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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator einer Metall Stranggussanlage, bei dem die beim Strangziehen wirkende summarische Kraft bei Berücksichtigung der Kristallisatormasse ermittelt wird, gekennzeichnet durch zusätzliche Erfassung des Einflusses der Kristallisator-Trägheitsmassen, wobei die Beschleunigung der Kristallisatorbewegung in der Richtung gemessen wird, die der Strangzugrichtung entgegengesetzt ist.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1, die einen Kraftgeber (10) enthält, an dessen Eingang eine Einheit (11) zum Ausgleich der Kristallisatormasse liegt, sowie eine Vergleichseinheit (14) besitzt, die das vom Kraftgeber (10) gelieferte Signal empfängt und mit ihrem ersten Eingang am Eingang einer Rückstellschaltung (20) liegt und mit ihrem Ausgang an den Eingang eines Umschalters (15) angeschlossen ist, und einen an einem anderen Eingang des Umschalters liegenden Impulsgenerator (16) aufweist, mit einem an den Ausgang des Umschalters (15) und an den Ausgang der Rückstellschaltung (20) angeschlossenen Impulszähler (17) sowie mit einem Kodespannungsumsetzer (18) versehen ist, der an den Ausgang des Impulszählers (17) und an den zweiten Eingang der Vergleichseinheit (14) geschaltet ist, sowie mit einem Registriergerät (25) ausgestattet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgang des Kraftgebers (10) und dem ersten Eingang der Vergleichseinheit (14) ein algebraischer Summator (12) eingeschaltet ist, dessen Eingang mit einem Kristallisator Beschleunigungsgeber (13) verbunden ist, und an den Ausgang der Rückstellschaltung (20) ein zusätzlicher Impulszäh ler (21) geschaltet ist, an dessen Eingang ein zusätzlicher Impulsgenerator (22) liegt, wobei die Ausgänge des zusätzlichen Impulszählers (21) an zwei Koinzidenzschaltungen (23 und 24) angeschlossen sind, von denen eine Koinzidenzschaltung mit dem Impulszähler (17) und die andere mit dem zusätzlichen Ausgang der Rückstellschaltung (20) sowie mit einem Speicherregister (19) verbunden sind,
und das Speicherregister (19) an den Ausgang des Impulszählers (17) sowie an das Registriergerät (25) über einen zusätzlichen Kodespannungsumsetzer (26) angeschlossen ist.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator.
Mit grösserem Erfolg kann die Erfindung für Metall Stranggussanlagen, z.B. Stahl-Stranggussanlagen, benutzt werden.
Es ist ein Verfahren zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator bekannt, bei dem der Kristallisator auf Kraftmessgeber aufgestellt wird und das dabei erzeugte Signal kontinuierlich mittels eines Registriergerätes aufgezeichnet wird.
Ein Mangel dieses Verfahrens zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator besteht in der Registrierung des ganzen Spektrums des vom Kraftmessgeber an das Registriergerät gelieferten Signals.
Dabei erfolgen die Signaländerungen vom Maximalwert, welcher den auf den Gussstrang einwirkenden Zugkräften entspricht, bis zum Minimalwert, der den Druckbeanspruchungen entspricht, mit der Kristallisator-Schwingfrequenz, also mit mehr als einer Schwingung pro Sekunde. Dies schliesst die Möglichkeit aus, die gewonnene Information zur Signalisation, zur Steuerung und zur Verarbeitung mit Hilfe von Prozessrechnern ohne ihre vorhergehende Aufbereitung durch Verstärkung, Ausschluss von dynamischen Beanspruchungen, Hüllkurvenabtrennung zu benutzen. Die erwähnten Verwendungszwecke sind aber hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Stranggussvorganges, der Zugbeanspruchungen des Gussstranges sowie der Ausgangssignalnormalisierung von besonderer Wichtigkeit.
Die Registrierung solcher schnell veränderlichen Vorgänge unmittelbar mit Hilfe eines verhältnismässig langsam wirkenden Registriergeräts führt zu einem zusätzlichen Messfehler, wobei die Registrierung von kurzwirkenden, aber bedeutend starken Kräften unmöglich wird, die auf den Gussstrang z. B. beim Haften der Stranghülle an den Kristallisatorwänden und beim Hängenbleiben des Stranges im Kristallisator einwirken. Die kontinuierliche Aufzeichnung des ganzen Spektrums des Messsignals führt auch zum schnellen Verschleiss des Registriergeräts und zum Ausfall der Messeinrichtung.
Bei einem anderen bekannten Verfahren zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator (GB-PS 907 202) wird die Zugkraft beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator mit Hilfe von unter dem Kristallisator eingebauten Messdosen sowie durch Ausgleich des Kristallisatorgewichts gemessen.
Nachteilig ist es dabei, dass bei der Messung der Zugkraft während des Gussvorganges der Einfluss der Trägheitsmasse des eine hin und her gehende Bewegung vollziehenden Kristallisators nicht berücksichtigt wird.
Bei einer z.B. nach der GB-PS 907 202 bekannten Einrichtung wird die automatische Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator mit Hilfe von Messdosen erreicht, wobei die Zuggeschwindigkeit beim Strangziehen so geändert wird, dass das Strangziehen durch Änderung der Strangkrustendicke bei einer bestimmten Spannung in der Stranghaut erfolgt.
Der Gussstrang wird aus dem Kristallisator mit Hilfe eines Zuggerüstes gezogen, das von einem Motor über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird. Der Kristallisator ist auf drei Messdosen aufgestellt, die unter einem Winkel von 120 gegeneinander liegen. Das von den Messdosen gelieferte Signal wird einem Verstärker zugeführt und beeinflusst einen Geschwindigkeitsregler.
Bei einer Abweichung der beim Strangziehen wirkenden Zugkraft von einem vorgegebenen Wert ändert der Regler die Zuggeschwindigkeit in der Richtung, die der Stabilisierung der Spannung in der Haut des erstarrenden Stranges entspricht. Beim Uberschreiten eines kritischen Zugkraftwertes ist die Stillsetzung des Kristallisators in der oberen Grenzstellung mittels einer besonderen Schaltung vorgesehen.
