DE2727630A1 - PROBE FOR DETERMINING THE PRESENCE OF MELTING METALS - Google Patents
PROBE FOR DETERMINING THE PRESENCE OF MELTING METALSInfo
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Description
MESSFÜHLER ZUR FESTSTELLUNG DES VORHANDENSEINS VON SCHMELZFLÜSSIGEN METALLENPROBE FOR DETERMINING THE PRESENCE OF MOLTEN METALS
Die Erfindung betrifft einen Meßfühler zur Feststellung des Vorhandenseins von schmelzflüssigen Metallen sowie seine Anwendung beim Gießen, Verarbeiten und Handhaben von schmelzflüssigen Metallen. Die rasche Entwicklung von elektromagnetischen Pumpen, die vor allem zum Pumpen von reaktionsstarken Metallen wie beispielsweise Aluminium verwendet werden, hat das Bedürfnis nach einer Sonde geweckt, mit der das Vorhandensein dieser schmelzflüssigen Metalle in einer Gießpfanne oder einer Leitung feststellbar ist und die direkt ein elektrisches Signal liefert, mit dem beispielsweise auf die elektrische Regelung der elektromagnetischen Pumpe eingewirkt werden kann. Auf diese Weise erreicht man eine sehr genaue Dosierung der tatsächlich in eine Form gespritzten Menge von schmelzflüssigem Metall.The invention relates to a sensor for detecting the presence of molten metals as well as its application in the casting, processing and handling of molten metals. The rapid development of electromagnetic pumps, mainly used for pumping highly reactive metals such as aluminum has created the need for a probe to detect the presence of these molten metals in a ladle or a line can be determined and which directly supplies an electrical signal with which, for example can act on the electrical control of the electromagnetic pump. In this way one achieves a very precise metering of the amount of molten metal actually injected into a mold.
Zwar gibt es zur Zeit bereits verschiedene Sonden zur Feststellung der Höhe des Flüssigkeitsspiegels des schmelzflüssigen Metalls, mit denen ein elektrischer Strom ausgelöst werden kann, wenn ein vorbestimmter Flüssigkeitsstand in einem Tiegel erreicht ist, jedoch können diese Sonden nur unter Schwierigkeiten für die Feststellung des Durchflusses von schmelzflüssigem Metall in einer Leitung eingesetzt werden.At the moment there are already various probes for determining the height of the liquid level of the molten liquid Metal with which an electric current can be triggered when a predetermined liquid level in one Crucible is reached, however, these probes can only with difficulty for determining the flow of Molten metal can be used in a pipe.
Es erschien daher wünschenswert, eine Vorrichtung zu schaffen, die undifferenziert in einer Pumpleitung oder auchIt therefore appeared to be desirable to create a device that is undifferentiated in a pump line or also
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in einer Gieß- oder Transportleitung eines schmelzflüssigen Metalls eingesetzt und auch als Füllstandshöhenmesser in einer Gießpfanne oder einen Tiegel verwendet werden kann, wobei eine derartige Vorrichtung mit einer sehr kurzen Ansprechzeit ein ausreichend starkes Signal liefern soll, das auf ein Regelglied einwirken kann.used in a pouring or transport line of a molten metal and also as a level altimeter in a A ladle or crucible can be used, with such a device having a very short response time should deliver a sufficiently strong signal that can act on a control element.
Diese Aufgabe wird durch den im Hauptanspruch definierten Meßfühler gelöst.This object is achieved by the measuring sensor defined in the main claim.
Aus elektrischer Sicht verhält sich der Meßfühler wie ein Stromwandler, dessen Primärwicklung aus der Spule besteht und dessen Sekundärwicklung eine Kurzschlußschleife ist, die sich in dem schmelzflüssxgen Metall ausbildet, wenn dieses in dem hitzebeständigen Leitungsabschnitt eintrifft. Es kommt dann zu einem heftigen Stromstoß im Primärkreis. Diese plötzliche Stromstärkenänderung wird mit Hilfe von dem Fachmann bekannten herkömmlichen Mitteln festgestellt.From an electrical point of view, the sensor behaves like a current transformer, the primary winding of which consists of the coil and the secondary winding of which is a short-circuit loop that forms in the molten metal when it is in the heat-resistant line section arrives. It is coming then to a violent current surge in the primary circuit. This sudden change in amperage will be handled with the help of a person skilled in the art known conventional means.
