DE3143860C2 - Anordnung zur Messung von Füllständen an Badspiegeln - Google Patents

Abstract

Eine Anordnung zur Messung von Füllständen an Badspiegeln (18) flüssiger Metalle, insbesondere in der Kokille (10) einer Stranggießanlage enthält eine Lichtquelle, einen Detektor zum Empfangen der am Badspiegel reflektierten Lichtsignale (30), eine Signalauswerteeinrichtung (20) und wenigstens ein optisches Bauteil, das die ausgesendeten Lichtsignale (29) auf den Badspiegel (18) richtet und/oder die reflektierten Signale (30) auf den Detektor richtet oder abbildet. Das optische Bauteil (46) sowie das ausgesendete und/oder reflektierte Lichtbündel (29, 30) ist durch einen rohrförmig ausgebildeten Mantel (34), dessen eines auf den Badspiegel (18) gerichtetes Ende offen ist, wenigstens teilweise umhüllt. Um auch bei rauhesten Umgebungsbedingungen unter Einsatz hochempfindlicher optischer Bauteile eine betriebssichere Badspiegelerfassung in Gießanlagen zu ermöglichen, schließt die der Lichtquelle und dem Detektor zugewandte Öffnung des Mantels (34) im wesentlichen gasdicht mit dem Lichtquellen- und/oder Detektorgehäuse (28) ab. Im Bereich des der Lichtquelle und/oder Detektor zugewandten Endes des Mantels (34) ist wenigstens ein Anschluß (41) zum Einblasen von Spülgas angebracht. Vorteilhaft wird der Mantelquerschnitt an dem dem Badspiegel (8) zugewandten offenen Ende düsenförmig ausgebildet. Wenigstens eine Austrittsöffnung (48, 49) einer Spülgaszuführung (47) ist derart auf die Oberfläche des optischen Bauteils (46) gerichtet, daß dieses direkt zur Vermeidung von ..............

Description

a) die der Lichtquelle (54) und dem Detektor (61) zugewandte Öffnung des Mantels (34, 63, 64) gasdicht mit dem Lichtquellen- und Detektorgehäuse (62) abschließt und

b) im Bereich des der Lichtquelle (54) und/oder dem Detektor (61) zugewandten Endes des Mantels (34, 63, 64) wenigstens ein Anschluß (41) zum Einblasen von Spülgas angebracht ist.

2. Anordung nach Anspuch I₁ dadurch gekennzeichnet daß das dem Badspiegel (18,57,58) zugewandte, offene Ende des Mantels (34, 63, 64) nur wenig oberhalb der maximalen Füllstandshöhe (26, 57) liegt.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelquerschnitt an dem dem Badspiegel (18, 57, 58) zugewandten, offenen Ende düsenförmig ausgebildet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelquerschnitt an dem dem Badspiegel (18, 57, 58) zugewandten, offenen Ende gleich dem an dieser Stelle auftretenden nutzbaren Lichtbündelquerschnitt ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Austrittsöffnung (48. 49, 67, 68) wenigstens einer Spülgaszuführung (47, 65, 66) derart auf die Oberfläche des optischen Bauteils gerichtet ist, daß das optische Bauteil direkt zur Vermeidung von Fremdkörperniederschlägen und zur Kühlung beblasbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (48, 49, 67, 68) der Spülgas-Zuführungen (47, 65, 66) düsenförmig ausgebildet sind und so ausgerichtet sind, daß sie die Oberfläche der optischen Bauteile im wesentlichen tangential beblasen.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Mantel (34, 63, 64) nahe der der Gasaustrittsöffnung (48, 49, 67, 68) der Spülgas-Zuleitung (47,65,66) abgewandten Seite des optischen Bauteils, wenigstens eine Öffnung (69, 70) befindet, durch die das direkte Ausblasen etwaiger Fremdkörper aus dem Mctallinncren ermöglicht wird.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

dadurch gekennzeichent, daß das optische Bauteil thermisch mit Kühlwasserschlangen gekoppelt ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die optischen Achsen der Lichtquelle und des Detektors in etwa zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse der Lichtquelle vertikal ausgerichtet ist, daß im Strahlengang zwei Umlenkeinrichtungen, insbesondere Umlenkspiegel (32, 33) derart angeordnet sind, daß die eine Umlenkeinrichtung (32) das Lichtbündel (29) der Lichtquelle in horizontale Richtung umlenkt und die andere Umlenkeinrichtung (33) eine weitere Umlenkung des Lichtbündels (29) hervorruft, so daß das Lichtbündel (29) annähernd senkrecht auf den Badspiegei (18) gerichtet ist und der Strahlengang des reflektierten Lichtbündels (30) in etwa mit dem des ausgesendeten Lichtbündels (29) zusammenfällt, und daß ein Mantel (34), der im wesentlichen als zweimal, jeweils im Bereich der Unilenkeinrichtur.gen (32, 33) abgewinkeltes Rohr ausgebildet ist, sowohl das ausgesendete als auch das reflektierte Lichtbündel einschließt

