Dickenmessung einer Schicht eines Gießpulvers in einer

Kokille

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung einer Dicke einer Schicht eines

Gießpulvers in einer Kokille zum Stranggießen.

Das sogenannte Bad eines flüssigen Metalls, typischerweise eine Stahlschmelze, in einem metallurgischen Gefäß, wie z.B. der Gießspiegel (Meniskus) in einer Kokille oder der Bad spiegel in einem Gießverteiler, wird beim Stranggießen durch eine Schicht eines Gieß- oder Abdeckpulvers abgedeckt. Der pulverförmige Stoff zum Abdecken des Bads in dem Gieß

verteiler wird als Abdeckpulver bezeichnet; das Pulver zum Abdecken des Bads in der Kokille wird Gießpulver genannt. Durch das Abdecken des Bads wird eine Oxidation des flüssigen Metalls hintangehalten. Außerdem stellt das Gießpulver eine ausreichende Schmierung zwischen der oszillierenden Kokille und dem stranggegossenen Strang sicher. Einerseits muss die Schicht des Gieß- oder Abdeckpulvers eine gewisse Mindest dicke aufweisen um die Oxidation effektiv verhindern zu können; andererseits darf die Schicht aber auch nicht zu dick sein, da sich dies negativ auf den Pulververbrauch und auf die Qualität des stranggegossenen Strangs auswirkt.

Stand der Technik

Der Nutzen einer Gießpulverschicht sowie die Notwendigkeit, die Dicke einer Gießpulverschicht in einer Kokille während des Stranggießens annähernd konstant zu halten, sind z.B. aus der WO 96/36449 Al bekannt. Grundsätzlich ist es auch

bekannt, die Dicke einer Schicht eines Gieß- oder Abdeck pulvers zu messen. Das Gieß- oder Abdeckpulvers wird entweder manuell oder automatisiert (z.B. durch einen Manipulator oder Roboter) auf das Bad aufgebracht.

Die Dicke einer Schicht eines Gieß- oder Abdeckpulvers kann entweder direkt oder indirekt gemessen werden. Bei der direkten Messung wird die Oberflächentemperatur der Schicht, die ein flüssiges Bad zumindest teilweise abdeckt, z.B. von einer Thermokamera oder einem Pyrometer gemessen. Da die Temperatur des flüssigen Bads unterhalb der Schicht

üblicherweise relativ genau bekannt ist und die Oberflächen temperatur der Schicht von der Dicke der Schicht des Gieß oder Abdeckpulvers abhängt, kann von der gemessenen Ober flächentemperatur auf die Dicke der Schicht des Gieß- oder Abdeckpulvers rückgeschlossen werden. Obwohl die direkte Messung einfach ist, ist nachteilig daran, dass die Messung relativ ungenau ist und das Ergebnis zudem stark von der Isolierwirkung des verwendeten Pulvers abhängt. Außerdem muss beim Stranggießen üblicherweise auch der Gießspiegel in einer Kokille gemessen werden, da dieser während des Stranggießens - meist durch eine Gießspiegelregelung - innerhalb enger Grenzen gehalten werden muss. Bei der indirekten Messung wird einerseits die Höhenlage s _P einer Oberkante einer Schicht des Gieß- oder Abdeckpulvers im metallurgischen Gefäß und

andererseits die Höhenlage s _M einer Oberkante des flüssigen Metalls im metallurgischen Gefäß gemessen. Die Messung der Höhenlage s _P kann z.B. durch einen Laser erfolgen. Eine zusätzliche Messung des Gießspiegels, z.B. durch eine

radiometrische oder elektromagnetische Gießspiegelmessung, liefert die Höhenlage s _M des flüssigen Metalls im metall urgischen Gefäß. Die Dicke der Schicht des Gieß- oder Abdeck pulvers ergibt sich aus der Differenz der Höhenlagen zwischen s _M und s _P . Nachteilig an der indirekten Messung ist, dass unterschiedliche Messsysteme zum Einsatz kommen und insbes. elektromagnetische oder radiometrische Messsysteme problem atisch sind. In schnellgießenden Stranggiessanlagen werden zudem häufig elektromagnetische Kokillenrührer verwendet, die die Signale elektromagnetischer Messsysteme stark verzerren oder gar unbrauchbar machen können. Radiometrische Mess- Systeme sind zwar gegenüber elektromagnetischen Feldern un empfindlich, allerdings ist der Einsatz radioaktiver Strahler im Bereich des Gießspiegels und somit in der Nähe der Gieß bühne aus Gründen der Gesundheit/Arbeitssicherheit kritisch.