Ein Mangel dieser Einrichtung besteht darin, dass zur Änderung der Strangzugkraft das Strangziehen aus dem Kristallisator periodisch unterbrochen werden muss. Aus diesem Grunde kann diese Einrichtung in den Metall Stranggussanlagen mit hin und her gehender Bewegung des Kristallisators nicht verwendet werden.
Eine weitere bekannte Einrichtung, die zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator einer Metall-Stranggussanlage bestimmt ist, enthält einen Kraftgeber, an dessen Eingang eine Einheit zum Ausgleich der Kristallisatormasse angeschlossen ist, sowie eine Vergleichseinheit, welcher die Signale des Kraftgebers zugeführt werden, wobei der Eingang der Vergleichseinheit mit dem Eingang einer Rückstellschaltung und der Ausgang mit dem Eingang eines Umschalters verbunden sind.
Weiterhin enthält die Einrichtung einen am anderen Eingang des Umschalters liegenden Impulsgenerator, einen an den
Ausgang des Umschalters und an den Ausgang der Rückstellschaltung angeschlossenen Impulszähler, einen mit dem Ausgang des Impulszählers und mit dem zweiten Eingang der Vergleichseinheit verbundenen Kodespannungsumsetzer sowie eine Registriereinheit (siehe das Buch von B.I. Krasnow Optimale Steuerung von Betriebsarten beim Stahlstranggiessen , Moskau, Verlag Metallurgia , 1975, s. 200...201).
In dieser bekannten Einrichtung erfolgt die Messung des Maximalwertes der Kraft beim Strangziehen in jedem Kristallisator-Schwingungszyklus, und zu diesem Zweck ist in der Schaltung der Einrichtung die erwähnte Schaltung zur Rückstellung der Zähleranzeige vorgesehen, die beim Beginn jedes Messzyklus und beim Überschreiten eines bestimmten Messsignalpegels, z.B. 5 bis 10% von seinem Nennwert, ein Nullstellungssignal erzeugt. Infolge der pendelartigen Bewegung des Kristallisators ändert das Ausgangssignal des Gebers abwechselnd sein Vorzeichen, die Nullstellung im Zähler erfolgt am Anfang jedes Schwingungszyklus, und der Messvorgang wird also automatisch und synchron mit der Kristallisatorschwingungsfrequenz wiederholt.
Ein Nachteil dieser bekannten Einrichtung besteht darin, dass bei Havariezuständen der Metall-Stranggussanlage, z. B. beim Hängenbleiben des Stranges im Kristallisator und bei dem dadurch in der Regel bedingten Metallbruch unter dem Kristallisator, das Messsignal ansteigt und unter einen festgelegten Auslösepegel der Rückstellschaltung nicht mehr abfällt, wobei diese Schaltung keine Impulse erzeugt und der Betrieb der Messeinrichtung gestört wird. Die Messschaltung fixiert den sich vor dem Verschwinden des Rückstellimpulses zuletzt ergebenden Maximalwert der Zugkraft und misst nicht die darauf erfolgende Abnahme dieses Wertes bei allmählicher Rückkehr zum normalen Betriebszustand.
Ausserdem wird das Ausgangssignal in der bekannten Einrichtung nach jeder Nullstellung des Impulszählers unterbrochen, was darauf zurückzuführen ist, dass die Änderung des Ausgangssignals nach der Nullstellung des Impulszählers und nach dem Beginn eines neuen Messzyklus vom Nullwert bis zu dem im jeweiligen Kristallisator-Schwingungszyklus erneut gemessenen Maximalwert erfolgt. Hierbei hängt die Dauer der Signalunterbrechung von der Steilheit der Messsignal-Vorderflanke ab, wobei sich bedeutende Fluktuationen des Ausgangssignals und die Verschwimmung der auf dem Registrierstreifen des Registriergeräts aufgezeichneten Signalkurve ergeben. Die Unterbrechung des Ausgangssignals kann Betriebsstörungen in den mit der Einrichtung verbundenen Systemen zur Signalisation, zur automatischen Steuerung und im Kanal zur Datenübertragung für die Informationsempfänger, z.
B. für die elektronischen Rechenanlagen, verursachen.
Ein anderer, nicht weniger bedeutender Mangel dieser Einrichtung besteht darin, dass der Einfluss der Trägheitsmasse des Kristallisators bei der Messung der Strangzugkraft während des Stranggiessens im Falle der hin und her gehenden Bewegung des Kristallisators mit Hilfe dieser Einrichtung nicht berücksichtigt werden kann.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten Mängel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator einer Metall Stranggussanlage zu entwickeln, die es ermöglichen, die Genauigkeit der Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator und die Betriebszuverlässigkeit der Metall-Stranggussanlage beim Hängenbleiben des Stranges im Kristallisator durch Vervollkommnung des Vorganges der Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristalli-sator zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem das zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator einer Metall-Stranggussanlage angewandte Verfahren, bei dem die beim Strangziehen wirkende summarische Kraft bei Berücksichtigung der Kristallisatormasse ermittelt wird, erfindungsgemäss durch Erfassung des Einflusses der Kristallisator-Trägheitsmasse ergänzt wird und zu diesem Zweck die Beschleunigung der Kristallisatorbewegung in der
Richtung gemessen wird, die der Strangzugrichtung entgegengesetzt ist.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens hat einen Kraftgeber, an dessen Eingang eine Einheit zum Ausgleich der Kristallisatormasse liegt, sowie eine Vergleichseinheit, die das vom Kraftgeber gelieferte Signal empfängt, wobei ihr erster Eingang an den Eingang einer Rückstellschaltung und ihr Ausgang an den Eingang eines Umschalters angeschlossen sind, mit einem an einem anderen Eingang des Umschalters liegenden Impulsgenerator, einem an den Ausgang des Umschalters und an den Ausgang der Rückstellschaltung angeschlossenen Impulszähler, mit einem Kodespannungsumsetzer, der an den Ausgang des Impulszählers und an den zweiten Eingang der Vergleichseinheit geschaltet ist, sowie mit einem Registriergerät, wobei zwischen dem Ausgang des Kraftgebers und dem ersten Eingang der Vergleichseinheit erfindungsgemäss ein algebraischer Summator eingeschaltet ist,
dessen Eingang mit einem Kristallisatorbeschleunigungsgeber verbunden ist, und an den Ausgang der Rückstellschaltung ein zusätzlicher Impulszähler geschaltet ist, an dessen Eingang ein zusätzlicher Impulsgenerator liegt, wobei die Ausgänge des Impulszählers an zwei Koinzidenzschaltungen angeschlossen sind, von denen eine Koinzidenzschaltung mit dem Impulszähler und die andere mit dem zusätzlichen Ausgang der Rückstellschaltung sowie mit einem Speicherregister verbunden sind, und das Speicherregister an den Ausgang des Impulszählers sowie an das Registriergerät über einen zusätzlichen Kodespannungsumsetzer angeschlossen ist.
