专利名称：金属铸造用结晶器的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括许多温度测量机构的金属铸造用结晶器，所述多个温度测量机构 设置在结晶器壁中，用于测定在浇铸作业中在器壁中的温度分布。
背景技术：
这样的包括多个温度测量机构的结晶器在现有技术中是已知的，例如在国际专利 申请号W02004/082869A1中被公开。根据该文献所述的技术教导，这些呈热偶形式的温度 测量机构被单独安装在分别为其而设的结晶器中的独立孔内。这些独立的热偶以弹簧力被 压在孔底面上，用于在那里保证其测点接触到结晶器材料。这些热偶以不同深度被安装在 结晶器板中。这对确定结晶器板中的热流密度是非常有意义的。将各独立热偶安装在单独结晶器板中的上述方式要求高的安装成本。热偶的连接 一般通过独立的哈廷连接器来实现。在安装时连接器通常被不小心损坏，对此将采取费事 的正确连接方式的再建。热偶的相对定位是成问题的。在只有例如10毫米间距时，只有1毫 米的孔深度偏差和进而热偶测量顶尖在深度方向上的位置偏差已经造成测量结果的10%偏差。
发明内容
源于该现有技术，本发明基于以下任务，如此改进已知的包括多个温度测量机构 的金属铸造用结晶器，即所述多个温度测量机构的安装成本将被降低，但同时仍然保证高 的可靠性和测量结果的可信度。该任务将通过权利要求1的主题来完成，其特征是，所述多个温度测量机构相对 固定定位地设置在一个模块中并连同模块一起构成一个结构单元，该结构单元为确定温度 分布被安装在结晶器壁中或结晶器壁处。本发明解决方案的巨大优势在于，该结构单元，即包括设于其中的多个温度测量 机构的模块，可以在安装整个结晶器于设备中之前已经在工厂内由生产商来预安装。这些温度测量机构在模块中的预安装有利地实现了这些温度测量机构的自由精 确的相对定位，即按照期望的适当相互间距和适当的深度。尤其是，不必再通过用于拧紧水 箱到结晶器上的、尤其呈热偶形式的温度测量机构像过去那样延伸于其中的紧固螺栓的距 离来限定该间距。取而代之的是，在模块中的预安装也允许这些温度测量机构或者说其测 量顶尖彼此相互间隔很近，例如10毫米，从而可以通过分析计算所测定的温度分布在整个 铸坯宽度范围内连续监测在结晶器内变冷凝固的铸坯的纵向开裂并实现断裂早期识别。通 常，可以通过自由定位该温度测量机构而将测量结果偏差减小到最小值，因此显著提高测 量的可靠性。于是在该结晶器的最终安装时，该结构单元连带温度测量机构在内地还只是完全 被安装在器壁内或器壁上。尤其在结晶器最终安置时的温度测量机构的安装成本因而被限 制到最低水平。
根据本发明的第一实施例，该结晶器壁具有用于容纳该结构单元的缺口。此时要 注意保证在该结构单元和结晶器材料之间的尽量最佳的热传导。对此一方面重要的是，缺 口深度匹配于模块的深度或者说高度，并且尤其在结晶器中的缺口的底面或壁面和模块顶 面或测量机构的测量尖之间，形成尽量好的大面积接触，以保证模块和结晶器壁之间的最 佳热传导。热传导例如可以通过使用导热膏来改善，但是导热膏必须耐受高温，例如在浇铸 作业中在结晶器中出现的高温。该结构单元例如从冷侧被装入结晶器壁中或者说被安装到其上。为了该结构单元 不影响在结晶器壁的冷却通道中的冷却介质流动，该结构单元在此情况下安装在两个相邻 的冷却通道之间。或者，用于结构单元的缺口以在结晶器壁中的侧向的最好是水平的孔的形式形成 在热侧和冷却通道的底面之间。为了尽量少地干扰结晶器壁中的热流动，该缺口在结构单元装入之后通过板状盖 最好与结晶器壁的外表面平齐地又被封闭。于是可以实现也经过盖的热流动。