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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Ausgussschiebers eines Gefässes für metallurgische Abgüsse in Abhängigkeit von der Änderung des Badspiegels des daraus abgegossenen Schmelzenvolumens und unter Erfassung der Ist-Schieberstellung, insbesondere beim Sequenz-Strangguss zur Erzielung einer konstanten Strangabzugsgeschwindigkeit, wobei jeweils eine Bewegung des Ausgussschiebers eingeleitet wird, wenn der Badspiegel in der nachfolgenden Kokille oder dgl. einen vorbestimmten Grenzwert-Messpunkt nach oben oder nach unten überschreitet, und wobei die Bewegung des Ausgussschiebers jeweils entgegengesetzt erfolgt, d. h. bei Unterschreitung des Grenzwert-Messpunktes wird der Ausgussschieber in Öffnungsrichtung bewegt und umgekehrt.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 28 50 241 bekannt und im Zusammenhang mit Fig. 1 näher beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren wird mittels eines Sollwertgebers eine bestimmte Badspiegelhöhe innerhalb einer Kokille vorgegeben. Mittels eines der Kokille zugeordneten Fühlers wird die Badspiegelhöhe in der Kokille überwacht, wobei entsprechend der Über- und Unterschreitung des vorgegebenen Sollwertes ein analoges Schieber-Stellwertsignal und dementsprechend eine analoge Schieberbewegung ausgelöst wird, und zwar so lange, bis Badspiegel-Ist-und-Soll-Wert wieder abgeglichen sind.
Zusätzlich wird bei dem bekannten Verfahren die Strangabzugsgeschwindigkeit mittels eines gesonderten Sollwertgebers vorgegeben und überwacht
Bei einem anderen in der DE-OS 28 50 241 beschriebenen Regelverfahren entsprechend Fig. 2 erfolgt eine Koppelung zwischen Badspiegel-Ist-/Sollwertvergleich und Abzugsgeschwindigkeit-Ist-/Sollwertvergleich, und zwar über eine sogenannte Additionsschaltung, deren Ausgangssignal den Öffnungsgrad des Ausgussschiebers bestimmt. Auch bei diesem Verfahren wird analog gearbeitet, wobei noch das Problem der Zeitverzögerung zwischen dem Erfassen der Änderung der Badspiegelhöhe in der Kokille und der entsprechenden Änderung der Abzugsgeschwindigkeit des Stranges hinzukommt. Zur Lösung dieses Problems ist in der DE-OS 28 50 241 eine Zeitkompensationsschaltung vorgeschlagen.
Augenscheinlich wird dadurch der Aufwand für die Regelung zusätzlich erhöht, ohne dass der Nachteil der Analogsteuerung beseitigt wird, nämlich auf der hydraulischen Seite relativ störanfällige und komplizierte Proportionalventile verwenden zu müssen. Ausserdem ist bei der Analogsteuerung der Ist-/Sollwertabgleich problematisch, da die Magnetkraft der in der Regel verwendeten Magnetventile direkt abhängig ist von der Druckdifferenz, der Viskosität der Schmelze und der Schmelztemperatur. Diese Parameter ändern sich im Betrieb ständig, wodurch die ursprüngliche Abgleichung verlassen und neue Werte angenommen werden. Dies führt dann während des Betriebs zum Übersteuern oder zum Untersteuem der Sollwerte, was zur stetigen Unruhe der aktiven Prozessorgane und auch Ausgussströmung führt.
Es hat sich auch gezeigt, dass bei der Proportionalverstellung die Haltbarkeit des feuerfesten Materials im Bereich des Schieberverschlusses sehr begrenzt ist Die Analogsteuerung hat daher eine relativ unruhige Ausgussströmung zur Folge.
Bei dem Verfahren gemäss der DE-OS 28 17 115 ist vorgesehen, dass zur Steuerung der Öffnung des Giesspfannenschiebers die Abzugsgeschwindigkeit des Stranges am Ausgang der Stranggiesskokille gemessen und die Einstellung des Giesspfannenschiebers bestimmt wird, um die Abzugsgeschwindigkeit des Stranges möglichst konstant zu halten. Ferner ist eine Regelvorrichtung am Eingang der Giesskokille vorgesehen, um den Pegel auf einer konstanten Höhe in der Giesskokille zu halten. Eine derartige Steuerung ist jedoch-wie bereits im Zusammenhang mit der DE-OS 28 50 241 dargelegt - für die praktischen Erfordernisse nicht ausreichend, dass die Messwerte erst hinter der Giesspfanne abgegriffen werden und die Regelstrecke zu lang ist, so dass die Regelung nicht früh genug einsetzt, um den gewünschten gleichmässigen Strangabzug zu gewährleisten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Steuerungsverfahren für einen Ausgussschieber dahingehend zu verbessern, dass einerseits die Anzahl der Verstellbewegungen des Ausgussschiebers verringert wird, so dass ein ruhigerer Giessstrahl erreicht wird, und andererseits-bei gleichzeitiger konstruktiver Vereinfachung - die Genauigkeit der. für den jeweiligen Giesszeitpunkt notwendigen Giessgeschwindigkeit erhöht wird, so dass sich ausser einem geringeren Verschleiss der feuerfesten Giesselemente vor allem auch eine gleichmässigere Giessstrangqualität ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Ausgussschieber in Abhängigkeit von der zum Abgusszeitpunkt vorhandenen Badspiegelhöhe im Giessgefäss und in Abhängigkeit von dem ausgeströmten Schmelzvolumen bei der jeweils vorhergehenden Schieberstellung bzw. Schieberöffnung bewegt wird, wobei die Steuerungswerte auf der Basis von Verstelltakten und Ruhezeitintervallen digital ermittelt werden.
