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Patent Searching and Data


Title:
METALLURGICAL VESSEL AND METHOD FOR PRODUCING A WALL OF THE VESSEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/098309
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a metallurgical vessel having a hollow chamber for treating a first liquid metal or for liquefying a metal, said vessel comprising cooled wall plates (1) having a hot side facing the hollow chamber and a cold side facing away from the hollow chamber made of a second metal and which is provided with optical waveguides (5, 6, 7) for detecting data of the metallurgical vessel or of the first metal, characterized in that the optical waveguides (5, 6, 7) are arranged in the region of the hot side close to the surface.

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Inventors:
LIEFTUCHT DIRK (DE)
ARZBERGER MATTHIAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2011/050254
Publication Date:
August 18, 2011
Filing Date:
January 11, 2011
Export Citation:
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Assignee:
SMS SIEMAG AG (DE)
LIEFTUCHT DIRK (DE)
ARZBERGER MATTHIAS (DE)
International Classes:
B22D2/00; B22D11/16; B22D11/18; B22D11/20; B22D41/00; F27B3/28; F27D19/00; F27D21/00
Foreign References:
JPH06294685A1994-10-21
JPH04351254A1992-12-07
JPH0947855A1997-02-18
DE102008060032A12010-02-04
DE102008029742A12009-12-31
DE10236033A12004-02-19
DE102008060507A12010-01-14
DE102008060507A12010-01-14
DE102008006965A12009-08-06
Attorney, Agent or Firm:
KLÜPPEL, Walter (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Metallurgisches Gefäß mit einem Hohlraum zur Behandlung eines ersten flüssigen Metalls oder zur Verflüssigung eines Metalls, wobei das Gefäß eine kühlbare Wandung (1 ) mit einer dem Hohlraum zugewandten Heißseite und einer dem Hohlraum abgewandten Kaltseite aus einem zweiten Metall umfasst und wobei die Wandung (1 ) mit Lichtwellenleitern (5, 6, 7) zur Erfassung von Daten des metallurgischen Gefäßes oder des ersten Metalls ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter (5, 6, 7) im Bereich der Heißseite oberflächennah angeordnet sind.

2. Gefäß nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter (5, 6, 7) in Nuten (2, 3, 4; 28) eingebracht sind, die von der Heißseite her in die Wandung (1 ) eingebracht sind, wobei die Nuten (2, 3, 4; 28) mit den eingebrachten Lichtwellenleitern durch Füllstücke (8, 9, 10; 27) auf der Heißseite verschlossen sind.

3. Gefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke (8, 9, 10; 27) aus demselben Material wie die Wandung (1 ) bestehen.

4. Gefäß nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (2, 3, 4; 28) einen sich zu ihrem Nutgrund (25) hin verjüngenden Querschnitt aufweisen.

5. Gefäß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (2, 3, 4; 28) einen wenigstens im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.

6. Gefäß nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke (8, 9, 10; 27) einen an die Nuten (2, 3, 4; 28) ange- passten Querschnitt haben, insbesondere einen ebenfalls trapezförmigen Querschnitt.

7. Gefäß nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke (8, 9, 10; 27) gegenüber den Nuten (2, 3, 4; 28), insbesondere in dem Bereich, der an die Oberfläche der benachbarten Wandungsbereiche anschließt, ein geringfügiges Untermaß aufweisen.

8. Gefäß nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke (8, 9, 10; 27) eine Breite von 1 bis 2 mm haben.

9. Gefäß nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung mit den Füllstücken (8, 9, 10; 27) auf der Heißseite mit einer Schicht aus Nickel oder Chrom beschichtet ist.

10. Gefäß nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter (5, 6, 7) in Bohrungen eingebracht sind, die parallel zur Heißseite in der Wandung (1 ) verlaufen.

1 1 . Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter (5, 6, 7) in den Nuten oder Bohrungen in Hüllrohren, insbesondere aus Metall, eingebracht sind.

Gefäß nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllrohre (26) einen Durchmesser von etwa 0,5 - 1 mm haben.

Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter (5, 6, 7) einen Durchmesser von etwa 0,15 mm haben.

Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter (5, 6, 7) zur Temperaturmessung lose in den Nuten (2, 3, 4; 28), Bohrungen oder Hüllrohren verlegt sind, oder zur Erfassung von Dehnungen des metallurgischen Gefäßes punktuell oder über ihre gesamte Länge mit dem sie umgebenden Material der Wandung, der Füllstücke und/oder der Hüllrohre fest verbunden sind, wobei die Hüllrohre zur Dehnungsmessung ihrerseits mit der Wandung verbunden sind.

15. Verwendung eines Lichtwellenleiters in der Wandung eines metallurgischen Gefäßes nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (5, 6, 7) dazu verwendet wird, die Temperatur der Wandung des Gefässes, oder die Temperatur der Metallschmelze des ersten Metalls in dem Gefäß, oder Dehnungen des Gefäßes zu messen.

16. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Temperatur oder der Dehnungen erfasst wird, wobei der zeitliche Verlauf der gemessenen Dehnungen des Gefäßes das Schwingungsverhalten des Gefäßes repräsentiert.

17. Verwendung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Daten zur Regelung des Gießspiegels eingesetzt werden.

18. Verwendung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass als Daten die zeitlichen Verläufe der Temperatur der Wandung des Gefäßes oder Metallschmelze oder der Dehnungen des Gefäßes erfasst werden und zur Optimierung / Steigerung der Elektrodenleistung verwendet werden, ohne dass die Wandungen des Gefäßes beschädigt werden bzw. kurz vor Erreichen der Verssagensgrenze kann aufgrund der Lichtwellenleiter-Messwerte die Elektrodenleistung begrenzt werden.

19. Verfahren zum Herstellen einer Wandung eines metallurgischen Gefäßes wobei die Wandung (1 ) eine Heißseite und eine Kaltseite aufweist, wobei Lichtwellenleiter (5, 6, 7) zur Erfassung von Daten in die Wandung eingebracht werden; dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Lichtwellenleiter folgende Schritte umfasst:

Auf der Heißseite: Einbringen von Nuten (2, 3, 4; 28) in die Wandung (1 ) durch Materialabtragung, insbesondere durch Fräsen,

Einlegen der Lichtwellenleiter (5, 6, 7) in die Nuten (2, 3, 4; 28), und

Verschließen der Nuten (2, 3, 4; 28) auf der Heißseite durch Füllstücke (8, 9, 10; 27).

Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke (8, 9, 10; 27) durch mechanische Einwirkung, insbesondere durch Löten oder Schweißen, mit dem Material der Wandung verbunden werden. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißvorgang durch Reibschweißen, insbesondere durch Rührreibschweißen, erfolgt.

Description:
Metallurgisches Gefäß und Verfahren zur Herstellung einer Wandung des Gefäßes

Die Erfindung bezieht sich auf ein metallurgisches Gefäß mit einem Hohlraum zur Behandlung eines ersten flüssigen Metalls oder zur Verflüssigung eines Metalls, wobei das Gefäß eine kühlbare Wandung mit einer dem Hohlraum zugewandten Heißseite und einer dem Hohlraum abgewandten Kaltseite aus einem zweiten Metall umfasst und wobei Lichtwellenleiter zur Erfassung von Daten des metallurgischen Gefäßes oder des ersten Metalls in die Wandung des Ge- fäßes eingebracht sind. Dabei ist das erste Metall insbesondere Stahl, wobei es jedoch auch ein anderes Metall sein kann. Das zweite Metall ist insbesondere Kupfer, wobei jedoch auch ein anderes Metall vorgesehen werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Wandung für das metallurgische Gefäß sowie die Verwendung von Lichtwellenleitern in der Wan- dung des Gefäßes.