Aus der WO 2009/090025 Al ist ein Verfahren zur Messung einer Dicke einer Schicht eines Gießpulvers in einer Kokille mittels Radartechnik bekannt, umfassend die Schritte: Messung einer Höhenlage einer Oberkante der Schicht des Gießpulvers s _P und Messung einer Höhenlage der Oberkante des flüssigen Metalls s _M in der Kokille, wobei eine Elektronik eine

frequenzmodulierte elektromagnetische Welle mit Frequenzen >

5 GHz erzeugt, eine Radarantenne die Welle emittiert, die Oberkante des Gießpulvers und die Oberkante des flüssigen Metalls die Welle reflektieren, und die Elektronik die

Höhenlage der Oberkante des Gießpulvers s _P sowie die

Höhenlage der Oberkante des flüssigen Metalls s _M bestimmen. Anschließend wird die Dicke der Gießpulverschicht bestimmt. Damit die Radarwelle die Oberkante der Schicht des Gieß pulvers und die Oberkante des Gießspiegels auflösen kann, weist die Radarwelle eine sehr große Bandbreite von > 20 GHz, z.B. 35 GHz, auf. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass bei der Radarantenne und der Auswerteelektronik aufgrund der hohen Bandbreite nicht mehr auf günstige Standardkomponenten zurückgegriffen werden kann. Dadurch ist das System teuer. Außerdem haben Tests gezeigt, dass das Messsystem in der Praxis mit unterschiedlichen Gießpulvern unzuverlässig ist und oftmals keine oder zumindest ungenaue Messergebnisse liefert. Aus diesem Grund haben sich bis heute Radar- Messsysteme für die Dickenmessung einer Schicht eines

Gießpulvers in der Praxis nicht durchsetzen können.

Aus der WO 00/11494 Al ist ein Verfahren zur Dickenmessung einer Schlackenschicht in einem unten geschlossenen Behälter 1 mittels Radartechnik bekannt. Bei der Radarmessung werden elektromagnetische Wellen mit Frequenzen zwischen 5 und 25 GHz verwendet. Wie das Verfahren zur Dickenmessung einer Gießpulverschicht in einer Kokille eingesetzt werden kann und wie zuverlässig zwischen den Oberkanten des Gießpulvers und des flüssigen Metalls unterschieden werden kann, geht aus der Schrift nicht hervor .

Schließlich ist aus der US 2004/0212529 Al ein radarbasiertes Verfahren zur Füllstandsmessung bekannt. Die dabei

verwendeten elektromagnetischen Wellen sind elliptisch oder zirkular polarisiert und weisen gemäß einer bevorzugten

Ausführungsform Frequenzen zwischen 4 und 8 GHz sowie

zwischen 18 und 28 GHz auf. Wie das Verfahren zur

Dickenmessung einer Gießpulverschicht in einer Kokille eingesetzt werden kann und wie das Verfahren mit linear polarisierten elektromagnetischen Wellen durchgeführt werden kann, geht aus der Schrift nicht hervor.

Wie die Zuverlässigkeit eines radarbasierten Messsystems zur Dickenmessung einer Gießpulverschicht in einer Kokille gesteigert, die Genauigkeit erhöht und dennoch preisgünstige Standardkomponenten verwendet werden können, geht aus den Schriften nicht hervor.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit einer Dickenmessung einer Schicht eines Gießpulvers in einer Kokille zu erhöhen, und die Kosten für die Dickenmessung zu senken.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Messung einer Dicke einer Schicht eines Gießpulvers in einer Kokille nach Anspruch 1 gelöst, wobei die Schicht ein flüssiges Metall (typischerweise Stahl oder eine Aluminium- bzw.

