WEYER, Axel (Nachtigallenweg 47, Wuppertal, 42349, DE)
MOSSNER, Wolfgang (Irene-Nett-Weg 4, Erkrath, 40699, DE)
WIENS, Oliver (Kantstraße 41, Meerbusch-Büderich, 40667, DE)
WEYER, Axel (Nachtigallenweg 47, Wuppertal, 42349, DE)
MOSSNER, Wolfgang (Irene-Nett-Weg 4, Erkrath, 40699, DE)
| 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. |
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