Zwar ist es bekannt, in der Technik der schmelzflüssigen Metalle einen Stromwandler zu verwenden. Es ist insbesondere bekannt, einen geschlossenen Magnetkreis zu verwenden, dessen einer Zweig in das schmelzflüssige Metall eingetaucht ist, und um diesen Zweig herum eine Wicklung eines elektrischen Kreises aus dem schmelzflüssigen Metall angeordnet ist. Diese Anordnung wird insbesondere bei der Konstruktion von elektromagnetischen Pumpen verwendet, sie eignet sich jedoch nicht als Meßfühler.While it is known to use a current transformer in the molten metal art. It is particular known to use a closed magnetic circuit, one branch of which is immersed in the molten metal, and a winding of an electrical circuit made of the molten metal is arranged around this branch. This arrangement is particularly used in the construction of electromagnetic pumps, but it is not suitable as a sensor.
Außerdem ist es bekannt, den sekundären Kreis mit Hilfe einer Wicklung zu bilden, die während des Betriebs des Geräts mit schmelzflüssigem Metall gefüllt ist. Eine derartige Anordnung wird bei elektromagnetischen Tumpen sowie bei Geräten zumIn addition, it is known to form the secondary circuit with the help of a winding that occurs during the operation of the device is filled with molten metal. Such an arrangement is used in electromagnetic Tumpen and devices for
Messen des Widerstands des schmelzflüssigen Metalls verwendet.Used to measure the resistance of the molten metal.
Aus dem Vorhandensein des den Magnetkreis umgebenden Mantels folgt, daß die von diesem Magnetkreisabschnitt erhaltene Wärmemenge durch Wärmekonduktion über den restlichen Magnetkreis abgeleitet wird und die sich einstellende Gleichgewichtstemperatur weit unter der kritischen Temperatur des Curie-Punktes bleibt, jedoch muß die Schicht aus hitzebeständigem Material eine bestimmte Mindestdicke erhalten, durch die dieser mittlere Bereich so groß wird, daß die Innenabmessungen der Leitung vergrößert werden müssen, wenn man nicht die Durchflußgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Metalls verringern und einen erheblichen Druckverlust in Kauf nehmen will.From the presence of the jacket surrounding the magnetic circuit it follows that the one obtained from this magnetic circuit section The amount of heat is dissipated by heat conduction via the rest of the magnetic circuit and the equilibrium temperature that is established remains well below the critical temperature of the Curie point, but the layer of heat-resistant Material obtained a certain minimum thickness, through which this middle area is so large that the internal dimensions the conduit must be increased if one does not reduce the flow rate of the molten metal and wants to accept a considerable loss of pressure.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt in Perspektive eine Ausführung des erfindungsgemäßen Meßfühlers.Fig. 1 shows in perspective an embodiment of the sensor according to the invention.
Fig. 2 zeigt im Schnitt den Meßfühler nach Fig. 1.FIG. 2 shows the sensor according to FIG. 1 in section.
Fig. 3 zeigt schematisch die Anordnung zweier Meßfühler in der Versorgungsleitung einer Gießform.Fig. 3 shows schematically the arrangement of two sensors in the supply line of a casting mold.
Fig. 4 zeigt die Anordnung einer Batterie derartiger Metfühler für die Feststellung der Füllstandshöhe des schemlz- flüssigen Metalls in einem Behälter..Fig. 4 shows the arrangement of a battery of such meter sensors for determining the level of the liquid metal in a container.