Kupferlegierung) in der Kokille zumindest teilweise abdeckt, umfassend die Verfahrensschritte:

- Messung einer Höhenlage s _P einer Oberkante der

Schicht, wobei eine erste frequenzmodulierte elektro- magnetische Welle mit Frequenzen > 85 GHz , bevorzugt < 135 GHz, erzeugt wird, die erste Welle emittiert wird, die

Oberkante der Schicht die erste Welle reflektiert, und die Höhenlage s _P der Oberkante der Schicht des Gießpulvers in Abhängigkeit einer Verzögerung zwischen der ersten

emittierten Welle und der ersten reflektierten Welle bestimmt wird;

- Messung einer Höhenlage s _M einer Oberkante des

flüssigen Metalls in der Kokille;

- Bestimmung der Dicke d der Schicht des Gießpulvers, z.B. durch d= | s _P —s _M I -

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß der Erfindung wird die Höhenlage s _P der Oberkante der Schicht des Gießpulvers in der Kokille zwar ebenfalls durch eine Radarmessung bestimmt, die Frequenzen und die

Bandbreiten des Radarsignals sind aber völlig verschieden. Erfindungsgemäß wird eine hochfrequente erste

frequenzmodulierte elektromagnetische Welle mit einer

wesentlich höheren Frequenz von > 85 GHz, bevorzugt < 135 GHz, erzeugt, z.B. von einer ersten Elektronik. Diese erste Welle weist aber vorzugsweise nur eine geringe Bandbreite von < 5 GHz auf, z.B. von 2 bis 5 GHz. Die erste Welle wird anschließend emittiert, z.B. von einer der ersten Elektronik zugeordneten ersten Radarantenne. Die Oberkante der Schicht des Gießpulvers reflektiert die erste emittierte Welle und die Höhenlage s _P der Oberkante der Schicht des Gießpulvers wird in Abhängigkeit einer Verzögerung zwischen der ersten emittierten und der ersten reflektierten Radarwelle bestimmt. Die Messung der Höhenlage s _M der Oberkante des flüssigen Metalls kann zwar ebenfalls durch eine Radarmessung erfolgen, aber auch durch andere Messprinzipien, wie z.B. durch eine radiometrische oder eine elektromagnetische Messung (siehe z.B. die Sensoren "Eddy Current Level Meter ECLM 2000 Series" der Fa. Nireco (auch bekannt unter NKK Sensor), oder Sensoren der Fa. VUHZ) . Durch die Radarmessung der Höhenlage s _P einer Oberkante der Schicht des Gießpulvers in der Kokille wird die Höhenlage s _P sehr genau erfasst. Die Reflektion der emittierten Welle erfolgt weitgehend unabhängig von der Art, der ehern.

Zusammensetzung und der Isolierwirkung des Gießpulvers. Durch die geringe Bandbreite des Radarsignals kann zudem auf übliche Radarkomponenten zurückgegriffen werden. Außerdem hat sich herausgestellt, dass es ausreicht, wenn die erste frequenzmodulierte elektromagnetische Welle eine lineare Polarisation aufweist. Es ist zwar prinzipiell ebenfalls möglich, Radarwellen mit einer zirkularen oder elliptischen Polarisation einzusetzen, jedoch sind die dafür verwendeten Radarkomponenten, insbesondere die Antennensysteme,

aufwändiger und teurer. Demnach ist es vorteilhaft, wenn die erste frequenzmodulierte elektromagnetische Welle linear polarisiert ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Messung der Höhenlage s _M der Oberkante des flüssigen Metalls in der Kokille ebenfalls durch eine Radarmessung, wobei eine

niederfrequente zweite frequenzmodulierte elektromagnetische Welle mit Frequenzen > 1 GHz, bevorzugt < 13 GHz, erzeugt wird, die zweite Welle emittiert wird, die Oberkante des flüssigen Metalls die zweite Welle reflektiert, und die