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (34) bezüglich der vertikal ausgerichteten optischen Achse der Lichtquelle und des Detektors drehbar, gelagert ist, so daß der Teil der optischen Anordnung, der die beiden Umlenkeinrichtungen (32, 33) und die diese umhüllenden Schenkel (37,39) des als abgewinkeltes Rohr ausgebildeten Mantels (34) umfaßt, aus dem Bereich des Badspiegel (18) herausschwenkbar ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle (38) als Drehlager ausgelegt ist und die Umlenkspiegel (32,

33) starr im Mantel (34) eingebaut sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung von Füllständen an Badspiegeln flüssiger, ggf. mit einer Schutzpulverschicht abgedeckter Metalle, insbesondere in der Kokille einer Stranggießanlage, mit einer Lichtquelle zum Aussenden von Lichtsignalen, einem Detektor zum Empfangen der am Badspiegel reflektierten Lichtsignale, einer Signalauswerteeinrichtung, wenigstens einem optischen Bauteil, das die ausgesendeten Lichtsignale auf den Badspiegel richtet und/ oder die reflektierten Lichtsignale auf den Detektor richtet oder abbildet, und wenigstens einem rohrförmig ausgebildeten, das optische Bauteil sowie das ausgesendete und/oder reflektierte Lichtbündel wenigstens teilweise im Bereich zwischen Lichtquelle und/oder Detektor und Badspiegel umhüllenden Mantel, dessen eines, auf den Badspiegel gerichtetes Ende offen ist.

Bei der berührungslosen Badhöhenmessung flüssiger Metalle finden zunehmend optische Meßverfahren an Bedeutung. Beispielsweise wurde durch H.-P. Hippler, »Optisches Meßverfahren zur Bestimmung der Badhöhen beim Stranggießen«, Stahl und Eisen 101 (1981), Seiten 215 bis 216 ein sogenanntes Trigonometrie-Verfahren beschrieben, bei dem ein Lichtstrahl auf die Badoberfläche gerichtet ist und mit dem durch die Badoberfläche reflektierten Strahl einen Winkel von ca. 45 Grad

b^r> einschließt. Eine Optik erfaßt den reflektierten Strahl und bildet ihn auf einen Positionsdeteklor ab. Bei l-üllstandsänderung erfährt der Lichtfleck auf der Badoberfläche und damit auch dessen Bild auf dem Detektor

eine relative Verschiebung gegenüber der optischen Detektorachse. Die Verschiebung steht als elektrisches Signal am Detektor zur Verfügung und kann weiterverarbeitet werden.

Eine weitere Anordnung zur Messung des Badspiegels in einer Gießanlage, bei der ein nach dem Impulslaufzeitverfahren mit Lichtimpulsen arbeitender elektro-optischer Entfernungsmesser Anwendung findet, ist durch die DE-OS 29 31 199 bekannt geworden. Ein Lichtimpulserzeuger sendet Lichtimpulse aus, die durch den Badspiegel reflektiert und auf einen photoelektrischen Empfangswandler, der die empfangenen Lichtimpulse in elektrische Ausgangssignale umwandelt, gerichtet werden. Eine Umlenkeänricbtung richtet dabei die Sendelichtimpulse vertikal von oben auf den Badspiegel und die am Badspiegel reflektierten Echolichtimpulse auf den photoelektrischen Empfangswandler. Zur Messung des Zeitabstandes zwischen dem Zeitpunkt der Aussendung jedes Sendelichtimpulses und dem Zeitpunkt des Empfangs des entsprechenden Ecriolichtimpulses ist mit dem Lichtimpulserzeuger und dem photoelektrischen Empfangswandler eine Auswerteschaltung verbunden. Der Umlenkspiegel ist im Knie eines abgewinkelten Rohres angeordnet dessen eines Ende mit dem elektro-optischen Entfernungsmesser verbunden ist und dessen anderes Ende auf den Badspiegel gerichtet ist.

