WO2011113701A1 - Vorrichtung und verfahren zum verschliessen einer abflussöffnung eines metallurgischen gefässes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum verschliessen einer abflussöffnung eines metallurgischen gefässes Download PDF

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    • B22D41/20—Stopper-rod operating equipment

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for closing a drain opening in a metallurgical vessel.
  • the casting process takes place from liquid steel via pouring pans, intermediate containers (distribution channels) into oscillating molds with a downstream strand guiding system.
  • the targeted maximum emptying of the intermediate container / distributor channels takes place taking into account the actual casting speed, the current distributor weight and the experience of the casting master in manual or automatically controlled processes.
  • slag which floats on the melt
  • slag entering the continuous casting mold forces the casting process to cease because slag inclusions make the casting material unusable. Determining whether flaws exist in a processed cast material due to slag inclusions also increases the cost of the product.
  • This object is achieved with the subject matter of claim 1.
  • This article is characterized by a stopper rod disposed in the vessel above the drainage port for closing the drainage port; a stopper rod mechanism for raising and lowering the stopper rod; a sensor for detecting vibrations of the stopper rod or the stopper rod mechanism caused by the outflow of melt from the vessel through the discharge port; and a control device for controlling a closure means for the discharge opening of the vessel in accordance with the vibrations detected by the sensor on the stopper rod or on the stopper rod mechanism.
  • Vortex is synonymous with vertebrae.
  • eddies are called circular flows of a fluid.
  • a vortex forms because a sufficiently large velocity gradient occurs within the fluid. This means that a part of the liquid flows much faster than the rest.
  • the sensor which is located either on the stopper rod or on the stopper rod mechanism, detects the vibrations as a primary signal and passes it on to a control device.
  • the sensor forwards the oscillation of the stopper rod or the stopper rod mechanism directly and in the form of an electrical signal to the control device, and the closure of the discharge opening of the metallurgical vessel is effected immediately.
  • the vortex effect is detected earlier and the consequent closure of the drain opening occurs earlier than in the prior art, an optimal steel application with low losses is ensured in the present invention.
  • Optimal steel application is ensured when a maximum proportion of molten metal flows into the continuous casting mold and the proportion of slag is equal to zero. A safe, reproducible and targeted timely closing of the intermediate container / the distribution channel is given by this arrangement.
  • the closure device for the drainage opening is designed as a slide, which is arranged below the drainage opening, or as the stopper rod. Both closing operations of the drainage opening, either with the stopper rod or with the slide below the discharge opening, prevent the outflow of slag now contained in the melt from being prevented.
  • the slide can also be designed as emergency slide, ie that the drain opening can also be closed when the stopper rod does not close the drain opening sufficiently. This can occur, for example, due to technical defects.
  • the sensor which may be designed as an electrical vibration sensor, acceleration sensor, sound sensor, strain gauge, force sensor, pressure sensor or position sensor, detects the oscillation frequency at the plug or the stopper rod mechanism sufficiently and promptly and passes this detected vibration as an electrical signal to the control device.
  • Figure 1 shows the arrangement sketch of the device.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are described in detail below with reference to FIG.
  • FIG. 1 shows a metallurgical vessel 10, which receives melt 140 from a ladle 100 and discharges it through an outflow opening 120 into an oscillating mold 130.
  • the subsequent strand guide is not shown here.
  • a stopper rod 205 is arranged, which is connected to a stopper rod mechanism 210. Attached to the stopper rod 205 or stopper rod mechanism 210 is a sensor 220 which transmits oscillations of the stopper rod 205 or stopper rod mechanism 21 0, which occur in the melt 140 due to vortex formation, as signals to a controller 230.
  • a slide 300 which can also be used as emergency slide, arranged. The drain opening 120 can thus be closed either with the stopper rod 205 or with the slider 300.
  • the vortex effect which occurs during the outflow of the melt 140 from the metallurgical vessel 110 causes vibrations in the melt 140.
  • the vibrations occurring in the melt 140 are transmitted to the stopper rod 205, which is located in the melt 140, and thus to the stopper rod mechanism 210 , Since the stopper rod 205 is located directly and centrally above the drainage port 120, timely and direct transmission of the vibrations as a primary signal to the stopper rod 205 and the stopper rod mechanism 210 is provided.
