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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Regelung der sekundären Abkühlung eines Metallstranges in Anlagen zum kontinuierlichen Stranggiessen, mit Kühlwassermengenreglern für das den einzelnen Sektionen der Sekundärkühlzone der bzw. einer jeden Strangführung jeweils zuzuführende Kühlwasser, wobei die Kühlwassermengenregler jeweils mit ihrem Eingang an ein Stellglied angeschlossen sind, welches über eine die Strangabzugsgeschwindigkeit erfassende Geschwindigkeitsmesseinrichtung gesteuert ist, und mit einem die Temperatur der zugeführten Schmelze erfassenden Thermoelement, das über einen Signalumformer mit einem Eingang eines algebraischen Summators verbunden ist, der mit einem zweiten Eingang an ein Nenntemperatur-Einstellglied, mit dem die Nenntemperatur der Schmelze einstellbar ist, angeschlossen ist,
wobei am Ausgang des algebraischen Summators ein Signal entsprechend der Differenz zwischen dem Sollwert der Temperatur der jeweiligen Schmelze und dem Istwert der Schmelzetemperatur verfügbar ist und mit diesem algebraischen Summator ein Signalverteiler verbunden ist, der das Signal proportional zur Temperaturdifferenz auf die Stellglieder für die Kühlwassermengenregler in den einzelnen Sektionen der Sekundärkühlzone verteilt.
Aus der AT-PS Nr. 188452 ist eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Abkühlung eines Stranges in Stahlstranggiessanlagen bekannt, die Kühlwassermengenregler für das den einzelnen Sektionen der Sekundärkühlzone zuzuführende Kühlwasser, zugehörige Stellglieder und eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung zum Messen der Strangabzugsgeschwindigkeit aufweist, die auf die Stellglieder bei beliebigen Abweichungen der Strangabzugsgeschwindigkeit von einem Sollwert einwirkt. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, dass eine Korrektur der Zuführung von Kühlwasser abhängig von der Temperatur der Metallschmelze in der Pfanne nicht vorgesehen bzw. möglich ist.
Eine Vorrichtung zur automatischen Regelung der sekundären Abkühlung eines Metallstranges in Anlagen zum Stranggiessen, wie eingangs angegeben, ist ferner aus B. I. Krasnov"Optimale Steuerung der Betriebsdaten beim Stahlstranggiessen", Verlag "Metallurgie" M. 1975, S. 258 bis 259, bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch insbesondere von Nachteil, dass sich beim kontinuierlichen Stranggiessen die gemessene Temperatur der Metallschmelze, die der Anlage zum Metallstranggiessen zu dem Zeitpunkt, wenn sich die neu angekommene Pfanne in der Arbeitsstellung befindet, zugeführt wird, von der Temperatur der vorhergehenden, noch in der Stranggiessanlage befindlichen Metallschmelze wesentlich unterscheiden kann, und dass in diesem Fall den Stellgliedern für die Kühlwassermengenregler in den einzelnen Sektionen vom Signalverteiler neue Korrektursignale zugeführt werden, u.
zw. zu einer Zeit, zu der sie nicht erforderlich sind.
Aus diesem Grund wird ein bedeutender Teil der vorhergehenden Metallschmelze, der noch im Zwischenbehälter, in den Kühlkokillen und in der Strangführung der Sekundärkühlzone vorhanden ist, in eine Lage versetzt, in der die Kühlbedingungen den wärmephysikalischen Parametern dieses Teiles der vorhergehenden Metallschmelze nicht entsprechen. Unter diesen Bedingungen entstehen im Strang unzulässige Wärmespannungen, die zu Beeinträchtigungen des Innengefüges des Stranges führen. Dieser Betriebszustand dauert dabei solange an, bis die ganze Anlage mit Metallschmelze aus der neu zugeführten Pfanne gefüllt ist.