Die erfindungsgemässe Lösung stellt eine einfache Steuerung für einen Ausgussschieber dar, die auf der Basis von Verstelltakten und Ruhezeitintervallen, d. h. auf Digitalbasis, arbeitet, bei der komplizierte und störanfällige Proportionalventile entbehrlich sind, und die sich insbesondere durch genaue Anpassung der pro Zeiteinheit abgegossenen Schmelzenmenge an eine bestimmte konstante Stranggiessgeschwindigkeit auszeichnet, und zwar aufgrund der Tatsache, dass die Daten des vorhergehenden Korrekturschrittes des Ausgussschiebers für den nachfolgenden Korrekturschritt jeweils mitberücksichtigt werden. Ferner werden bei dem erfindungsgemässen Verfahren durch die Berücksichtigung der jeweiligen ferrostatischen Höhe im Giessgefäss, z.
B. in der Giesspfanne oder im Zwischengefäss, und des im vorhergehenden Zeitintervall jeweils abgegossenen Schmelzvolumens die Änderung der Viskosität, der Temperatur und der Druckdifferenz voll berücksichtigt.
Insbesondere eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren für den sogenannten Sequenzguss. Normalerweise bedeutet dieser Betrieb, dass die Giessgeschwindigkeit bei gleichen Ausgussöffnungsflächen von einem Minimum (letzte giessende Pfanne) auf ein Maximum (neu anzugiessende Pfanne) umschlägt. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht eine sofortige Korrektur bzw. Anpassung an die geänderten Verhältnisse unter Erzielung
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einer konstanten Strangabzugsgeschwindigkeit.
Zur zusätzlichen Sicherheit können die Steuerungs-Sollwerte innerhalb eines durch zwei Badspiegel-
Grenzwert-Messpunkte definierten Sollwertbands liegen, derart, dass eine Bewegung des Ausgussschiebers immer dann eingeleitet wird, wenn das Sollwertband über- oder unterschritten wird.
Um in Notfällen, z. B. bei Durchbrüchen, eine von der normalen Steuerung unabhängige Steuerbewegung des Ausgussschiebers auszulösen, kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den Badspiegel-Grenzwert-Messpunkten ausserhalb des Sollwertbands mindestens ein weiterer Messpunkt bei Überschreiten bzw. Unterschreiten des Badspiegels über bzw. unter einen obersten bzw. untersten Messwert hinaus eine Verstellbewegung des Ausgussschiebers mit erhöhter Geschwindigkeit in seine Schliess- bzw. Öffnungsstellung auslöst.
Im folgenden wird anhand einer bevorzugten, in den anliegenden Zeichnungen schematisch dargestellten Steuerschaltung und deren Einzelelemente das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 eine kompatible Taktsteuerung für einen Giesspfannenschieber, die unter Verwendung der erfindungsgemässen Steuerschaltung arbeitet, Fig. 2 eine schematische Darstellung der physikalischen Zusammenhänge, Fig. 3 eine bevorzugte Steuereinheit zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig.
4 eine erste Ausführungsform einer Einrichtung für eine exakte Rückmeldung der Ausgussschieberstellung, Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung für eine exakte Rückmeldung der Ausgussschieberstellung und Fig. 6 eine dritte Ausführungsform einer Einrichtung für eine exakte Rückmeldung der Ausgussschieberstellung.
Fig. 1 zeigt den Grundaufbau der gesamten Steueranlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Steuerung eines Giesspfannenschiebers (10). Die Schieberplatte und Ausgusshülse mit Stahlrahmen sind mittels einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (12) hin- und herverschiebbar. Die hydraulische KolbenZylinder-Einheit (12) dient also zur Bewegung der Schieberplatte mit Ausgusshülse, und damit zur Steuerung der Ausgussöffnungsfläche. Mit der Bezugsziffer (13) ist der untere Teil einer Giesspfanne gekennzeichnet.
Die sich in der Giesspfanne (13) befindliche Schmelze wird in eine Kokille oder in ein Zwischengefäss abgegossen, das in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Zur Steuerung der Ausgussöffnungsfläche wird die Änderung des Badspiegels (14) der abgegossenen Schmelzenmenge berücksichtigt. Dabei kann der jeweilige Ist-Wert als Analogsignal ("I") oder als Digitalsignal ("in") vorliegen. Die die Ist-Werte verarbeitende Steuerungseinheit (C) ist für beide Signalformen kompatibel. Es werden lediglich unterschiedliche Anschlussklemmen für den Eingang (G) benutzt.
Wird ein Signalgeber nach ("I") benutzt, so wird ein Analog-Digital-Wandler (nicht dargestellt) zwischengeschaltet, der für die Schwellwerte entsprechende einstellbare Strom-, Spannungs-, Widerstands-, Induktions-oder Kapazitätswerte vorsieht, wodurch die Digital-Kippwerte bestimmt werden. Somit kann für die weitere Beschreibung die Signalform nach ("n") angezogen werden, da das Signalverhalten ("I") hinter dem Analog-Digital-Wandler gleichen Charakter hat wie die Signalform ("11").