  • These vibrations are detected by a sensor 220, which is arranged on the stopper rod 205 or the stopper rod mechanism 210, and forwarded as a signal to a control device 230.
  • the controller 230 compares the signal with a predetermined threshold.
  • the control device If the current amplitude and / or frequency of the oscillations represented by the signal exceeds the predetermined threshold value, the control device generates an output signal which activates the shutter. It will either the stopper rod 205 or a Slider 300 controlled below the drain opening 1 20, which cause the closure of the drain opening 120. Since there is a risk that the slag and melt will mix as from the occurrence of the vortex effect, a targeted, early and immediate lowering of the stopper rod 205 or the targeted, timely and rapid blocking of the steel flow via the slide 300 below the drain opening 120 is necessary. In the present invention, the timing for the closure of the drain opening is required to achieve optimum separation between melt and slag. Exactly this point in time is determined by the vortex effect, which always occurs when the metallurgical vessel 1 10 is to be emptied at the end of the casting or when the vessel 1 10 is changed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (200) und ein Verfahren zum Verschließen einer Abflussöffnung (120) eines metallurgischen Gefäßes (110). Die Vorrichtung umfasst eine Stopfenstange (205), die in dem Gefäß oberhalb der Abflussöffnung (120) zum Schließen der Abflussöffnung (120) angeordnet ist, einen Stopfenstangenmechanismus (210) zum Heben und Senken der Stopfenstange (205) und einen Sensor (220) zur Erfassung von Schwingungen der Stopfenstange (205) oder des Stopfenstangenmechanismus (210). Um den Zeitpunkt zum Verschließen der Abflussöffnung des metallurgischen Gefäßes möglichst frühzeitig zu erfahren und eine optimale Separierung zwischen Schmelze und Schlacke zu erzielen, umfasst die Vorrichtung (200) eine Steuereinrichtung (230) zum Ansteuern einer Verschlusseinrichtung für die Abflussöffnung (120) des Gefäßes je nach Maßgabe der von dem Sensor (220) erfassten Schwingungen an der Stopfenstange (205) oder an dem Stopfenstangenmechanismus (210).

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Verschließen einer Abflussöffnung eines metallurgischen Gefäßes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verschließen einer Abflussöffnung in einem metallurgischen Gefäß.
In Stranggießanlagen erfolgt der Abgießvorgang von Flüssigstahl über Gieß- pfannen, Zwischenbehälter (Verteilerrinnen) in oszillierende Kokillen mit einem nachgeschalteten Strangführungssystem. Die gezielte maximale Entleerung der Zwischenbehälter/Verteilerrinnen findet unter Berücksichtigung der aktuellen Gießgeschwindigkeit, des aktuellen Verteilergewichtes und der Erfahrung des Gießmeisters in manuellen oder automatisch gesteuerten Abläufen statt. Um eine optimale Qualität der Bramme zu gewährleisten sollte ein Nachlaufen der Schlacke, die auf der Schmelze schwimmt, in die Stanggießkokille verhindert werden. Grundsätzlich zwingt Schlacke, die in die Stranggießkokille gelangt, zum Abbruch des Gießvorgangs, da Schlackeneinschlüsse den Gusswerkstoff unbrauchbar machen. Die Feststellung, ob in einem verarbeiteten Gusswerk- stoff aufgrund von Schlackeeinschlüssen Fehlerstellen vorhanden sind, verteuert außerdem das Produkt. Um dies zu verhindern, wurden verschiedene Vorgehensweisen/Verfahren entwickelt, die während des Abgießvorgangs den Zeitpunkt ermitteln, bei dem sich die Schlacke mit der Schmelze vermischt. Es wurde festgestellt, dass sich bei fallendem Badspiegel in dem Zwischengefäß ein Wirbel (der Vortex Effekt) an der Abflussöffnung ausbildet. Aufgrund des Vortex Effektes wird die auf der Schmelzbadoberfläche befindliche Schlacke mit in die abfließende Schmelze gezogen und strömt in den Gießstrahl.
