Verfahren zum Giessen von Metallschmelze sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Bei einem Verfahren zum Gießen von Metallschmelze von einem metallurgischen Gefäß (1), in dem die Metallschmelze (3) mit einer Schlackenschicht (2) bedeckt ist, in ein weiteres metallurgisches Gefäß (6), wird die Metallschmelze (3) zwischen den Gefäßen (1, 6) durch ein den Gießstrahl (5) bedeckendes Gießrohr (7) geführt. Um den Durchtritt von Schlacke (2) durch das Gießrohr (7) zuverlässig und mit sehr geringem Aufwand feststellen zu können, werden mittels zweier das Gießrohr (7) peripher umgebender Spulen (9, 10) Magnetfelder im Gießstrahl (5) induziert und wird die Differenz der Induktivitätsänderungen, die in den beiden Spulen (9, 10) durch die im Gießstrahl (5) durch die Magnetfelder hervorgerufenen Wirbelströme bewirkt sind, laufend gemessen und mit mindestens einem Grenzwert (U_o) verglichen und wird bei Über-undloder Unterschreiten des Grenzwertes (U_o) das Gießen unterbrochen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Metallschmelze von einem metallurgischen Gefäß, in dem die Metallschmelze mit einer Schlackenschicht bedeckt ist, in ein weiteres metallurgisches Gefäß, wobei die Metallschmelze zwischen den Gefäßen durch ein den Gießstrahl bedeckendes Gießrohr geführt ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Beim Gießen von Metallschmelze durch ein Gießrohr besteht das Problem, daß gegen Gießende eine die Metallschmelze bedeckende Schlacke durch das Gießrohr hindurch mitgegossen wird, was oftmals unerwünscht ist. Dieses Problem stellt-sich insbesondere beim Stranggießen von Stahl, da hierbei das Eindringen von Schlacke in die Kokille unbedingt vermieden werden soll.

[0003] Es ist bekannt (AT-B - 350 090), das Mitlaufen der Schlacke zu verhindern, indem man den Gießstrahl optisch beobachtet, beispielsweise mittels eines Verhältnis-Pyrometers. Für manche Gießverfahren, wie für das Stranggießen, ist dies jedoch nicht anwendbar, da der Gießstrahl dabei dem Luftsauerstoff ausgesetzt ist, was zu unerwünschten Veränderungen der Schmelzenzusammensetzung führen kann.

[0004] Es ist weiters bekannt (AT-B - 364 754, AT-B - 365 497), das Mitlaufen von Schlacke beim Austritt der Metallschmelze von einem metallurgischen Gefäß zu verhindern, indem die in dem Gefäß befindliche Metallschmelzenmenge und/oder Schlackenschmelzenmenge sowie die Gesamtmenge laufend gemessen werden, beispielsweise mittels auf dem Metallschmelzenbadspiegel schwimmender Schwimmkörper und durch optische Beobachtung des Schlackenspiegels. Weiters ist es aus der AT-B - 364 754 und der AT-B - 365 497 bekannt, die Metallschmelzenmenge durch in der Ausmauerung des metallurgischen Gefäßes vorgesehene Induktionsschleifen festzustellen, was jedoch aufwendig ist.

[0005] Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit dem es mit sehr geringem Aufwand möglich ist, den Durchtritt von Schlacke durch ein Gießrohr zuverlässig festzustellen, wobei auch unterschiedliche Betriebsbedingungen (Durchflußmengen, Durchflußgeschwindigkeiten, Temperaturen, Anbackungen von Metall an der Gießrohrwandung etc.) berücksichtigt werden können und wobei ein direkter Kontakt mit der Metall- und Schlackenschmelze vermieden wird und metallurgische Gefäße herkömmlicher Art ohne Umbauten verwendet werden können.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels zweier das Gießrohr peripher umgebender Spulen Magnetfelder im Gießstrahl induziert werden und die Differenz der Induktivitätsänderungen, die in den beiden Spulen durch die im Gießstrahl durch die Magnetfelder hervorgerufenen Wirbelströme bewirkt sind, laufend gemessen und mit mindestens einem Grenzwert verglichen wird und daß bei Über- und/oder Unterschreiten des Grenzwertes das Gießen unterbrochen wird.