Das erfindungsgemäss realisierte Verfahren zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator und die gemäss der Erfindung ausgeführte Einrichtung gewährleisten eine höhere Genauigkeit der Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator einer Metall-Stranggussanlage sowie eine höhere Betriebszuverlässigkeit solcher Anlagen.
Die Erfindung wird im folgenden durch Ausführungsbeispiele und anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Erläuterung des Verfahrens zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator gemäss der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Einrichtung für die Realisierung des Verfahrens zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator gemäss der Erfindung.
Das Verfahren zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator einer Metall Stranggussanlage kann anhand folgender Erwägungen erläutert werden.
Beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator beträgt der Summenwert aller Kräfte:
P = P1 + P2 + P3 (1)
Hierbei sind:
P die vom Kraftgeber gemessene Summengrösse der Kräfte;
P1 die Kristallisatormasse;
P2 die Zugkraft beim Strangziehen;
P3 die Trägheitskraft bei der Kristallisatorbewegung in der Richtung, die der Strangzugrichtung entgegengesetzt ist.
Bei dem beschriebenen bekannten Verfahren wurden nur die Kristallisatormasse P1 und die Strangzugkraft P2 berücksichtigt, während beim vorgeschlagenen Verfahren neben der Kristallisatormasse P1 und der Strangzugkraft P2 auch die Trägheitskraft P3 bei der Bewegung des Kristallisators in der der Strangbewegung entgegengesetzten Richtung in Rechnung gezogen wird.
Also beträgt der tatsächliche Wert der Kraft beim Strangziehen aus dem Kristallisator:
P2=P-P1-P3 (2)
P, ist für einen gegebenen Kristallisator eine konstante Grösse und kann vom Messsignal leicht abgezogen werden.
Die Grösse P3 wird als
P3 = m . a definiert, wobei m die Kristallisatormasse (konstante Grösse) ist und a die Beschleunigung der Kristallisatorbewegung bezeichnet, die von der Frequenz und der Amplitude der Kristallisatorschwingung abhängig ist und sich beim Gussvorgang, z. B. bei Änderung der Strangzugkraft ändern kann.
Nach der Messung der Beschleunigung der Kristallisatorbewegung und nach ihrer Eichtransformation mit Berücksichtigung der Kristallisatormasse gemäss der Gleichung (2) wird der wahre Wert der Kraft beim Strangziehen aus dem Kristallisator berechnet.
Zur Erläuterung des Verfahrens zur automatischen Messung der Zugkraft beim Ziehen eines Stranges 1 (Fig. 1) aus dem Kristallisator 2 mit Hilfe eines Zuggerüstes 3 soll nun ein Schema der erfindungsgemäss ausgeführten Einrichtung betrachtet werden. Die Einrichtung enthält einen Zugkraft Messgeber 4 (z. B. eine Messdose), die in eine Kristallisator Schwingvorrichtung 5 eingebaut ist. Diese Vorrichtung 5 ist mit dem Ausgang einer Einheit 6 zum Ausgleich der Kristallisatormasse verbunden. Der Ausgang des Zugkraft-Messgebers 4 ist an einen Eingang des algebraischen Summators 7 angeschlossen, dessen anderer Eingang mit einem Kristallisator-Beschleunigungsgeber 8 verbunden ist und dessen Ausgang am Registriergerät 9 liegt.
Die im Kristallisator 2 beim Strangziehen mittels des Zuggerüstes 3 entstehenden Beanspruchungen werden mit Hilfe der Zugkraft-Messgeber 4 gemessen. Die Masse des Kristallisators 2 wird mit einem von der Einheit 6 gelieferten Signal ausgeglichen. Im Kristallisator-Beschleunigungsgeber 8 erfolgt die Messung des der Beschleunigung der Kristallisator-Trägheitsmasse proportionalen Signals. Alle gemessenen Signale werden dem algebraischen Summator 7 zugeführt. Der zu messende Parameter wird mit Hilfe des Registriergeräts 9 kontrolliert.
Die Einrichtung, die das Verfahren zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator einer Metallstranggussanlage erfindungsgemäss realisiert, enthält einen Kraftgeber 10 (Fig. 2), an dessen Eingang eine Einheit 11 zum Ausgleich der Kristallisatormasse angeschlossen ist. Der Ausgang des Kraftgebers 10 liegt an einem Eingang des algebraischen Summators 12, dessen zweiter Eingang mit einem Kristallisator-Beschleunigungsgeber 13 verbunden ist und dessen Ausgang an einen Eingang einer Vergleichseinheit 14 angeschlossen ist. Am Ausgang der Vergleichseinheit 14 liegt ein Eingang eines Umschalters 15, dessen anderer Eingang mit einem Impulsgenerator 16 verbunden ist und dessen Ausgang an einen Impulszähler 17 geschaltet ist.