Es ist nun Ziel der Erfindung, diesen Nachteil zu beseitigen und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der eine verbesserte Homogenität des Innengefüges des Stranges und eine Verbesserung der Qualität desselben durch eine zweckmässigere Verteilung des den einzelnen Sektionen der Sekundärkühlzone zuzuführenden Kühlwassers unter Berücksichtigung der Temperatur der vorhergehenden und der nachfolgenden Metallschmelze erreicht wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung der eingangs angegebenen Art ist hiezu dadurch gekennzeichnet, dass die Strangabzugs-Geschwindigkeitsmesseinrichtungen aller Strangführungen mit den Eingängen eines Summators verbunden sind, an dessen Ausgang ein Integrator angeschlossen ist, welcher ferner einen Eingang aufweist, der mit einem beim Öffnen des Dosierorganes einer neuen Pfanne aktivierten Steuersignalgeber verbunden ist, welcher ausgangsseitig mit einem Steuereingang eines weiteren Umformers verbunden ist, der an ein dem Zwischenbehälter zur Erfassung des Gewichtes der Schmelze im Zwischenbehälter zugeordnetes Messglied angeschlossen ist und beim Öffnen des Dosierorganes der neuen Pfanne ein Signal entsprechend dem Gewicht der Schmelze im Zwischenbehälter abgibt, welches einem Eingang eines weiteren Summators zugeführt wird,
der mit einem zweiten Eingang an den Ausgang des ein Signal entsprechend dem Weg der ersten Metallteilmenge
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oberflächentemperatur geregelt. Eine Strangabzugsgeschwindigkeitsmessung wird anderseits im wesentlichen nur zur Ermittlung der bereits abgegossenen Metallschmelzemenge bzw. der Anzahl der bereits erhaltenen bzw. gegebenenfalls der noch zu erzielenden Brammen durchgeführt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen noch weiter erläutert. Es zeigen : Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur automatischen Regelung der sekundären Abkühlung eines Metallstranges in Anlagen zum kontinuierlichen Stranggiessen, und Fig. 2 ein Blockschaltbild einer elektrischen Korrekturschaltung für eine Korrektur der Kühlwasserzufuhr in Entsprechung zur Oberflächentemperatur des Stranges am Ausgang jeder Sektion der Sekundärkühlzone.
Die in Fig. 1 schematisch, teilweise in einem Blockschaltbild, veranschaulichte Vorrichtung ist einer Anlage zum kontinuierlichen Stranggiessen von Metall zugeordnet, die einen Zwischenbe-
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Sekundärkühlzone zuzuführende Kühlwasser auf, wobei diese Regler --3-- mit ihren Eingängen am Stellglied --4-- angeschlossen sind.
Die Anzahl der anzubringenden Kühlwassermengenregler --3-- und der zugehörigen Stellglieder --4-- entspricht der Anzahl der Sektionen, in welche die jeweilige Strangführung-5-der Stranggiessanlage unterteilt ist.
In der Pfanne --2-- wird ein Eintauch-Thermoelement --6-- angebracht, das zu einem einmaligen Eintauchen vorgesehen ist, und das an den Eingang eines einen Speicher enthaltenden Signalumformers --7-- angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einem von zwei Eingängen eines algebraischen Summators --8-- verbunden ist. Der andere Eingang des algebraischen Summators - ist an ein Nenntemperatur-Einstellglied --9-- für die Einstellung der Nenntemperatur der Metallschmelze angeschlossen, während der Ausgang des algebraischen Summators --8-- an den Eingang eines Begrenzers --10-- angeschaltet ist. Der Ausgang des Begrenzers --10-- ist mit einem Signalverteiler --11-- verbunden, dessen Ausgänge an Schalter --12-- verschiedener Sektionen angeschlossen sind.
Der Ausgang jedes Schalters --12-- ist mit dem zugehörigen Stell- glied --4-- für die Kühlwasserzuführung verbunden.
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mit den Eingängen entsprechender Summatoren --14-- verbunden sind. Die Anzahl der Eingänge jedes Summators --14-- ist gleich der Anzahl der Strangführungen --5--. Der Ausgang jedes Summators -=-14-- ist mit einem von zwei Eingängen eines Integrators --15-- verbunden, dessen anderer Eingang an einen Steuersignalgeber --16-- angeschlossen ist.