Bei den bekannten Anordnungen optischer Sensoren treten wesentliche Nachteile auf im Hinblick auf Handhabung. Robustheit, Standzeit und Wartung, so daß ein überzeugender betriebssicherer Dauereinsatz bisher nur bedingt möglich war. Es treten Probleme auf durch schwierige Anbaubedingungen verursacht durch geometrische enge Anlagenverhältnisse. Ferner ist der Einsatz von optischen Bauelementen wie Spiegeln, Linsen, Lichtleitern usw. problematisch, die gegen Verschmutzung, hohe Temperatur, mechanische Beschädigungen sehr empfindlich sind und die auf Gießanlagen unter rauhesten Umgebungsbedingungen betriebssicher über lange Zeiten eingesetzt werden sollen.

Insbesondere treten folgende Probleme und Nachteile auf:

— Verschmutzung der Spiegel, Fas-'rbündelaustrittsöffnung, Optiken usw. in der Nähe der flüssigen Metalloberfläche durch heiße Metall- und Schlakkespritzer, Pulverstaub und ähnliches,

— Einbrennen von heiße;) Spritzern in optischen Bauteilen,

— Verfärbung von Metalispiegeln durch Wärmeeinwirkung (Anlauffarben),

— Verformung der Bauteile durch Wärmeeinwirkung führt zu Dejustierung der optischen Anordnung und

— Zerstörung von optischen Bauteilen durch Wärmespannungen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, mit welcher die betriebssichere Badspiegelerfassung in Gießanlagen bei rauhesten Umgebungsbedingungen unter Einsatz hochempfindlicher optischer Bauteile und unter Vermeidung dor genannten Probleme und Nachteile ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird ΐί-findungsgemäß durch die Merkmalskombination gelöst, daß die der Lichtquelle und dem Detektor zugewandte öffnung des Mantels gasdicht mit dem Lichtq_>i'en- und Detektorgehäuse abschließr und daß im Bereich des der Lichtquelle und/ oder dem Detektor zugewandten Endes des Kanals wenigstens ein Anschluß zum Einblasen von Spülgas angebracht ist.

Die optischen Achsen von Sende- und Empfangsstrahl der optischen Einrichtungen können dabei getrennt verlaufen oder zusammenfallen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird der rohrförmige Mantel, innerhalb dessen das Lichtbündel zum Schutz von Umwelteinflüssen und gegen Unterbrechung geführt ist, in voller Länge von Gas durchspült. Das Gas tritt an dem Einblasanschluß in den Mantel ein und aus dem offenen, auf den Badspiegel gerichteten Ende aus. Es verhindert bzw. beseitigt Staub-, Dampf- und Nebelbildung und kühlt die optischen Bauteile sowie den Mantel. Bei hoher Gasaustrittsgeschwindigkeit am offenen Ende des Mantels wird das Eindringen von Teilchen (bzw. Metallspritzer, Pulver r.der Schlacketeilchen) verhindert oder reduziert. Sollten dennoch insbesondere heiße Teilchen in das Mantelinnere eindringen, so werden diese bei hoher Gasaustrittsgeschwindigkeit gekühlt, so daß Einbrenneffekte auf optischen Bauteilen vermindert oder vermieden werden.

In vorteilhafter Weise liegt das dem Badspiegel zugewandte, offene Ende des Mantels nur wenig oberhalb der maximalen Füllstandshöhe. Auf diese Weise kann der optische Strahl weitgehend zum Schutz gegen Umgebungseinflüsse und gegen Unterbrechung in einem geschlossenen geführt werden.

Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zufolge ist der Mantelquerschnitt an dem dem Badspiegel zugewandten, offenen Ende düsenförmig ausgebildet. Die Austrittsdüse ist derart geformt, daß ein freier Gasstrahl außerhalb des Mantels entsteht.

Hierdurch kann ein strömungsgünstiger Gasaustritt mit hoher Gasaustrittsgeschwindigkeit erzielt werde-i. Die Austrittsdüse weist vorzugsweise in Richtung des optischen Lichtbündels, um den optischen Kanal außerhalb des Mantels von Verunreinigungen frei zu blasen. Sie kann jedoch auch gegen die Richtung, aus der die meisten Schmutzspritzer zu erwarten sind, gerichtet sein, um diese abzubremsen und abzukühlen.