[0007] Innerhalb des Gießrohres weist der Gießsträhl eine turbulente Strömung auf, durch welche Strömung Wirbelströme hervorgerufen werden. Diese Wirbelströme bleiben bei unveränderter Durchflußmenge je Zeiteinheit etwa konstant, so lange Metallschmelze durch das Gießrohr strömt, so daß auch die Differenz der Induktivitätsänderungen an den Spulen etwa konstant ist. Sobald Schlacke in das Gießrohr eindringt und die erste der Spulen durchsetzt hat, steigt die Differenz der Induktivitätsänderungen an; sobald durch das Gießrohr nur mehr reine Schlacke strömt, geht die Differenz auf Null zurück, da die flüssige Schlacke wegen ihrer geringen elektrischen Leitfähigkeit keine Signaländerung liefern kann.

[0008] Vorzugsweise wird unter Ausnutzung dieses Phänomens das Gießen nach einem Ansteigen der Differenz der Induktivitätsänderungen über einen vorbestimmten Grenzwert innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalles und einem darauffolgenden Abfall der Differenz der Induktivitätsänderungen unter einen vorbestimmten Grenzwert innerhalb eines weiteren vorbestimmten Zeitintervalles unterbrochen.

[0009] Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem metallurgischen Gefäß, von dem ein Gießrohr in ein weiteres metallurgisches Gefäß gerichtet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gießrohr peripher von zwei in Längsrichtung des Gießrohres hintereinander angeordneten, von einer Wechselstromquelle gespeisten und in Serie geschalteten gleichen Spulen umgeben ist, wobei die Ausgänge der Spulen in eine Wheatstone-Brücke integriert sind, deren Brückendiagonale zwischen den Spulen angeschlossen ist.

[0010] Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wheatstone-Brücke ein Mittelwertgleichrichter und ein Spitzenwertgleichrichter mit jeweils einem Phasenverschieber nachgeschaltet sind, wobei Mittelwertgleichrichter und Spitzenwertgleichrichter parallel geschaltet sind, und daß sowohl dem Mittelwertgleichrichter und auch dem Spitzenwertgleichrichter jeweils ein Komparator nachgeordnet ist, wobei jeder der beiden Komparatoren zum Mittelwertgleichrichter und zum Spitzenwertgleichrichter parallel geschaltet ist.

[0011] Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt. Fig. 2 zeigt ein Signal, wie es beim Beginn eines Schlackenmitlaufens mit dem Metallgießstrahl auftritt. In Fig. 3 sind die Spannungsverläufe an den Eingängen der Komparatoren veranschaulicht.

[0012] In Fig. 1 ist mit 1 eine Gießpfanne bezeichnet, die mit von einer Schlackenschicht 2 bedeckter Stahlschmelze 3 gefüllt ist. Durch eine Bodenöffnung 4 fließt die Stahlschmelze in Form eines Gießstrahles 5 in ein unterhalb der Gießpfanne 1 befindliches Zwischengefäß 6, von dem aus die Stahlschmelze 3 in eine Kokille strömt, was in der Zeichnung jedoch nicht weiter dargestellt ist.

[0013] Um den Gießstrahl 5 vor Einflüssen des Luftsauerstoffes zu schützen, ist dieser von einem Gießrohr 7, einem sogenannten Schattenrohr umgeben, welches Schattenrohr entweder bis knapp über den Gießspiegel 8 des Zwischengefäßes 6 reicht oder in die im Zwischengefäß 6 befindliche Stahlschmelze 3 eintaucht. Um festzustellen, ob durch das Schattenrohr gegen Gießende des Abgießens der Stahlschmelze 3 von der Gießpfanne 1 in das Zwischengefäß 6 Schlacke 2 mitläuft oder nicht, ist das Schattenrohr7 von zwei Spulen 9, 10 peripher umgeben, wobei die Spulen, und dies ist wesentlich, in Längsrichtung des Gießrohres hintereinander angeordnet und in Serie geschaltet sind. Sie werden von einem Wechselstromtransformator 11, der mit einer Wechselstromspannung von etwa 5 kHz versorgt ist, gespeist.

[0014] Die Ausgänge der Spulen sind in eine Wheatstone-Brücke integriert, deren Widerstände die beiden Spulen 9, 10 und zwei ebenfalls in Serie geschaltete Spulen 12, 13 des Transformators 11 sind. Die Brückendiagonale 14 der Wheatstone-Brücke ist zwischen den jeweils in Serie geschalteten Spulen 9 und 10 sowie 12 und 13 angeschlossen. Das von der Brückendiagonale 14 über einen Phasengleichrichter 15 gleichgerichtete Ausgangssignal wird einem Hochpassfilter 16 zugeleitet. Von diesem Hochpassfilter wird das Signal zu zwei parallel geschalteten Gleichrichtern, u.zw. einem Mittelwertgleichrichter 17 und einem Spitzenwertgleichrichter 18, mit jeweils einem Phasenverschieber und weiters parallel einem Anzeigeverstärker 19 zugeleitet. Das Ausgangssignal jedes Gleichrichters 17, 18 wird zu zwei Komparatoren 20, 21, die zu jedem der beiden Gleichrichter 17, 18 parallel geschaltet sind, weitergeleitet.