Ein wichtiger Faktor für ein stabilisiertes Regelverhalten ist die jeweilige Stellungsrückmeldung eines Arbeitszylinders (12) bzw. der Schieberplatte (11), da-wie weiter unten noch näher dargelegt werden wird-die augenblickliche Ausgussöffnungsfläche in die Sollwert-Ansteuerung eingeht. Für die Stellungsrückmeldung bieten sich zwei Alternativen an, die hinsichtlich ihrer Genauigkeit unterschiedlich zu bewerten sind :
l) Die Hubzeit über dem Ausgussdurchmesser, die sich aus Pumpenleistung und der Nennweite des Steuerventils ergibt, wird mit der eingeprägten Frequenz (lao) gemessen, so dass sich für einen bestimten Hub (H) bzw. eine bestimmte Querschnittsfläche (A < ) eine bestimmte Impulsmenge (I) ergibt. 2) In der Hydraulik (D) ist eine Referenz-Schaltung (3) enthalten, die anhand der Fig. 4 weiter unten näher erläutert wird. Statt der ReferenzSchaltung (3) können zur Stellungsrückmeldung auch die Einrichtungen gemäss den Fig. 5 und 6 vorgesehen sein.
Die zweite Alternative stellt die exaktere Lösung dar, da die Impulsmenge direkt mit dem Hubweg bzw. der Ausgussöffnungsfläche gekoppelt ist.
Es gilt : Jede Hubstellung (H) bzw. jede Ausgussöffnungsfläche (A < ) wird in jedem Augenblick durch eine Impulsmenge (I) dargestellt. Ebenfalls ist damit auch im voraus eine zu ändernde Querschnittsfläche (zAl) durch eine Impulsmenge (zI) bekannt.
Es sollen nun die physikalischen Zusammenhänge näher erläutert werden, die bei dem erfindungsgemässen Verfahren ausgenutzt werden (vgl. Fig. 2). Das Schema in Fig. 2 zeigt die Prozesssituation des Giessens aus der Giesspfanne (13) in einen Zwischenbehälter (15) und weiter in eine nicht mehr weiter dargestellte Stranggusskokille. Im gezeigten Beispiel gemäss Fig. 2 wird also der Badspiegel (14) des Zwischenbehälters (15) durch den Giesspfannenschieber (10) geregelt. In gleicher Weise kann dieses Prinzip angewandt werden für eine Regelung des Badspiegels einer Stranggusskokille durch einen Zwischenpfannenschieber bzw. durch den Giesspfannenschieber (10) selbst.
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Zur besseren Verdeutlichung der Zusammenhänge ist die Ausgussöffnungsfläche (Aj) des Giessstrahls als Ersatzbetrachtung nicht kreisförmig, sondern quadratisch bzw. rechteckförmig dargestellt. Die Ausgussöffnungsfläche errechnet sich demnach aus der Gleichung
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Fig. 2 zeigt die Giesssstrahlsäule (Q), die eine Überschussleistung (q) beinhaltet, wenn davon ausgegangen wird, dass die Abgangsleistung in die Stranggusskokille
EMI3.2
ist. Die Überschussleistung (q) des Flüssigkeitsstrahls wird bestimmt durch :
EMI3.3
Durch die Gleichung (2) wird das Zeitintervall (AT), welches zum Anstieg des Flüssigkeitsspiegels über die Messstrecke Alpha, Beta = c benötigt wird, bestimmt.
Alpha, Beta stellen Badspiegel-Grenzwert-Messpunkte dar, wobei die Messstrecke (c) ein sogenanntes Sollwertband definieren, innerhalb dem der Badspiegel liegen soll. Die
EMI3.4
ermittelt wird.
Demnach ergibt sich für das Zeitintervall (AT) folgende Beziehung :
EMI3.5
Die augenblickliche Ausgussöffnungsfläche (Aj) ist aus der Rückmeldeinformation während des letzten Zeitintervalls (AT) bekannt (aus derKolbenstelIungs-Ruckmeldung).
Die Ausgussgeschwindigkeit (v) ist ein wichtiger Faktor, der sich beispielsweise bei einer 300 to-Pfanne wie 1 : 10 (volle Pfanne zu fast leerer Pfanne) verhält. Anderseits steht die Öffnungsfläche (A < ) oder auch die Überschussfläche (A1), welche die Überschussleistung (q) verursacht, in direkter Abhängigkeit von dieser sich fortwährend ändernden Strömungsgeschwindigkeit (v). Dieser Faktor muss daher aus den gegebenen Grössen ermittelt und in der Steuereinheit (C) (vgl. Fig. 3) zur Steuerung der Schieberbewegungen verarbeitet werden.
Anhand der Fig. 3 wird nunmehr die Steuereinheit (C) gemäss Fig. 1 näher erläutert.
Ein Frequenzgenerator (1. 1) liefert eine eingeprägte konstante Frequenz von z. B. 50 Hz. Diese Frequenz wird mit einer nachgeschalteten Einheit (1. 2) auf eine passende, kleinere Rechteck-Impulsrate untersetzt
In der Zähleinheit (Funktionseinheit-Vorwärtszähler) (2. 1) werden die Zeitintervalle, welche durch die Grenzwert-Messpunkte Alpha und Beta bestimmt werden, als Impulsmengen registriert. Die Anzahl der registrierten Impulse entspricht also der Zeit, die während des Anstiegs bzw. Abfalls des Badspiegels über das durch die beiden Grenzwert-Messpunkte Alpha und Beta bestimmte Sollwertband verstreicht. Die registrierte Impulsmenge wird einer Recheneinheit (11. 1) mitgeteilt. Die Recheneinheit (11. 1) funktioniert nach folgender Gleichung :
EMI3.6
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Somit hat die Recheneinheit (11. 1) den ersten notwendigen Rechenwert (AT) erhalten.