Vorzugsweise ist der Mantelquerschnitt an dem dem Badspiegel zugewandten, offenen Ende in etwa gleich dem an dieser Stelle aufretenden nutzbaren Lichtbündelquerschnitt, so daß sich eine kleinstmögliche Austrittsöffnung für den Gasstrom ergibt. Hierdurch wird einerseits eine größtmögliche Gasaustrittsgeschwindigkeit erzielt und andererseits die Möglichkeit der Bauteilverschmutzung im Inneren des Mantels durch Spritzer- und Staubeintritt weitgehenst verringert. Die kleinstmögliche Austrittsöffnung kann vorzugsweise als Düse ausgebildet sein.
Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zufolge ist wenigstens eine Austrittsöffnung wenigstens einer Spülgas-Zuführung derart auf die Oberfläche des optischen Bauteils gerichtet, daß das optische Bauteil direkt zu Vermeidung von Fremdkörperniederschlägen und zur Kühlung beblasbar ist. Insbesondere bei düs^nförmiger Ausbildung der Gasaustrittsöffnung der Spülgasleitung kann hiermit vermieden werden, daß sich störende Niederschläge, wie vom Bad ausgehende Spritzer, Staub oder Feuchtigkeit auf den empfindlichen Oberflächen der optischen Bauteile (z. B. Spiegel, Linsen, Prismen, Lichtleiter) niederschlagen und die optischen Eigenschaften beeinträchtigen. Die Gasaustrittsöffnungen können derart auf die Oberfläche eines optischen Bauteils ausgerichtet sein, daß die Oberfläche im wesentli-

chen tangential beblasen wird, um die Bewegungsrichtung sich nähernder Fremdkörper seitlich, von der Oberfäche weg abzulenken und um die Oberfläche von anhaftenden Fremdkörpern freizublasen.

Um die im Gasstrom mitgeführten Fremdkörper auf direkten Wege aus dem Mantelinneren heraus blasen zu können, befindet sich in vorteilhafter Weise im Mantel nahe der Seite des optischen Bauteils, die der Gasaustrittsöffnung der Spülgas-Zuleitung abgewandt ist, wenigstens eine Austrittsöffnung. Diese Austrittsöffnung ist so strömungsgünstig geformt, daß die Fremdkörper unbehindert aus dem optischen Sichtbereich befördert werden können und vorzugsweise seitlich oder nach unten aus dem Mantel austreten können.

Empfindliche optische Bauteile wie Spiegel, Linsen, Prismen usw. können im Bereich der starken Wärmestrahlung in der Nähe flüssiger Metalloberflächen leicht zerstört oder optisch unbrauchbar werden (z. B. Zerspringen, Anlaufen, Verfärben, Einbrennen). Für eine intensive Kühlung ist es vorteilhaft das Bauteil in thermischen Kontakt mit Kühlwasserschlangen zu bringen, bzw. durch Auflöten einer Kühlwasserschlange auf die Rückseite eines Umlenkspiegels. Es ist hierbei jedoch zu beachten, daß die Verwendung von Kühlwasserschlangen dort unzweckmäßig ist, wo ein durch einen Störfall hervorgerufener Wasserausbruch zu einer explosionsartigen Verdampfung führen kann. In diesen Fällen ist der Spülgaskühlung der Vorzug zu geben. Dabei kann das optische Bauteil unter Verwendung von Befestigungselementen mit günstiger Wärmeleitung im Mantel eingebaut sein und mittels Anblasen durch Kühlgasdüsen allseits von Kühlgas umspüit und gekühlt werden.

Auf jeder Gießanlage, insbes. Stranggießanlage, ist ein guter mechanischer und thermischer Schutz für eingesetzte Meßsysterne sehr wichtig, der auch im Störungsfall (Überlauf von flüssigem Metall) wirksam bleibt. Das Meßsystem kann zu seinem Schutz z. B. unterhalb des Gießbühnenbodens oder in dem Verteilerrinnenwagen eingebaut werden, insbesondere für eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der die optischen Achsen der Lichtquelle und des Detektors in etwa zusammenfallen ist es vorteilhaft, die Anordnung so zu gestalten, daß die optische Achse der Lichtquelle vertikal nach oben ausgerichtet ist, daß im Strahlengang zwei Umlenkeinrichtungen, insbesondere Umlenkspiegel, derart angeordnet sind, daß die eine Umlenkeinrichtung das Lichtbündel der Lichtquelle in horizontale Richtung umlenkt und die andere Umlenkeinrichtung eine weitere Umlenkung des Lichtbündels hervorruft, so daß das Lichtbündel annährend senkrecht auf den Badspiegel gerichtet ist und der Strahlengang des reflektierten Lichtbündels in etwa mit dem des ausgesendeten Lichtbündels zusammenfällt, und daß ein Mantel, der im wesentlichen als zweimal, jeweils im Bereich der Umlenkeinrichtungen abgewinkeltes Rohr ausgebildet ist, sowohl das ausgesandte als auch das reflektierende Lichtbündel umschließt. Der Mantel kann hierbei als billiges, leicht austauschbares Teil, in dem die Umlenkeinrichtungen montiert und justiert sind, ausgelegt sein, wodurch die weniger gut geschützten Teile billig und leicht austauschbar sind.