Höhenlage s _M der Oberkante des flüssigen Metalls in

Abhängigkeit einer Verzögerung zwischen der zweiten

emittierten Welle und der zweiten reflektierten Welle

bestimmt wird. Die Erzeugung der zweiten Welle und

vorzugsweise die Bestimmung der Höhenlage s _M kann durch eine einzige oder durch unterschiedliche Elektroniken erfolgen. Außerdem ist es möglich, dass eine einzige Elektronik sowohl die erste als auch die zweite Welle erzeugt und ggf. auch die Höhenlagen s _P und s _M bestimmt. Auch bei der zweiten

frequenzmodulierten elektromagnetischen Welle ist es

ausreichend, wenn diese linear polarisiert ist. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Frequenzen der ersten und zweiten Wellen sehr unterschiedlich. Für die Messung der Oberkante des Gießpulvers ist es erforderlich, dass relativ hohe Frequenzen > 85 GHz verwendet werden. Demgegenüber ist es für die Messung der Oberkante des flüssigen Metalls sehr vorteilhaft, niedrige Frequenzen < 13 GHz zu verwenden. Beide Radarsignale können eine geringe Bandbreite von < 5 GHz aufweisen, z.B. von 2 bis 5 GHz. In praktischen Messungen hat sich nämlich gezeigt, dass eine niederfrequente Welle mit Frequenzen zwischen 1 und 13 GHz zwar die Schicht eines Gießpulvers gut (d.h. ohne stark reflektiert zu werden) durchdringen kann, aber vom flüssigen Bad in der Kokille stark reflektiert wird. Somit kann auch die Höhenlage s _M der Oberkante des flüssigen Metalls in der Kokille zuverlässig, hochgenau und preisgünstig ermittelt werden.

Für den Schutz einer Elektronik ist es günstig, wenn diese in einem Bereich abseits der Kokille angeordnet ist, und eine emittierte Welle von der Elektronik zur einer Radarantenne und umgekehrt geführt wird und/oder eine emittierte Welle von einem Spiegel in Richtung des Gießpulvers in der Kokille und umgekehrt umgelenkt wird. Das Führen der Radarsignale kann z.B. durch einen Hohlleiter, das Umlenken der Radarsignale kann z.B. durch einen Hohlspiegel erfolgen. In beiden Fällen können die Elektroniken an Positionen angeordnet werden, an denen eine geringe Hitzebelastung besteht und damit effektiv vor Ausfall geschützt werden.

Alternativ dazu ist es möglich, eine Elektronik auch oberhalb der Kokille anzuordnen, insbesondere dann, wenn die

Elektronik durch ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium gekühlt wird.

Zur Führung des Radarsignals bzw. der Radarsignale ist es vorteilhaft, die erste und/oder die zweite emittierte Welle in einem Hohlleiter zu führen und/oder durch einen Spiegel umzulenken. Dies gilt mutatis mutandis auch für die erste und/oder die zweite reflektierte Welle. Dadurch werden die Signale nur wenig gestört bzw. nur wenig gedämpft. Außerdem wird die Anzahl der Leitungen reduziert.

Aufgrund des großen Frequenzunterschiedes zwischen der ersten und der zweiten emittierten Welle sowie zwischen der ersten und der zweiten reflektierten Welle ist es sogar möglich, alle Radarsignale (d.h. die erste und die zweite emittierte Welle sowie die erste und die zweite reflektierte Welle) in einem einzigen Hohlleiter zu führen, durch einen einzige Radarantenne zu emittieren bzw. durch einen einzigen Spiegel in Richtung des Gießpulvers in der Kokille umzulenken. Die Größe bzw. der Durchmesser des Radarkegels kann durch ein oder mehrere Linsen verändert werden.