Die Rechenwerte (A2 und c) werden als konstante Werte permanent vorgegeben. Diese konstanten Rechenwerte stammen von den Einstellern (11. 12 und 11. 13). Dabei bedeutet (A2) die Querschnittsfläche des Zwischenbehälters (15) bzw. der Kokille, falls ein Zwischenbehälter fehlt.
Der Rechenwert (a), der eine unveränderliche Seitenlänge der Ausgussflächenöffnung darstellt, ist ebenfalls eine vorbestimmte konstante Grösse (vgl. Fig. 2), die durch einen Einsteller (3. 14) vorgegeben wird. Mit dem Einsteller (3. 14) wird der Ausguss-Durchmesser, welcher zur Verwendung kommen soll, bestimmt.
Es gilt nun, die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Ausgussgeschwindigkeit (v) zu jedem Zeitpunkt (T) zu bestimmen und der Recheneinheit (11. 1) zur Ermittlung des nächst notwendigen Korrekturschrittes mitzuteilen. Im folgenden soll nun erläutert werden, wie die Ausgussgeschwindigkeit (v) ermittelt wird : Die Position (3. 13) stellt die Rückmeldeinformation (IR) des Ausgussschiebers (10) dar, die durch die Einrichtungen gemäss den Fig. 4 bis 6 erhalten wird (vgl. auch Fig. 1, in der die Rückmeldeinformation (IR) schematisch dargestellt ist). Durch das Rückmeldesignal (IR) wird eine Art Rückkopplungsschaltung geschaffen. Die Rückmelde-Impulse (IR) werden im Vor- und Rückwärtszähler (3. 1) zu jedem Zeitpunkt festgehalten.
Im Rechenteil dieses Zählers (3. 1) wird in Kombination mit der bereits erfolgten Durchmesserbestimmung (3. 14) nach der Gleichung
EMI4.1
die augenblickliche Ausgussöffnungsfläche ermittelt.
Dieser Wert wird in die Rechnereinheit (5. 1) ständig eingegeben, die nach der Gleichung
EMI4.2
die bis zum Aktivitätszeitpunkt (n) aus der Giesspfanne (13) ausgeflossene Schmelzmenge (Qn) errechnet und fortlaufend hochzählt.
Mit einer Recheneinheit (6. 1) wird schliesslich zum Aktivitätszeitpunkt (n) die tatsächliche ferrostatische Höhe hn des Badspiegels in der Giesspfanne (13) wie folgt bestimmt :
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Die Querschnittsfläche (Ao) der Giesspfanne (13) wird durch einen Einsteller (6. 11) vorgegeben. Ebenfalls wird die maximale ferrostatische Höhe (ho) in der Giesspfanne (13) durch einen Einsteller (6. 14) vorgegeben. Die ferrostatische Höhe (hn) wird in die Recheneinheit (4. 1) eingegeben, welche die jeweils vorherrschende Ausgussgeschwindigkeit (vn) nach der folgenden Gleichung ermittelt
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Die Gleichung (11) berücksichtigt mit Lambda und L/D die Strömungsverluste im Ausguss.
Der Wert Lambda wird durch einen Einsteller (4. 11) und die Länge (L) des Pfannenausgusses durch einen Einsteller (4. 12) vorgegeben.
Der Ausgussdurchmesser wird als Faktor aus der Zähleinheit (3. 1) übernommen.
Die bei jedem Aktivitätszeitpunkt (n) vorherrschende Strömungsgeschwindigkeit (v) wird schliesslich der Recheneinheit (11. 1) mitgeteilt.
Somit kann die Gleichung (7) bis auf den noch zu erklärenden Faktor (Z) aktiv werden. Die Recheneinheit (11. 1) ermittelt nach der Gleichung (7) eine bestimmte Impulsmenge (Ik), welche zum nächsten Korrekturschritt für die Veränderung der Querschnittsfläche bzw. Ausgussöffnungsfläche (Aj) und damit für die Schieberplatten-Stellung in dem Zeitpunkt notwendig ist, in dem der Badspiegel der abgegossenen Schmelzenmenge die Grenzwert-Messpunkte Alpha oder Beta über- oder unterschreitet.
Die sich ergebende Überschussleistung bzw. Unterschussleistung (q) wird beim nächsten Korrekturschritt eliminiert.
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Die Impulsmenge (Ik) für den nächsten Korrekturschritt wird als einziger Verstelltakt an ein Hydraulikventil (Position (1) in der hydraulischen Schaltung (I) in Fig. 1) gegeben. Gleichzeitig wird die Veränderungsgrösse (Ik) nach der Gleichung
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quittiert. Das Verhältnis (Ik/IR) ist l und wird als Idealfall angesteuert. Bei diesem Idealfall befindet sich der Ausgussschieber in der Sollwertstellung.