Ein Ausgang des Impulszählers 17 ist mit einem Kodespannungsumsetzer 18 und der andere Ausgang mit einem Eingang eines Speicherregisters 19 verbunden. Der Ausgang des Kodespannungsumsetzers 18 liegt am zweiten Eingang der Vergleichseinheit 14. An den ersten Eingang der Vergleichseinheit 14 ist auch eine Rückstellschaltung 20 angeschlossen, bei der ein Ausgang mit dem Speicherregister 19 und der andere Ausgang mit dem zweiten Eingang des Impulszählers 17 und mit einem Eingang eines zusätzlichen Im- pulszählers 21 verbunden sind. Der andere Eingang des Impulszählers 21 hat mit einem zusätzlichen Impulsgenerator 22 Verbindung.
An den zwei Ausgängen des zusätzlichen Impulszählers 21 liegen die Koinzidenzschaltung 23 und-die Koinzidenzschaltung 24, wobei der Ausgang der Koinzidenzschaltung 23 an den Eingang des Impulszählers 17 und der Ausgang der Koinzidenzschaltung 24 an den Eingang des Speicherregisters 19 geschaltet sind. Der Ausgang des Speicherregisters 19 ist mit einem Registriergerät 25 über einen zusätzlichen Kodespannungsumsetzer 26 verbunden.
Diese Einrichtung, die das Verfahren zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator einer Metallstranggussanlage realisiert, funktioniert wie folgt.
Vor Beginn des Gussvorganges wird das Ausgangssignal des Kraftgebers 10, der die Masse des Kristallisators und seiner Schwingvorrichtung erfasst, mit Hilfe der Einheit 11 zum Ausgleich der Kristallisatormasse gleich Null eingestellt.
Nachdem der Kristallisator mit geschmolzenem Metall gefüllt ist, schaltet man die in der Zeichnung nicht gezeigten Strangzugvorrichtungen und die Kristallisatorschwingvorrichtung ein, wobei der Kraftgeber 10 mit den infolge der Kohäsion zwischen dem Strang und den Kristallisatorwänden entstehenden Haftkräften (Reibungskräften) belastet wird, die abwechselnd positive und negative Werte je nach der Richtung der Kristallisatorverschiebung in bezug auf den Strang beim Kristallisatorschwingen annehmen und sich im Takt der Kristallisatorschwingung ändern. Wenn der Kristallisator also mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die kleiner als die Strangzuggeschwindigkeit ist, wirken auf den Strang die Dehnungskräfte ein, während bei der Kristallisatorbewegung nach unten mit einer Geschwindigkeit, die höher als die Zuggeschwindigkeit ist, der Strang einer Druckbeanspruchung ausgesetzt wird.
Diese Änderungen erfolgen periodisch mit den Schwingungen des Kristallisators, der in der Regel nach dem Sinusgesetz hin und her bewegt wird. Das in dieser Weise alternierende Signal des Kraftgebers 10 gelangt zum Eingang des algebraischen Summators 12, auf dessen anderen Eingang ein Signal vom Kristallisator-Beschleunigungsgeber 13 gegeben wird, der z. B. auf dem Kristallisator selbst befestigt ist und mit diesem verschoben wird. Da die Kristallisatorverschiebung von seiner Schwingvorrichtung über den Kraftgeber 10 übertragen wird, ist der Kraftgeber 10 auch den dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt, die bei der Kristallisatorbewegung mit einer Beschleunigung gemäss seinem Schwingungsgesetz entstehen.
Das vom Kristallisator-Beschleunigungsgeber 13 gelieferte und der dynamischen Beanspruchung des Kraftgebers 10 proportionale Signal wird im algebraischen Summator 13 vom Signal des Kraftgebers 10 subtrahiert, wobei also am Ausgang des algebraischen Summators 12 ein Signal liegt, welches nur der Zugkraft proportional ist, mit der der Strang aus dem Kristallisator gezogen wird. Vom Ausgang des algebraischen Summators 12 gelangt das Signal an den Eingang der Vergleichseinheit 14 und an den mit diesem zusammengeschalteten Eingang der Rückstellschaltung 20.
Wenn am Eingang der Vergleichseinheit 14 ein positives, den Dehnungskräften entsprechendes Signal erscheint, das über ihrer Ansprechschwelle liegt, schaltet die Vergleichseinheit
14 den Umschalter 15 ein, der dabei die Taktimpulse des Impulsgenerators 16 zum Eingang des Impulszählers 17 durchleitet. Bei gleichzeitiger Ankunft desselben über der An sprechschwelle der Rückstellschaltung 20 liegenden Signals am Eingang dieser Rückstellschaltung 20 erzeugt diese ein impulsförmiges Rückstellsignal, das der Nullungsschiene des Impulszählers 17 zugeführt wird, wobei in diesem die vorher eingeschriebene Information gelöscht wird und der Impulszähler 17 nun zum Empfang der neuen Information bei Beginn jedes Zyklus der Kristallisatorschwingung vorbereitet ist.
Die Ausgänge des Impulszählers 17 sind mit den Eingängen des Kodespannungsumsetzers 18 verbunden, an dessen Ausgang bei der Ankunft der Impulse vom Impulsgenerator
16 am Eingang des Impulszählers 17 eine linear veränderliche und der Anzahl der im Zähler 17 gespeicherten Impulse proportionale Treppenspannung erzeugt wird, die dem zweiten Eingang der Vergleichseinheit 14 zugeführt wird und in dieser mit der Grösse des Messsignals verglichen wird.
Sobald das vom algebraischen Summator 12 gelieferte Signal und die Ausgangsspannung des Kodespannungsumsetzers 18 gleich werden, kehrt die Vergleichseinheit 14 in den Anfangszustand zurück, wird der Umschalter 15 abgeschaltet und wird die Abgabe der Impulse vom Impulsgenerator 16 an den Impulszähler 17 unterbrochen, wobei im Impulszäh ler 17 die digitale Information über die Amplitudengrösse des Signals gespeichert wird, das vom Ausgang des algebraischen Summators 12 erscheint und der Zugkraft beim Strangziehen aus dem Kristallisator im betreffenden Zyklus seiner Schwingung proportional ist.