Ein anderer Ausgang dieses Steuersignalgebers --16-- ist mit einem weiteren Umformer --17-- verbunden, der mit einem das Gewicht der Metallschmelze im Zwischenbehälter --1-- erfassenden Messglied --18-- verbunden ist, welches unterhalb des Zwischenbehälters --1-- angeordnet ist. Der Eingang des Steuersignalgebers --16-- ist an einen das Öffnen des Dosierorganes der Pfanne --2-- erfassenden Signalgeber --19-- angeschlossen.
Der Ausgang des Integrators --15-- ist mit einem der beiden Eingänge eines weiteren Summators --20-- verbunden, dessen anderer Eingang an den weiteren Umformer --17-- angeschlossen ist. An den Ausgang dieses weiteren Summators --20-- ist ein Signalgeber --21-- ange- schlossen, der Signale liefert, wenn die Metallschmelze aus der vorhergehenden Pfanne (die "vor- hergehende" oder "alte" Schmelze) aus dem Zwischenbehälter-l-entleert wurde. Andere Ausgänge des Signalgebers --21-- sind mit andern Strangführungen --5-- der Anlage verbunden.
Der Signalgeber --21-- ist dabei ausgangsseitig jeweils mit einem einer Strangführung --5-- zugeordneten weiteren Integrator --22-- verbunden, der eingangsseitig ferner mit dem Messfühler - zum Messen der Strangabzugsgeschwindigkeit sowie mit dem Steuersignalgeber --16-- verbunden ist.
Der Ausgang dieses weiteren Integrators --22-- ist mit dem Eingang eines Signalverteilers - verbunden, der seinerseits ausgangsseitig mit den verschiedenen Sektionen der Strang- führung --5-- zugeordneten dritten Summatoren --24-- verbunden ist. Ein weiterer Eingang jedes dritten Summators --24-- (in Fig. 1 ist nur einer dargestellt) ist an ein Koordinateneinstell-
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glied --25-- angeschlossen, mit dem die Koordiante des Endes der jeweiligen Sekundärkühlzonen- -Sektion eingestellt werden kann, und an den Ausgang des dritten Summators --24-- ist ein Schaltsignalgeber --26-- angeschlossen, der mit dem Eingang des Schalters --12-- verbunden ist.
Ein weiterer Eingang des Schalters --12-- ist mit einem Korrektursignal-Einstellglied --27-- verbunden, mit dem ein konstantes Korrektursignal für die Kühlwasserzufuhr eingestellt werden kann.
Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt. (Es wird hier nur die Funktionsweise in Zusammenhang mit einer Strangführung und einer Sektion dieser Strangführung behandelt, denn die Funktionsweise in Zusammenhang mit den übrigen Strangführungen bzw.
Sektionen ist im Prinzip vollkommen gleich.)
Während des kontinuierlichen Stranggiessens wird ein Signal vom Eintauch-Thermoelement
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-6--,Summator --8-- zugeführt. Dem andern Eingang des algebraischen Summators --8-- wird ein der
Nenntemperatur der Metallschmelze proportionales Signal vom Nenntemperatur-Einstellglied --9-- zugeführt.
Die am Ausgang des algebraischen Summators --8-- erhaltene Differenz zwischen dem (von der Metallsorte abhängigen) Sollwert der Temperatur der jeweiligen Metallschmelze und dem
Istwert der Schmelzetemperatur wird dem Begrenzer --10-- zugeführt, wo in Abhängigkeit von der Grösse des Eingangssignals entweder ein konstantes Signal (falls keine Überhitzung des Metalls vorliegt) oder aber ein dem Ausgangssignal des algebraischen Summators --8--, d. h. der Überhitzung des Metalls, proportionales Signal enthalten wird.
Vom Begrenzer --10-- wird das Signal über den Signalverteiler --11-- gleichzeitig den Schaltern --12-- von allen Sektionen der Sekundärkühlzone zugeführt.