Von Wichtigkeit sind auch noch die Messpunkte Gamm und Delta. Die Messpunkte Gamma und Delta stellen unterste und oberste Grenzen dar, bei deren Unter- bzw. Überschreiten der Ausgussschieber mit erhöhter Geschwindigkeit in eine volle Öffnungsstellung bzw. Schliessstellung bewegt wird. Das Erreichen dieser Messpunkte erfordert also jeweils optimale Steuerungsschritte. Mit einer Zähleinrichtung (2. 2) (Fig. 3) wird bei Erreichen der Messpunkte Gamma und Delta eine jeweils vorgegebene feste Impulsrate direkt als Verstelltakt an ein hydraulisches Bypassventil (Position (2) in der hydraulischen Schaltung (D) in Fig. 1) gegeben, wodurch die Schieberplatte (11) sofort ganz geöffnet oder geschlossen wird.
Dieser Teil der Gesamtsteuerung kann auch in die oben beschriebene Badspiegelsteuerung (Alpha, Beta) eingreifen. Es ist für feuerfeste Schieberplatten nicht vorteilhaft, wenn ein Minimum an Öffnungsquerschnitt durch die Rechenschaltung vorbestimmt wird. So kann z. B. gesagt werden, dass ein Öffnungsquerschnitt bzw. eine Ausgussöffnungsfläche von 25% der Gesamtfläche nicht unterschritten werden soll. Wird durch die Steuerung dieser Grenzwert erreicht, kann durch die im folgenden beschriebene Massnahme ein Eingriff erfolgen :
Ein Schwellwert-Kontakt (3. 11), dessen Position durch einen Einsteller (3. 12) bestimmt wird, steht in direkter Korrespondenz mit dem Vor- und Rückwärtszähler (3. 1).
Der Kontakt (3. 11) gibt z. B. bei Erreichen der 25%-Grenze eine feste Impulsrate aus der Einheit (2. 2) frei, wodurch der Ausgussschieber (10) sofort über das hydraulische Bypassventil (2) (Fig. 1) geschlossen wird.
In diesem Falle sind keine anderen Messgrössen als die Grenzwert-Messpunkte Alpha - Delta an der Steuerung beteiligt.
Die beschriebene Steuereinheit kann auch mit anderen Messgrössen zusammenwirken, z. B. a) mit Messgrössen von einer Wiegeeinrichtung (7. 12) der Giesspfanne (13). In diesem Falle wird die Steuereinheit (C) durch einen Umschalter (6. 12) so umgeschaltet, dass auf die ferrostatischen Höhen (Ho und Hn) durch die Einheiten (6. 14 und 6. 1) verzichtet werden kann. Diese beiden Einheiten werden bei Verwendung der einen Wiegeeinrichtung (7. 12) überbrückt. Das Pfannengewicht wird unmittelbar zur Ermittlung der Ausgussgeschwindigkeit (v) benutzt. b) Mit der Abzugsgeschwindigkeit des Gussstranges (8. 13). In diesem Falle wird die Steuereinheit (C) durch einen Umschalter (6. 13) so umgeschaltet, dass die abgegossene Menge (Qyn) unmittelbar zur Errechnung der augenblicklichen ferrostatischen Höhe (hn) in der Giesspfanne herangezogen wird.
Dabei errechnet sich die abgegossene Menge (Qyn) aus der Gleichung
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wobei (A3) die Querschnittsfläche des abgezogenen Gussstranges ist. Mit (vy) ist die Abzugsgeschwindigkeit des Gussstranges (8. 13) bezeichnet.
In Fig. 3 erscheint noch der Wert (Ge), der für das Giesspfannengewicht steht. Genauso gut könnte natürlich auch mit einer Wiegeeinrichtung des Zwischenbehälters oder gar der Kokille gearbeitet werden.
Die beschriebene Steuereinheit (C) (Fig. 3) eignet sich auch ganz besonders, wenn mehrere Abzugsgeschwindigkeiten (8. 13) erfasst werden müssen, z. B. wenn durch einen Zwischenbehälter mehrere Gussstränge beschickt werden. In diesem Falle bedeutet in der Recheneinheit (8. 1) der Wert (Qyn) die Summe aller abgegossenen Mengen.
Im folgenden soll der Korrekturfaktor (Z) in der Gleichung (7) näher erläutert werden. Im Idealfall beträgt der Korrekturfaktor Z = 1, 0. Der Idealfall liegt vor, wenn der Ausgussschieber bei den durchgeführten Steuerungsschritten in Abhängigkeit von den Prozessdaten seine optimale Öffnungsstellung erreicht hat, oder erreichen wird.
Während des Entleerungsvorganges einer Giesspfanne über einer Stranggussanlage werden im vorbeschriebenen
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Auf diese Art und Weise lernen die nächstfolgenden Korrekturschritte jeweils von den vorhergehenden Korrekturschritten. Der Rechner (11. 1) lernt also von Schritt zu Schritt (Teach in).
Die beschriebene Selbstlern-Einheit hat auch insbesondere den Vorteil, dass bei einem Pfannenwechsel (Sequenzguss) bei der neuen Pfanne automatisch der Anfangswert der vorhergehenden Pfanne eingestellt wird, so dass das vor der ersten Badspiegelmessung der neuen Pfanne noch unkontrollierte (ho) wenigstens der Erfahrung der vorhergehenden Pfanne entspricht. Jede neue Pfanne lernt also von der vorhergehenden Pfanne, d. h. die
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der jeweils vorhergehenden Pfannen, die wiederum voneinander gelernt haben. Vor dem Abguss der ersten Pfanne müssen natürlich die Füllstandsverhältnisse von Pfanne und Zwischenbehälter theoretisch einprogrammiert werden.