Im folgenden Zyklus der Kristallisatorschwingung erscheint am Ausgang der Rückstellschaltung 20 wieder ein Rückstellsignal, wobei der Inhalt des Impulszählers 17 gelöscht wird und die neue Messung der Zugkraftamplitude in diesem Zyklus der Kristallisatorschwingung erfolgt.
Am Ende jedes Zyklus der Kristallisatorschwingung fällt das Signal am Ausgang des algebraischen Summators 12 bis zur Rückkehrschwelle der Schaltung 20 ab, wobei diese an ihrem zusätzlichen Ausgang ein Signal zum Einschreiben erzeugt. Bei der Abgabe dieses Schreibsignals wird die Information aus dem Impulszähler 17 in das Speicherregister 19 übertragen, dessen Ausgänge an den Eingängen des zusätzlichen Kodespannungsumsetzers 26 liegen, in dem die Information in ein analoges Signal umgewandelt wird. Dieses Analogsignal wird dem Registriergerät 25 zugeführt, in dem es in das kontinuierliche Standardausgangssignal umgeformt wird.
Der Rückstellausgang der Rückstellschaltung 20 ist an den Löscheingang des zusätzlichen Impulszählers 21 angeschlossen, auf dessen anderen Eingang Impulse vom zusätzlichen Impulsgenerator 22 gegeben werden. Die Ausgänge des zusätzlichen Impulszählers 21 liegen an den Eingängen der Koinzidenzschaltungen 23 und 24. Wenn an den Eingang des zusätzlichen Zählers 21 vom zusätzlichen Impulsgenerator 22 eine Anzahl von Impulsen abgegeben wird, die um zwei Impulse kleiner als die Kapazität des Zählers 21 ist, erzeugt die Koinzidenzschaltung 24 einen Schreibimpuls, der dem Eingang des Speicherregisters 19 zugeführt wird, während bei der Ankunft einer der Kapazität des zusätzlichen Zählers 21 entsprechenden Impulszahl die Koinzidenzschaltung 23 einen Rückstellimpuls an den Löscheingang des Impulszählers 17 liefert.
Die Frequenz des zusätzlichen Impulsgenerators 22 und die Kapazität des zusätzlichen Impulszählers 21 werden so gewählt, dass die Dauer der Füllung des zusätzlichen Impulszählers 21 mit den Impulsen des zusätzlichen Generators 22 und folglich die Folgeperiode der von den Koinzidenzschaltungen 23 und 24 erzeugten Schreibund Rückstellimpulse grösser als die maximale Kristallisatorschwingungsperiode bei normalen Betriebsarten der Metallstranggussanlage sind. Bei den normalen Betriebszuständen der Metallstranggussanlage können die Koinzidenzschaltungen 23 und 24 nicht rechtzeitig die Ausgangssignale Schreiben und Rückstellung erzeugen, da der Inhalt des Impulszählers 21 mit dem Rückstellsignal der Schaltung 20 periodisch gelöscht wird, bevor die für die Erzeugung der Ausgangssignale der Koinzidenzschaltungen erforderliche Impulszahl gezählt wird.
Bei Havariezuständen der Metallstranggussanlage, z. B.
bei einer Stockung der Kristallisatorschwingvorrichtung und beim Hängenbleiben des Stranges im Kristallisator, erfolgt kein Abfall des am Ausgang des algebraischen Summators 12 und am Eingang der Rückstellschaltung 20 wirksamen Signals des Kraftgebers 10 bis zur Rückkehrspannung der Schaltung 20, wobei diese die für den normalen Betrieb der Messeinrichtung erforderlichen Rückstell- und Schreibsignale weiter erzeugt. Dabei gelangt das Rückstellsignal nicht mehr an den Löscheingang des zusätzlichen Impulszählers 21, der nun zusammen mit den Koinzidenzschaltungen 23, 24 die Steuerung des Messvorganges übernimmt und die Erzeugung der Schreib- und Rückstellsignale beginnt.
Dadurch wird die Messung des Maximalwertes der Zugkraft beim Strangziehen aus dem Kristallisator möglich, der in jedem Zeitintervall zwischen den von. der Koinzidenzschaltung 24 periodisch erzeugten Schreibimpulsen wirksam ist.
Somit wird in der Einrichtung zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator einer Metallstranggussanlage mit Hilfe des Kristallisator Beschleunigungsgebers auch der Einfluss der Kristallisator Trägheitsmassen berücksichtigt, die sich bei der Kristallisatorschwingung mit Beschleunigung bewegen. Dies ermöglicht die Gewährleistung des genauen Betriebs dieser Einrichtung, die das Verfahren zur automatischen Zugkraftmessung beim Gussstrangziehen aus dem Kristallisator realisiert.
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PATENT CLAIMS
1.Procedure for automatic tensile force measurement during casting from the crystallizer of a metal continuous casting plant, in which the total force acting during the drawing is determined taking into account the crystallizer mass, characterized by additional detection of the influence of the crystallizer inertial masses, the acceleration of the crystallizer movement in the direction being measured which is opposite to the strand pull direction.
2. Device for performing the method according to claim 1, which contains a force transmitter (10), at the input of which there is a unit (11) for balancing the crystallizer mass, and has a comparison unit (14) which has the signal supplied by the force transmitter (10) receives and has its first input at the input of a reset circuit (20) and its output is connected to the input of a changeover switch (15), and has a pulse generator (16) located at another input of the changeover switch, with one at the output of the Switch (15) and the pulse counter (17) connected to the output of the reset circuit (20) as well as a code voltage converter (18) which is connected to the output of the pulse counter (17) and to the second input of the comparison unit (14), and is equipped with a registration device (25),
characterized in that an algebraic summator (12) is connected between the output of the force transmitter (10) and the first input of the comparison unit (14), the input of which is connected to a crystallizer accelerator (13), and to the output of the reset circuit (20 ) an additional pulse counter (21) is connected, at the input of which an additional pulse generator (22) is located, the outputs of the additional pulse counter (21) being connected to two coincidence circuits (23 and 24), one of which is a coincidence circuit with the pulse counter ( 17) and the other are connected to the additional output of the reset circuit (20) and to a memory register (19),
and the memory register (19) is connected to the output of the pulse counter (17) and to the registration device (25) via an additional code voltage converter (26).
