用于调节在连铸设备的铸模中的浇注液面的高度的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于调节在连铸设备(3)的铸模(2)中的浇注液面(1)的高度(h)的方法，其中，液态金属(4)流到铸模(2)中，其中，液态金属(4)流出到铸模(2)中可由控制元件(8)来控制，其中，流到铸模(2)中的液态金属(4)的体积流量由流量传感器(9)来测量，其中，根据额定值的规定在第一调节回路中来调节体积流量，其中，根据额定值或额定范围(hsoll)的规定在第二调节回路中来调节浇注液面(1)的高度(h)，其中，第二调节器(11)给第一调节回路规定体积流量的额定值，其中，浇注液面(1)的实际高度(hist)的测定在考虑在浇注液面(1)上的驻波的情况下优选地借助于一定数目的光波导(12)实现。因此可以以改善的方式将在铸模中的浇注液面的高度保持恒定。
【专利说明】用于调节在连铸设备的铸模中的浇注液面的高度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于调节在连铸设备的铸模中的浇注液面的高度的方法。
【背景技术】
[0002]在金属还的连铸中大多将液态金属从烧注桶经由暗管(Schattenrohr)导引到中间容器(中间罐(Tundish))中。液态金属然后从中间容器经由浇注管到达铸模中。在铸模的下端处然后使浇注的坯排出并且借助于坯引导部从竖直线偏转到水平线中。
[0003]在此重要的是，将铸模中的液态金属保持在限定的浇注液面高度(Giessspiegelhoehe)上，以便能够高质量地实施连铸过程。对此大多允许一定的高度范围，在铸模中的浇注液面允许处于该范围内。从中间容器流出到浇注管中可包括一塞子，其布置在阀座中并且可通过它的抬起或下降来影响液态金属的体积流量。塞子位置通过运动元件来影响，运动元件由调节器来操控，以获得限定的体积流量。
[0004]在调节在浇注管中所希望的恒定的体积流量时塞子的未知的传递函数是干扰量；也就是说当将塞子抬起或降下限定的数值时液态金属的体积流量如何变化本身未知。在此由此产生该问题，即当由于堵塞或者由于腐蚀在流出口中在塞子座处发生变化时传递函数如何变化未知。堵塞说明在浇注管中或在塞子处的材料的结块；由此必须进一步拉起塞子，以实现相同的金属体积流量。另一方面侵蚀性的过程侵蚀塞子的材料，使得对于一些钢种类必须持续使塞子进一步移动，以获得相同的金属体积流量。如果不期望地出现突然的断裂或破碎，导致在液态金属的体积流量中的相应的变化并且因此导致在铸模中的浇注液面波动。液态金属到铸模中的体积流量的调节对于未知的传递函数、也就是说对于未知的塞子特性曲线大多仅可利用调节器的较小的加强来调整，因此防止不稳定性。较小的加强然而降低烧注液面波动的可调整性(Ausregelbarkeit)。
[0005]由文件DE 10 2009 057 861 Al已知为了快速调节体积流量在浇注管内使用用于体积流量的测量仪。因此可实现相对快速地调节体积流量。一解决方案证明为有利的用于体积流量的传感器，其在文件WO 00/58695 Al中来说明。这里使用磁场，以便快速且精确地确定体积流量。借助于此处所说明的传感器可在十分之一秒范围中实现测量值检测；分辨率也非常精确，从而可精确地检测实际的体积流量。
[0006]除了到铸模中的液态金属的体积流量的恒定调节之外另一问题在于，在铸模中自己还产生液态金属的流动效应，其使难以将在铸模中限定的浇注高度维持稳定。此外，只要其还没有固化，所浇注的坯的特性是浇注液面保持恒定的潜在干扰源。
[0007]干扰量一方面是在坯导辊之间的坯的动态鼓起、也就是说所谓的隆起(Bulging)。由此产生泵效应和接下来的浇注液面波动。另一方面由此产生干扰影响，即在铸模表面上构造有波，其由液态金属注入铸模中引起。这些波对于在铸模中的测量仪在波通过测量部位时假装有浇注液面波动、即虚假的浇注液面高度的变化，其并不存在。
[0008]虽然由文件DE 10 2008 060 032 Al像这样已知检测在铸模中的浇注液面高度，为此在这里应用光波导，其布置在铸模中。温度测量例如利用纤维-布拉格-光栅方法实现。