Von besonderem Vorteil ist es hierbei, den Mantel bezüglich der vertikal ausgerichteten optischen Achse der Lichtquelle und des Detektors drehbar zu lagern, so daß der Teil der optischen Anordnung, der die beiden Umlenkeinrichtungen und die diese umhüllenden Schenkel des als abgewinkeltes Rohr ausgebildeten Mantels umfaßt aus dem Bereich des Badspiegels herausschwenkbar ist. Eine solche Anordnung erleichtert Kontroll- und Wartungsarbeiten. Durch das Zusammenfallen von Schwenkachse mit der optischen Achse des Meßgerätes kann die Vorrichtung schnell und problemlos über den Badspiegel geschwenkt werden, ohne daß sich die optische Anordnung dejustier'..

Ferner ist es von Vorteil, das Drehlager robust auszulegen, und die Umlenkspiegel starr im Mantel einzubauen. Diese Ausgestaltung der Erfindung führt dazu, daß keine Winkeländerungen des optischen Strahls auftreten und daher eine problemlose optische Justierung nach Schwenkung oder Austausch des Mantels mit den Umlenkeinrichtungen erfolgen kann.

Durch die aufgeführten erfinderischen Merkmale können Meßgerätschutz, Sichtkanalspülung, Spritzerschutz, Bauteilereinigung und Bauteilekühlung realisiert werden.

Anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind, sollen die Erfin- dung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen näher erläutert werden.
Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Stranggießanlage mit einer Gießspiegelregelung,

Fig.2 eine Meßanordnung mit einem unterhalb des Gießbüonenbodens eingebauten Meßgerät und mit schwenkbarem, den Meßstrahl umhüllenden Mantelrohr,

Fig.3 eine Meßanordnung mit einem im Verteilerwagen eingebauten Meßgerät und mit schwenkbarem, den Meßstrahl umhüllenden Mantelrohr und

Fig.4 eine Meßanordnung mit Oberflächenbeblasung der Umlenkspiegel.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Stranggießaniage mit einer Kokille 10 und einer Gießspiegelregelung. Die Kokille 10 besteht aus einem doppelwandigen zylindrischen Gehäuse dessen ringförmiger Hohlraum 11 durch Kühlwasser durchflossen und gekühlt wird. Der zentrale Durchlaß 12 der Kokille 10 bildet die Gießform für den Metallstrang 13. Oberhalb der Kokille 10 befindet sich eine Verteilerrinne 14, die einen Vorrat des zu gießenden Metalls enthält. Am Boden 15 der Verteilerrinne 14 befindet sich eine Ausflußdüse 16. deren Öffnungsquerschnitt durch einen Stopfen 17 gedrosselt oder ganz verschlossen werden kann.

Durch die Ausflußdüse 16 der Verteilerrinne 14 strömt das flüssige Metall in den zentralen Durchlaß 12 der Kokille und füllt die Mokille 10 bis zu einer gewissen Höhe an. Hierbei bildet sich in der Kokille ein Gießbadspiegel 18. Die Schmelze erstarrt an den gekühlten Kokillenwänden verhältnismäßig rasch von außen nach innen, so daß sich eine relativ feste äußere Schale bildet, während das Innere des Stranges 13 noch flüssig bleibt Der am unteren Ende der Kokille 10 austretende Strang 13 wird durch eine nicht dargestellte Vorrichtung abgezogen. Zur Vermeidung eines zu raschen Abkühlens des Gießbadspiegels 18 durch Wärmeabstrahlung und zum Schutz des Metalls vor Oxidation kann auf den Gießbadspiegel 18 innerhalb der Kokille 10 von Zeit zu Zeit Gießpulver geworfen werden, das den Gießbadspiegel 18 bedeckt Das Gießpulver dient ferner im flüssigen Zustand als Gleitmittel zwischen der Innenwand der Kokille 10 und dem erstarrten Strang 13.

