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Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen
Die Leistung einer Stranggussanlage ist unter anderem abhängig vom zu giessenden Werkstoff, seiner Qualität, seiner Dimension und vom Wärmeschluckvermögen der Af1lage. Mit Hilfe bekannter empirischer
Daten ist es möglich, auf Grund dieser Werte die erforderliche Kühlung und die optimale Giessgeschwin- digkeit zu bestimmen. Der Sumpf bildet hiebei ein Mass für diese Werte.
Dieser Sumpf wird von einer erstarrten Randzone, der sogenannten Kruste, umgeben. Wird die Ausbildung des Sumpfes als Mass für die Kühlung und Giessgeschwindigkeit betrachtet, so stellt demzufolge auch die Dicke der Kruste ein Mass dieser Grössen dar. Bei konstant bleibender Absenkgeschwindigkeit und Kühlung müsste diese Dicke in bezug auf eine angenommene Kote im Bereiche des Sumpfes immer gleich sein. Die Abnahme der Giesstemperatur während des Giessens, die Regulierung der Absenkgeschwindigkeit infolge Veränderungen in der Zufuhr des flüssigen Werkstoffes und andere Einflüsse verändern aber die Grosse des Sumpfes und damit auch die Krustendicke.
Beim Unterschreiten einerbestimmtenKrustendicke besteht nun, besonders unmittelbar nach der Kokille, die Gefahr der gefürchteten Durchbrüche, die eine Anlage längere Zeit ausser Betrieb setzen. Im weiteren können, speziell bei grossen Querschnitten, infolge einer zu geringen Krustendicke unterhalb der Rollenführung durch den ferrostatischen Druck verursachte Ausbauchungen entstehen, die das vergossene Material für die Weiterverarbeitung unbrauchbar machen.
Es wird nun versucht, diese Nachteile möglichst zu vermeiden, indem die Absenkgeschwindigkeit so reduziert wird, dass eine dadurch entstehende Sicherheitsspanne in der Krustendicke das Auftreten der er- wähntenschwierigkeiten verringert. Die Reduzierung der Absenkgeschwindigkeit zieht aber eine Verminderung der Leistungsfähigkeit der Anlage nach sich.
Ziel der Erfindung ist es, die erwähnten Gefahren zu vermeiden, ohne die Leistungsfähigkeit der Anlage zu reduzieren. Hiezu ist erfindungsgemäss ein Verfahren zum Stranggiessen dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich, in welchem der Strang nach Erfordernis des Werkstoffes eine vorbestimmte Krustendicke aufweisen soll, diese Krustendicke während des Giessvorganges mindestens periodisch ermittelt wird und die erhaltenen Werte zur Steuerung der Anlage im Sinne dieser Erfordernisse verwendet werden.
Vorteilhaft erfolgt dies in der Weise, dass die so ermittelte Ist-Krustendicke mit einem Sollwert verglichen wird, der durch die vorbestimmte Krustendicke gegeben ist, und dass die Anlage durch die auftretenden Abweichungen gesteuert wird.
Dieses Verfahren gestattet eine optimale Ausnutzung der Anlage, indem es sich nicht nur in der Ermittlung derKrustendicke erschöpft, sondern die erhaltenen Werte mit einer Soll-Krustendicke vergleicht und die daraus entstehenden Signale zur Steuerung der Anlage verwendet. Die zur Steuerung erforderlichen Signale werden während des Giessvorganges kontinuierlich ermittelt.
Die ermittelten Werte der Abweichungen der Ist-Krustendicke von ihrem Sollwert können zur Steuerung der Absenkgeschwindigkeit, der Kühlintensität oder dieser beiden Faktoren verwendet werden. Es
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kannter Art verwendet und quer durch den Strang geschickt, die über den Ort der Übergänge vom festen zum flüssigen Aggregatzustand innerhalb der von ihnen durchsetztenStrangschichten inForm von Signalen Auskünfte erteilen.
Es ist bekannt, dass in der elektrischen Leitfähigkeit von Werkstoffen in festem und flüssigem Zustand, z. B. bei Stahl, Unterschiede bestehen. Wird nun im erwähnten Bereich ein Strom quer zur Strangachse
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durch den Strang geleitet, so kann der Unterschied der Leitfähigkeit zur Ortung der Übergänge fest/flüssig verwendet und mit demSollwert verglichen werden, wobei das aus diesem Vergleich sich ergebendeSignal verstärkt t-iird, um als Steuerwert an die Anlage weitergeleitet zu werden.
Es ist ferner bekannt, dass radioaktivestrahlen, beispielsweise Gammastrahlen, die Eigenschaft haben,
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gebracht, so ergeben die unterschiedlichen Dichtenverhältnisse zwischen festem und flüssigem Aggregat- zustand auf der Empfangsseite einen Unterschied in der Empfangsintensität. Dieser Unterschied lässt sich zurortung desüberganges fest/flüssigl verwenden und durch Vergleich des Sollwertes der Krustendicke mit dieser Ortung kann in einemDiskriminator einSignal erzeugt werden, das verstärkt zur Steuerung der An- lage verwendet werden kann.
Zur Ortung der Übergänge fest/flüssig eines Werkstoffes eignen sichbekannterweise auch Wellen, wo- bei solche von hoher Frequenz, wie sie z. B. von Ultraschallgeräten erzeugt werden, besonders geeignet sind. Ein auf einer Seite des Stranges im gewählten Bereich angeordneter Ultraschallsender sendet hochfrequente Wellen quer zur Strangachse. Diese Wellen werden an den Übergängen fest/flüssig reflektiert.
Diese Reflexion, die allgemein als Echo bezeichnet wird, wird von einem auf der gleichen Seite angebrachtenEmpfänger aufgenommen. DasZeitintervall vomAusgang derSendeimpulse bis zu ihremEmpfang ergibt ein Mass für den Ort der Reflexionsstelle. Diese Zeitunterschiede, mit einem Sollwert in einem Diskriminator verglichen, können nach Verstärkung der erzeugten Signale zur Steuerung der Anlage im Sinne der Erfordernisse des Werkstoffes dienen.