Die Messung der Höhenlage s _M des flüssigen Metalls in der Kokille kann erfindungsgemäß auch durch eine radiometrische oder eine elektromagnetische Messung erfolgen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch eine

Vorrichtung zur Messung einer Dicke einer Schicht eines

Gießpulvers in einer Kokille nach Anspruch 8 gelöst, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen

Verfahrens geeignet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst:

- eine erste Elektronik zum Erzeugen einer ersten emittierten Welle mit einer Frequenz > 85 GHz, bevorzugt <

135 GHz, und zum Bestimmen einer Höhenlage s _P einer Oberkante der Schicht des Gießpulvers in der Kokille in Abhängigkeit einer Verzögerung zwischen der ersten emittierten Welle und einer ersten reflektierten Welle;

- eine erste Radarantenne zum Emittieren der ersten frequenzmodulierten elektromagnetischen Welle und zum

Empfangen der ersten reflektierten elektromagnetischen Welle; - eine Einrichtung zur Messung einer Höhenlage s _M einer Oberkante des flüssigen Metalls in der Kokille; und

- eine Recheneinheit zur Bestimmung der Dicke d der Schicht des Gießpulvers.

Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, dass die erste Elektronik zur Erzeugung der ersten frequenzmodulierten elektromagnetischen Welle mit Frequenzen > 85 GHz auch die Höhenlage der Oberkante der Schicht des Gießpulvers s _P misst. Die Messung der Höhenlage s _P kann auch durch eine separate Elektronik erfolgen. Bevorzugt ist allerdings, dass eine erste Elektronik sowohl die erste frequenzmodulierte

elektromagnetische Welle erzeugt und die Höhenlage s _P misst.

Die Messeinrichtung zur Messung einer Höhenlage einer

Oberkante des flüssigen Metalls s _M in der Kokille kann z.B. als eine radiometrische oder elektromagnetische

Messeinrichtung ausgebildet sein.

Alternativ dazu kann die Einrichtung zur Messung einer

Höhenlage einer Oberkante des flüssigen Metalls s _M in der Kokille auch als ein Radar-Messssystem ausgebildet sein, umfassend :

- eine zweite Radarantenne zum Emittieren einer zweiten frequenzmodulierten elektromagnetischen Welle und zum

Empfangen einer zweiten reflektierten elektromagnetischen Welle ;

- eine zweite Elektronik zum Erzeugen der zweiten emittierten Welle mit einer Frequenz > 1 GHz, bevorzugt < 13 GHz und zum Bestimmen einer Höhenlage s _M der Oberkante des flüssigen Metalls in der Kokille in Abhängigkeit einer

Verzögerung zwischen der zweiten emittierten Welle und der zweiten reflektierten Welle.

Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, dass die zweite Elektronik zur Erzeugung der zweiten frequenzmodulierten elektromagnetischen Welle mit Frequenzen > 1 GHz auch die Höhenlage der Oberkante der Schicht des flüssigen Metalls s _M misst. Die Messung der Höhenlage s _M kann auch durch eine separate Elektronik erfolgen. Bevorzugt ist allerdings, dass eine zweite Elektronik sowohl die zweite frequenzmodulierte elektromagnetische Welle erzeugt und die Höhenlage s _M misst.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden durch eine einzige Elektronik

- die erste und die zweite frequenzmodulierte

elektromagnetische Welle erzeugt,

- die Höhenlage s _P und s _M gemessen, sowie

- die Schichtdicke d bestimmt.

Für den Schutz einer Elektronik ist es vorteilhaft, wenn die erste und/oder die zweite Elektronik in einem geschützten Bereich abseits der Kokille angeordnet ist.

Alternativ oder ergänzend zum Vorgenannten ist es möglich, dass zumindest eine Elektronik eine Kühleinrichtung aufweist, wobei die Elektronik z.B. durch ein flüssiges oder

gasförmiges Kühlmedium gekühlt wird.

Zur Führung bzw. Umlenkung der Radarsignale ist es vorteil haft, wenn zumindest zwischen einer Elektronik und einer Radarantenne ein Hohlleiter zum Führen einer elektro

magnetischen Welle bzw. ein Spiegel zur Umlenkung einer elektromagnetischen Welle angeordnet ist.

Zum Schutz der Kabel bzw. der Hohlleiter vor mechanischen Beschädigungen und Hitze ist es vorteilhaft, dass ein die ersten und/oder die zweiten Wellen führendes Kabel durch ein Rohr, vorzugsweise ein Stahlrohr, geschützt wird.

