kern ist.5 field source is a coil with a magnetic core. 5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, 30 dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenseite der Kokillenwand (K2), oberhalb der Mitte der Kokillen-Längsseite, zumindest eine Feldquelle (S) und an der gegenüberliegenden Aussenseite (Kl) zumindest ein Felddetektor (Dl bzw. D2) angeordnet sind, wobei zur Messung der Geschwindigkeit der Kokille beim Oszillieren ein induk- 35 tiver Wegaufnehmer vorgesehen ist und dass der bzw. die Felddetektoren sowie der Wegaufnehmer mit einem Mikroprozessorsystem gekoppelt sind. « % - 2 -5. Device for performing the method according to claims 1-4, 30 characterized in that on the outside of the mold wall (K2), above the center of the long side of the mold, at least one field source (S) and on the opposite outside (Kl) at least one field detector (D1 or D2) is arranged, an inductive displacement sensor being provided for measuring the speed of the mold during oscillation, and the field detector (s) and the displacement sensor being coupled to a microprocessor system. «% - 2 - 5 Achsenrichtung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass man ein horizontales in vertikaler Richtung inhomogenes magnetisches Gleichfeld erzeugt, dieses Gleichfeld durch Bewegen seiner Quelle in eine Oszillation versetzt die im gleichen Sinn und im gleichen Rhyt-» mus wie die Oszillation der Kokille verläuft, dass man die Intensi- 10 tat des Feldes nach Durchdringen der Kokille kontinuierlich mit Hilfe von Detektoren die ebenfalls mit der Kokille oszillieren, misst und aus der Aenderung der Intensität, bezogen auf die Relativgeschwin-digkeit zwischen Strang und oszillierendem System sowie die Leitfähigkeit des Bades, auf die Höhe des Badspiegels schliesst. 155 axis direction, characterized in that one generates a horizontal inhomogeneous magnetic direct field in the vertical direction, this direct field by moving its source sets in an oscillation in the same sense and in the same rhythm as the oscillation of the mold, that the Intensity of the field after penetration of the mold continuously measures with the help of detectors that also oscillate with the mold, and from the change in intensity, based on the relative speed between the strand and the oscillating system and the conductivity of the bath, to the height of the bathroom mirror closes. 15 6. Vorrichtung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldquelle ein Permanentmagnet ist.6. The device according to claim 5, characterized in that the field source is a permanent magnet. 7. Vorrichtung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die7. The device according to claim 5, characterized in that the 8. Vorrichtung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der . * Felddetektor ein Saturationskernmagnetometer ist.8. The device according to claim 5, characterized in that the. * Field detector is a Saturation nuclear magnetometer. 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung der Signale ein Mikroprozessor verwendet wird der zugleich die Regelung des Stahlzuflusses und/oder der Strangauszugsgeschwindigkeit übernimmt. «9. Device according to claims 5-8, characterized in that a microprocessor is used for evaluating the signals which at the same time takes over the regulation of the steel inflow and / or the strand pull-out speed. «