Im weiteren kann nach dem bekanntooDutrah1ungsprinzip mit Ultraschall, der sogenannten Durch- schallung, der Ort des Überganges fest/flüssig bestimmt werden. Dabei wird im gewählten Bereich auf einer Seite des Stranges der Sender und auf der gegenüberliegenden der Empfänger angebracht. Durch Messungen der Durchlaufzeit der Schallwellen kann auf den Ort des Aggregatszustandswechsels im Strang geschlossen werden. Der festgestellte Ort wird wieder mit einem Sollwert der Krustendicke in einem Diskriminator verglichen und die so erzeugten Signale über Verstärker zur Steuerung der Anlage benutzt.
. Aus der Praxis ist es bekannt, dass Ultraschallgeräte gegen hohe Temperaturen empfindlich sind, so dass eine direkte Ankopplung an den hohe Temperatur aufweisenden Strang nicht in Frage kommt. Der Ultraschall-Sender und Empfänger kann in das Innere von an den Strang gedrückten, im Innern wassergegekühlten Rollen oder Walzen eingebaut werden, wobei das Kühlwasser als Kopplungsflüssigkeit zwischen demSchallgerät und den Rollen dient. Das Weiterleiten der Schallwellen zwischen Rollen und Strang geschieht durch direkte Berührung der letzteren. Der am Strang auftretende Zunder kann aber die Übertragung derSchallwellen auf denStrang in einem gewissen Grade behindern.
DieseBehinderungkanndadurch grösstenteils vermieden werden, dass einTeil des zur Direktkühlung des Stranges dienenden Kühlwassers in den Raum zwischen Strang und Rollen geleitet wird, wodurch die Hohlräume zwischen Strang und Zunder durch das Wasser ausgefüllt werden. Dieses Kühlwasser dient als Kopplungsflüssigkeit zwischen Strang und Rollen.
Eine weitere Ankopplungsmöglichkeit für die Schallwellen besteht darin, dass zwischen Sender und Empfänger einerseits und dem heissen Strang anderseits, ein auf den Strang vorzugsweise senkrecht auftreffender, unter Druck stehender Wasserstrahl vorgesehen wird, wobei der Druck so bemessen wird, dass das Wasser infolge der ihm durch diesen Druck erteilten kinetischen Energie den nachfolgend erklärten Dampffilm auf der Strangoberfläche möglichst durchstösst.
Zwischen.einerFläche höhererTemperatur und einer Flüssigkeit entsteht bekanntlich ein Dampffilm.
Dieser Vorgang wird als Leidenfrost'sches Phänomen bezeichnet. Der an der Strangoberfläche auftretende Dampffilm kann nun die Übertragung der Schallwellen zwischen der Kopplungsflüssigkeit und dem Strang behindern. Dieser Dampffilm kann dadurch vermindert werden, dass zwischen die Flüssigkeit und die heisse Fläche eine elektrische Spannung angelegt wird.
BeimErstarrungsvorgang eines Werkstoffes entsteht meistens keine scharfe Grenze zwischen dem flüssigen und festen Zustand. Es können sich beispielsweise in Richtung Strangachse wachsende Dendrite bilden. Im weiteren ist bekannt, dass einKleben zwischen Strang und Kokillenwand trotz Kokillenoszillation und-Schmierung nie ganz vermieden werden kann. Durch dieses Kleben wird beim Retourhub der Kokille die Strangkruste auf Zug belastet. Infolge der geringen Festigkeit und grossen Dehnbarkeit der eben erst erstarrten dünnen Kruste wird diese einerDehnung unterworfen, welche wieder Unregelmässigkeiten in der Krustendicke hervorruft.
Diese unregelmässigen Grenzen an der Erstarrungsfront bewirken nun auch eine Unregelmässigkeit der Werte für die Ortung des Überganges fest/flüssig, was zu einer gewissen Instabilität der Steuerung führt, wodurch die Gefahr dauernder Veränderungen der Regulierungsfunktionen entsteht.
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Diese Instabilität der Steuerung kann vermieden werden, indem die Anlage durch die Abweichungen in voreinstellbaren Intervallen gesteuert wird. Diese Intervalle können dadurch erzielt werden, dass die Ist-Krustendicke in regelmässigenZeitabständen bestimmt wird. Im weiteren kann mit den Abweichungen der gemessenenIst-Krustendicke von ihrem Sollwert ein Zeitschalter ausgelöst werden, der erst nach Ablauf seiner Eigenzeit einSignal zurSteuerung der Anlage freigibt. Oder die Abweichungen der gemessenen Ist-Krustendicke von ihrem Sollwert können einer Zählvorrichtung zugeführt werden, die erst nach Errei- chen eines Vorwahlwertes ein Signal zur Steuerung freigibt.
Um sich ein genaueres Bild über den Verlauf des Sumpfes zu machen, kann es vorteilhaft sein, die
Krustendicke im Sumpfbereich an mehreren Stellen zu messen. Aus diesen Messresultaten kann die Form des Sumpfes interpoliert werden. Die Messresultate der Krustendicke können auch untereinander vergli- chen werden. Beispielsweise kann das summierte Resultat der Krustendicke mit einem summierten Soll- wert verglichen oder das Signal der kleinsten Krustendicke ermittelt werden, und erst nach Vorliegen eines dieser Resultate die Steuerung der Anlage beeinflusst werden.
Mit den erhaltenen Abweichungssignalen der Krustendicke können die Regulierungsfunktionen beein- flusst werden. Die Erfordernisse des Werkstoffes können aber noch zusätzliche Messungen bedingen, die einen Einfluss auf die Regulierungsfunktion ausüben. Solche Messungen betreffen die Temperatur der Strangoberfläche, die Temperatur des flüssigen Metalles vor der Kokille usw. Die festgestellten Ist-Werte dieser Messungen können ebenfalls mit ihren Sollwerten verglichen und mit den auftretenden Abweichungen die Steuerung der Anlage durch die Abweichung der Ist-Krustendicke vom Sollwert beeinflusst werden.