Aus der EP 0 172 394 ist ein Kontroll- und Messverfahren bekannt, welches das Eindringen von Schlacke in eine Stranggießkokille und damit in den Gusswerkstoff verhindert. Die Druckschrift beschreibt eine kontinuierliche Messung des Gewichts des Vorratsbehälters mit Schmelzinhalt und eine zeitparallele kontinuierliche Messung der Schmelzspiegelhöhe im Vorratsbehälter. Aus der Abweichung vom spezifischen Gewicht der Schmelze berechnet sich das Vorhandensein von Schlacke. Aus der WO 2005-062846 ist ein Verfahren bekannt, bei dem über Mikrowellenmessung direkt über der Abflussöffnung der Vortex Effekt erfasst und anschließend die Schließung der Abflussöffnung angesteuert wird.
Aus der WO 90-13380 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei dem über eine Schwingungsmessung am Abflussrohr des Behälters der Vortex Effekt erfasst wird. Dieses Signal wird dann einer Steuereinrichtung zugeführt, welche im Ansprechen auf das Signal ein Verschließen der Abflussöffnung durch Einfahren eines Schiebers in das Abflussrohr veranlasst. Da der Schwingungssensor am unteren Gestänge der Vorrichtung angebracht ist, wird der Vortex Effekt nachteiligerweise erst ermittelt, wenn er sich in dem Abflussrohr ausgebildet hat und die Schwingung dann auf die Vorrichtung übertragen worden ist.
Ausgehend vom geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine bekannte Vorrichtung oder ein bekanntes Verfahren zum Verschließen einer Abflussöffnung eines metallurgischen Gefäßes dahingehend weiterzubilden, dass der Zeitpunkt des Auftretens des Vortex Effekts direkt und unmittelbar beim Auftreten erfasst wird und das Verschließen des Gefäßes frühzeitig und umgehend erfolgt.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Dieser Gegenstand ist gekennzeichnet durch eine Stopfenstange, die in dem Gefäß oberhalb der Abflussöffnung zum Schließen der Abflussöffnung angeordnet ist; einen Stopfenstangenmechanismus zum Heben und Senken der Stopfenstange; einen Sensor zur Erfassung von Schwingungen der Stopfenstange oder des Stopfenstangenmechanismus, verursacht durch das Abfließen von Schmelze aus dem Gefäß durch die Abflussöffnung; und eine Steuereinrichtung zum An- steuern einer Verschlusseinrichtung für die Abflussöffnung des Gefäßes je nach Maßgabe der von dem Sensor erfassten Schwingungen an der Stopfenstange oder an dem Stopfenstangenmechanismus.
Vortex steht als ein Synonym für Wirbel. Als Wirbel bezeichnet man in der Strö- mungslehre Kreisströmungen eines Fluids. Wenn ein Fluid aus einem Becken in ein Abflussrohr strömt bildet sich ein Wirbel, weil innerhalb des Fluids ein ausreichend großer Geschwindigkeitsgradient entsteht. Das heißt, dass ein Teil der Flüssigkeit deutlich schneller fließt, als der Rest. Dadurch, dass die Stopfenstange direkt und mittig oberhalb der Abflussöffnung des metallurgischen Gefäßes in der Schmelze angeordnet ist und sich der Stopfenstangenmechanismus daran anschließt, ergibt sich die Möglichkeit einer sehr frühzeitigen und zeitnahen Schwingungsaufnahme im Zentrum des Wirbels. Der Sensor, der entweder an der Stopfenstange oder an dem Stopfen- Stangenmechanismus angeordnet ist, erfasst die Schwingungen als Primärsignal und leitet es an eine Steuereinrichtung weiter. Sobald sich im Gefäß die Prozesssituation Vortex ergibt, leitet der Sensor direkt und zeitnah die Schwingung der Stopfenstange oder des Stopfenstangenmechanismusses in Form