The invention relates to a method and a device for automatic tensile force measurement during casting of the cast strand from the crystallizer.
With greater success, the invention can be used for metal continuous casting plants, e.g. Steel continuous casting machines can be used.
A method for automatic tensile force measurement during casting of the cast strand from the crystallizer is known, in which the crystallizer is set up on force transducers and the signal generated in the process is continuously recorded by means of a registration device.
A deficiency of this method for automatic tensile force measurement when casting the cast strand from the crystallizer consists in registering the entire spectrum of the signal supplied by the force transducer to the recording device.
The signal changes take place from the maximum value, which corresponds to the tensile forces acting on the cast strand, to the minimum value, which corresponds to the pressure loads, with the crystallizer oscillation frequency, i.e. with more than one oscillation per second. This precludes the possibility of using the information obtained for signaling, control and processing with the help of process computers without their previous preparation by reinforcement, exclusion of dynamic stresses, envelope separation. The uses mentioned are of particular importance with regard to the reliability of the continuous casting process, the tensile stresses of the cast strand and the output signal normalization.
The registration of such rapidly changing processes directly with the aid of a relatively slow-acting registration device leads to an additional measurement error, the registration of short-acting, but significantly strong forces being impossible which, for example, on the cast strand. B. act when the strand casing adheres to the crystallizer walls and when the strand gets caught in the crystallizer. The continuous recording of the entire spectrum of the measuring signal also leads to rapid wear of the recording device and failure of the measuring device.
In another known method for automatic tensile force measurement when casting the cast strand from the crystallizer (GB-PS 907 202), the tensile force when the cast strand is pulled out of the crystallizer is measured with the aid of load cells installed under the crystallizer and by balancing the crystallizer weight.
It is disadvantageous that the influence of the inertial mass of the crystallizer performing a reciprocating movement is not taken into account when measuring the tensile force during the casting process.
With e.g. According to the GB-PS 907 202 known device, the automatic tensile force measurement during casting of the extrudate from the crystallizer is achieved with the aid of load cells, the tensile speed during extrusion being changed so that the extrusion takes place by changing the extrusion thickness at a specific tension in the extrusion skin.
The cast strand is pulled out of the crystallizer with the help of a train frame that is driven by a motor via a reduction gear. The crystallizer is set up on three measuring boxes that are at an angle of 120 to each other. The signal supplied by the load cells is fed to an amplifier and influences a speed controller.
In the event of a deviation of the tensile force acting when pulling the strand from a predetermined value, the controller changes the tensile speed in the direction which corresponds to the stabilization of the tension in the skin of the solidifying strand. If a critical tensile force value is exceeded, the crystallizer is stopped in the upper limit position by means of a special circuit.
A deficiency of this device is that the strand pulling out of the crystallizer has to be interrupted periodically in order to change the strand tensile force. For this reason, this device cannot be used in metal continuous casting plants with a reciprocating movement of the crystallizer.
Another known device, which is intended for automatic tensile force measurement during casting from the crystallizer of a metal continuous casting installation, contains a force transmitter, to the input of which a unit for balancing the crystallizer mass is connected, and a comparison unit, to which the signals of the force transmitter are fed, whereby the input of the comparison unit is connected to the input of a reset circuit and the output is connected to the input of a changeover switch.
Furthermore, the device contains a pulse generator at the other input of the switch, one at the
Output of the switch and pulse counter connected to the output of the reset circuit, a code voltage converter connected to the output of the pulse counter and to the second input of the comparison unit, and a registration unit (see the book by BI Krasnow Optimal control of operating modes in steel continuous casting, Moscow, Verlag Metallurgia, 1975 , p. 200 ... 201).
In this known device, the measurement of the maximum value of the force when pulling is carried out in each crystallizer oscillation cycle, and for this purpose the circuit for resetting the counter display is provided in the circuit of the device, which circuit at the beginning of each measurement cycle and when a certain measurement signal level is exceeded, e.g. 5 to 10% of its nominal value, a zero signal is generated. As a result of the pendulum-like movement of the crystallizer, the output signal of the encoder changes its sign alternately, the zero in the counter takes place at the beginning of each oscillation cycle, and the measurement process is therefore repeated automatically and in synchronism with the crystallizer oscillation frequency.
A disadvantage of this known device is that in the event of an accident in the metal continuous casting system, for. B. when the strand gets stuck in the crystallizer and the resulting metal break under the crystallizer, the measurement signal rises and does not fall below a defined trigger level of the reset circuit, this circuit does not generate any pulses and the operation of the measuring device is disturbed. The measuring circuit fixes the maximum value of the tensile force that resulted last before the reset pulse disappeared and does not measure the subsequent decrease in this value upon gradual return to the normal operating state.
In addition, the output signal in the known device is interrupted after each zeroing of the pulse counter, which is due to the fact that the change in the output signal after the zeroing of the pulse counter and after the start of a new measuring cycle from the zero value to the maximum value measured again in the respective crystallizer oscillation cycle he follows. The duration of the signal interruption depends on the steepness of the measurement signal leading edge, which results in significant fluctuations in the output signal and the blurring of the signal curve recorded on the registration strip of the registration device. The interruption of the output signal can cause malfunctions in the systems connected to the device for signaling, for automatic control and in the channel for data transmission for the information recipients, e.g.
B. for electronic computing systems.
Another, no less significant deficiency of this device is that the influence of the inertial mass of the crystallizer when measuring the tensile force during continuous casting in the case of the reciprocating movement of the crystallizer cannot be taken into account with the aid of this device.
The invention aims at eliminating the above-mentioned shortcomings.