Die Figuren 1 und 2 zeigen das allgemeine Aussehen eines erfindungsgemäßen Meßfühlers, der in einen Leitungsab- Figures 1 and 2 show the general appearance of a sensor according to the invention, which is in a line outlet
schnitt aus hitzebeständigem Material/eingebaut ist, beispiels weise aus Keramik. Diese Keramik besteht aus in einem Binder wie beispielsweise Kalziumaluminat dispergierten Keramikfasern, Section made of heat-resistant material / is built in, for example made of ceramic. This ceramic consists of ceramic fibers dispersed in a binder such as calcium aluminate,
deren Wärmeleitfähigkeit bekannt lieh mit etwa 0,2 W/m/°C extrem whose thermal conductivity is known to be around 0.2 W / m / ° C extremely
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gering ist. Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß dieser Leitungsabschnitt sehr kurz und zweifach abgeknickt ist. Wenn die Leitung einen Außendurchmesser von IO cm aufweist, so kann dieser Leitungsabschnitt eine Länge von 8 cm aufweisen. In diesem Leitungsabschnitt ist ein Profilkern 2 angeordnet, der einen Zweig 3 eines Magnetkreises 4 umgibt und schützt, dessen zweiter Zweig 5 eine Primärwicklung 6 trägt, die mit einem Erregerkreis 7 über eine Wicklung eines Stromwandlers verbunden ist.is low. From Fig. 2 it can be seen that this line section is very short and kinked twice. If the Line has an outer diameter of 10 cm, this line section can have a length of 8 cm. In this line section a profile core 2 is arranged, which surrounds a branch 3 of a magnetic circuit 4 and protects its second branch 5 carries a primary winding 6 which is connected to an excitation circuit 7 via a winding of a current transformer.
Das schmelzflüssige Metall dringt in die Leitung 10 über eine Einlaßöffnung 11 ein. In manchen Fällen ist es notwendig, dem Keramikleitungsabschnitt 1 eine größere Dicke zu verleihen und den gesamten Zweig 3 des Magnetkreises und mindestens zu einem Teil die zwischen den beiden Zweigen 3 und 5 liegenden Verbindungsstücke 9 und 91 des Magnetkreises in den Keramikwerkstoff einzutauchen.The molten metal enters the conduit 10 via an inlet port 11. In some cases it is necessary to give the ceramic line section 1 a greater thickness and to immerse the entire branch 3 of the magnetic circuit and at least part of the connecting pieces 9 and 9 1 of the magnetic circuit between the two branches 3 and 5 in the ceramic material.
Wird die Spule 6 unter Spannung gesetzt, so entsteht ein Strom 1, der im Magnetkreis 4 ein Magnetfeld erzeugt.If the coil 6 is energized, a current 1 is generated which generates a magnetic field in the magnetic circuit 4.
Wenn das schmelzflüssige Metall in die Leitung 10 fließt, dann entsteht in der Leitung um den Zweig 3 des Magnetkreises herum eine elektrische Kurzschlußschleife. Daraus ergibt sich eine plötzliche Änderung des Speisestroms der Spule 6. Dieser plötzliche Stromanstieg wird an der Sekundärwicklung 12 des Stromwandlers 8, 12 entnommen und zur Erzeugung eines Meß- oder Steuerimpulses verwendet.When the molten metal flows into the line 10, an electrical short-circuit loop is created in the line around branch 3 of the magnetic circuit. From this it follows there is a sudden change in the supply current of the coil 6. This sudden increase in current is applied to the secondary winding 12 of the Current transformer 8, 12 removed and used to generate a measuring or control pulse.
Fig. 3 zeigt eine elektromagnetische Pumpe 21, die eine Gießvorrichtung (hier nicht dargestellt) speist. In derFig. 3 shows an electromagnetic pump 21 which feeds a casting device (not shown here). In the
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Leitung 22 sind zwei erfindungsgemäße Meßfühler 23 und 24 angeordnet.Line 22, two sensors 23 and 24 according to the invention are arranged.
Der Meßfühler 23 stimmt genau mit dem unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschriebenen Meßfühler überein. Man erkennt den Kern 20 aus isolierendem hitzebeständigen Material, der den Zweig 25 des Magnetkreises umgibt, dessen anderer Zweig 26 von der Primärwicklung 27 umgeben wird.The sensor 23 corresponds exactly to the sensor described with reference to FIGS. 1 and 2. You can see the core 20 made of insulating, heat-resistant material, which surrounds the branch 25 of the magnetic circuit, the other branch 26 is surrounded by the primary winding 27.