Der Selbstlemeffekt hat auch zur Folge, dass die Ansteuerung des Soll-Werts jeweils wesentlich schneller erfolgt. (Z) ist also ein Korrekturfaktor, der sich aus den Erfahrungswerten der Vorpfannen errechnet.
Selbstverständlich können Individualkorrekturen auch in den einzelnen Rechenstufen eingegeben werden.
Der Korrekturfaktor variiert um den Idealwert 1, 0.
Die durch die Abgussöffnung der Giesspfanne im jeweiligen Zeitpunkt fliessende Schmelzenmenge hängt von der ferrostatischen Höhe in der Giesspfanne ab. Erfindungsgemäss wird jeweils aus dem Gedächtnis errechnet, wieviel von der Schmelzenmenge in der vorangegangenen Steuerphase abgeflossen sein müsste und korrigiert die Schieberöffnung entsprechend. Die gesamte Steuerung wird von zwei, jedoch mindestens einem Badspiegelmesspunkt tariert, wobei zuzüglich jeweils zwei Nothalt-Messpunkte Delta und Gamma hinzukommen können. Die Schiebersteuerung erfolgt also in Abhängigkeit von nur wenigen Messpunkten. Demgemäss vereinfacht sich die gesamte Steuereinheit.
Es bleibt noch zu erwähnen, dass in Fig. 3 die Impulsmengen (Ik und Ix) jeweils einem Korrekturhub bzw.
Notkorrekturhub entsprechen, der in einem einzigen Schritt durchfahren wird. Die Korrektur erfolgt also nicht durch eine Art Stotterbewegung des Schiebers.
Wie oben bereits dargelegt, spielt für die Durchführung des Verfahrens die Rückmeldung der augenblicklichen und exakten Stellung des Arbeitskolbens für den Antrieb des Giesspfannenschiebers oder dergleichen eine grosse Rolle.
In den Fig. 4 bis 6 sind vorteilhafte Einrichtungen zur Ermittlung der exakten Stellung eines Arbeitskolbens dargestellt. Die Rolben-Zylinder-Einheit (12), ist, wie Fig. 1 zeigt, in unmittelbarer Nähe der Giesspfanne (13) angeordnet, ist also extremen Umgebungsbedingungen, insbesondere hohen Temperaturen ausgesetzt. Die Kolbenstange (20) des dem Arbeitszylinder (21) zugeordneten Arbeitskolbens (22) ist mit dem Giesspfannenschieber (11) zu dessen Verstellung verbunden.
Abseits von dem Ort extremer Umgebungsbedingungen ist ein dem Arbeitszylinder (21) volumenmässig äquivalenter Messzylinder (23) angeordnet, wobei es zweckmässig ist, die Kolben- und Kolbenstangendurchmesser im gleichen Verhältnis gegenüber dem Arbeitszylinder zu verkleinern, um damit die Hublänge analog zu vergrössern, was eine bessere Auflösung des Hubes des dem Messzylinder (23) zugeordneten Messkolbens (24) ermöglicht.
Dadurch, dass der Messzylinder (23) dem rauhen Stahlwerksbetrieb oder dergleichen nicht direkt ausgesetzt ist, kann er in seiner Ausführung kostengünstiger gestaltet werden als der Arbeitszylinder (21).
Wie Fig. 4 deutlich zeigt, sind die jeweils von den Kolbenstangen (20,25) durchsetzten Arbeitsräume (26, 27) der beiden Zylinder (21,23) durch eine hydraulische Leitung (28) unmittelbar fluidverbunden. Wenn sich der Arbeitskolben (21) in Fig. 4 nach links bewegt, bewegt sich der Messkolben (24) nach unten und umgekehrt. Durch die Fluidverbindung (28) beeinflusst die rücklaufende Flüssigkeit im Arbeitszylinder (21) unmittelbar die Stellung des Messkolbens (24) im Messzylinder (23). Auf diese Art und Weise ist eine exakte Stellung-Rückmeldung des Arbeitskolbens (22) im Arbeitszylinder (21) gewährleistet. Am freien bzw. aus dem Messzylinder (23) heraustretenden Ende der Kolbenstange (25) des Messkolbens (24) ist eine Blende (29) angeordnet, die in den Block eines Gabelkopplers (30) hineinragt.
Der Gabelkoppler (30) ist mit einer elektronischen Positionsanzeige verbunden und liefert ferner die Positionssignale entsprechend der exakten Stellung des Arbeitskolbens (22) an die Position (3. 13) gemäss Fig. 3.
Zur Korrektur bzw. zum Ausgleich der Flüssigkeitsübermengen oder Verlustmengen aufgrund von Leckagen im Arbeitszylinder (21) ist eine zwei Druckbegrenzungsventile (31,32) umfassende Korrektureinrichtung vorgesehen. Das eine Druckbegrenzungsventil (31) ist direkt vom Pumpendruck gesteuert und in der zu der Fluidverbindung (28) führenden Leitung (33) angeordnet. Diese Leitung (33) weist ausserdem noch ein Korrekturflussmessgerät (34) auf, dessen Korrekturfluss-Signale als stetiger Korrekturwert in die Meldung über die Position des Messkolbens (24) bzw. Arbeitskolbens (22) einbezogen werden.