Um die Dicke der Schicht des Gießpulvers an mehreren

Positionen innerhalb der Kokille messen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Kokille mehrere erste Radarantennen und/oder mehrere zweite Radarantennen aufweist und/oder eine erste Radarantenne oder eine zweite Radarantenne verfahrbar ausgebildet ist. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht ein schränkender Ausführungsbeispiele, wobei die Figuren zeigen:

Fig 1 ein teilweise geschnittener Aufriss eines

Maschinenkopfes einer Stranggießanlage zur Herstellung eines runden Gießstranges

Fig 2 ein Grundriss der Kokille aus Fig 1

Fig 3 eine schematische Darstellung einer Elektronik zur

Erzeugung einer ersten und einer zweiten frequenzmodulierten elektromagnetischen Welle

Fig 4 ein Grundriss einer Brammenkokille

Fig 5 eine schematische Darstellung der Frequenzen einer ersten frequenzmodulierten elektromagnetischen Welle

Fig 6 eine schematische Darstellung der Frequenzen einer ersten und einer zweiten frequenzmodulierten elektromagnet ischen Welle

Beschreibung der Ausführungsformen

Die Fig 1 zeigt eine teilweise geschnittene Aufrissdar stellung eines Maschinenkopfes einer Stranggießanlage zum Stranggießen eines runden Stahlstranges mit 0 230 mm. In diesem Fall wird flüssige Stahlschmelze von einem Verteiler 1 über ein Tauchrohr 2 in eine runde Kokille 3 eingefüllt. In der gekühlten Kokille 3 bildet sich im Bereich des

Gießspiegels eine dünne Strangschale aus. Der dadurch

gebildete Stahlstrang wird kontinuierlich aus der Kokille 3 ausgezogen und in der der Kokille nachfolgenden, hier nicht dargestellten, Strangführung geführt, gestützt und weiter abgekühlt. Um die Oxidation der Stahlschmelze zu reduzieren, wird die Stahlschmelze im Verteiler 1 durch ein Abdeckpulver und in der Kokille 3 durch ein Gießpulver abgedeckt. Durch das Abdeck- bzw. Gießpulver wird der Kontakt zwischen der Luftatmospähre und der Stahlschmelze reduziert. Das

Gießpulver hat weiters die Aufgabe, eine ausreichende

Schmierung zwischen der im Betrieb oszillierenden Kokille 3 und dem Stahlstrang zu gewährleisten, sodass der Stahlstrang nicht an der Wand bzw. den Wänden der Kokille 3 anhaften kann. Die Höhenlage s _M der Oberkante der Stahlschmelze (kurz Gießspiegel) in der Kokille 3 wird in Fig. 1 z.B. durch eine radiometrische oder elektromagnetische Gießspiegelmess einrichtung 7 gemessen. Alternativ dazu könnte die Höhenlage des Gießspiegels in der Kokille 3 auch durch eine

Radarmessung oder andere, grundsätzlich bekannte,

Messprinzipien erfolgen.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Dickenmessung einer Schicht 5 eines Gießpulvers in der Kokille 3 (siehe Fig 2) erklärt. Eine in Fig 3 dargestellte Elektronik 9 erzeugt mittels einer als Microcontroller 17 ausgebildeten

Recheneinheit 8, des Digital-Analog Wandlers 11 und des

Signalgenerators 10a eine erste frequenzmodulierte

elektromagnetische Welle mit Frequenzen > 85 GHz (siehe z.B. Fig. 5 mit der Signalform der ersten Welle im Frequenzbereich über der Zeit t) . Die vom Signalgenerator 10a erzeugte erste Welle wird durch Verstärker 12 verstärkt und von der ersten Radarantenne 4a emittiert. Die so emittierte erste Welle mit einer Frequenz zwischen 99 und 102 GHz und einer niedrigen Bandbreite von 3 GHz wird von der Oberkante der Schicht 5 des Gießpulvers reflektiert und von der Radarantenne 4 einem Rat- race Koppler 16 zugeführt, der von der reflektierten ersten Welle die emittierte erste Welle abtrennt. Die emittierte erste Welle und die vom Rat-race Koppler 16 abgetrennte reflektierte erste Welle werden vom Mischer 14 gemischt und nach einer Analog-Digital Wandlung im ADC 15 dem Microcontroller 17 zugeführt. Der Microcontroller 17