[0009]尽管就此而言已知有利于在铸模中的浇注液面高度保持恒定的孤立的措施,然而将这些措施提供到一环境中使得可总体上改善调节结果一如既往地成问题。
【发明内容】
[0010]因此本发明目的在于提出一种用于调节在连铸设备的铸模中的浇注液面的高度的方法，其以改善的效率出众，也就是说应提出一种方法，利用该方法即使在所提及的影响量的情况下也能将浇注液面高度尽可能稳定地且尽可能恒定地保持在规定的值上或保持在规定的范围中。
[0011]该目的通过本发明的解决方案特征在于，液态金属从浇注桶或中间容器经由至少一个浇注管流到铸模中，其中，从浇注桶或中间容器到铸模中的液态金属的体积流量可由控制元件(塞子)来控制，其中，从浇注桶或中间容器流到铸模中的液态金属的体积流量由流量传感器测量为实际体积流量，其中，根据额定值的规定并且在考虑所测量的实际体积流量的情况下在第一调节回路中利用第一调节器来调节体积流量，其中，第一调节器作用于控制元件，其中，根据额定值或额定范围的规定并且在考虑浇注液面的实际高度的情况下在第二调节回路中利用第二调节器来调节在铸模中的浇注液面的高度，其中，第二调节器给第一调节回路规定体积流量的额定值，其中，通过在铸模的一定数目的周缘部位处来检测关于铸模的高度的温度变化过程并且在确定浇注液面的有效高度时以所测量的温度变化过程为基础，浇注液面的实际高度的测定在考虑在浇注液面上的驻波(其通过液态金属流入铸模中构造在浇注液面上)的情况下实现。
[0012]优选地，关于铸模的高度的温度变化过程的测定借助于至少一个光波导实现，光波导竖直地布置在铸模壁中。
[0013]对于每个光波导在此可来检测关于铸模的高度的温度轮廓并且以测量值的最大值为基础作为对于在铸模的相关的周缘部位处浇注液面的当前的高度的位置的标准。
[0014]优选地应用可移动的塞子(Verschlussstopfen)作为控制元件。
[0015]作为流量传感器有利地使用一传感器，其通过感应磁场到液态金属中确定体积流量。
[0016]优选地至少4个光波导、特别优选地甚至至少8个或者更多个光波导围绕铸模的周缘来布置，其分别检测关于铸模的高度的温度轮廓。
[0017]每个光波导在此可在铸模的高度延伸上检测至少5个、优选地至少20个温度测量值。直至40个温度值的检测是可能的。
[0018]作为对于在铸模中的液态金属的额定范围优选地规定一范围，其与铸模的上棱边处于限定的间距中。在此特别优选地设置成，对于该额定范围规定与铸模的上棱边的间距在90与IlOmm之间。
[0019]只要对于液态金属的实际高度来测定处于规定的范围中的值，在此优选地没有调节偏差被报告给第二调节器。
[0020]第一调节器和第二调节器在此优选地设计成使得体积流量的调整比在铸模中的液态金属的高度的调整更快地实现。
[0021]相应地本发明提出，在铸模中的填充液位(Fuellstand)的整体(integrativ)部分通过借助于光波导检测在铸模中的温度分布和推出实际的浇注液面高度而实现，其中，但是然后借助于在浇注管处的流量测量(体积流量测量)来调节快速的动态变化。
[0022]在铸模中的液态钢液面的调节、也就是说整体部分的调节(如所提及的那样)实现成使得浇注液面高度在限定的范围中运动。
[0023]为此设置有利用所提及的纤维光学方法关于铸模高度的温度变化过程的分布的测量。此处尤其除了纤维-布拉格-光栅方法之外还使用光学时域反射测量法或者光学频域反射测量法。铸模在此在周缘上设大量光波导，其竖直地在铸模壁中延伸并且具有直至40个测量部位。在此那么利用每个光波导来测量“热波瓣(Waermekeule) ”、也就是说关于铸模高度的温度变化过程。这些热波瓣不能利用热电偶来确定，因为热电偶不够灵敏并且在铸模高度上提供太少的测量部位。
[0024]根据所测量的热波瓣可通过试验来推算实际的浇注液面。浇注液面尤其通过热波瓣的最大值的位置来说明。通过分布在铸模的周缘上的直至32个热波瓣的分布的测量由此产生沿着铸模的外边界的“高度山脉(Hoehengebirgszug) ”。因此可来测定在铸模中的所谓的“驻波”(也就是说在浇注液面上的近似静止的波结构，其通过液态金属注入铸模中而产生)的形状和大小。