Der zweite Meßfühler 24 entspricht funktionsmäßig ebenfalls der vorausgegangenen Beschreibung, da wiederum der Kern 30 aus hitzebeständigem Material, der senkrecht zur Leitung verlaufende Zweig 31 des Magnetkreises und der von der Spule 33 umgebene Zweig 32 zu erkennen sind. Der hitzebeständige Leitungsabschnitt verlängert sich in Form eines senkrechten Winkelstücks 34, das mit dem Leitungsabschnitt aus einem Stück gefertigt ist, um so die Verwendung einer Dichtung zu vermeiden.The second measuring sensor 24 also corresponds functionally to the preceding description, since again the Core 30 made of heat-resistant material, the branch 31 of the magnetic circuit running perpendicular to the line and that of the Coil 33 surrounding branch 32 can be seen. The heat-resistant line section extends in the form of a vertical one Elbow 34, which is made in one piece with the line section, so as to allow the use of a seal avoid.
Verfügt man lediglich über den Meßfühler 34, so kann mit großer Genauigkeit der Zeitpunkt des Durchgangs des schmelzflüssigen Metalls in Höhe des Kerns 30 und folglich der Zeitpunkt festgestellt werden, an dem das Metall die senkrechte Leitung 34 verläßt, und man kann sogar mit derselben Genauigkeit den Zeitpunkt bestimmen, an dem das Metall nicht mehr fließt, so daß entsprechend genau die Gießdauer bestimmt werden kann.If only the measuring sensor 34 is available, the point in time of the passage of the molten liquid can with great accuracy Metal at the level of the core 30 and consequently the point in time at which the metal is perpendicular Leaves line 34, and you can even determine with the same accuracy the point in time at which the metal is no longer flows, so that the casting duration can be determined accordingly.
Führt man auf bekannte Weise das Druckgußverfahren durch, so wird das schmelzflüssige Metall in den Spritzzylinder gegossen, bevor dann zu einem genau bestimmten Zeitpunkt der Kolben desIf the die-casting process is carried out in a known manner, so the molten metal is poured into the injection cylinder, before the piston of the
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Spritzzylinders das Metall in die Form drückt. Daraus ergibt sich, daß, wenn die für das Eingießen der gewünschten Metallmenge in den Spritzzylinder notwendige Zeit bekannt ist, es genügt, den Pumpvorgang durch Einwirken auf die elektrische Steuerung der Pumpe nach einer Zeitdauer zu unterbrechen, für die der Beginn durch das erste Signal des Meßfühlers angegeben wird.Injection cylinder presses the metal into the mold. It follows that when the required amount of metal for pouring The time necessary in the injection cylinder is known, it is sufficient to start the pumping process by acting on the electrical To interrupt control of the pump after a period of time for which the start is indicated by the first signal from the sensor will.
Der Meßfühler 23 erfüllt zunächst eine Sicherheitsfunktion. Jeder fehlerhafte Durchgang von schmelzflüssigem Metall führt zu einem Signal, das dahingehend wirkt, die Stromzufuhr zur elektromagnetischen Pumpe zu drosseln oder zu unterbrechen. The sensor 23 initially fulfills a safety function. Any faulty passage of molten Metal generates a signal that acts to reduce or cut off power to the electromagnetic pump.
Durch die gleichzeitige Verwendung der Meßfühler 23 und 24 können jedoch noch weitere Kenntnisse gewonnen werden t Schaltet man die elektromagnetische Pumpe ein, so passiert das schmelzflüssige Metall zunächst den Meßfühler 23 und dann den Meßfühler 24. Bei bekanntem Abstand zwischen den beiden Meßfühlern läßt sich die Pumpgeschwindigkeit der Pumpe und somit der Metalldurchsatz ableiten.By the simultaneous use of the sensors 23 and 24 may, however, become even more knowledge t Switching off the electromagnetic pump, so the molten metal first passes the sensor 23, and then the sensor 24. In a known distance between the two sensors, the pumping speed can be the pump and thus the metal throughput.