berechnet einerseits in bekannter Weise die Höhenlage s _P der Oberkante der Schicht 5 des Gießpulvers in Abhängigkeit einer Verzögerung zwischen der ersten emittierten Welle und der ersten reflektierten Welle und erhält andererseits über einen Eingang von der Gießspiegelmesseinrichtung 7 die Höhenlage s _M der Oberkante des flüssigen Metalls in der Kokille 3. Aus den Höhenlagen s _P und s _M berechnet der Microcontroller 17 bzw. die Recheneinheit 8 durch Differenzbildung zwischen s _P und s _M die Dicke d der Schicht des Gießpulvers in der Kokille.

Natürlich kann die Berechnung der Schichtdicke d auch durch ein anderes System gemacht werden, wie z.B. ein Level 1 PLC, das Zugriff auf s _M uns s _P hat. Der obere Teil der in Fig 3 dargestellten Elektronik 9 mit dem Signalgenerator 10b ist bei der Messung der Höhenlage s _P der Oberkante der Schicht des Gießpulvers 5 inaktiv.

Die Elektronik 9 ist in Fig 1 in einem geschützten Bereich abseits der Kokille 3 angeordnet, sodass die Elektronik weder hoher Hitzebelastung noch den Vibrationen der oszillierenden Kokille 3 ausgesetzt ist. Die erste Welle 6 (siehe Fig 5) wird von der Elektronik 9 in einen von einem Stahlrohr 18 geschützten Hohlleiter eingekoppelt und so zur ersten

Radarantenne 4, 4a geführt. Durch das Stahlrohr 18 wird das Kabel mit dem Hohlleiter vor Hitze, mechanischen

Beschädigungen und Stahlspritzern geschützt.

Da das Grundprinzip der Füllstandmessung mittels Radartechnik dem Fachmann wohl bekannt ist, siehe z.B. die Broschüre

Detlef Brumbi : Grundlagen der Radartechnik zur

Füllstandmessung, 4. Auflage, Krohne Messtechnik GmbH & Co. KG, 2003

kann in diesem Dokument auf detaillierte Ausführungen zur Radartechnik verzichtet werden. Als Rückgriff auf die

Grundlagen der Radartechnik wird diese Schrift per Referenz miteinbezogen . Die Fig 2 zeigt eine Grundrissdarstellung der Kokille 3 der Stranggießanlage von Fig 1 mit dem Tauchrohr 2 und der

Radarantenne 4 bzw. 4a. Daraus ist ersichtlich, dass die Radarmessung zur Bestimmung der Höhenlage s _P der Oberkante der Schicht 5 des Gießpulvers auch bei sehr gedrängten

Platzverhältnissen geeignet ist.

Die Fig 4 zeigt eine Grundrissdarstellung einer Kokille 3 einer Brammen-Stranggießanlage mit einem zentral angeordneten Tauchrohr 2 und den Radarantennen 4a und 4b. Gemäß dieser Ausführungsform wird auch die Höhenlage s _M der Oberkante des flüssigen Metalls in der Kokille 3 mittels Radartechnik bestimmt. Diese Funktionalität wird wiederum anhand der

Elektronik 9 in Fig 3 erklärt. Ein Signalgenerator 10b erzeugt eine zweite elektromagnetische Welle 6b mit

Frequenzen zwischen 1 GHz und 4 GHz. Die zweite Welle wird über den Verstärker 12 verstärkt und über einen Zirkulator 13 zur zweiten Radarantenne 4b geleitet und von dieser

emittiert. Da die zweite Welle im Vergleich zur ersten Welle sehr niedrige Frequenzen aufweist, kann diese die Gießpulver schicht passieren und wird an der Oberkante der flüssigen Stahlschmelze in der Kokille 3 reflektiert. Die Höhenlage s _M der Oberkante der Stahlschmelze wird wiederum in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit einer Verzögerung zwischen der zweiten emittierten Welle und der zweiten reflektierten Welle bestimmt. In diesem Fall wird der Eingang für s _M der Elektronik 9 in Fig 3 nicht genutzt bzw. vom Mikrocontroller 17 nicht ausgelesen.