该模块或者说结构单元和在结晶器冷侧内或结晶器冷侧上的缺口最好在结晶器 壁的厚度方向上，即横向于浇铸方向或者说从冷侧到热侧地，呈阶梯状形成。这种阶梯形状 有利地保证了该模块或者说结构单元在结晶器内抗翻转的稳固性。不仅结晶器的冷侧如上所述地具有缺口，而且该模块本身也具有缺口，以下称之 为温度测量机构缺口，用于分别容纳一个温度测量机构。此时，该温度测量机构如此安置在 该温度测量机构缺口内，其测量顶尖接触该缺口的底面或壁面。该温度测量机构例如可以呈热偶或光纤温度传感器的形式，其中在后者情况下， 可以借助光时域反射测量OTDR方法或者法布里_布拉格光栅FBG法来实现温度测量。这 种相位光学温度传感器很薄，这有以下优点，即许多温度测量点可以相互靠近布置，其信号 或测量结果不会相互影响和失真。为了可靠地进行热流密度测量，这些温度测量机构成对安置在此模块中，其中两 个温度测量机构尤其是一对的热偶最好按照不同深度分别伸入该模块或者说结晶器中。在 该模块中的温度测量机构缺口与此相应地按不同深度构成。在模块内的这些温度测量机构缺口例如可以呈孔(阶梯状或不呈阶梯形)或槽形 形成在模块边缘上。呈槽形的结构具有以下优点，尤其是该温度测量机构的测量顶尖在装 入模块或槽中时也是可以接近的，并且可以保证该测量顶尖与温度测量机构缺口的底面或 底部导通接触。当采用热偶时，其测量顶尖有利地与槽底面焊接在一起，用于保证最佳接触 和热传递以及精确定位。这些温度测量机构被固定在模块中的温度测量机构容纳缺口内。这种固定可以通 过在相应缺口中粘接或卡接温度测量机构来实现。为了粘接，有利地采用非常耐热的树脂 例如应变片DMS树脂。或者，可以将这些温度测量机构也卡接到温度测量机构缺口中，如果 是例如借助环形锥头螺钉的热偶的话。在此情况下，在温度测量机构缺口设置具有锥形末 端的螺纹。热偶将通过最好由铜构成的带有外螺纹的环形锥体被插入。该锥体或锥头螺钉 在拧入时将热偶紧固并且通过螺纹方向同时将其压迫到孔底面上。有利的是，该模块及其热偶缺口或热偶孔通过腐蚀来产生。该模块的上述正方形 或阶梯正方形形状特别适用于此。制造方法“腐蚀”带来以下优点，避免了孔毛刺和孔锥形，同时很精确地遵循或实现期望的孔深度。通过在用于制造较多孔的腐蚀时一次性夹紧 构件，可将腐蚀成本保持在一定限度内。为了保证最佳的热传导，该模块最好由与结晶器本身一样的材料制成。为了改善电缆引导的一目了然，尤其是关于在模块上的热偶连接电缆，建议采用 一个中心插头用于在模块上的热偶的连接电缆。这样的中心插头可以构造成多极插接连接 器或多路传送器的形式。或者，该中心插头也可以构造成总线接口或者说总线模块的形式， 例如呈现场总线模块的形式。于是，该中心插头能够将热偶信号转换为总线格式。同时，总 线接口或者说总线模块也应该能够实现反向转换，就是说由总线格式转换为用于执行机构 信号的格式。在采用许多结构单元时可能有意义的是，在独立的结构单元上的中心插头与 一个上级的中心插头相连接。在此线路配置形式中，该中心插头和上级的中心插头均能以 总线接口形式构成。通过该中心插头，必要时在中间接入该上级的中心插头的情况下，多个热偶可以 被连接到适当的计算装置或控制装置上。
说明书中加入共六幅附图，其中图1表示带有缺口或者说结构单元的结晶器冷侧，la)是俯视图，lb)表示第一横 截面视图，Ic)表示第二横截面视图；图2是表示本发明结构单元的第一实施例的三个不同透视图；图3表示在带中心插头的变型方案中的本发明结构单元的第一实施例；图4表示用于本发明的结构单元的第二实施例(阶梯形)；图5表示用于圆形、长方形和正方形的结晶器；图6表示用于梁坯的结晶器。