Für die Stahlerzeugung ist eine Reihe von Vorrichtungen bekannt, die über den Weg von Hochofen und Konverter überwiegend heißes, flüssiges Roheisen in Kombination mit Schrott, Erz, Eisenschwamm und anderen Einsatzstoffen ver- arbeiten. Ebenso kommen Schmelzgefäße zum Einsatz, beispielsweise Elektro- Lichtbogenöfen, bei denen überwiegend kalte oder vorgewärmte Einsatzstoffe wie Schrott und Eisenschwamm verwendet werden . Sowohl Kokillen als auch Lichtbogenöfen und sonstige Vorrichtungen zum Schmelzen oder Bevorraten geschmolzenen Metalls werden als metallurgische Gefäße bezeichnet. In der DE 10 2008 060 507 A1 wird die Messung der Temperatur in einer Kokille einer Gießanlage mit Hilfe eines faseroptischen Messverfahrens beschrieben. Hierbei kommen Sensoren zur Messung der Temperatur in mindestens einer Kupferplatte in der Wandung der Kokille zum Einsatz. Die Sensoren sind mit einem Temperaturerfassungssystem verbunden.

Als Sensoren werden Lichtwellenleiter eingesetzt, durch die Laserlicht geleitet wird. Auf der Außenseite der Kupferplatten sind Nuten geformt, in denen die Lichtwellenleiter verlegt sind. Die Temperaturerfassung mittels Lichtwellenleitern ermöglicht einen erheblich geringeren Kabelaufwand als die Verwendung von Thermoelementen in der Kokille. Zudem wird erheblich weniger Arbeitsund Kostenaufwand zur Installation der Fasern in der Kokillen-Kupferplatte benötigt. Die Verwendung der Lichtwellenleiter ermöglicht darüber hinaus eine höhere Ortsauflösung, als sie bei Verwendung von Thermoelementen, die in Bohrungen eingesetzt sind, erreicht werden kann. Ein Lichtwellenleiter kann mehr als hundert Thermoelemente samt den zugehörigen Kabeln ersetzen.

Die Lichtwellenleiter sind beispielsweise mäanderförmig zwischen den Kühlkanälen auf der Rückseite, d. h. auf der Kaltseite, einer Kupferplatte einer Kokille in Nuten verlegt. Die Lichtwellenleiter können mittels Gießharz in den Nuten eingegossen sein . Auch ein Verschließen durch andere Bauteile oder durch galvanische aufgebrachte Schichten ist bekannt.

Aus der DE 1 0 2008 006 965 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Strahlungsmaßes für eine von einem zwischen einer Elektrode und Schmelzgut bren- nendem Lichtbogen ausgehende thermische Strahlung in einem Lichtbogenofen zur Herstellung von Flüssigmetall, in der Regel Stahl, bekannt, das dann zum Einsatz kommt, wenn die Strahlung auf eine Begrenzung des Lichtbogen- ofens auftrifft.

In dem Lichtbogenofen wird aus einem festen Schmelzgut, etwa Schrott oder reduziertes Eisen, entstandenes Flüssigmetall unter Verwendung weiterer Zusatzstoffe hergestellt. Dazu wird mittels einer oder mehrerer Elektroden Energie zum Aufschmelzen des Schmelzguts in den Lichtbogenofen eingebracht, in der Regel in Form eines Lichtbogens zwischen Elektrode und Schmelzgut. Damit das Aufschmelzen möglichst effizient erfolgen kann, versucht man, möglichst d ie gesamte von dem Lichtbogen bereitgestellte Energie in das Schmelzgut einzubringen. Als Schmelzgut wird dabei zu schmelzender Feststoff, Flüssigme- tall und/oder auch Schlacke verstanden.

Aufgrund der bei heutigen Lichtbogenöfen üblichen Betriebsweise kann es jedoch dazu kommen, dass der Lichtbogen während des Einschmelzprozesses frei brennt, d. h. die vom Lichtbogen, der zwischen der Elektrode und dem Schmelzgut ausgebildet wird, erzeugte thermische Strahlung gelangt weitgehend an eine Begrenzung des Lichtbogenofens, insbesondere eine gekühlte Wand des Lichtbogenofens. Dadurch steigt der Energieverbrauch des Ofens, indem einerseits Energie des Lichtbogenofens nur in geringem Umfang in das Schmelzgut eingebracht wird und andererseits gegebenenfalls die Kühlleistung zur Kühlung der Ofenwände erhöht werden muss, um die Wand/Kupferstaves zu schützen.