Die Fig 5 zeigt die Signalform einer linear polarisierten ersten frequenzmodulierten elektromagnetischen Welle 6 im Frequenzbereich in Abhängigkeit der Zeit t. Die Welle 6 hat die Signalform eines Sägezahns und führt einen sog.

Frequenzsweep zwischen 99 und 102 GHz durch. Nach dem

Erreichen der Maximalfrequenz von 102 GHz fällt die Frequenz wieder auf die Minimalfrequenz von 99 GHz ab und die Frequenz steigt wiederum linear in Abhängigkeit der Zeit an. Denkbar wäre es auch, nach dem Abfallen der Frequenz eine Pausenzeit lang kein Signal zu senden und danach einen weiteren

Frequenzsweep durchzuführen. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn durch ein und dieselbe Radarantenne sowohl die Höhenlage s _P der Oberkante der Schicht des

Gießpulvers in der Kokille als auch die Höhenlage s _M der Oberkante des flüssigen Metalls in der Kokille gemessen wird.

Die Fig 6 zeigt die Signalformen einer linear polarisierten ersten frequenzmodulierten elektromagnetischen Welle 6a und einer ebenfalls linear polarisierten zweiten frequenz

modulierten elektromagnetischen Welle 6b im Frequenzbereich über der Zeit t. Die erste Welle 6a ist hinsichtlich der Frequenzen beim Frequenzsweep identisch zu Fig 5. Allerdings macht das Signal zwischen zwei Frequenzsweeps eine Pause, in der die zweite Welle 6b von derselben Radarantenne ausge sendet wird. Auch die zweite Welle 6b führt wiederum einen Frequenzsweep aus, allerdings zwischen 1 und 4 GHz. Nach dem Erreichen der Maximalfrequenz von 4 GHz pausiert das Signal für eine bestimmte Zeit, wobei danach die Frequenz wiederum linear in Abhängigkeit der Zeit ansteigt.

Bei einer alternativen Ausführungsform zu Fig 6 kann die erste Welle 6a auch zeitglich mit der zweiten Welle 6b emittiert werden. Dies ist aufgrund der Trennung der

Frequenzbänder der ersten Welle 6a (Frequenzen zwischen 99 und 102 GHz) und der zweiten Welle 6b (Frequenzen zwischen 1 und 4 GHz) möglich. Demnach ist es im Allgemeinen nicht notwendig, die ersten und zweiten Wellen 6a, 6b sequenziell bzw. nach einer Pausenzeit nacheinander zu senden. Durch das zeitgleiche Aussenden der ersten und zweiten Welle 6a, 6b kann die Abtastfrequenz für die Dicke der Schicht des

Gießpulvers erhöht werden, ohne die Genauigkeit oder

Zuverlässigkeit des Messsystems und Messverfahrens

einzuschränken . Bezugszeichenliste

1 Verteiler

2 Tauchrohr (engl. SEN)

3 Kokille

4, 4a erste Radarantenne

4b zweite Radarantenne

5 Schicht eines Gießpulvers

6, 6a erste frequenzmodulierte elektromagnetische Welle 6b zweite frequenzmodulierte elektromagnetische Welle

7 GießSpiegelmesseinrichtung

8 Recheneinheit

9 Elektronik

10a, 10b Signalgenerator

11 Digital-Analog-Wandler (DAC)

12 Verstärker

13 Zirkulator

14 Mischer

15 Analog Digital Wandler (ADC)

16 Rat-race Koppler

17 Microcontoller yC

18 Stahlrohr d Dicke der Schicht des Gießpulvers

f Frequenz

s _P Höhenlage der Oberkante der Schicht des

Gießpulvers in der Kokille

s _M Höhenlage der Oberkante des flüssigen Metalls in der Kokille

t Zeit