The invention has for its object to develop a method and a device for automatic tensile force measurement when casting from the crystallizer of a metal continuous casting system, which make it possible to measure the accuracy of the tensile force when casting from the crystallizer and the operational reliability of the metal continuous casting system when the strand is caught in the crystallizer by perfecting the process of measuring the tensile force when pulling the cast strand out of the crystallizer.
This object is achieved in that, according to the invention, the method used for automatic tensile force measurement when casting a cast strand from the crystallizer of a metal continuous casting system, in which the total force acting during the strand drawing is determined taking into account the crystallizer mass, is supplemented by detecting the influence of the crystallizer inertial mass the acceleration of the crystallizer movement in the
Direction is measured, which is opposite to the strand pull direction.
The device for carrying out the method has a power transmitter, at the input of which there is a unit for balancing the crystallizer mass, and a comparison unit, which receives the signal supplied by the power transmitter, its first input being at the input of a reset circuit and its output being at the input of a changeover switch are connected, with a pulse generator connected to another input of the switch, a pulse counter connected to the output of the switch and to the output of the reset circuit, with a code voltage converter which is connected to the output of the pulse counter and to the second input of the comparison unit, and with a registration device, an algebraic summator being switched on between the output of the force transmitter and the first input of the comparison unit,
whose input is connected to a crystallizer accelerator, and an additional pulse counter is connected to the output of the reset circuit, at the input of which there is an additional pulse generator, the outputs of the pulse counter being connected to two coincidence circuits, one of which coincidence circuit with the pulse counter and the other with the additional output of the reset circuit and a memory register are connected, and the memory register is connected to the output of the pulse counter and to the recording device via an additional code voltage converter.
The method according to the invention for automatic tensile force measurement during casting from the crystallizer and the device designed according to the invention ensure a higher accuracy of the tensile force measurement during casting from the crystallizer of a metal continuous casting installation and a higher operational reliability of such installations.
The invention is explained in more detail below by means of exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawings. Here show:
Figure 1 is a schematic representation of the device for explaining the method for automatic tensile force measurement when casting cast strand from the crystallizer according to the invention.
Fig. 2 is a block diagram of the device for the implementation of the method for automatic tensile force measurement when casting cast from the crystallizer according to the invention.
The procedure for automatic tensile force measurement during casting from the crystallizer of a metal continuous casting plant can be explained on the basis of the following considerations.
When casting from the crystallizer, the total value of all forces is:
P = P1 + P2 + P3 (1)
Here are:
P is the total magnitude of the forces measured by the force transmitter;
P1 the crystallizer mass;
P2 the pulling force when pulling the rope;
P3 is the moment of inertia during the crystallizer movement in the direction opposite to the direction of pull.
In the known method described, only the crystallizer mass P1 and the strand tensile force P2 were taken into account, while in the proposed method, in addition to the crystallizer mass P1 and the strand tensile force P2, the inertia force P3 is also taken into account when the crystallizer moves in the direction opposite to the strand motion.
So the actual value of the force when pulling out of the crystallizer is:
P2 = P-P1-P3 (2)
P, is a constant variable for a given crystallizer and can easily be subtracted from the measurement signal.
The size P3 is called
P3 = m. a defines, where m is the crystallizer mass (constant size) and a denotes the acceleration of the crystallizer movement, which is dependent on the frequency and the amplitude of the crystallizer vibration and changes during the casting process, e.g. B. can change when changing the tensile force.
After measuring the acceleration of the crystallizer movement and after its calibration transformation, taking into account the crystallizer mass according to equation (2), the true value of the force when pulling from the crystallizer is calculated.
To explain the method for automatically measuring the tensile force when pulling a strand 1 (FIG. 1) out of the crystallizer 2 with the aid of a tensile structure 3, a diagram of the device according to the invention will now be considered. The device contains a tensile force transducer 4 (for example a load cell) which is installed in a crystallizer oscillating device 5. This device 5 is connected to the output of a unit 6 for balancing the crystallizer mass. The output of the tensile force transducer 4 is connected to an input of the algebraic summator 7, the other input of which is connected to a crystallizer accelerator 8 and the output of which is connected to the registration device 9.
The stresses which arise in the crystallizer 2 when the strand is pulled by means of the tensile structure 3 are measured with the aid of the tensile force transducer 4. The mass of the crystallizer 2 is balanced with a signal supplied by the unit 6. The signal proportional to the acceleration of the crystallizer inertial mass is measured in the crystallizer acceleration sensor 8. All measured signals are fed to the algebraic summator 7. The parameter to be measured is checked with the aid of the registration device 9.
The device which implements the method for automatic tensile force measurement during casting from the crystallizer of a metal continuous casting system according to the invention contains a force transmitter 10 (FIG. 2), to the input of which a unit 11 is connected to compensate for the crystallizer mass. The output of the force generator 10 is at an input of the algebraic summator 12, the second input of which is connected to a crystallizer accelerator 13 and the output of which is connected to an input of a comparison unit 14. At the output of the comparison unit 14 there is an input of a changeover switch 15, the other input of which is connected to a pulse generator 16 and the output of which is connected to a pulse counter 17.
One output of the pulse counter 17 is connected to a code voltage converter 18 and the other output is connected to an input of a memory register 19. The output of the code voltage converter 18 is at the second input of the comparison unit 14. A reset circuit 20 is also connected to the first input of the comparison unit 14, in which an output with the memory register 19 and the other output with the second input of the pulse counter 17 and with one input an additional pulse counter 21 are connected. The other input of the pulse counter 21 is connected to an additional pulse generator 22.
The coincidence circuit 23 and the coincidence circuit 24 are located at the two outputs of the additional pulse counter 21, the output of the coincidence circuit 23 being connected to the input of the pulse counter 17 and the output of the coincidence circuit 24 being connected to the input of the memory register 19. The output of the memory register 19 is connected to a registration device 25 via an additional code voltage converter 26.
This device, which implements the method for automatic tensile force measurement during casting from the crystallizer of a metal casting plant, works as follows.
Before the casting process begins, the output signal of the force generator 10, which detects the mass of the crystallizer and its oscillating device, is set to zero with the aid of the unit 11 for compensating the crystallizer mass.