具体实施例方式以下将参照上述附图来具体描述本发明的多个实施例。在所有附图中，用相同附 图标记来表示相同的元件。图la)以俯视图示出了结晶器冷侧，确切说是结晶器(侧)壁100。可以看到竖 直延伸的多个冷却通道200以及在冷却通道之间的用于结构单元500和500'的多个缺口 120和120'。所述多个缺口 120和进而必要时还有安装在其中的结构单元500或500'分 别设置在两个相邻的冷却通道之间。模块500和500'如图la)所示不一样长。这表明，具 有不同数量的热偶的结构单元可以设置在一个结晶器的同一壁100中。图lb)表示根据图la)的结晶器壁100的沿浇铸方向的截面。可以看到用于结构 单元的缺口 120'和冷却通道200。缺口 120的底面延伸到很接近结晶器壁100的热侧H。 通过这种方式保证了热偶实际上也以尽量现实的方式测定在结晶器热侧H附近的温度分 布。图Ic)表示根据图la)的结晶器壁100的横向于浇铸方向的横截面。该图直观示 出了在结晶器壁100的不同深度的缺口 120的不同横截面根据第一实施例120，严格地呈 正方形，没有阶梯，或者根据第二实施例，呈阶梯状。在呈阶梯状S时，缺口 120'或者说结构单元500'的宽度在较大深处区域内缩小。因为这种阶梯形，在装入缺口中时获得了较高 的结构单元刚性。图2表示结构单元500的第一实施例。可以看到，用于热偶300的在模块400中 的这些温度测量机构缺口 420例如呈槽状形成在模块的侧壁上。在侧壁上形成许多槽带来 以下好处，这些热偶在被装入槽中后是可接近的；尤其在这种实施方式中，可以将热偶300 的测量顶尖310与槽底面焊接在一起。还可以从图2中看到，这些热偶成对相对布置。属 于这样一对的热偶分别以不同深度伸入模块中；比较在热偶的测量顶尖310和模块的热侧 边界H'之间的间距A和B。为了可靠计算出结晶器壁中的热流密度，需要该不同的间距A 和B。图3表示根据图2的模块或者说结构单元的第一实施例，其补充有在模块400上 的中心插头600。在模块上的热偶300的所有连线330可连接和集中到中心插头600。它 实现了所有热偶信号通过最好是唯一的、但或许是多芯的输出电缆700来传输。为此目的， 该中心插头例如可以呈多极插头形式。或者，该插头也可以呈多路传送器形式。在另一个 替代方式中，该中心插头也可以呈总线接口形式，电缆700呈总线形式。也称为总线模块的 总线接口于是被设计成将热偶信号转换为当时所用的总线的格式或者说协议。图4表示本发明模块的第二实施例，其在这里呈阶梯形构形。在图4中，分别呈竖 线形式地部分用实线且部分以虚线分别用附图标记S示出了该阶梯。特别直观地看到了图 la)中的阶梯。图5表示用于圆形、长方形和正方形的结晶器的测量布置结构。图6表示用于梁坯的结晶器的测量布置结构。附图标记列表100结晶器壁；120用于结构单元500的缺口；120'用于结构单元500'的缺口； 200冷却通道；300热偶；330热偶的连线；400模块；420用于热偶的缺口 ；500根据第一 实施例的结构单元；500'根据第二实施例的结构单元；600中心插头；700输出电缆；A，B 间距；S阶梯。
权利要求
1.一种金属铸造用结晶器，包括多个温度测量机构(300)，所述多个温度测量机构设 置在结晶器的壁(100)中，用于测定在浇铸作业中在所述壁中的温度分布，其特征在于，这 些温度测量机构(300)牢固地相互定位地安置在一个模块(400)中并且连同该模块一起构 成一个结构单元(500，500')，该结构单元(500，500')为了测定温度分布而安装在该结 晶器的壁(100)中或该结晶器的壁处。
2.根据权利要求1所述的结晶器，其特征在于，该结晶器的壁(100)具有缺口(120， 120')用于容纳该结构单元(500，500')。