Gleichzeitig werden die Signale von den Strangabzugsgeschwindigkeitsmessfühlern --13-- an allen Strangführungen --5-- im Summator --14-- summiert und dem Integrator --15-- zugeführt, wobei eine Integration auf ein vom Steuersignalgeber --16-- gegebenes Startsignal hin beginnt, der durch den auf das Öffnen des Dosierorganes der Pfanne --2-- ansprechenden Signalgeber --19-- aktiviert wird. Gleichzeitig wird durch den Steuersignalgeber --16-- der weitere Umformer --17-- geöffnet, in dem das Gewicht der Metallschmelze im Zwischenbehälter --1-- ge- speichert wird, das vom Messglied --18-- erfasst wird.
Das von dem Integrator --15-- gelieferte Signal, das der Gesamtmenge des an allen Strang- führungen --5-- seit dem Ankommen einer neuen Pfanne stranggegossenen Metalles proportional ist, wird im weiteren Summator --20-- mit dem vom Umformer --17-- gelieferten Signal, das dem Schmelzegewicht im Zwischenbehälter --1-- entspricht, algebraisch summiert.
Wenn diese beiden Signale gleich geworden sind, d. h. wenn der Zwischenbehälter-l- mit Schmelze aus einer neuen Pfanne --2-- gefüllt ist, wird der Signalgeber --21-- aktiviert, um die weiteren Integratoren --22-- an allen Strangführungen der Anlage einzuschalten.
Das am Ausgang der zweiten Integratoren --22-- gelieferte Signal, das der ersten Teilmenge der aus der neuen Pfanne stammenden Metallschmelze in der Sekundärkühlzone proportional ist, wird über den Signalverteiler --23-- den dritten, den einzelnen Sektionen zugeordneten Summatoren - zugeführt, wo es mit dem vom Koordinateneinstellglied --25-- gelieferten Signal verglichen wird, das dem Abstand zwischen dem Ende der jeweiligen Sektion und dem Meniskus proportional ist. Bei Gleichheit dieser Signale spricht der Schaltsignalgeber --26-- an und steuert den Schalter --12-- um.
Dabei wird dem Stellglied --4-- des jeweiligen Kühlwassermengenreglers --3-- vom Signalverteiler --11-- ein Korrektursignal zugeführt, das die Kühlwasserzufuhr zwischen den Sektionen bei Vorliegen einer Überhitzung erhöht ; wenn keine Überhitzung vorliegt, wird dagegen ein konstantes Korrektursignal geliefert.
Bevor eine neue Metallschmelzeteilmenge die entsprechende Sektion der Sekundärkühlzone passiert hat, wird das Stellglied --4-- für den Kühlwassermengenregler --3-- entsprechend dem Signal des Korrektursignal-Einstellgliedes --27-- korrigiert, das an einen der Eingänge des Schalters --12-- angeschlossen ist.
Vor Beginn des Betriebes der beschriebenen Schaltung bzw. Vorrichtung werden die Inte- gratoren--15 und 22-- auf ein entsprechendes Steuersignal des Steuersignalgebers --16-- hin auf Null gesetzt, wobei dieser Steuersignalgeber --16-- beim Öffnen der Feststellvorrichtung der
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neu angekommenen Pfanne durch den das Öffnen des Dosierorganes der jeweiligen Pfanne --2-erfassenden Signalgeber --19-- ausgelöst wird.
Die beschriebene Vorrichtung berücksichtigt allerdings die Werte der Temperatur an der Oberfläche des Stranges nicht. Auf Grund von durchgeführten Untersuchungen konnte der Charakter der Abhängigkeit der Strangabzugsgeschwindigkeit von der optimalen Temperatur der Oberfläche des Stranges entlang der technologischen Achse der Anlage ermittelt werden, welche Abhängigkeit einem qualitätsmässig verbesserten Innengefüge des Stranges entspricht. Diese Abhängigkeit kann wie folgt dargestellt werden :
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Darin sind T die Temperatur der Oberfläche des Stranges am Ausgang der jeweiligen Sektion ; V die Strangabzugsgeschwindigkeit ; X die Koordinate längs der technologischen Achse, die von der unteren Endfläche der Kühlkokille weg gemessen wird ; und a., a., a,, a,, är Koeffizienten, die von der jeweiligen Stahlsorte abhängen.