[0025]该驻波的所有波动通过山脉的测定来识别；驻波因此可在线来检测和示出。
[0026]相应地通过所提出的方式借助于分布的光波导测量来区分实际的有效的浇注液面波动(其适于调整)与由驻波引起的波动。
[0027]由此可能将调节干预限制于实际的浇注液面的高度波动。
[0028]经由在铸模中的分布的测量的该调节即用于在铸模中的整体部分的调整。应防止浇注液面从目标范围脱离。为了在一部位处防止浇注管的“腐蚀”，对于在铸模中的整体部分的调节来确定例如90至IlOmm的目标范围(从铜铸模的上棱边开始测量)。只要浇注液面处于该范围中并且没有强烈的波动，不进行关于整数的填充液位的调节干预。
[0029]假如在铸模中出现强烈的波动，可具体地将其与潜管(TauchiOhr)或铸模相关联，使得所提出的调节策略可针对性地来平衡这。
[0030]光波导的数量在此可专业地来选取。原则上(当然在精度损失下)也可利用仅仅一个唯一的光波导来工作。在该情况中将光波导优选地例如竖直地包铜(einkupfern)到窄侧或者宽侧中或布置在铸模中的孔中。
[0031]在此优选地将光波导铺设在套管中。套管例如具有0.5至2mm的外径和0.4至
1.8mm的内径并且由不锈钢构成。到铸模中的引入通过插入为此制造的孔中或者通过置入由铜或镍构成的层中而实现。
[0032]套管中的光波导的温度上升时间非常短(在远低于一秒的时间之后已达到温度终值的绝大部分)。直至I°c的分辨率是可能的。
[0033]相应地，可快速变化的部分的有效调节总体上通过在浇注管处的非常快速的体积流量测量和被输送到铸模中的液态金属的体积流量的基于此的调节而产生。在铸模中的整体部分的另外的调节而通过观察对于在铸模中的浇注液面高度的置信区间(时间范围)实现，为此使用分布的光波导测量，利用其来检测所谓的驻波的高度山脉。可以此来检测和调整效果如隆起。
[0034]通过光波导测量温度的技术像这样已知，对此指出文件WO 2004/015349 A2和文件 WO 2007/079894 Al。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]在附图中示出本发明的实施例。其中:
图1示意性地显示连铸设备，其中，除了浇注桶、中间容器和铸模之外还绘有调节线路
图，
图2显示根据图1的通过铸模的剖面A-B以及 图3示意性地显示在铸模的高度上的所测量的温度的变化过程。
【具体实施方式】
[0036]在图1中绘有连铸设备3的一部分，连铸设备3以已知的方式具有用于容纳熔融钢(Stahlschmelze)4的浇注桶5。液态金属4经由暗管13到达中间容器6中。从中间容器6又将液态金属4经由浇注管7导引到铸模2中。在铸模2中液态金属4形成浇注液面
1
[0037]浇注液面I的高度h在此在连铸时应尽可能保持恒定并且无论如何处于一范围中，该范围离铸模2的上棱边有限定的间距X。具体地，当浇注液面I保持离铸模2的上棱边有90至IlOmm的间距时证明是合适的。
[0038]被引向铸模2的液态金属4的体积流量|>可通过控制元件8来影响，可经由操纵元件使控制元件8 (构造为塞子)在图1中的双箭头的方向上运动。相应地，每单位时间可将或多或少体积的液态金属4导引到铸模2中。
[0039]为了调节体积流量&设置有第一调节回路，其包括第一调节器10和受它影响的第
一调节段(Regelstrecke) 14(参见图1中的示意性的图示)。给第一调节回路规定对于体
积流量的额定值|>S()11。实际的体积流量|>Ist由流量传感器9 (其布置在浇注管7中或其
处)来检测。这里示出一传感器，其包括磁体，它的力由称重装置来检测。该力受液态金属的流量影响，从而可由此来测量体积流量。给第一调节器10 (其接着相应地操纵控制元件
8)规定偏差 soll- y Isto