Bei dem bekannten Verfahren wird ein der Elektrode zugeführter Elektrodenstrom erfasst, wobei Körperschall-Schwingungen des Lichtbogenofens erfasst werden und aus dem erfassten Elektrodenstrom ein einem Frequenzbereich des erfassten Elektrodenstroms zugeordnetes Stromauswertesignal ermittelt wird, wobei aus den erfassten Körperschall-Schwingungen ein Schwingungs- auswertesignal ermittelt wird, das einem Frequenzbereich der Körperschall- Schwingungen zugeordnet ist. Dabei wird als Maß für die thermische Schwingung ein Quotient aus Schwingungsauswertesignal und Stromauswertesignal für wenigstens eine dem erfassten Elektrodenstrom und den erfassten Körperschallschwingungen gemeinsame Frequenz gebildet wird, um das Strahlungs- maß zu ermitteln.

An einer Wand oder an den Paneelen des Ofengefäßes, d. h. an der äußeren Begrenzung des Ofengefäßes sind Körperschallsensoren zur Erfassung von Schwingungen am Ofengefäß angeordnet. Die Signale, die von ihnen übermit- telt werden, werden vorzugsweise zumindest teilweise über einen Lichtwellenleiter geleitet.

Es ist bekannt, Lichtwellenleiter auf der von dem das flüssige Metall enthaltenden Hohlraum abgewandten Seite, d. h. der Kaltseite, der aus Kupfer beste- henden Wandplatten in Nuten anzubringen. Bei der Einbringung von der Kaltseite liegen bei Temperaturänderungen oft Anstiegszeiten, d. h. die Zeiten bis zum Erreichen eines 68 %-Wertes des zu erreichenden Temperaturwertes, von zwei oder drei Sekunden vor. Derart lange Anstiegszeiten disqualifizieren die Lichtwellenleiter für die Aufgabe der Gießspiegelregelung. Man ist daher in die- sem Fall auf den Einsatz radiometrischer Systeme angewiesen, die radioaktive Strahlung verwenden, bei denen sich Anstiegszeiten von einer halben bis zu einer Sekunde realisieren lassen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein bekanntes metallurgisches Gefäß der ein- gangs genannten Art und ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Wandung für das Gefäß, sowie die Verwendung von Lichtwellenleitern in der Wandung des Gefäßes so zu verbessern, dass eine exaktere Erfassung von Tem- peratur- oder Dehnungsdaten betreffend das Gefäß oder das Metall in dem Gefäß ermöglicht wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Lichtwellenleiter im Bereich der Heißseite oberflächennah angeordnet sind.

Der Begriff metallurgisches Gefäß umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung alle Arten von metallurgischen Gefäßen, auch Schmelzöfen, insbesondere E- lektrolichtbogenöfen, und auch Kokillen, insbesondere für Strangguß.

Der Begriff Wandung umfasst im Sinne der vorl iegenden Erfindung auch einzelne Wandelemente, z.B. Wandplatten, als Teil einer gesamten Gefäßwand. Umgekehrt ist der Begriff Wandplatte sowohl als Einzelelement wie auch als gesamte Wandung des Gefäßes zu verstehen.

Durch die erfindungsgemäße Einbringung von Lichtwellenleitern in die Wandungen des Elektrol ichtbogenofens lassen sich die Temperaturen oder das Dehnungs- bzw. Schwingungsverhalten des metallurgischen Gefäßes auf der Heißseite in verschiedenen Höhen des Gefäßes darstellen. Hierbei werden e- benfalls dynamische Änderungen durch den Prozess, beispielsweise bedingt durch Strömungsänderungen in der Schmelze, erfasst. Das Konzept ermöglicht eine Darstellung der thermischen und mechanischen Belastung der Wandung des Gefäßes in jedem Betriebszustand, auch in zeitlicher Abhängigkeit. Damit ist es auch mögl ich, gezielt nach (Prozess-) Fehlern, wie Längsrissen in der Wandung oder Anbackungen von Schmelze an der Heißseite, als Ursache für charakteristische Signaturen auf dem späteren Gießprodukt zu suchen. Bei diesem neuen Konzept werden die Lichtwellenleiter nicht, wie bisher bekannt, von der kühlwasserumflossenen Kaltseite her, sondern direkt von der thermisch belasteten Heißseite in die Wandung des Gefäßes eingebracht. Dies ermöglicht eine sehr zeitnahe Überwachung der Staves vor Überlastsituationen. Falls der Lichtwellenleiter LWL im Kupferstave eine beginnende Überhitzung anzeigt, kann die Heizleistung der Elektrode verringert werden . Durch die genaue Messung kann der Lichtbogenofen näher an der Betriebsgrenze mit mehr Heizleistung betrieben werden, da keine unnötig hohe Sicherheitsreserve zum Schutz der Staves notwendig ist.