Das erfindungsgemässeverfahren und die Vorrichtungen werden im folgenden an Hand von Beispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. l teilweise schematisch eine Stranggussanlage, Fig. 2 eine Anordnung von Sender und Empfänger beim Ultraschall-Echo-Verfahren, Fig. 2a eine Impulsfolge bei diesem Verfahren, Fig.
Zb einBlockdiagramm zur Erzeugung derSteuerimpulse beim Echo- Verfahren und Fig. 2c Signalformen, Fig. 3 eine Anordnung von Sender und Empfänger beim UltraschallDurchschallungs-Verfahren mit Wasserstrahl- Ankoppelung und Ionisierung des Dampffilmes, Fig. 3a eine Impulsfolge, Fig. 3b ein Blockdiagramm zur Erzeugung der Steuerimpulse beim Durchschallungsverfahren und Fig. c Signalformen : Fig. 4 eine Anordnung von Sender und Empfänger beim Durchstrahlungsverfahren mit Gammastrahlen, Fig. 4a eine Impulsfolge, Fig. 4b ein Blockdiagramm zur Erzeugung der Steuerimpulse beim Durchstrahlungsverfahren mit Gammastrahlen und Fig. 4c Signalformen :
Fig. 5 ein elektrisches Widerstandsverfahren, Fig. 5a ein Blockdiagramm zur Erzeugung von Steuerimpulsen beim Widerstandsverfahren und Fig. 5b Signalformen : Fig. 6 eine Bestimmung der Oberflächentemperatur des Stranges mittels Thermoelement und Fig. 6a ein Blockdiagramm zur Erzeugung von Temperatursignalenj Fig. 7 eine Bestimmung der Oberflächentemperatur des Stranges mittels Strahlungspyrometer und Fig. 7a ein Blockdiagramm zurErzeugung der Temperatursignale ; Fig. 8 einBlockdiagramm zur Auswertung mehrerer Messwerte der Krustendicke ; Fig. 9 ein Blockdiagramm zur Auswertung der Impulse gemäss den Fig. 2 und 3 ; Fig. 9aSignalformen : Fig. 10 ein Blockdiagramm zur Auswertung der Signale gemäss den Fig. 4 und 5 und Fig. 10a Signalformen.
Fig. 1 : Diese Figur veranschaulicht eine konventionelle Stranggussmaschine, bei der dieErfindung angewendet werden kann. Mit 11 ist eineStopfenpfanne bezeichnet, aus der flüssiges Metall, beispielsweise flüssiger Stahl. in einenZwischenbehälter 12 fliesst. Vom Zwischenbehälter 12 gelangt das flüssige Metall in eine oszillierende, wassergekühlte Kokille 13, in der sich eine erstarrte Randzone, eine sogenannte Kruste bildet. Innerhalb dieser Kruste verbleibt flüssiges Metall, der sogenannte Sumpf. Kruste und Sumpf formen einen Strang 14, der in bekannter Weise zuerst durch einen Kaltstrang 19 mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus der Kokille 13 gezogen wird und eine Sekundärkühlzone 15 passiert. Durch die Kühlung in dieser Zone verfestigt sich der Strang 14 immer mehr.
Durch Änderung dieser Kühlung kann die Ausbildung desSumpfes beeinflusst werden. Der verfestigte Strang 14 wird durch einen Treibwalzensatz 16 ausgezogen und durch einen Biegemechanismus 17 umgelenkt. Ein Richtaggregat 18 richtet den Strang, bevor er in Strangstücke geschnitten wird.
Messköpfe 20 zur Bestimmung der Krustendicke werden vorteilhaft anschliessend an die Kokille 13 angebracht. Sie können aber auch an einer andern Stelle oder mehreren andern Stellen im Bereich des Sumpfes angebracht werden.
Fig. 2-2c : Nach Fig. 2 ist der Messkopf 20. in Form eines Ultraschallsenders 21 und-Empfän- gers 22, in einer mit Wasser gekühlten Walze 23 untergebracht. Diese Walze 23 wird mit einer nicht gezeichnetenDruckvorrichtung an denStrang 14 gedrückt, in dessen Innern sich der Sumpf S befindet. Zwischen dem Strang 14 und der Walze 23 staut sich Kühlwasser 24 der Sekundärkühlung. Das Kühlwasser in der Walze 23 und das Kühlwasser 24 bilden das Ankoppelungsmedium für die Ultraschallwellen zwischen
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Sender 21 - Strang 14 - Empfänger 22.
Der Sender 21 emittiert Schallwellen in Richtung des Stranges 14, die an den Übergangsstellen a - e der einzelnen Medien gegen den Empfänger 22 reflektiert werden, so dass eine Impulsfolge entsteht, wie inFig. 2a gezeigt ist. Die Aussendung dieser Wellen wiederholt sich in regelmässigen Zeitabständen tl mit einem Impuls 0. Die Reflexion dieses Impulses an der Stelle a (Übergang Walzenkühlwasser-Walze) liefert im Empfänger einen Echo-Impuls l, an der Stelle b (Übergang Walze-Strangoberfläche) einen EchoImpuls 2, an der Stelle c (Übergang fest/flüssig) einen Echo-Impuls 3, an der Stelle d (Übergang flüssig/fest) einenEcho-Impuls 4 und an der Stelle e (Strangoberfläche) einen Echo-Impuls 5. Das Auftreffen der Impulse auf den Empfänger 22 erfolgt in zeitlichen Abständen t.
Diese zeitlichen Abstände vom Sen- deimpulsOzudenEcho-Impulsen bilden einMass für die von den Schallwellen zurückgelegten Distanzen.
So entspricht eine Zeitdifferenz t4 zwischen den Impulsen 2 und 3 bzw. 4 und 5 der Krustendicke K zwischen der Stelle b und c bzw. d und e. Um das vorliegende Beispiel für die Beschreibung zu vereinfachen, werden nur noch die Impulse 2 und 3 berücksichtigt. Zur Ermittlung der Zeit t4 ist es notwendig, weitere steuerungsinterneZeiten t2 und t3 einzuführen. Die Zeit t2 stellt ein Intervall vom Sendeimpuls 0 bis zu einem angenommenen Zeitpunkt P zwischen denEcho-Impulsen 1 und 2 dar, während sich dieZeit t3 von diesem Zeitpunkt P zu einem angemessenen Zeitpunkt Q zwischen den Impulsen 3 und 4 erstreckt.