Durch die Kombination der beiden Meßfühler erhält man somit einen Durchflußmesser, mit dem die Dosierung das schmelzflüssigen Metalls im zuvor vorgesehenen Spritzzylinder leichtThe combination of the two sensors thus results in a flow meter with which the metering of the molten metal in the injection cylinder provided beforehand is easy
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durchführbar wird. Mit Hilfe eines Meßfühler 24 abgegebenen Signals, das das Gießende anzeigt, kann der Kolben im Spritzzylinder
angehalten werden, ohne daß die derzeit eingesetzten komplizierten Mittel nötig wären, die dazu dienen, das Aufstoßen
des Kolbens auf die Form zu vermeiden. vomj
becomes feasible. By means of a probe 24 output signal indicative of the end of casting, the piston can be stopped in the injection cylinder, without the complicated agents currently used would be needed, which serve to avoid the regurgitation of the piston onto the mold.
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In Fig. 4 wird eine Anwendung des erfindungsgemäßen Meßfühlers auf das Messen der Füllstandshöhe des schmelzflüssigen Metalls in einer Gießpfanne gezeigt, bei dem mehrere erfindungsgemäee Meßfühler eingesetzt werden. Das Gerät besteht im wesentlichen aus einem unten geschlossenen Rohr 4O aus einem hitzebeständigen Material, das bis zu einer gegebenen Markierung 41 in eine Gießpfanne mit schmelzflüssigem Metall eingetaucht wird. Die Markierung 41 kann beispielsweise mit dem oberen Rand der Gießpfanne übereinstimmen. Durch die Rohrwand laufen mehrere unter Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschriebene Meßfühler.4 shows an application of the sensor according to the invention to measuring the level of the molten liquid Metal shown in a ladle, in which several inventive sensors are used. The device essentially consists of a tube 40, closed at the bottom, made of a heat-resistant material, which extends up to a given marking 41 immersed in a ladle with molten metal. The marking 41 can, for example, with the upper edge match the ladle. Several measuring sensors, described with reference to FIGS. 1 and 2, run through the pipe wall.
So ist ein Meßfühler 42 zu sehen, der durch den Boden 43 des Rohrs 40 verläuft, sowie mehrere übereinander angeordnete Meßfühler 44, 45 und 46. Die Spulen dieser Meßfühler liegen innerhalb des Rohrs 40. Im vorliegenden Fall ist der Block aus hitzebeständigem Material dicker als im oben beschriebenen Fall, so daß die die beiden Zweige des Magnetkreises verbindenden Magnetkreisabschnitte 9 und 9* (Fig. 1) innerhalb des Keramikmaterials befinden und so nicht mit ihrem außerhalb des Rohrs 40 liegenden Teil der Einwirkung des schmelzflüssigen Metalls ausgesetzt sind.Thus a probe 42 can be seen running through the bottom 43 of the pipe 40, as well as several probes 44, 45 and 46 arranged one above the other. The coils of these probes lie within the tube 40. In the present case, the block of heat-resistant material is thicker than in the case described above, so that the magnetic circuit sections 9 and 9 * connecting the two branches of the magnetic circuit (FIG. 1) are located inside the ceramic material and so are not exposed to the action of the molten metal with their part lying outside the tube 40.
Die von diesen verschiedenen Fullstandshöhenmessern gelieferten Signale können auch zur Bestimmung der Füllgeschwindigkeit der Gießpfannen verwendet werden.The signals provided by these various level altimeters can also be used to determine the filling speed of the ladles.
Zu bemerken ist, daß im Fall der Fig. 4 der Leitungsabschnitt im Sinn des Patentanspruchslaus der Gießpfanne und der außerhalb der Leitung liegende Bereich aus dem Inneren des Rohrs 4O besteht.It should be noted that in the case of FIG. 4, the line section in the sense of the claim of the ladle and the The area outside the line consists of the interior of the tube 4O.
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