Hierzu wird auf der Heißseite eine durchgängige Nut gefräst, die später auf der Heißseite durch ein Füllstück aus dem Grundmaterial der Heißseite verschlossen wird. Dieses Füllstück wird vorzugsweise durch das Reib-Rühr-Schweißen wieder mit dem Grundkörper verschmolzen. Hierbei ist die Nuttiefe so bemes- sen, dass die thermische Belastung durch das Schweißverfahren den Lichtwellenleiter nicht beschädigen kann.

Dieses Konzept weist für den Einsatz einer Gießkokille den Vorteil auf, dass die Messfaser sehr nahe an dem Bereich angeordnet ist, in dem der Gießprozess stattfindet. Dadurch lassen sich Lichtwellenleiter für die Temperaturmessung oder Dehnungsmessung einsetzen, ohne dass zu lange Anstiegs- oder Totzeiten i n Ka uf g enom men werd en m ü ssen . Be i E i n satz d es Faser-Bragg- Verfahrens zur Temperaturmessung bei erfindungsgemäß verlegten Lichtwellenleitern werden bei Verwendung eines hinreichend dünnen Hüllrohrs, das den Lichtwellenleiter umgibt, Anstiegszeiten von nur 0,1 s erreicht. Dies bedeutet, dass beim Einbringen eines von einem Hüllrohr umgebenen Lichtwellenleiters in die Nut einer Heißseite / Kupferplatte noch eine Erhöhung der Totzeit oder eine zusätzliche Anstiegszeit von weiteren 0,25 s hingenommen werden kann, ohne ein Ergebnis zu erhalten, das schlechter als bei einem bekannten radiometrischen Verfahren ist. Durch die Erfindung lässt sich eine derart gute Messgenauigkeit mit geringen Tot- und Anstiegszeiten realisieren, wenn die Nuten, in denen die Lichtwellenleiter l iegen, nur eine geringe Tiefe von ca. 3 - 1 2 mm haben. Das heißt, die Lichtwellenleiter liegen erfindungsgemäß zum Beispiel im Bereich von 3 - 12 mm hinter der Heißseite. Durch Fräsen werden, beispielsweise mittels eines Scheibenfräsers, Nuten hergestellt, die eine Breite von ein bis zwei Millimetern haben . In diese lassen sich die mit Hüllrohren umhüllten Lichtwellenleiter h ineinlegen . Anschließend werden die Nuten vorzugsweise durch an die Breite der Nuten angepasste Metallstreifen als Füllstücke verfüllt. Schließlich werden die Metallstreifen an ihren Seitenkanten mit dem Material der Kupferplatten verbunden. Dies kann durch eine Vielzahl von Technologien geschehen, beispielsweise durch Schweißen oder Löten. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

In vorteilhafter Weise bestehen die Füllstücke, die die Nuten verschließen, aus demselben Material wie die Wandplatten.

Mit Vorteil lässt sich auch vorsehen, dass die Nuten einen sich zum Nutgrund verjüngenden Querschnitt aufweisen. Dies verhindert, dass beim Reibrührschweißen ein mit Druck über das Schweißgut fahrender Bolzen das Füllstück zu tief herunterdrücken und dadurch das Lichtwellenleiter-Hüllrohr zerdrücken kann. Hierzu weisen die Nuten mit Vorteil einen wenigstens im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf. Durch den trapezförmigen Querschnitt kann das Herunterdrücken des Füllstückes und des Zerdrückens des Hüllrohres verhindert werden.