[0015] Anhand der Fig. 2 ist nachstehend ein Signalverlauf bei Beginn des Ausfließens von Schlacke erläutert. Zunächst (bei Ausfließen von reiner Stahlschmelze) ist ein infolge der Wirbelbildung des Gießstrahles 5 entstehendes Signal (bei 22) in gleichbleibender Höhe zu beobachten. Sobald durch das Gießrohr und damit durch die erste der Spulen 9, 10 ein Stahlschlackegemisch hindurchfließt, kommt es zu einem Anstieg des Signales (bei 23) (dies deswegen, weil das Gleichgewicht der Wheatstone-Brücke durch die Schlacke 2 gestört wird, sobald Schlacke nur bei einer der Spulen vorhanden ist).

[0016] Bei vermehrtem Austritt von Schlacke 2 sinkt das Signal (bei 24), da die flüssige Schlacke 2 wegen ihrer geringen elektrischen Leitfähigkeit keine Induktivitätsänderungen und damit keine Signaländerungen liefern kann. Sobald ein Signal, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, beobachtet wird bzw. mittels der Komparatoren 20, 21 festgestellt wird, wird ein die Bodenöffnung 4 der Pfanne verschließendes Verschlußorgan, beispielsweise ein Schieber oder ein Stopfen 25, betätigt, so daß das Gießen unterbrochen ist. Dies kann beispielsweise durch eine elektrische Koppelung zwischen einem das Verschlußorgan betätigenden Elektromotor 26 und den Komparatoren 20, 21 bewirkt werden.

[0017] Die Funktion der Einrichtung ist folgende:

Die durch das Schattenrohr 7 aus der Gießpfanne 1 ausströmende Metallschmelze 3 bildet im Schattenrohr einen turbulenten Gießstrahl 5, der im Schattenrohr zerspritzt und Wirbel bildet. Die von den beiden Spulen 9, 10 verursachten Magnetfelder rufen im Gießstrahl Wirbelströme hervor, die Induktivitätsänderungen der beiden Spulen 9 und 10 bewirken. Durch Integration der beiden Spulen in die Wheatstone-Brücke kann mittels der Wheatstone-Brücke die Differenz der Induktivitätsänderungen der Spulen 9 und 10 laufend gemessen werden.

[0018] Das vom Phasengleichrichter 15 austretende Signal ist daher proportional zur Differenz der Induktivitätsänderungen der beiden Spulen 9 und 10. Dieses Ausgangssignal wird im Hochpassfilter 16 von langsam schwankenden Einflußgrößen, die beispielsweise durch ein Anlegen von Stahl an der Innenseite des Gießrohres bzw. Schattenrohres 7 hervorgerufen werden, befreit, so daß allein durch die Strömung hervorgerufene Signale zur Weiterverarbeitung gelangen. Der Ausgang des Hochpassfilters 16 wird mittels des Anzeigeverstärkers 19 überwacht, u.zw. dahingehend, ob die Vorrichtung korrekt arbeitet und ein Signal in der erforderlichen Höhe überhaupt ansteht.

[0019] Der Mittelwertgleichrichter 17 weist einen Phasenverschieber mit einer Zeitkonstanten von 15 s und der Spitzenwertgleichrichter einen Phasenverschieber mit einer Zeitkonstanten von etwa 2 s auf. Der Mittelwertgleichrichter bildet den Mittelwert des Signales, dessen Über-und Unterschreitungen dedektiert werden sollen. Durch Multiplikation mit dem Faktor f2 gibt der Mittelwertgleichrichter eine Ausgangsspannung ab, die bei Sinussignalen deren Amplitude entspricht. Dies ist jedoch in der Praxis nur annähernd gegeben.

[0020] Parallel dazu wird das Signal mit einem Spitzenwertgleichrichter mit einer Zeitkonstanten von 2 s gleichgerichtet und mit 2 multipliziert. Am Ausgang des Spitzenwertgleichrichters steht nun die doppelte Amplitude des Signales an.

[0021] Mittels nicht dargestellter Potentiometer wird die Ausgangsspannung zwischen 2U_o und U_o und zwischen U_o und 0 eingestellt. Diese Spannungen werden den beiden Komparatoren 20 und 21 zugeführt, deren zweiter Eingang jeweils mit dem Mittelwertausgang des Mittelwertgleichrichters 17 verbunden ist.