After the crystallizer is filled with molten metal, the strand pulling devices and the crystallizer vibrating device, which are not shown in the drawing, are switched on, the force generator 10 being loaded with the adhesive forces (frictional forces) which arise as a result of the cohesion between the strand and the crystallizer walls, the alternating positive and assume negative values depending on the direction of the crystallizer shift with respect to the strand during the crystallizer swing and change in time with the crystallizer vibration. Thus, if the crystallizer is moved at a speed which is lower than the strand pulling speed, the tensile forces act on the strand, while when the crystallizer is moving downwards, the strand is subjected to compressive stress at a speed which is higher than the pulling speed.
These changes occur periodically with the vibrations of the crystallizer, which is usually moved back and forth according to the sine law. The signal of the force generator 10, which alternates in this way, reaches the input of the algebraic summator 12, on the other input of which a signal is given by the crystallizer accelerator 13, which, for. B. is attached to the crystallizer itself and is moved with this. Since the displacement of the crystallizer is transmitted by its vibrating device via the force transmitter 10, the force transmitter 10 is also exposed to the dynamic stresses that arise during the crystallizer movement with an acceleration in accordance with its vibration law.
The signal supplied by the crystallizer accelerator 13 and proportional to the dynamic stress of the force generator 10 is subtracted from the signal of the force generator 10 in the algebraic summator 13, so that there is a signal at the output of the algebraic summator 12 which is only proportional to the tensile force with which the Strand is pulled out of the crystallizer. From the output of the algebraic summator 12, the signal reaches the input of the comparison unit 14 and the input of the reset circuit 20 which is connected to it.
When a positive signal corresponding to the expansion forces appears above the response threshold at the input of the comparison unit 14, the comparison unit switches
14 a switch 15, which thereby passes the clock pulses of the pulse generator 16 to the input of the pulse counter 17. With the simultaneous arrival of the signal above the threshold of the reset circuit 20 at the input of this reset circuit 20, this generates a pulse-shaped reset signal which is fed to the zeroing rail of the pulse counter 17, in which the previously written information is deleted and the pulse counter 17 now receives the new information is prepared at the beginning of each cycle of the crystallizer vibration.
The outputs of the pulse counter 17 are connected to the inputs of the code voltage converter 18, at the output of which on the arrival of the pulses from the pulse generator
16 at the input of the pulse counter 17, a linearly variable staircase voltage which is proportional to the number of pulses stored in the counter 17 is generated, which is fed to the second input of the comparison unit 14 and is compared in this with the magnitude of the measurement signal.
As soon as the signal supplied by the algebraic summator 12 and the output voltage of the code voltage converter 18 become the same, the comparison unit 14 returns to the initial state, the changeover switch 15 is switched off and the delivery of the pulses from the pulse generator 16 to the pulse counter 17 is interrupted, the pulse counter being read 17 the digital information about the amplitude size of the signal is stored, which appears from the output of the algebraic summator 12 and the tensile force when pulling from the crystallizer is proportional to its oscillation in the cycle concerned.
In the following cycle of the crystallizer vibration, a reset signal appears again at the output of the reset circuit 20, the content of the pulse counter 17 being cleared and the new measurement of the tensile force amplitude taking place in this cycle of the crystallizer vibration.
At the end of each cycle of the crystallizer oscillation, the signal at the output of the algebraic summator 12 drops to the return threshold of the circuit 20, which generates a write-in signal at its additional output. When this write signal is emitted, the information is transferred from the pulse counter 17 into the memory register 19, the outputs of which are at the inputs of the additional code voltage converter 26, in which the information is converted into an analog signal. This analog signal is fed to the registration device 25, in which it is converted into the continuous standard output signal.
The reset output of the reset circuit 20 is connected to the clear input of the additional pulse counter 21, on the other input of which pulses are given by the additional pulse generator 22. The outputs of the additional pulse counter 21 are at the inputs of the coincidence circuits 23 and 24. When the additional pulse generator 22 outputs a number of pulses at the input of the additional pulse generator 22 which is two pulses smaller than the capacity of the counter 21, the generated Coincidence circuit 24 a write pulse, which is supplied to the input of the memory register 19, while on arrival of a pulse number corresponding to the capacity of the additional counter 21, the coincidence circuit 23 supplies a reset pulse to the erase input of the pulse counter 17.
The frequency of the additional pulse generator 22 and the capacity of the additional pulse counter 21 are selected such that the duration of the filling of the additional pulse counter 21 with the pulses of the additional generator 22 and consequently the subsequent period of the write and reset pulses generated by the coincidence circuits 23 and 24 is greater than that maximum crystallizer oscillation period in normal operating modes of the continuous metal casting system. In the normal operating conditions of the metal continuous casting system, the coincidence circuits 23 and 24 cannot generate the output signals write and reset in time, since the content of the pulse counter 21 is periodically cleared with the reset signal of the circuit 20 before the number of pulses required for generating the output signals of the coincidence circuits is counted .
In the event of an accident in the continuous metal casting plant, e.g. B.
If the crystallizer oscillation device stalls and the strand gets stuck in the crystallizer, there is no drop in the signal of the force generator 10, which is active at the output of the algebraic summator 12 and at the input of the reset circuit 20, until the return voltage of the circuit 20, which is used for the normal operation of the measuring device required reset and write signals continue to be generated. The reset signal no longer reaches the erase input of the additional pulse counter 21, which now takes over control of the measuring process together with the coincidence circuits 23, 24 and the generation of the write and reset signals begins.
This makes it possible to measure the maximum value of the tensile force when pulling from the crystallizer, which in each time interval between the. the coincidence circuit 24 periodically generated write pulses is effective.
Thus, in the device for automatic tensile force measurement during casting from the crystallizer of a metal continuous casting system with the help of the crystallizer accelerometer, the influence of the crystallizer inertial masses that move with acceleration during the crystallizer vibration is also taken into account. This makes it possible to ensure the precise operation of this device, which implements the method for automatic tensile force measurement when the cast strand is pulled out of the crystallizer.