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stellt ist, zu der Krustendicke entsprechenden Steuersignalen ausgewertet.
Die an den Ausgängen der Blöcke auftretenden Signalformen sind in Fig. 2c gezeigt, wobei für die links dargestellte Signalfolge eine gegenüber der Soll-Krustendicke zu kleine und rechts einezf grosse Ist-Krustendicke angenommen wird.
Ein Impulskontaktgeber 30 erzeugt den Spannungsimpuls 0, der sich, wie erwähnt, in regelmässigen Zeitabständen tl wiederholt. Diese Spannungsimpulse 0 wirken einerseits auf den Ultraschallsender 21, beispielsweise einensender mit einem Schwingquartz, und anderseits auf Zeitglieder 31 und 32. Im Sender 21 werden diese Impulse in Ultraschallwellen umgewandelt. Das Zeitglied 31 bzw. 32 wird von den Impulsen A1 des Taktgebers 30 während der Zeit t2 bzw. (t2 + t3) eingeschaltet, und an seinem Ausgang entsteht einSignal A4 bzw. A5. Die Ausgangssignale A4 und A5 der Zeitglieder 31 und 32 wirken auf ein 0-1-Implikationsglied 33, das an seinem Ausgang nur dann ein Signal A6 erzeugt, wenn an seinem Eingang das Signal A4 gleich "Null" und zugleich das Signal A5 gleich "Eins" ist.
Das Signal A6 erstreckt sich demzufolge über die Zeitdauer t3.
Die Echo-Impulse 1 - 5 werden vom Empfänger 22, beispielsweise einem dynamischen Mikrophon, aufgefangen. Die Ausgangssignale A2 des Empfängers 22 werden durch einen Verstärker 34 auf ein Niveau A3 gebracht. Die Signale A3 und das Signal A6 wirken auf eine Torstufe 35. Das Signal A3 kann am Ausgang der Torstufe 35 nur dann als Signal A7 erscheinen, wenn das Signal A6 mit dem Wert "Eins" vorhanden ist. Somit können Impulse nur während der Zeitdauert3 dieTorstufe 35 passieren, d. h. die Echo-Impulse 2 und 3, die im Ausgangssignal A7 enthalten sind, können passieren. Das Signal A7 wirkt nun auf beide Eingänge einer bistabilen Kippstufe 36, wobei der Echo-Impuls 2 diese Kippstufe 36 ein- und der Echo-Impuls S sie wieder ausschaltet.
Somit stellt das Ausgangssignal A8 mit der Einschaltzeit t4 bzw. t4'den ist-Wert der Krustendicke K dar.
Um mit diesem Ist-Wert eine Steuermöglichkeit zu erhalten, muss zunächst ein Sollwert für die Krustendicke eingeführt werden. Zu diesem Zwecke wirkt das Ausgangssignal A8 auf ein Differenzierglied 37, dessen Ausgängssignal A9 auf einen Gleichrichter 38 führt, in welchem der negative Teil des Signales A9 abgeschnitten wird und ein Signal A10 entsteht. Mit diesem Signal A10 wird ein Sollwertzeitglied. 39 mit einstellbarer Zeit t5 eingeschaltet. Das Ausgangssignal All dieses Sollwertzeitgliedes mit der Einschaltzeit t5 repräsentiert somit den Sollwert der Krustendicke K.
Der Ist- und der Sollwert werden nun im weiteren Steuerungsablauf diskriminiert. Dabei wirken das Ist-Wertsignal A8 und das Sollwertsignal All auf Implikationsglieder 40 und 41. Das 1-0-Implikations- glied 40 liefert an seinemAusgang nur dann einSignal A12, wenn das Ist-Wertsignal A8 vorhanden ist und zugleich das Sollwertsignal All verschwindet, d. h. wenn t4'grösser ist als t5. Analog liefert das 0-1Implikationsglied 41 an seinem Ausgang nur dann ein Signal A 13, wenn das Ist-Wertsicrnal A8 verschwin- det und zugleich das Sollwertsignal All vorhanden ist, d. h. wenn t4 kleiner ist als t5. Der Ausgang A12 liefert demzufolge nur dann ein Signal, wenn die Krustendicke K den Sollwert übersteigt.
Der Ausgang A13 liefert ferner nur dann ein Signal, wenn die Krustendicke den Sollwert unterschreitet. Die Impulsdauer dieser Signale ist der Abweichung vom Sollwert direkt proportional. Wenn an den beiden Ausgängen A12 und A13 kein Signal auftritt, bedeutet dies, dass die gemessene Krustendicke ihrem Sollwert entspricht.
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Im eben angeführten Beispiel wird die Ist-Krusteni'icke kontinuierlich gemessen. Um eine Instabil- tät der Steuerung zu vermeiden, können aber dieseSign.. le auch in regelmässigen Zeitabständen bestimmt werden. Dies kann damit erreicht werden, indem dem Impulstaktgeber 30 ein nicht gezeichneter Zeit- schalter vorgeschaltet wird, der den Impulstaktgeber nur für kurze Zeit einschaltet, um ihn nachher für i eine längere Zeit ausgeschaltet zu lassen.
F i g. 3 - 3 c : Fig. 3 veranschaulicht das Durchschallungsverfahren. Ein Sender 50 bzw. einEmpfän- ger 51 ist in einem Wassergehäuse 52 bzw. 53 untergebracht. Jedes der Wassergehäuse 52 bzw. 53 ist mit einer Strahldüse versehen. durch die ein unter möglichst grossem Druck stehender Kühlwasserstrahl 54 bzw.
55 als Kopplungsmittel für die Schallwellen auf den Strang 14 gerichtet wird.