eines elektrischen Signals an die Steuereinrichtung weiter und das Verschlie- ßen der Abflussöffnung des metallurgischen Gefäßes wird sofort bewirkt. Dadurch, dass der Vortex-Effekt früher erkannt wird und auch das dadurch bedingte Verschließen der Abflussöffnung früher erfolgt, als im Stand der Technik ist bei der vorliegenden Erfindung eine optimale Stahlausbringung mit geringen Verlusten gewährleistet. Eine optimale Stahlausbringung ist dann gewährleistet, wenn ein maximaler Anteil von Metallschmelze in die Stranggießkokille abfließt und der Schlackenanteil gleich Null ist. Auch ein sicheres, reproduzierbares und gezieltes rechtzeitiges Schließen des Zwischenbehälters/der Verteilerrinne ist durch diese Anordnung gegeben. Als weiteren Vorteil ist der verbesserte Reinheitsgrad der letzten Bramme, d.h. es befindet sich keine Schlacke im Stahl- fluss zur Kokille, zu nennen. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Verschlusseinrichtung für die Abflussöffnung als ein Schieber, der unterhalb der Abflussöffnung angeordnet ist, oder als die Stopfenstange ausgebildet. Beide Schließvorgänge der Abflussöffnung, entweder mit der Stopfenstange oder mit dem Schieber unterhalb der Abflussöffnung, bewirken, dass der Abfluss der nun in der Schmelze enthal- tenen Schlacke verhindert wird. Der Schieber kann auch als Notschieber ausgebildet sein, d.h. dass die Abflussöffnung auch verschlossen werden kann, wenn die Stopfenstange die Abflussöffnung nicht ausreichend verschließt. Dies kann z.B. aufgrund technischer Defekte auftreten. Der Sensor, der als elektrischer Schwingungssensor, Beschleunigungssensor, Schallsensor, Dehnungsmessstreifen, Kraftsensor, Drucksensor oder Positionssensor ausgebildet sein kann, erfasst die Schwingungsfrequenz am Stopfen oder am Stopfenstangenmechanismus ausreichend und zeitnah und gibt diese erfasste Schwingung als elektrisches Signal an die Steuereinrichtung weiter.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch das in dem unabhängigen Verfahrensanspruch 4 beanspruchte Verfahren gelöst. Die Vorteile dieser verfahrensmäßigen Lösung entsprechen den oben mit Bezug auf die Vorrichtung genannten Vorteilen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und des Verfahrens der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Beschreibung ist eine Figur beigefügt, wobei Figur 1 : Anordnungsskizze der Vorrichtung zeigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur 1 detailliert beschrieben.
In Figur 1 ist ein metallurgisches Gefäß 1 10 dargestellt, das Schmelze 140 aus einer Pfanne 100 zugeführt bekommt und diese durch eine Abflussöffnung 120 in eine oszillierende Kokille 130 abführt. Die sich anschließende Strangführung ist hier nicht dargestellt. Genau oberhalb und mittig über der Abflussöffnung 120 ist eine Stopfenstange 205 angeordnet, die mit einem Stopfenstangenmechanismus 210 verbunden ist. An der Stopfenstange 205 oder dem Stopfenstangenmechanismus 210 ist ein Sensor 220 angebracht, der Schwingungen der Stopfenstange 205 oder des Stopfenstangenmechanismus 21 0, die aufgrund von Wirbelbildung in der Schmelze 140 auftreten, als Signale an eine Steuereinrichtung 230 weiterleitet. Unterhalb der Abflussöffnung 120 ist ein Schieber 300, der auch als Notschieber verwendet werden kann, angeordnet. Die Abflussöffnung 120 kann somit entweder mit der Stopfenstange 205 oder mit dem Schieber 300 verschlossen werden.