Zur Einhaltung des gewünschten Gießbetriebs muß der Gießbadspiegel 18 in der Kokille 10 auf einem bestimmten Niveau gehalten werden. Dies geschieht entweder dadurch, daß die Nachfüllmenge durch öffnen oder Schließen der Ausflußdüse 16 beeinflußt wird oder

die Abzugsgeschwindigkeit des verfestigten Stranges 13 aus der Kokille 10 gesteuert wird. Bei der Verwirklichung einer automatischen Regelung besteht das Problem darin, das Niveau des Gießbadspiegels 18, bzw. das Niveau der Oberfläche der Schlackenschicht, deren Dikke relativ gering ist, zu ermitteln. Eine berührungslose Badhr^enmessung kann durch einen elektrooptischen Meßkopf 19 und eine zugehörige Auswerteeinrichtung 20 erfolgen. Der elektrische Meßkopf 19 weist eine Lichtquelle auf, deren Lichtsignale durch eine in einem Mantel 21 befindliche Umlenkeinrichtung vertikal auf den Gießbadspiegel 18 gerichtet wird. Der reflektierte Strahl gelangt wieder in den Mantel 21 und wird durch eine Umlenkeinrichtung auf einen Detektor gerichtet. Je nach Meßverfahren kann entweder aus der Laufzeit des Lichtsignales oder aus der Lage des reflektierten Lichtbiindeis auf dem Detektor auf die Höhe des Gießbadspiegel.«; IS geschlossen werde.".. Die Auswerfeinrichtung 20 bereitet die Meßsignale auf und führt sie einer Regeleinrichtung 22 zu, welche ein Hydrauliksystem 23 ansteuert. Durch das Hydrauliksystem 23 wird ein Stellantrieb 24 beeinflußt, welcher seinerseits den Stopfen 17 antreibt und je nach Füllhöhe des Gießbadspiegels 18 die Ausflußdüse 16 mehr oder weniger öffnet.

In F i g. 2 ist eine optische Meßanordnung zur berührungslosen Badhöhenmessung dargestellt. Es ist ein Teil einer Kokille 10 sichtbar, in deren zentralem Durchlaß 12 sich ein Metallbad 25 befindet. Der Badspiegel ist durch die Bezugsziffer 18 gekennzeichnet. Die Höhe des Badspiegels 18 kann schwanken. Ihre maximal zulässige Höhe ist durch eine strichlierte Linie mit der Bezugsziffer 26 dargestellt. Die Kokille 10 ist teilweise in den Gießbühnenboden 27 eingelassen. Unterhalb des Gießbühnenbodens 27 ist auch ein elektrooptisches Meßgerät 28 zum Schutz gegen Umgebungseinflüsse angeordnet. Es handelt sich um ein Meßgerät 28, welches im wesentlichen eine Lichtquelle, einen Detektor und eine Einrichtung zur Auswertung der durch den Detektor empfangenen Signale enthält. Das ausgesendete Lichtbündel 29 sowie das rückkehrende Lichtbündel 30, deren Achsen im wesentlichen zusammenfallen, treten durch eine Sende- bzw. Empfangsoptik, die hier als Linse 31 dargestellt ist. Das austretende Lichtbündel 29 wird durch einen ersten Umlenkspiegel 32 in horizontale Lage umgelenkt und durch einen zweiten Umlenkspiegel 33 vertikal von oben auf den Badspiegel 18 gelenkt. Am Badspiegel wird das Lichtbündel 29 reflektiert. Das reflektierte Lichtbünde! 30 wird durch die beiden Umlenkspiegel 33,32 auf die Linse 31 des Meßgerätes 28 umgelenkt und fällt innerhalb des Meßgerätes 28 auf einen nicht dargestellten Detektor.

Das ausgesendete Lichtbündei 29 und das rückkehrende Lichtbündel 30 sowie die beiden Umlenkspiegel 32, 33 sind durch einen zylindrisch ausgebildeten, zweimal abgewinkelten Mantel 34 umgeben. Der Mantel 34 besteht aus einem Abschnitt 35 weicher gasdicht mit dem elektrooptischen Meßgerät 28 verbunden ist. Ein weiterer Abschnitt 36 ist als U-förmiges Rohr ausgebildet, in deren beiden Knickstellen die Umlenkspiegel 32, 33 angeordnet sind. Das Rohrende des einen U-Schenkels 37 ist über das Rohrende des Abschnittes 35 gestülpt. Durch diese Verbindungsstelle 38 wird ein Drehlager angedeutet, welches eine Ausschwenkung des U-förmigen Abschnittes 36 um die vertikale Achse des aus dem Meßgerät 28 austretenden Lichtbündels 29 ermöglicht.