Zwecks Verminderung des Einflusses, herrührend vom Leidenfrost'schen Phänomen, wird je eine
Stromquelle 56 bzw. 57 einerseits mit dem gegen den Strang elektrisch isolierten Wassergehäuse 52 bzw.
53 und anderseits mit einer Kontaktrolle 58 bzw. 59 verbunden. Zwischen den Kühlwasserstrahlen 54 bzw.
55 und der heissen Fläche des Stranges bildet sich ein Dampffilm. Diese heisse Fläche und der Wasser- strahl 54 bzw. 55 dienen als Elektroden, die durch den als Isolator wirkenden Dampffilm voneinander ge- i trennt sind. Beim Anlegen der Spannung wird im sehr dünnen Dampffilm eine sehr hohe elektrische Feld- stärke erzeugt und es treten Gasentladungen auf. Dadurch werden Dampfmoleküle ionisiert und wandern in die Flüssigkeit zurück. Durch Regulierung der angelegten Spannung kann die Dampfschicht bis auf Null reduziert werden, so dass der Übertragung der Schallwellen praktisch kein Hindernis mehr im Wege steht.
DerSender 50 emittiertSchallwellen inRichtung des Stranges 14 zum Empfänger 51. Es entsteht eine ) Impulsfolge gemäss der Fig. 3a. Die Aussendung dieser Wellen erfolgt in regelmässigen Zeitabständen t10 durch einen Impuls 0'. Das Auftreffen eines Impulses 1', der den durch das durchdrungene Material ver- zögertenSendeimpuls 0'darstellt, auf dem Empfänger 51. erfolgt mit einem zeitlichen Abstand t. Dieser zeitliche Abstand vom Sendeimpuls 0'zum eintreffenden Impuls l'ist somit ein Mass der Sumpfgrösse S plus der beiden Krustendicken K.
ZurErmittlung dieser beidenKrustendicken ist es notwendig, weitere Zeiten t20 und t30 und t40 ein- zuführen. DieZeit t20 stellt ein Intervall vom Sendeimpuls 0'bis zu einem angenommenen Zeitpunkt R knapp vor dem Impuls l'dar, während sich din Zeit t30 von diesem Zeitpunkt R zu einem angenomme- nen Zeitpunkt M knapp nach dem Impuls l'erstreckt. Die Zeitdauer t40 beginnt bei Punkt R und endet beim Impuls l'.
Die Impulsfolge gemäss Fig. 3a wird nun in einer Blockschaltung nach Fig. 3b zu den der Krustendicke entsprechendensteuersignalen umgewandelt. Die diesbezüglichenSignalformen werden in Fig. 3c gezeigt, wobei für die links dargestellten Signale gegenüber der Soll-Krustendicke eine zu kleine und rechts eine zu grosse Ist-Krustendicke angenommen wird.
Die Auswertung der Impulsfolge nach Fig. 3a erfolgt in der gleichen Weise, wie für Fig. 2b beschrie- ben ist, wobei statt dem Schwingquartz im Sender 21 ein ferromagnetischer Schwinger im Sender 50 und statt dem dynamischen Mikrophon im Empfänger 22 ein Kristallmikrophon im Empfänger 51 verwendet wird. Abweichend gegenüber der Fig. 2b ist hier einzig und allein die Einschalt-Triggerung der bistabilen
Kippstufe 36. Während diese in Fig. 2b durch das Signal A7 der Vorstufe 35 erfolgt, muss in Fig. 3b ein
Einschaltsignal B separat erzeugt werden, da kein entsprechender Impuls vorhanden ist. Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal A6 des 0-1-Implikationsgliedes 33 mit einem Differenzierglied 59 in ein Si- gnal B14 verwandelt. Diesem Signal B14 wird durch einen Gleichrichter 60 der negative Teil abgeschnit-
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BinForm eines SignalesFig. 4-4c : In der Fig. 4 besteht der Messkopf 20 aus einem Strahlensender 70, beispielsweise einer Co-60-Quelle, und einem auf Radioaktivität ansprechenden Empfänger 71. beispielsweise einem Geigerzähler. Um den Geigerzähler 71 vor Wärmeeinwirkung zu schützen, ist derselbe von einem Kühlmantel 69 umgeben. Die von der Quelle 70 emittierten Gammastrahlen durchdringen den Strang 14, wobei sie im Geigerzähler 71 in eine kontinuierliche Impulsfolge mit derzeit t als Parameter gemäss Fig. 4a umgesetzt werden. Die Einfallsrate der Gammastrahlen auf den Geigerzähler 71 schwankt mit der Änderung des Dichtenverhältnisses des durchsetzten Stranges 14, insbesondere mit der Veränderung der beiden Krustendicken K bzw. der Grösse des Sumpfes.
Die Auswertung dieser Impulsfolge erfolgt gemäss dem Blockschema der Fig. 4b. Die an den Ausgängen der Blöcke auftretenden Signalformen sind in Fig. 4c gezeigt, wobei auf der linken Seite die Ist-Krustendicke gegenüber ihrem Sollwert zu gross und auf der rechten Seite zu klein ist. Die vom Geigerzähler 71 gelieferten Impulse Cl werden mit einem Verstärker 72 auf ein Niveau C2 gebracht. Diese AusgangsimpulseC2 wirkenauf einenImpulsuntersetzer 73, welcher nur einen vorbestimmten Teil der Impulse,
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im Beispiel nur jeden dritten, durchlässt. Die über eine Zeit t gemittelte Anzahl Ausgangsimpuls C3 des
Untersetzers 73 stellt ein Mass für denIst-Wert der Krustendicke K dar, d. h. das Ausgangssignal C3 ergibt mit seiner Impulshäufigkeit den Ist-Wert der Krustendicke.
Um nun mit dem Ist-Wert eineSteuermoglichkeit zu erhalten, muss dieser zunächst mit einem Soll- wert der Krustendicke verglichen werden. Zu diesem Zweck ist ein Sollwertimpulsgeber 74 vorgesehen, dessen Ausgangssignal C4 auf einNICHT-Gatter 75 wirkt. Das Ausgangssignal C5 dieses Gatters mit seiner
Impulshäufigkeit stellt den gewünschten Sollwert der Krustendicke dar.