[0040]第一调节回路级联状地叠加有第二调节回路，其具有第二调节器11以及第二调节段15。此处调节量是浇注液面的额定高度hS()11，其(如所阐述的那样)应处于所规定的值或处在所规定的范围中。给该调节规定额定高度或额定高度范围。第二调节器11给第二调节段15规定调节信号，其中，在此插入第一调节回路(级联调节)。从额定范围hS()11*减去实际高度hIst，使得对于存在的调节差第二调节器11给予必需值。
[0041]在此，在铸模2中的浇注液面I的实际高度的测定有相应的意义。通过液态金属4流入铸模2中在此构造所谓的驻波，其在图1中在铸模中示出。还在熔融物中绘出一些流动箭头。流动负责引起上述驻波。
[0042]识别并且在测定在铸模2中的浇注液面I的有效高度h时考虑该驻波的“高度山脉”是适宜的。
[0043]对此如下拉进行操作:
在铸模2的周缘上(如在图2中可见)布置有大量光波导12。每个光波导12处于在金属壁部中引入的竖直的孔中。在周缘上放置直至32个光波导12。
[0044]每个光波导12例如可经由下面进一步详细阐述的纤维-布拉格-光栅方法检测关于铸模2的高度h的温度变化过程。对此参照图3，在那里定性地绘有这样的以“热波瓣”的形式的变化过程T=f(h)。可清楚地识别出温度T的最大值。该最大值是对在铸模2的该周缘部位处浇注液面I的实际位置的可靠指示。因此以简单的方式能够通过评估所检测的所有“热波瓣”来检测在铸模中的驻波的形式。例如通过相应的平均值形成可来检测浇注液面I的有效位置，近似清除驻波。该值那么是在调节时所基于的实际值hIst。
[0045]光波导12典型地具有例如0.12mm的直径；利用套管大多产生在0.5mm至2.0mm的范围中的直径。光波导12在此可经受温度直至800°C的持续负荷。
[0046]光波导12与未不出的温度检测系统相连接。借助于检测系统来产生被输入光波导12中的激光。借助于检测系统将由光波导纤维12所收集的数据换算成温度并且与不同的测量地点相关联。
[0047]评估例如可根据所谓的纤维-布拉格-光栅方法(FBG方法)实现。在此使用合适的光波导，其压印地(eingepraegt)获得带有折射指数的周期性变化的测量部位或带有这样的变化的光栅。折射指数的该周期性的变化导致，光波导根据在测量部位处对于一定的波长的周期性示出介电液面。通过在一点处的温度变化来改变布拉格波长，其中，它刚好被反射。不满足布拉格条件的光不被布拉格光栅显著影响。不同测量部位的不同信号那么可根据运行时间区别来彼此区分。这样的纤维-布拉格-光栅的详细结构以及相应的评估单元通常已知。局部分辨率的精度通过压印的测量部位的数目来提供。测量部位的大小例如可处在Imm至5mm的范围中。
[0048]备选地，也可使用“光学频域反射测量”方法(0TDR方法)或者“光学时域反射测量”方法(0FDR方法)用于温度的测量。这些方法基于光纤的拉曼反向散射的原理，其中，利用了在光导的点处的温度变化引起光波导材料的拉曼反向散射的变化。借助于评估单元(例如拉曼反射计)那么可局部分辨地来确定沿着纤维的温度值，其中，在该方法中在导体的一定的长度上来平均。该长度大约为几厘米。又通过运行时间区别将不同的测量部位彼此分开。这样的用于根据所提及的方法进行评估的系统的构造以及必需的激光器(其在光波导内产生激光)通常已知。
[0049]附图标记列表 I浇注液面
2铸模
3连铸设备
4液态金属(熔融钢)
5浇注桶
6中间容器(中间罐)
7浇注管(SEN-浸入式喷嘴)
8控制元件 9流量传感器 10第一调节器 11第二调节器12光波导
13暗管
14第一调节段
15第二调节段
H浇注液面的高度
hsoll浇注液面的额定高度
hIst浇注液面的实际高度
Y液态金属的体积流量
Vsoll体积流量的额定值
VIst体积流量的实际值
T(h)关于铸模的高度的温度变化过程X间距。
【权利要求】