Der freie U-Schenkel 39 endet nur wenig oberhalb der maximalen Füllstandhöhe 26. Sein Endbereich 40 ist düsenförmig ausgebildet. Der kleinste Innendurchmesser des düsenförmigen Endbereiches 40 ist in etwa gleich dem an dieser Stelle auftretenden nutzbaren Lichtbündelquerschnitt.

Am Abschnitt 35 des Kanals 34 ist ein als Gaseintrittsstutzen ausgebildeter Anschluß 41 angebracht der mit einem Gasgebläse 42 verbunden ist. Das Gasgebläse 42 drückt Kühlgas durch den Mantel 34. Das Kühlgas dient

ίο einerseits der Kühlung der Umlenkspiegel 32, 33 und des Mantels 34 andererseits verhindert es Staub-, Dampf- oder Nebelbildung im Mantel 34. Am düsenförmig ausgebildeten Endbereich 40 tritt das Gas aus dem Mantel 34 ins Freie. Durch die Querschnittsverengung im Endbereich 40 wird eine hohe Gasaustrittsgeschwindigkeit realisiert, wodurch ein Eindringen von Staub, Spritzern und anderen Verunreinigungen ins Innere des Mantels 34 erschwert wird. Die strömungsgünstige Düsenform begünstigt eine hohe Austrittsgeschwindigkeit und bewirkt, daß ein freier Gasstrahl austritt, der den optischen Kanal außerhalb des Mantels 34 frei bläst.

Die Verbindungsstelle 38 ist — was nicht dargestellt wurde — als robustes Drehlager ausgelegt. Der U-förmige Abschnitt 36 des Mantels 34 ist leicht austauschbar. Die Lage des U-förmigen Abschnittes 36 ist nach Austausch reproduzierbar. Diese Merkmale gewährleisten eine sofortige optische Justierung nach Ausschwenkung oder Austausch des U-förmigen Abschnittes 36.

Die F i g. 3 zeigt einen Ausschnitt einer Stranggießanlage mit Kokille 10, Verteilerrinne 14, Stopfen 17, Ausflußdüse 16, und Badspiegel 18 wie sie an Hand der F i g. 1 beschrieben wurden. Außerdem ist ein Verteilerrinnenwagen 43 sichtbar, der mit Laufrädern 44 in einer Rinne 45 des Gießbühnenbodens 27 verschiebbar geführt ist.

Im Verteilerrinnenwagen 43 ist ein elektrooptisches Meßgerät 28 eingebaut, an dessen Ausgangsoptik 31 sich ein U-förmig ausgebildeter Mantel 34 anschließt, der im wesentlichen gleich dem in F i g. 2 dargestellten aufgebaut ist. Auch hier ist ein U-förmiger Abschnitt 36 drehbar gegen einen gasdicht mit dem Meßgerät 28 verbundenen Abschnitt 35 verbunden. Durch einen Anschluß 41 tritt Spülgas in den Mantel 34 ein und verläßt den Mantel 34 durch den düsenförmig ausgebildeten Endbereich 40 des freien U-Schenkels 39.

Zusätzlich zu dieser Spül- und Kühlmaßnahme wird der direkt über dem Badspiegel 18 befindliche Umlenkspiegel 46 durch Gas tangential beblasen. Das Gas wird über Spülgaszuführungen 47 von denen nur eine sichtbar ist, zu den Umlenkspiegel 46 geleitet. Die Spülgaszuführungen 47 verzweigen sich in zwei Endbereiche 48, 49, die düsenförmig auslaufen. Jeweils ein Endbereich 48 der Spülgaszuführungen 47 bebläst die Rückseite des Umlenkspiegels 46, der andere Endbereich 49 ist tangential auf die Forderseite des Umlenkspiegels 46 gerichtet.

Durch diese intensive tangentiale Beblasung des Umlenkspiegels 46 wird dieser augenblicklich von sich niederschlagenden Spritzen oder Staub oder ähnlichem freigeblasen.

Der Umlenkspiegel 46 ist am Mantel 34 durch Befestigungselemente 50 geringer Wärmeleitung befestigt, um eine Wärmeaufnahme des Umlenkspiegel 46 von dem Mantel 34 zu vermeiden.