Der Ist- und der Sollwert werden im weiteren Steuerungsablauf diskriminiert. Dabei wirken das Ist-
Wertsignal C3 und das Sollwertsignal C5 auf ein Integrierglied 76, dessen Ausgangssignal C6 wie folgt zu- stande kommt. Die Signale C3 bzw. C5 bewirken infolge ihrer entgegengesetzten Polarität ein Addieren bzw. ein Subtrahieren der Spannung eines im Integrierglied 76 enthaltenen Speicherelementes. Das so entstehende Ausgangssignal C6, das je nach Verhältnis einen positiven bzw. einen negativen Wert auf- weisen kann, wird durch einen Verstärker 77 auf das Niveau C7 gebracht. Das Ausgangssignal C7 dieses Verstärkers wirkt auf Schmidt-Trigger 78 und 79. Am Trigger 78 kann nur dann ein Ausgangssignal C8 entstehen, wenn das Signal C7 einen vorbestimmten positiven Wert p überschreitet, d. h. wenn die Kru- stendicke K zu klein ist.
Ein Ausgangssignal C9 am Trigger 79 kann nur dann entstehen, wenn das Si- gnal C7 einen vorbestimmten negativen Wert n überschreitet, d. h. wenn die Krustendicke K zu gross ist.
Entstehen keine Signale C8 und C9, so entspricht die Krustendicke K ihrem Sollwert.
Fig. 5-5c : Fig. 5 veranschaulicht das Leitfähigkeitsverfahren, bei welchem Kontaktrollen 90 und 91 an den Strang 14 gepresst sind. Diese Kontaktrollen werden von einer Auswerteschaltung 92 mit Strom gespeist, welcher den Strang 14 passiert. Je nach Dicke der beiden Krusten K bzw. der Grösse des Sumpfes S ändert sich der elektrische Widerstand zwischen den Kontaktrollen 90 und 91.
Die Auswerteschaltung ist blockmässig in Fig. 5a gezeigt. Alle an den Ausgängen der Blöcke auftretenden Signalformen sind in Fig. 5b dargestellt.
Eine Widerstandsmessbrücke 94 inForm einer Wheatstone-oderThomsonbrücke wird von einemRecht- eckgenerator 93 gespeist, dessen Ausgangssignal mit D1 bezeichnet ist. Im einen Brückenzweig ist der Widerstand, welcher durch den Strang 14 zwischen den Kontaktrollen 90 und 91 gegeben wird, als Miss des Ist-Wertes der Krustendicke K enthalten. Im andern Brückenzweig befindet sich ein Potentiometer, das der Festlegung eines Masses für den Sollwert der Kruste dient. Diese Brücke bildet zugleich einen Diskriminator, da das Ausgangssignal D2 mit seiner Phasenlage und seiner Amplitude angibt, ob die Krustendicke gegenüber dem Sollwert zu gross oder zu klein ist.
Wenn kein Signal D2 auftritt, d. h. wenn die Brücke 94 abgeglichen ist, so entspricht die Krustendicke K ihrem Sollwert.
Zur Umwandlung des wechselstrommässigen Brückensignals D2 in ein kontinuierliches Signal wirkt die Wechselspannung D2 auf einen Verstärker 95. dessen Ausgangssignal D3 einerseits auf eine Begrenzerstufe 96, welche die Amplitude des Signales D3 auf einen vorbestimmten Wert b begrenzt, und anderseits auf einen Grätzgleichrichter 97 wirkt. Das Ausgangssignal D4 der Begrenzerstufe 96 führt auf eine Torstufe 98, die nur dann ein Ausgangssignal D5 liefert, wenn das Ausgangssignal D6 des Gleichrichters 97 einen vorbestimmten Wert s aufweist. Dieser Wert muss so gewählt werden, dass die Torstufe 98 nur ge- öffnet wird, wenn dasEingangssignal D4 durch das Element 96 bereits begrenzt ist. Das Ausgangssignal D5 wirkt auf Phasendiskriminatoren 99 und 100.
Im weiteren wirkt auf den Phasendiskriminator 100 auch das Ausgangssignal D1 des Rechteckgenerators 93. Auf den Phasendiskriminator 99 führt ferner das Ausgangssignal D7 eines NICHT-Gatters 101, dessen Eingang vom Signal D1 gespeist wird. Die Phasendiskriminatoren 99 bzw. 100 haben die Eigenschaft, nur bei Phasengleichheit ihrer beiden Eingangssignale ein Ausgangssignal D8 bzw. D9 abzugeben. Bei Ungleichheit der Phasen sowie Ausfallen einer Phase entsteht kein Ausgangssignal. Das Auftreten eines Ausgangssignales D8 bzw. D9 zeigt die Abweichung der Krustendicke K von ihrem Sollwert. Tritt kein Signal auf, so entspricht die Ist-Krustendicke der Soll-Krustendicke.
In den Fig. 2-5 wird die Ist-Krustendicke mit der Soll-Krustendicke verglichen. Die; daraus entstehenden Abweichungssignale sollen nun im nachfolgenden in Steuersignale für die Regulierung der Anlage umgewandelt werden. Diese Umwandlung kann manuell oder automatisch erfolgen.
Für die manuelle Steuerung können zwei Wege beschritten werden. Im ersten Fall können die Abweichungssignale der Krustendicke direkt auf das Steuerungstableau des Kokillensteuermannes in Form von Lichtsignalen gebracht werden, wobei zur Verhütung eines infolge des zahlreichen Signalwechsels auftretenden Flimmerns der Lichtsignale eine zeitliche, bereits erwähnte Sperrung der Wirksamkeit der Abweichsignale eingebaut werden kann.
Im zweiten Fall können die Signale für die Ist-Krustendicke, ohne mit einem Sollwert verglichen zu
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werden, einem imSteuertableau des Kokillensteuermannes eingebauten Oszillographen zugeführt werden, auf dessen Bildschirm die Ist-Krustendicke in Form einer Kurve erscheint. Eine auf diesem Bildschirm angebrachte Markierung stellt die Soll-Krustendicke dar. Der Kokillensteuermann kann bei Abweichungen der Kurve von dieser Markierung entsprechende Steuerungsänderungen an der Anlage vornehmen.