1.一种用于调节在连铸设备(3)的铸模(2)中的浇注液面(I)的高度(h)的方法， 其中，液态金属(4)从浇注桶(5)或中间容器(6)经由至少一个浇注管(7)流到所述铸模⑵中， 其中，从所述浇注桶(5)或所述中间容器(6)流到所述铸模(2)中的液态金属(4)的体积流量(|7 )能够由控制元件(8)来控制， 其中，从所述浇注桶(5)或所述中间容器(6)流到所述铸模(2)中的液态金属(4)的所述体积流量(+ )由流量传感器(9)测量为实际体积流量(+ Ist)， 其中，根据额定值(★ soll)的规定且在考虑所测量的所述实际体积流量(☆ Ist)的情况下在第一调节回路中利用第一调节器(10)来调节所述体积流量($ )，其中，所述第一调节器(10)作用于所述控制元件(8)， 其中，根据额定值或额定范围(hS()11)的规定且在考虑所述浇注液面的实际高度的情况下在第二调节回路中利用第二调节器(11)来调节在所述铸模中的所述浇注液面(I)的高度(h)，其中，所述第二调节器(11)给所述第一调节回路规定所述体积流量的额定值(+soil)， 其中，通过在所述铸模(2)的一定数目的周缘部位处来检测关于所述铸模(2)的高度(h)的温度变化过程(T(h))并且在确定所述浇注液面⑴的有效高度(hIst)时以所测量的温度变化过程(T(h))为基础，所述浇注液面(I)的实际高度(hIst)的测定在考虑在所述浇注液面(I)上的驻波的情况下实现，所述驻波通过液态金属(4)流入所述铸模(2)中构造在所述浇注液面(I)上。`
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，关于所述铸模(2)的高度的温度变化过程(T(h))的测定借助于至少一个光波导(12)实现，所述光波导(12)竖直地布置在铸模壁中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于每个光波导(12)来检测关于所述铸模(2)的高度(h)的温度轮廓(T(h))并且以测量值的最大值为基础作为对于在所述铸模(2)的相关的周缘部位处所述浇注液面的当前的高度(h)的位置的标准。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将可移动的塞子用作控制元件⑶。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，作为流量传感器(9)使用一传感器，其通过感应磁场到所述液态金属中确定所述体积流量(P)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，至少4个光波导(12)、优选地至少8个光波导(12)围绕所述铸模(2)的周缘来布置，所述光波导(12)分别检测关于所述铸模(2)的高度(h)的温度轮廓(T(h))。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，每个光波导(12)在所述铸模(2)的高度延伸上检测至少5个、优选地至少20个温度测量值。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，规定一范围作为对于在所述铸模(2)中的所述液态金属(4)的额定高度(hS()11)，所述范围与所述铸模(2)的上棱边处于限定的间距，其中，对于额定范围优选地规定与所述铸模(2)的上棱边的间距(X)在90与IlOmm之间。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，只要对于所述液态金属(4)的实际高度(hIst)测定处于规定的所述范围中的值，没有调节偏差被报告给所述第二调节器(11)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一调节器(10)和所述第二调节器(11)设计成使得所述体积流量(☆)的调整比在所述铸模(2)中的所述液态金属(4)的高度(h )的调整更快地实现。
【文档编号】B22D11/18GK103702784SQ201280038622
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年5月2日 优先权日:2011年6月7日
【发明者】D.利夫图赫特, E.霍韦斯泰特 申请人:Sms西马格股份公司