3.根据权利要求2所述的结晶器，其特征在于，用于结构单元(500，500')的该缺口 (120)设置在该结晶器的壁的冷侧上，在其冷却通道(200)之间。
4.根据权利要求2或3所述的结晶器，其特征在于，该模块000')和该缺口(120') 在从该结晶器的冷侧到热侧的方向上呈阶梯状构造。
5.根据权利要求2所述的结晶器，其特征在于，用于结构单元(500，500')的该缺口 (120,120')以在结晶器壁中的侧向的、最好是水平的孔的形式形成在其热侧和冷却通道 底面之间。
6.根据权利要求2至5之一所述的结晶器，其特征在于，该缺口(120，120')在装入 该结构单元(500，500')后通过板状盖最好与结晶器的壁的表面平齐地被封闭。
7.根据权利要求1至6之一所述的结晶器，其特征在于，该模块000，400')具有呈 孔或槽形式的至少一个温度测量机构缺口 G20)，用于分别容纳其中一个温度测量机构。
8.根据权利要求7所述的结晶器，其特征在于，该温度测量机构缺口(420)从其深度看 呈阶梯状地以不同的直径形成。
9.根据权利要求7或8所述的结晶器，其特征在于，该温度测量机构(300)如此被粘 接或可分离地卡接在该温度测量机构缺口(420)中，即该温度测量机构(300)的测量顶尖 (310)分别导通接触该温度测量机构缺口 G20)的底面或壁面。
10.根据权利要求1至9之一所述的结晶器，其特征在于，该温度测量机构呈热偶形式。
11.根据权利要求10所述的结晶器，其特征在于，该热偶的测量顶尖与该温度测量机 构缺口(420)的底面焊接在一起。
12.根据权利要求10或11所述的结晶器，其特征在于，该温度测量机构缺口(420)如 此设置和形成在该模块(400)中，即该热偶(300)成对相邻设置，并且一对的各个热偶以不 同深度安置在模块内或模块上。
13.根据权利要求1至10之一所述的结晶器，其特征在于，该温度测量机构呈光纤温度 传感器形式，其允许借助光时域反射测量OTDR方法或者法布里-布拉格光栅法来实现温度 测量。
14.根据权利要求7至13之一所述的结晶器，其特征在于，该模块及其温度测量机构缺 口至少部分由腐蚀来产生。
15.根据权利要求1至14之一所述的结晶器，其特征在于，该模块和/或用于封闭缺口 (120)的盖由与结晶器相同的材料例如铜制成。
16.根据权利要求1至15之一所述的结晶器，其特征在于，在该模块中或该模块上设有 一个中心插头(600)，用于接纳和集中在该模块(400)上的所有温度测量机构(300)的连线 (330)。
17.根据权利要求16所述的结晶器，其特征在于，该中心插头呈多路传送器或总线接 口或总线模块的形式。
全文摘要
本发明涉及金属铸造用结晶器，其具有安装在结晶器壁(100)中的多个温度测量机构(300)用于测量那里的温度分布。为了更容易地在器壁中安装所述多个温度测量机构并且为了提高该测量机构的测量结果的可靠性，本发明提出如此安置这些温度测量机构(300)，即它们相互固定定位地安置在一个模块(400)中，从而这些温度测量机构连同该模块一起形成一个结构单元，该结构单元可在模块安装之前被预安装。该结构单元随后在模块被组装时被固定在结晶器壁中或结晶器壁上。
文档编号B22D2/00GK102076442SQ200980124233
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月23日 优先权日2008年6月25日
发明者D·利夫图克特, S·舒尔策, U·普洛西恩尼克 申请人:Sms西马格股份公司