Der beim Abfließen der Schmelze 140 aus dem metallurgischen Gefäß 1 10 auftretende Vortex Effekt erzeugt Schwingungen in der Schmelze 140. Die auftretenden Schwingungen in der Schmelze 140 werden auf die Stopfenstange 205, die sich in der Schmelze 140 befindet, und somit auf den Stopfenstangenmechanismus 210 übertragen. Da die Stopfenstange 205 direkt und mittig über der Abflussöffnung 120 angeordnet ist, ist eine zeitnahe und direkte Übertragung der Schwingungen als Primärsignal auf die Stopfenstange 205 und den Stopfenstangenmechanismus 210 gegeben. Diese Schwingungen werden von ei- nem Sensor 220, der an der Stopfenstange 205 oder dem Stopfenstangenmechanismus 210 angeordnet ist, erfasst und als Signal an eine Steuereinrichtung 230 weitergeleitet. Die Steuereinrichtung 230 vergleicht das Signal mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Wenn die durch das Signal repräsentierte aktuelle Amplitude und/oder Frequenz der Schwingungen den vorgegebenen Schwel- lenwert übersteigt, erzeugt die Steuereinrichtung ein Ausgangssignal, welches den Verschluss ansteuert. Es wird entweder die Stopfenstange 205 oder ein Schieber 300 unterhalb der Abflussöffnung 1 20 angesteuert, die den Verschluss der Abflussöffnung 120 bewirken. Da ab dem Auftreten des Vortex Effekts die Gefahr besteht, dass sich Schlacke und Schmelze vermischen, ist ein gezieltes, frühzeitiges und unmittelbares Absenken der Stopfenstange 205 oder das gezielte, frühzeitige und schnelle Blockieren des Stahlflusses über den Schieber 300 unterhalb der Abflussöffnung 120 nötig. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Zeitpunkt für den Verschluss der Abflussöffnung dahingehend benötigt, dass eine optimale Separierung zwischen Schmelze und Schlacke erzielt wird. Genau dieser Zeitpunkt wird über den Vortex Effekt, der immer dann auftritt wenn das metallurgische Gefäß 1 10 bei Gießende oder bei einem Wechsel des Gefäßes 1 10 entleert werden soll, bestimmt.
Bezugszeichenliste
100 Pfanne
1 10 metallurgisches Gefäß
120 Abflussöffnung
130 Kokille
140 Schmelze
200 Vorrichtung
205 Stopfenstange
210 Stopfenstangenmechanismus
220 Sensor
230 Steuereinrichtung
300 Schieber

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (200) zum Verschließen einer Abflussöffnung (120) eines metallurgischen Gefäßes (1 10),
gekennzeichnet durch
eine Stopfenstange (205), die in dem Gefäß oberhalb der Abflussöffnung (120) zum Schließen der Abflussöffnung (120) angeordnet ist;
einen Stopfenstangenmechanismus (210) zum Heben und Senken der Stopfenstange (205);
einen Sensor (220) zur Erfassung von Schwingungen der Stopfenstange (205) oder des Stopfenstangenmechanismus (210), verursacht durch das Abfließen von Schmelze (140) aus dem Gefäß durch die Abflussöffnung (120); und
eine Steuereinrichtung (230) zum Ansteuern einer Verschlusseinrichtung für die Abflussöffnung (120) des Gefäßes je nach Maßgabe der von dem Sensor (220) erfassten Schwingungen an der Stopfenstange (205) oder an dem Stopfenstangenmechanismus (210).
2. Vorrichtung (200) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verschlusseinrichtung für die Abflussöffnung (120) als ein Schieber (300), der unterhalb der Abflussöffnung (120) angeordnet ist, oder als die Stopfenstange (205) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung (200) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (220) als elektrischer Schwingungssensor, Beschleunigungssensor, Schallsensor, Dehnungsmessstreifen, Kraftsensor, Drucksensor oder Positionssensor ausgebildet sein kann.
4. Verfahren zum Verschließen einer Abflussöffnung (120) eines metallurgischen Gefäßes (1 10) mit folgenden Schritten:
Erfassen von Schwingungen in einer Schmelze (140) in dem metallurgischen Gefäß (1 10) aufgrund von Wirbelbildung beim Abfließen der Schmelze (140) aus dem Gefäß mit Hilfe eines Sensors (220); und Ansteuern einer Verschlusseinrichtung für die Abflussöffnung (120) des Gefäßes je nach Maßgabe der von dem Sensor (220) erfassten Schwingungen;
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Schwingungen in der Schmelze (140) auf eine in die Schmelze (140) hineinragende Stopfenstange (205) und einen Stopfenstangenmechanismus (210) übertragen und an der Stopfenstange (205) oder dem Stopfenstangenmechanismus (210) von dem Sensor (220) erfasst werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Wert der Amplitude und/oder der Frequenz eines von dem Sensor (220) erzeugten Signals, welches die erfasste Schwingung repräsentiert, der größer gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist, das Ansteuern zum Verschließen auslöst.
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