Die Meßmethode gemäß Fig.4 unterscheidet sich von der in den F i g. 2 und 3 zugrundegelegten Methode. In F i g. 4 fallen die optischen Achsen des ausgesendeten

Lichtbündels 51 und des reflektierten Lichtbündels 52, 53 nicht zusammmen.

Eine Lichtquelle 54 sendet ein Lichtbündel 51 durch eine Optik 55 ajf einen Umlenkspiegel 56, welcher das Lichtbündel senkrecht auf die Oberfläche des Badspiegels 57, 58 umlenkt. Etwa unter einem Winkel von 30° zur Achse des vertikal auf den Badspiegel 57,58 gerichteten Strahls ist ein weiterer L'mlenkspiegel 59 angeordnet, der durch den Badspiegel 57,58 reflektierte Lichtsignale über eine Empfangsoptik 60 auf einen Positions- ίο detektor 61 umlenkt. Der auf dem Positionsdetektor 61 abgebildete Lichtfleck erfährt bei Füllstandsänderungen eine relative Verschiebung gegenüber der optisehen Detektorachse. Die Verschiebung steht als elektrisches Signal am Detektor zur Verfugung und wird durch eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung weiterverarbeitei. Gemäß F i g. 4 liegt der abgebildete Lichtfleck bei maximalem Badspiegel 57 am oberen Rand des Positionsdetektor 61 und bei minimalen Badspiegel 58 am unteren Rand des Positonsdetektor 61.

Die optischen Teile sind in einem Gehäuse 62 angeordnet. An diesem Gehäuse 62 sind im Bereich der Sendeoptik 55 und der Empfangsoptik 60 je ein rohrförmig ausgebildeter, das jeweilige Lichtbündel 51, 52, 53 umhüllender Mantel 63,64 angebracht. Der Umlenkspiegel 56 ist im Knie des Mantels 63 befestigt. Der Umlenkspiegel 59 ist im Knie des Mantels 64 unter einem Winkel von ca. 60° zwischen der Spiegelnormalen und dem einfallenden Lichtbündel 52,53 befestigt.

Die Umlenkspiegel 56, 59 werden jeweils durch eine Spülgaszuführung 65,66 beblasen, um den Umlenkspiegel 56, 59 augenblicklich von sich niederschlagenden Spritzern oder Staub oder ähnlichem freizublasen. Die Spülgaszuführungen 65,66 sind rohrförmig ausgebildet. An ihrem Gasaustrittsende weisen sie mehrere übereinanderliegende Austrittsdüsen 67, 68, auf, von denen jedoch nur jeweils eine sichtbar ist. Die Austrittsdüsen 67, 68 sind so ausgerichtet, daß sie die jeweilige Spiegeloberfläche tangential beblasen. Im Mantel 63,64 befindet sich in der Nähe der bpiegelkante, die den Austrittsdüsen 67, 68 abgewandt ist, jeweils eine schlitzförmig ausgebildete öffnung 69, 70. Diese öffnung 69, 70 ermöglicht es, daß der Gasstrahl, der durch Pfeile 71, 72 dargestellt ist, nach Beblasung der Umlenkspiegel 56,59 ungehindert aus dem Mantel 63,64 ins freie treten kann. Der Gasstrahl 71, 72 kann dabei etwaige Fremdkörper wie Spritzer oder Staub, von denen er die Spiegeloberfläche befreit hat, mit sich führen, so daß die Fremdkörper auf schnellstem Wege den Bereich der Lichtbündel 51,52.53 verlassen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

55

60

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung von Füllständen an Badspiegeln (18,57,58) flüssiger, gegebenenfalls mit einer Schutzpulverschicht abgedeckter Metalle, insbesondere in der Kokille (10) einer Stranggießanlage, mit einer Lichtquelle (54), einem Detektor (61) zum Empfangen der am Badspiegel reflektierten Lichtsignale, einer Signalauswerteeinrichtung (20), wenigstens einem optischen Bauteil, das die ausgesendeten Lichtsignale auf den Badspiegel (18,57,58) richtet und/oder die reflektierten Lichtsignale auf den Detektor (61) richtet oder abbildet, und wenigstens einem rohrförmig ausgebildeten, das optische Bauteil sowie das ausgesendete und/oder reflektierte Lichtbündel (29,30,51,52,53) wenigstens teilweise im Bereich zwischen Lichtquelle (54) und/oder Detektor (61) and Badspiegel (18, 57, 58) umhüllenden Mantel (34,63,64), dessen eines, auf den Badspiegel (18, 57, 58) gerichtetes Ende offen ist, gekennzeichnet durch die Merkmalskombination,daß