Es versteht sich, dass die Füllstücke vorzugsweise einen an die Nuten ange- passten Querschnitt haben, insbesondere einen ebenfalls trapezförmigen Querschnitt.

Vorzugsweise haben die Füllstücke gegenüber den Nuten, insbesondere in dem Bereich, der an die Oberfläche der Wandstücke anschließt, ein geringfügiges Untermaß. Dadurch ist es möglich, dass sich die Füllstücke durch mechanische Einwirkung, insbesondere durch Walzen oder Schweißen, mit dem Material der Wandplatten verbinden lassen ohne die Lichtwellenleiter-Hüllrohre am Nutgrund zu beschädigen.

Vorzugsweise wird die Verbindung zwischen den Füllstücken und dem sie seitlich umgebenden Material der Wandplatten durch einen Schweißvorgang durchgeführt, vorzugsweise durch Reibschweißen, insbesondere durch Rühr- reibschweißen.

Mit Vorteil, jedoch nicht notwendigerweise, sind die Lichtwellenleiter in Hüllrohren, insbesondere aus Metall, eingebracht. Hierzu lässt sich außerdem mit Vorteil vorsehen, dass die Füllstücke und die Wandplatten auf ihren von außen zugänglichen Oberflächen mit einer Schicht aus Nickel oder Chrom beschichtet sind.

Alternativ zum Einbringen der Lichtwellenleiter in Nuten und dem anschließenden Verfüllen mit Füllstücken und zum Einsatz des Reibschweißens lässt sich gemäß der Erfindung in einer anderen bevorzugten Ausführung auch vorsehen, dass die Lichtwellenleiter in Bohrungen eingebracht sind, die parallel zur heiß- seitigen Oberfläche der Wandplatten verlaufen und die beispielsweise durch Lasertechnik hergestellt werden.

Vorzugsweise haben die Lichtwellenleiter einen Durchmesser von etwa 0,15 mm. Die hierzu passenden Hüllrohre haben einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 1 mm. Vorzugsweise haben die Füllstücke eine Breite von 1 bis 2 mm.

Die Lichtwellenleiter lassen sich messtechnisch auf vielfältige Weise einsetzen. Je nach ihrem Einsatzzweck liegen sie lose in den Nuten oder Bohrungen, insbesondere zur Temperaturmessung, denn für die Temperaturmessung ist es wichtig, dass sich die Lichtwellenleiter aufgrund einer Temperaturveränderung selber ungehindert zusammenziehen oder ausdehnen können.

Vorzugsweise sind die Lichtwellenleiter im Bereich der in der Nähe von den Kupferstaves verlegt. Dies hat den Vorteil, dass die Heizleistung der Elektro- de(n) des Ofens bereits dann wieder verringert werden kann, sobald die Lichtwellenleiter eine Versagen der Staves in naher Zukunft erwarten lassen.

Dagegen ist es für eine Dehnungsmessung wichtig, dass die Lichtwellenleiter zumindest punktuell, vorzugsweise jedoch über ihre gesamte Länge mit dem sie umgebenden Material der Wandung und/oder mit den Füllstücken fest verbunden sind . Diese Form der Befestigung ist erforderlich, damit sich Dehnung en d es Gefäßes unmittelbar auf den Lichtwellenleiter übertragen und der Lichtwellenleiter Signale abgeben kann, welche die Dehnungen des metallurgischen Gefäßes repräsentieren . Auch der zeitl iche Verlauf von Dehnungen , Schwingungen und/oder Temperaturen, wie sie jeweils mit den Lichtwellenleitern erfasst werden, kann aufgezeichnet und ausgewertet werden. Es versteht sich, dass in demselben metallurgischen Gefäß entsprechend ihren unterschiedlichen Einsatzzwecken sowohl lose verlegte als auch festgeklebte Lichtwellenleiter in den Nuten oder Bohrungen auf der Heißseite der Wandplatten vorhanden sein können.

Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung von Lichtwellenleitern in Wandungen von metallurgischen Gefäßen. Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lichtwellenleiter die Temperatur der Wandung, der Metall- schmelze des ersten Metalls in dem Gefäß oder mechanische Dehnungen oder Schwingungen der Wandung messen . Vorzugsweise werden die Daten beispielsweise zur Regelung des Gießspiegels eingesetzt.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer Wand- platten umfassenden Wandung eines metallurgischen Gefäßes. Dazu ist erfin- dungsgemäß vorgesehen, dass auf der Heißseite der Wandung Nuten durch Materialabtragung, insbesondere durch Fräsen, hergestellt werden, dass Lichtwellenleiter in die Nuten gelegt werden, dass die Nuten durch Füllstücke geschlossen und anschließend die Füllstücke durch ein Schweißverfahren, insbesondere durch Rührreibschweißen, mit dem Material der Wandplatten verbunden werden.

Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht auf eine Wandplatte einer Gießkokille, in die Nuten für die Aufnahme von Lichtwellenleitern eingebracht sind,

Fig. 2 ein Füllstück und eine Platte mit einer Nut, in der das Füllstück eingesetzt wird, jeweils im Querschnitt, und

Fig. 3 eine perspektivische Seitenansicht einer anderen Wandplatte, in die eine mit einem trapezförmigen Füllstück verschlossene und einen Lichtwellenleiter aufnehmende Nut eingebracht ist, in Verbindung mit einer schematisch dargestellten Anordnung zum Rührreibschweißen.

Eine Wandplatte 1 (Fig. 1 ) eines metallurgischen Gefäßes, zum Beispiel einer Kokille zum Gießen von Metall, insbesondere von Stahl, besteht vorzugsweise aus Kupfer und weist auf der Seite, die dem das flüssige Metall aufnehmenden Gießraum zugewandt ist, der sogenannten Heißseite, d . h . in der Darstellung auf der Oberseite, Nuten 2, 3 und 4 auf, die einen rechteckigen, quadratischen oder trapezförmigen Querschnitt haben und deren Grund vorzugsweise verrundet ist. In den Nuten 2, 3 und 4 sind Lichtwellenleiter 5, 6 bzw. 7 hineinge- legt. Von der Oberseite/Heißseite her sind auf die Lichtwellenleiter 5, 6 und 7 in den Nuten jeweils mit Füllstücken 8, 9 bzw. 10 abgedeckt. Zusätzlich können zur Fixierung entweder nur an den äußeren seitlichen Enden 1 1 , 12 oder, auch in den Bereich zwischen den beiden Enden 1 1 , 12 hineinragend, Niederhalter 13, 14 bzw. 15 vorgesehen, die die Lichtwellenleiter 5 bis 7 und/oder die auf ihnen liegenden Füllstücke 8 bis 1 0 fixieren, während diese durch einen Reibschwei ßvorgang mit den seitlich an sie anschließenden Bereichen 16, 17, 18 und 19 der Wandplatte 1 verbunden werden.

Die Lichtwellenleiter 5 bis 7 bestehen aus einem optisch leitfähigen Material mit einer im Querschnitt von innen nach außen abnehmenden Brechzahl; sie werden vorzugsweise jeweils von metallischen Hüllen oder Hülsen aufgenommen und können zur Temperaturmessung Temperaturen bis 600° C als Dauerbelastung ertragen . Auf ihrer Rückseite ist die Wandplatte 1 von Kühlwasser durchflössen. Das Kühlwasser fließt durch (nicht dargestellte) Kanäle.

Die Lichtwellenleiter 5 bis 7 weisen endseitig Linsenstecker auf, um die Lichtwellen auszukoppeln und diese einer Auswerteeinheit zuzuführen. Dadurch, dass die Lichtwellen über Linsenstecker von dem Gehäuse des Bauteils in der jeweiligen Messposition zur Auswerteeinheit geführt werden, wird eine robuste Signalübertragung erreicht. Die Lichtwellenleiter 5 bis 7 haben einen Durchmesser von beispielsweise 0,15 mm ohne das Hüllrohr und einschließlich des Hüllrohrs von beispielsweise 1 mm . Als Messverfahren kommen ein Faser- Bragg-Gitter-Messverfahren (FBG (= Fiber Bragg Gräting )-Verfahren und/oder das OTDR-Verfahren (OTDR = Optical Time Domain Reflectometry) sowie das OFDR-Verfahren (Optical Frequency Domain Reflectometry).