Die Signale der Ist-Krustendicke können statt eines Oszillographen einem Anzeige-Instrument zugeführt werden. Um die Einflüsse der Schwankungen des Ist-Wertes zu eliminieren, ist auf dem Instrument einsollbereich mitMinimum-undMaximumwert markiert. EineSteuerungsänderung durch den Kokillensteuermann wird nur vorgenommen, wenn der Zeiger den Sollbereich verlässt.
Für die automatische Umwandlung der Abweichungssignale werden dieselben einer Auswerteschaltung zugeleitet, welche die Regulierungsfunktion auslöst. Für die nachfolgenden Beispiele dieser Auswerteschaltung wird noch eine zusätzliche Bedingung eingeführt.
Es ist bekannt, dass gewisse Stahlqualitäten Rissempfindlichkeit aufweisen, die besonders von der Kühlintensität abhängt. Die Temperatur der Strangoberfläche stellt ein Mass für diese Kühlintensität dar.
Es kann deshalb für bestimmte Stahlqualitäten von Vorteil sein, wenn für die Regulierungsfunktionen die Temperatur der Strangoberfläche berücksichtigt wird, was die erwähnte zusätzliche Bedingung darstellt.
Fig. 6 und 6a : Zur Ermittlung der Oberflächentemperatur T des Stranges 14 ist in Fig. 6 ein Platin-Rodium-Thermoelement 110 vorgesehen, das mit seiner ersten Lötstelle 111 die OberflächedesStranges 14 abtastet und mit seiner zweiten Lötstelle 112 eine Heizeinrichtung 113 berührt. Die Heizeinrichtung 113 wird von einer Stromquelle 114 über ein Sollwert-Potentiometer 115 auf eine gewünschte SollTemperatur gebracht. Je nachdem, ob die Temperatur an der einen oder andern Lötstelle überwiegt, ergibt sich eine positive oder negative Spannung, die auf eine Auswerteschaltung 116 führt. Bei Gleichheit von Soll- und Ist-Temperatur verschwindet die Spannung.
Fig. 6a zeigt blockmässig diese Auswerteschaltung 116. Die sehr kleinen thermoelektrischen Spannungen El werden durch einen Verstärker 117 auf das Niveau E2 gebracht und den Ausgangssignalen E2 Schmidt-Trigger 118 und 119 betätigt. Die Funktion eines Schmidt-Triggers ist bereits in Fig. 4 beschrieben. Das Auftreten eines Ausgangssignales E3 bzw. E4 am Trigger 118 bzw. 119 zeigt die Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur Kein Signal tritt auf, wenn die Ist-Temperatur der SollTemperatur entspricht.
Die Oberflächentemperatur T kann auch an mehreren Stellen des Stranges bestimmt werden, wobei sie einzeln oder mit einem Durchschnittswert ihren Einfluss auf die Regulierungsfunktionen ausübt.
Fig. 7 und 7 a : Zur Bestimmung derOberflächentemperatur T des Stranges 14 können auch Strahlungspyrometer verwendet werden, wie Fig. 7 zeigt. Zu diesem Zweck wird die Temperaturstrahlung der Strangoberfläche über eine Linse 130 auf einen erstenPhotowiderstand gegeben, der sich in einer Auswerteschaltung 131 befindet. Die Temperaturstrahlung einer weiteren Wärmequelle 132 wird über eine Linse 133 auf einen zweiten Photowiderstand geleitet. Diese Wärmequelle 132 wird von einer Stromquelle 134 über ein Sollwert-Potentiometer 135 auf eine gewünschte Soll-Temperatur gebracht.
In Fig. 7a ist die Auswerteschaltung 131 blockmässig dargestellt. Diese Auswerteschaltung entspricht derjenigen der Fig. 5a mit der Ausnahme, dass statt der Messbrücke 94 mit Widerständen in den Brückenzweigen eine Messbrücke 136 mit den beiden erwähnten Photowiderständen in den Brückenzweigen Verwendung findet. Das Auftreten eines Ausgangssignales F8 bzw. F9, das dem Ausgangssignal D8 bzw. D9 der Fig. 5 entspricht, zeigt die Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur. Kein Signal
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genommenen Messungen der Krustendicke zwecks Erzeugung eines einzigen Signales zur Steuerung der Anlage. Dabei werden zwei Vergleichsmöglichkeiten beschrieben : a) ein Steuersignal soll nur dann entstehen, wenn alle drei Abweichungen positiv oder negativ sind, b) ein Steuersignal soll nur dann entstehen, wenn nur eine der drei Abweichungen positiv oder negativ ist.
Die Vergleichsmöglichkeiten können mit einem Programmschalter 144 gewählt werden. Die gezeichnetestellung des Programmschalters 144 entspricht dem Fall b. Die Signale G1, G2, G3 für zu dicke Krusten wirken auf ein ODER-Gatter 140 sowie auf ein UND-Gatter 142, während die Signale G4, G5. G6 für zu dünne Krusten auf ein ODER-Gatter 141 sowie auf ein UND-Gatter 143 führen. Ein Ausgangssignal G7 am Gatter 140 kann nur entstehen, wenn irgendein Signal G1. G2, G3 vorhanden ist, während analog ein
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ein Signal G10 am Gatter 143 nur entstehen kann, wenn alle Signale G4, G5, G6 vorhanden sind. Somit stellt das Signal Gll bzw.
G12 das erwähnte einzige Signal für die Steuerung dar.
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Fig. 9 und 9a : Die Auswertung der durch Ultraschall erzeugten Signale für die Abweichung der Krustendicke (Fig. 2 und 3) und die Signale für die Abweichung der Oberflächentemperatur des Stranges
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lierungsfunktionen angenommen :
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erscheinen mit einer gewähltenZeitdauer k unabhängig von der Dauer derentsprechendenEingangssignale.