Das Druckbegrenzungsventil (31) erlaubt einen Ausgleich von Leckverlusten im Arbeitsraum (26) des Arbeitszylinders (21). Über das Druckbegrenzungsventil (31) wird in der in Fig. 4 rechten Endstellung des Arbeitskolbens (22) soviel Drucköl nachgeliefert, dass dieses sich zwangsläufig in die Synchronposition des Messkolbens (24) begibt.
Das andere Druckbegrenzungsventil (32) ist in einer zum Reservoir (35) für das Hydraulikmedium führenden Abzweigung (36) von der Fluidverbindung (28) angeordnet. Dieses Druckbegrenzungsventil dient zum Abführen von Flüssigkeitsübermengen im Arbeitsraum (26) des Arbeitszylinders (21). Die
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Flüssigkeitsübermengen im Arbeitsraum (26) entstehen durch Leckagen zwischen dem Arbeitskolben (22) und der Innenwandung des Arbeitszylinders (21). Die kolbenstangenfreien Arbeitsräume (37,38) der beiden Zylinder (21,23) sind über ein 4/3-Wegeventil (39) mit der Pumpe (P) bzw. dem Tank (T) verbindbar.
Wie oben dargelegt, wird das Druckbegrenzungsventil (31) unmittelbar vom Pumpendruck gesteuert, d. h. ist mit der Pumpe (P) über die Leitung (33) unmittelbar verbunden. Das Ventil (31) ist so eingestellt, dass es öffnet, wenn der Messkolben (24) in Fig. 4 seine obere Endstellung erreicht hat.
Sofern dann der Arbeitskolben (22) noch nicht seine in Fig. 1 erreichte Endstellung erreicht hat, wird er in diese Stellung durch das über das Ventil (31) nachströmende Hydraulikmedium geschoben.
Beide Kolben (22,24) sind dann wieder synchron geschaltet. Entsprechend wird durch das Begrenzungsventil (32) eine Leckage in umgekehrter Richtung ausgeglichen. Die beiden Druckbegrenzungsventile (31 und 32) gewährleisten also einen vollständigen Ausgleich von Flüssigkeitsübermengen oder Verlustmengen in den Endstellungen der Kolben (22 bzw. 24).
Das Korrekturflussmessgerät (34) liefert nur dann Signale, wenn ein Korrekturfluss in der Leitung (33) auftritt.
Ein immer wieder auftretender Korrekturfluss oder das wiederholte Ansprechen der Ventile (31,32) sind ein Zeichen dafür, dass der Arbeitszylinder (21) gewartet werden muss, z. B. die Kolbendichtungen erneuert werden müssen.
Zwischen dem Gabelkoppler (30) und dem Eingang (3. 13) für die Rückmeldeinformation des Giesspfannenschiebers (11) (Fig. 3) ist ein elektronischer Zähler vorgesehen, in dem die Ausgangssignale des Gabelkopplers (30) verarbeitet werden. Bei Bewegung der Blende (29) längs eines Referenzweges (40) werden periodische Signale erzeugt. Im Zähler werden die periodischen Signale so aufbereitet, dass beim Überfahren eines Signals des Gabelkopplers (30) jeweils ein Vorwärts-Zählimpuls oder ein Rückwärts-Zählimpuls entsteht. Durch Zählen dieser Impulse - und zwar Vorzeichen-richtig, von einem beliebig festlegbaren Bezugspunkt auswird dann die jeweilige Verfahrstrecke bestimmt, die einer bestimmten Impulsmenge (IR) entspricht.
Die gezählten Impulse (IR) werden dann als Stellungsreferenzen der Kolbenstange (20) des Arbeitskolbens (22) bzw. des damit verbundenen Giesspfannenschiebers in die zentrale Steuereinheit (C) gemäss Fig. 3 eingegeben, um dort zur Ansteuerung an einen bestimmten Sollwert entsprechend obiger Beschreibung ausgewertet zu werden.
Die Einrichtung gemäss Fig. 4 hat insbesondere den Vorteil, dass empfindliche Signalgeber im Bereich extremer Umgebungsbedingungen entbehrlich sind. Trotz Leckagen im Arbeitszylinder (21) lässt sich die Stellung des Arbeitskolbens (22) bzw. des Giesspfannenschiebers (11) genau feststellen.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung zur Feststellung der exakten Stellung des Arbeitskolbens des Arbeitszylinders (12) dargestellt. In einer zentralen Hydraulikstation ist vor dem Ausgang (41,42) der beiden hydraulischen Leitungen zu dem in Fig. 2 nicht dargestellten Arbeitszylinder je ein Turbinendurchflussmesser (43,44) eingebaut. Diese geben über Impulsverstärkereinheiten (45,46) eine der Durchflussmenge analoge Taktfrequenz an eine verknüpfende Eingangsschaltung in einen Mikroprozessor (47).
Die Eingänge (EA) werden ausserdem verknüpft mit den vom Mikroprozessor (47) kommenden Befehlssignalen (EB) für die Wirkungsrichtung des Arbeitszylinders.