Für die fixierten Stellen Xi (i = 1.... n) der Anordnung der optischen Pyrometer, d. h. der Ausgänge der Sektionen, kann die vorstehende Beziehung für die Strangoberflächentemperatur T vereinfacht und wie folgt angeschrieben werden :
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Darin sind Ai und Bi nachstehend noch näher erläuterte Grössen.
Zur Erfassung der Temperatur der Oberfläche des Stranges sowie auch zum Messen der Temperatur beim Übergang von einer Strangabzugsgeschwindigkeit auf eine andere wird an den Eingang des Stellgliedes --4-- eine elektrische Korrekturschaltung-28- (Fig. 2) angeschlossen, wobei dem Eingang dieser Schaltung --28-- ein Signal vom Strangabzugsgeschwindigkeitsmessfühler - zugeführt wird.
Die elektrische Schaltung --28-- enthält eine Vergleichseinheit --29--, deren Ausgang mit dem Eingang des Stellgliedes-4-- verbunden ist. Einer der Eingänge der Vergleichseinheit - ist mit einem Messfühler (Pyrometer) --30-- zur Erfassung der Temperatur an der Oberfläche des Stranges am Ausgang der jeweiligen Sektion verbunden, und an den andern Eingang ist ein Oberflächentemperatur-Einstellglied --31-- angeschlossen, mit dem die Temperatur der Oberfläche des Stranges der entsprechenden Sektion eingestellt wird, der die Grösse Ai entspricht.
Der Eingang des Einstellgliedes --31-- ist an einen algebraischen Summator --32-- angeschlossen, der an seinem Ausgang für jede Sektion die Abhängigkeit T = Ai + Bu fi wiedergibt, wobei einer der Eingänge des algebraischen Summators an einen Signalgeber --33-- (Koeffizient Bi) angeschlossen ist, während der andere Eingang mit einer vom Wert des zugeführten Signals die Quadratwurzel ziehenden Schaltungseinheit --34-- verbunden ist, welche mit dem Strangabzugsgeschwindig- keitsmessfühler --13-- gekoppelt ist.
Im Betrieb wird bei einer bestimmten stationären Strangabzugsgeschwindigkeit von den Kühlwassermengenreglern --3-- in Übereinstimmung mit den Befehlen der Stellglieder --4-- in jeder Sektion der Sekundärkühlzone ein bestimmter Kühlwasserverbrauch aufrechterhalten. Wenn dabei im stationären Betriebszustand durch irgendwelche zufällige Faktoren Abweichungen der Strangoberflächen-Isttemperatur am Ausgang aus irgendeiner Sektion vom vorgegebenen Sollwert, der durch das Einstellglied --31-- festgesetzt wird, hervorgerufen werden, dann wird von der Vergleichseinheit --29-- dieser Sektion dem Eingang des Stellgliedes --4-- ein Korrektursignal zugeführt, das den vorgegebenen Wert bis zur Wiederherstellung der vorgegebenen Oberflächentemperatur am Ausgang aus der genannten Sektion ändert.
Ähnlich arbeitet die Vorrichtung beim Übergang von einer Strangabzugsgeschwindigkeit auf eine andere. In diesem Fall wird nach dem vom Strangabzugsgeschwindigkeits-Messfühler --13-- gelieferten Signal von den algebraischen Summatoren --32-- dem Eingang des Einstellgliedes - ein neuer Oberflächentemperatur-Sollwert für die Oberflächentemperatur des Stranges am Ausgang aus den entsprechenden Sektionen zugeführt, welcher über die Vergleichseinheit --29-dem Eingang des Stellgliedes --4-- zugeführt wird.