Die Zeitdauer k muss so lang sein, dass mit einem ausgewerteten Steuerbefehl die Anzahl der Impulse auf den Zähler 150 bzw. 151 unter den Vorwahlwert sinkt.
Ein auftretender Steuerbefehl für die Regulierorgane kann sich im Strang 14 erst nach einer gewissen Zeit auswirken. Damit aber in der Zwischenzeit auftretende Impulse unwirksam sind, wird vorteilhaft eine Sperrvorrichtung angeordnet. Diese Sperrvorrichtung besteht aus Diskriminätoren 166, 167, 168 und 169 in Form von WEDER-NOCH-Gattern. Das WEDER-NOCH-Gatter 166 weist nur dann ein Ausgangssignal H 17 auf, wenn die Signale H13, H14, H15, H16 gleichzeitig ausbleiben. Das Signal H17 wird mit dem Differenzierglied 167 in ein Signal H18 übergeführt, welchem durch den Gleichrichter 168 der negative Teil abgeschnitten wird. Das so entstehendeAusgangssignal H19 wirkt aufdasZeitglied 169und schaltet dieses während der erwähnten Sperrzeit h ein, wodurch das Steuerblockierungssignal H20 entsteht.
Zur Erzeugung des endgültigensteuerbefehles wirken die Signale H13, H14, H15, H16 und das Steuerblockierungssignal H20 auf 1-0-Implikationsglieder 162, 163, 164, 165. Die Implikationsglieder 162 bzw. 163 bzw. 164 bzw. 165 liefern nur dann einAusgangssignal H21 bzw. H22 bzw. H23 bzw. H24, wenn das Signal H13 bzw. H14 bzw. H15 bzw. H16 vorhanden ist und zugleich das Signal H20 verschwindet. Die
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dar. DieAusgangssignale H21 und H22 wirken auf einenstellmotor 170 zur Regulierung eines Kühlmittelventiles 171 für dieSekundärkühlung des Stranges 14. Die Ausgangssignale H23 und H24 wirken auf einen Stellmotor 172 zur Regulierung der Felderregung 173 eines dem Treibwalzenaggregat 16 zugeordneten Ward-Leonard-Aggregates.
DieSignale H21 bzw. H22 verursachen beimStellmotor 170 eine positive bzw. negative Drehung zwecks Erhöhung bzw. Verringerung der Kühlmittelmenge beim Ventil 171. Die Signale H23 bzw. H24 haben beim Stellmotor 172 eine positive bzw. negative Drehung zwecks Erhöhung bzw. Verringerung der Feldstärke des Ward-Leonard-Motors zur Folge, wodurch die Giessgeschwindigkeit verändert wird. Diese Veränderung der Giessgeschwindigkeit zieht nun, infolge ihrer Verkettung mit weiteren Teilen der Anlage, weitere Regulierungen nach sich, so die Kokillenoszillation, die Geschwindigkeit des Richtaggregates, die Geschwindigkeit eines allfällig der Stranggussmaschine nachgeschalteten Walzwerkes usw. Alle diese Regulierungen stehen unter dem Einfluss der Abweichungssignale.
Fig. 10 : Die Auswertung der durch Gammastrahlen erzeugten Signale für die Abweichung der Krustendicke (Fig. 4) und der Signale nach dem Widerstandsverfahren (Fig. 5) erfolgt gemäss dem Blockdiagramm der Fig. 10. Die entsprechenden Signalformen sind aus der Fig. 10a ersichtlich. Als Regulierungsfunktionen sind die gleichen angenommen wie für Fig. 9. Ebenso ist die Auswerteschaltung gleich mit der Ausnahme, dass die Erzeugung von Signalen J3 und J4 aus den Abweichungssignalen der Krustendicke J1 und J2 auf andere Weise erfolgt. Statt der Signalbezeichnung 4 der Fig. 9 wird für die Fig. 10 die Signalbezeichnung J eingeführt.
Zwecks Vermeidung einer Steuerungsinstabilität infolge der bereits beschriebenen Dickenvariation der Kruste kann, an Stelle der Beobachtung mehrerer Impulse, auch ein Signal über eine gewisse Zeitspanne beibehalten werden, um erst nach Ablauf dieser Zeit einen Befehl an die Regulierung zu erteilen. Diese Zeitbestimmung wird im nachfolgenden mit einem Zeitglied vorgenommen.
Das Signal J1 für A K = positiv bzw. J2 für A K = negativ wird mit einem Differenzierglied 180 bzw.
183 in ein Signal J25 bzw. J27 umgewandelt. Das Signal J25 bzw. J27 schaltet ein Zeitglied 181 bzw. 184 ein, welches nach Ablauf einer Zeit z ausschaltet. Verschwindet aber das Signal J25 bzw. J27 vor Ablauf dieser Zeit z, so wird das Zeitglied 181 bzw. 184 sofort ausgeschaltet. Das Ausgangssignal des Zeitgliedes 181 bzw. 184 ist mit J26 bzw. J28 bezeichnet. Auf ein 1-0-Implikationsglied 182 bzw. 185 wirken die Signale J1 und J26 bzw. J2 und J28. Ein Ausgangssignal J3 bzw. J4 am Implikationsglied 182 bzw. 185 kann nur entstehen, wenn einerseits das Signal J1 bzw. J2 vorhanden ist und anderseits das Signal J26 bzw. J28 fehlt.
Zu beachten ist noch, dass eine Zeit k', welche mit der Zeit k (Fig. 9) funktionsmässig identisch ist, so gewählt wird, dass mit einem ausgewerteten Steuerbefehl das Signal J1 bzw. J2 verschwindet.
Die Verwertung der Signale J3-J24 erfolgt analog der Signale H3 -H24 der Fig. 9.
Die Erfindung erschöpft sich nicht in den angegebenen Beispielen. So kann auch die Messung der Krustendicke für grössere Formate so vorgenommen werden, dass das Mass der Krustendicke jeder Seite des Stranges bestimmt wird, wobei jedes einzelne Mass oder ein Durchschnittsmass die Regulierungsfunktionen beeinflussen kann.