Die verknüpften Signale werden in einer Funktionsrecheneinheit unmittelbar ausgewertet und in Form einer Impulsmenge (IR) der zentralen Steuereinheit als Rückmeldung mitgeteilt (Position (3. 13) in Fig. 3). Dieser Vorgang ist stetig und erfolgt nicht erst in Zeit- oder Befehlsstufen. Leckflüssigkeitsverluste werden berücksichtigt und in der Funktionsrecheneinheit verarbeitet.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung für die Rückmeldung der exakten Stellung des Arbeitskolbens dargestellt. Mit der Bezugsziffer (48) ist der Arbeitszylinder der Kolben-Zylinder-Einheit (12) gekennzeichnet, dessen Kolben (49) über eine Kolbenstange (50) mit einem Stellorgan (49), z. B. dem Giesspfannenschieber, in Verbindung steht. Der Kolben ist über eine Hydraulikleitung (51) einseitig beaufschlagbar und gegen die Wirkung einer Gasfeder (54) in einem Blasenspeicher (53) über den fluidgefüllten Raum (52 und 57) nach rechts bewegbar. Der Rücklauf des Kolbens (49) in seine Anfangsstellung, in Fig. 6 linke Stellung, erfolgt durch die Expansion des zuvor zusammengedrückten Gases im Gaspolster (54) bzw. des Blasenspeichers (53), wenn der druckmittelgefüllte Arbeitsraum des Zylinders (48) mit einem Tank verbunden wird.
Das Gaspolster (54) bildet ein elastisches Element, das dem Kolbendruck bei dessen Beaufschlagung durch das Arbeits- bzw. Druckmedium entgegenwirkt.
Das Gaspolster kann auch durch eine im Zylinder (48) angeordnete Feder ersetzt werden. Ebensogut ist es möglich, den Blasenspeicher (53) durch einen Faltenbalg-Speicher zu ersetzen.
Der Gegendruck, den das elastische Element, in Fig. 6 das Gaspolster (54), auf den Kolben (49) ausübt, wird durch ein Druckmessgerät (55) festgestellt, mittels dem der Druck des Arbeits- bzw. Druckmediums bei jeder Stellung des Kolbens (49) im Zylinder gemessen wird. Der gemessene Druck entspricht jeweils dem Gegendruck des elastischen Elementes und bei bestimmter Elastizitäts- bzw. Feder-Kennlinie einer bestimmten Stellung des Kolbens (49) im Zylinder (48). Die gemessenen Druckwerte werden zur automatischen Ansteuerung an eine vorgegebene Kolbenstellung verwertet. Die Auswertung der gemessenen Druckwerte sowie die Verwertung dieser gemessenen Werte zur Ansteuerung an einen Sollwert erfolgen in der Steuereinheit (C) gemäss Fig. 3.
Wie in
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gemessenen Werte zur Ansteuerung an einen Sollwert erfolgen in der Steuereinheit (C) gemäss Fig. 3. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, ist neben der automatischen Ansteuerung auch noch eine Handsteuerung möglich. Die
Handsteuerung erfolgt durch Betätigung eines Schalters (56), durch den die automatische Sollwertansteuerung unterbrochen werden kann.
Die Ausgangssignale der Druckauswertung und der Steuereinheit (C) mit Funktionsrechnern dienen zur Steuerung der hydraulischen Regeleinrichtung (57), die mit einer Hydraulikpumpe (58), einem Tank (59) einerseits und dem Druckmittelraum (60) des Arbeitszylinders (48) andererseits in Fluidverbindung steht.
Die Vorteile der beschriebenen "Gegenkraft-Vorrichtung" liegen auf der Hand. Es ist nur eine einzige Hydraulikleitung (51) zu dem Arbeitszylinder (48) erforderlich. Bei einem Defekt dieser Leitung bewirken die elastischen Elemente sofort eine Bewegung des Arbeitskolbens (49) nach links, wobei die linke Endstellung des Kolbens (49) vorzugsweise der Schliessstellung des mit dem Kolben (49) bzw. der Kolbenstange (50) verbundenen Giesspfannenschiebers entspricht. Ortliche Signalgeber sind auch bei dieser Vorrichtung nicht erforderlich.
Die in Fig. 6 dargestellte Einrichtung ist mit der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung kombinierbar.
Die beschriebenen Einrichtungen zu Rückmeldung der Stellung des Arbeitskolbens, der mit dem Giesspfannenschieber in Wirkverbindung steht, arbeiten extrem genau. Damit wird ein äusserst stabilisiertes Verhalten der gesamten Sollwertansteuerung erhalten.
PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Steuerung des Ausgussschiebers eines Gefässes für metallurgische Abgüsse in Abhängigkeit von der Änderung des Badspiegels des daraus abgegossenen Schmelzenvolumens und unter Erfassung der Ist-SchieberStellung, insbesondere beim Sequenz-Strangguss zur Erzielung einer konstanten Strangabzugsgeschwindigkeit, wobei jeweils eine Bewegung des Ausgussschiebers eingeleitet wird, wenn der Badspiegel in der nachfolgenden Kokille oder dgl. einen vorbestimmten Grenzwert-Messpunkt nach oben oder nach unten überschreitet und wobei die Bewegung des Ausgussschiebers jeweils entgegengesetzt erfolgt, d. h.
bei Unterschreitung des GrenzwertMesspunktes wird der Ausgussschieber in Öffnungsrichtung bewegt und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgussschieber in Abhängigkeit von der zum Abgusszeitpunkt vorhandenen Badspiegelhöhe im Giessgefäss und in Abhängigkeit von dem ausgeströmten Schmelzenvolumen bei der jeweils vorhergehenden Schieberstellung bzw. Schieberöffnung bewegt wird, wobei die Steuerungswerte für die Schieberbewegung auf der Basis von Verstelltakten und Ruhezeitintervallen digital ermittelt werden.