[0022] Die Ausgangsspannung des Mittelwertgleichrichters 17 hat wie oben beschrieben eine Zeitkonstante von 15 s, d.h. ändert sich die Spannung am Eingang des Mittelwertgleichrichters 17, dauert es 15 s, bis der Ausgang des Mittelwertgleichrichters 17 der Spannungsänderung gefolgt ist. Im Gegensatz dazu reagiert die Spitzenwertbildung mit einer Zeitkonstanten von nur 2 s.

[0023] Erreichen nun die an den Potentiometern eingestellten Spannungen denselben Wert wie der Mittelwert U_o, geben die Komparatoren Alarm. Die Potentiometer sind auf 50 % eingestellt. Bei einem Anstieg 23 des Signales ändert sich die Spitzenwertspannung U₁ an dem einen Potentiometer und schneidet bei 50 % Spannungswachstum den Mittelwert U_o (bei 27), und der erste koparator 20 gibt Alarm (BäA). Bei einem nachfolgenden Abfallen des Spitzenwertes um 50 % innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalles 28 gibt der zweite Komparator 21 Alarm A ≥ B, da die Spannung U₂ am zweiten Potentiometer den Mittelwert erreicht (bei 29) (vgl. Fig. 3).

[0024] Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, in der Gießpfanne 1 bei Gießende allein Schlacke 2 zurückzuhalten und den flüssigen Stahl komplett abzugießen. Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß durch die das Gießrohr 7 peripher umgebenden Spulen 9, 10 ein sehr starkes Ausgangssignal erhalten wird, daß dieses Ausgangssignal durch Anlagerung von Stahl im Gießrohr nur unwesentlich verfälscht wird und daß auch bei hohen Betriebstemperaturen (etwa 850°C) unverfälschte Meßergebnisse erhalten werden, wobei eine Kühlung der Spulen 9, 10 nicht erforderlich ist.

[0025] Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern sie kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise kann man auch die von einem Zwischengefäß 6 über ein Gießrohr in die Kokille in einer Stranggießanlage strömende Metallschmelze (Stahlschmelze) überwachen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Gießen von Metallschmelze von einem metallurgischen Gefäß (1), in dem die Metallschmelze (3) mit einer Schlackenschicht (2) bedeckt ist, in ein weiteres metallurgisches Gefäß (6), wobei die Metallschmelze (3) zwischen den Gefäßen (1, 6) durch ein den Gießstrahl (5) bedeckendes Gießrohr (7) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels zweier das Gießrohr (7) peripher umgebender Spulen (9, 10) Magnetfelder im Gießstrahl (5) induziert werden und die Differenz der Induktivitätsänderungen, die in den beiden Spulen (9, 10) durch die im Gießstrahl (5) durch die Magnetfelder hervorgerufenen Wirbelströme bewirkt sind, laufend gemessen und mit mindestens einem Grenzwert (U_o) verglichen wird, und daß bei Über-und/oder Unterschreiten des Grenzwertes (U_o)_das Gießen unterbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießen nach einem Ansteigen (bei 23) der Differenz der Induktivitätsänderungen über einen vorbestimmten Grenzwert (U_o) innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalles und einem darauffolgenden Abfall (bei 24) der Differenz der Induktivitätsänderungen unter einen vorbestimmten Grenzwert (U_o) innerhalb eines weiteren vorbestimmten Zeitintervalles unterbrochen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem metallurgischen Gefäß (1), von dem ein Gießrohr (7) in ein weiteres metallurgisches Gefäß (6) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießrohr (7) peripher von zwei in Längsrichtung des Gießrohres hintereinander angeordneten, von einer Wechselstromquelle gespeisten und in Serie geschalteten gleichen Spulen (9, 10) umgeben ist, wobei die Ausgänge der Spulen in eine Wheatstone-Brücke integriert sind, deren Brückendiagonale (14) zwischen den Spulen (9, 10) angeschlossen ist.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wheatstone-Brücke ein Mittelwertgleichrichter (17) und ein Spitzenwertgleichrichter (18) mit jeweils einem Phasenverschieber nachgeschaltet sind, wobei Mittelwertgleichrichter (17) und Spitzenwertgleichrichter (18) parallel geschaltet sind, und daß sowohl dem Mittelwertgleichrichter (17) und auch dem Spitzenwertgleichrichter (18) jeweils ein Komparator (20, 21) nachgeordnet ist, wobei jeder der beiden Komparatoren (20, 21) zum Mittelwertgleichrichter (17) und zum Spitzenwertgleichrichter (18) parallel geschaltet ist.

Zeichnung