Die Füllstücke 8, 9, 1 0, weisen, wie in Fig . 2 anhand des Füllstücks 8 dargestellt, einen vorzugsweise trapezförmigen Querschnitt 20 auf. Hierbei bilden Seitenwände 21 , 22 mit einer Oberkante 23 des Füllstücks 8 vorzugsweise denselben stumpfen Winkel α aus, der auch zwischen den Seitenwänden 23, 24 der Nut 2 und den jeweils seitlich an sie anschließenden Bereichen 1 6, 1 7 vorhanden sind . Auf dem Grund 25 der Nut 2, der vorzugsweise verrundet ist, liegt der von einem Hüllrohr 26 umgebene Lichtwellenleiter 5. Das Füllstück 8 kann gegenüber der Nut 2 auch ein geringfügiges Untermaß aufweisen. Es wird dann mechan isch in d ie N ut 2 h ineinged rückt u nd beispielsweise d u rch Schweißen oder Löten mit den die Nut 2 umgebenden Bereichen 1 6, 1 7 ver- bunden.

Wenn ein Füllstück 27 (Fig. 3) ausreichend genau an die Form einer Nut 28 in einem Werkstück 29, also beispielsweise einer Kupferplatte für eine Gießkokille, angepasst ist, die es von der Heißseite her oben abdecken soll, wird das Füllstück 27, nachdem es in die Nut 28 hineingelegt worden ist, vorzugsweise durch Rührreibschweißen mit seitlichen Bereichen 30, 31 verbunden . Hierzu wird ein Rührschweißgerät 32 oberhalb der Wandplatte 1 in Richtung eines Pfeils A über den Verlauf der Nut 28 über das Füllstück 27 geführt, wobei ein an einer Werkzeugschulter 33 angebrachter Schweißpin 34 im Kontakt mit dem Füllstück 27 gleichzeitig Drehbewegungen vollzieht. Dabei erwärmen sich das Füllstück 27 und die Bereiche 30, 31 so stark, dass sie infolge der Reibwärme miteinander eine stoffliche Verbindung eingehen, die eine hohe Stabilität hat.

Das Einbringen der Lichtwellenleiter im Bereich von Kühlelementen , z.B. soge- nanter Kupferstaves, in die Heißseite des metallurgischen Gefäßes ermöglicht vorteilhafterweise eine sehr schnelle und rationelle Art und Weise der Fasereinbringung.

Der zeitliche Verlauf der Temperatur der Wandung des Gefäßes oder der Metallschmelze im Gefäß und/oder der zeitliche Verlauf der Dehnung des Gefäßes kann mit Hilfe der Lichtwellenleiter erfasst werden und zum Beispiel zur Optimierung/Steigerung der Elektrodenleistung verwendet werden. Die Elektrodenleistung wird nach Maßgabe der berücksichtigten zeitlichen Verläufe so gesteuert, dass die Wandungen des Gefäßes nicht beschädigt werden . Insbesondere kann durch Auswerten der zeitlichen Verläufe die Versagensgrenze des Gefä- ßes ermittelt werden und die elektrische Leistung der Elektroden kann so rechtzeitig vor Erreichen der Versagensgrenze reduziert werden.

Bezugszeichenliste

1 Wandung

2 Nut

1 0 3 Nut

4 Nut

5 Lichtwellenleiter

6 Lichtwellenleiter

7 Lichtwellenleiter

1 5 8 Füllstück

9 Füllstück

10 Füllstück

1 1 Ende

12 Ende

20 13 Niederhalter

14 Niederhalter

15 Niederhalter

16 Bereich

17 Bereich

25 18 Bereich

19 Bereich

20 Querschnitt

21 Seitenwand

22 Seitenwand

30 23 Seitenwand

24 Seitenwand 25 Grund

26 Hüllrohr

27 Füllstück

28 Nut

29 Werkstück

30 Bereich

31 Bereich

32 Rührschweißgerät

33 Werkzeugschulter

34 Schweißpin

35 Schmelze

36 Lanze

37 Lanzenrohr

38 Lanzen köpf

39 Auftragvorrichtung

40 Abstreifer

41 Zuführungsleitung