CH650957A5 - Verfahren zur steuerung des ausgussschiebers eines giessgefaesses. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Ausgussschiebers eines Giessgefässes für metallurgische Abgüsse in Abhängigkeit von der Änderung der 20 Badspiegelhöhe der Schmelze im Giessgefäss.

Bei der Steuerung von Ausgussschiebern, insbesondere von Giesspfannenschiebern zum Stranggiessen ist es wichtig, dass durch die Steuerung möglichst konstante Abgussmengen erhalten werden, so dass die Abziehgeschwindigkeit des 25 Gussstranges konstant bleibt. Ferner ist es wichtig, dass durch die Steuerbewegungen des Ausgussschiebers keine Beunruhigung der Ausgussströmung eintritt.

Die bekannten Steuerverfahren arbeiten nach dem Prinzip der Proportional-Verstellung bzw. auf der Analogbasis, 30 wobei die Ausgussschieberbewegungen den Badspiegel-Änderungen zum Beispiel einer Kokille oder in einem Zwischenbehälter stetig folgen.

Der Nachteil der Analogsteuerung liegt besonders darin, dass die dabei auf der hydraulischen Seite notwendigen Pro-35 portionalventile sehr störanfällig und kompliziert sind. Ausserdem ist die Abgleichung des eingeprägten Stromes recht schwierig, da die Magnetkraft der Magnetventile, die in der Regel verwendet werden, direkt abhängig ist von der Druckdifferenz, der Viskosität der Fluidmittel bzw. deren Tempe-40 ratur. Da sich diese Parameter im Betrieb ständig ändern, wird die ursprüngliche Abgleichung verlassen und neue Werte annehmen. Dies führt dann während des Betriebes zum Übersteuern oder zum Untersteuern der Sollwerte, was zur stetigen Unruhe der aktiven Prozessorgane und auch Ab-45 gussströmung führt.

Es ist weiterhin bekannt, dass bei der sogenannten «schwimmenden» Proportionalverstellung die Haltbarkeit des feuerfesten Materials im Schieberverschluss sehr begrenzt ist.

so Bei dem Verfahren gemäss der DE-OS 28 17 115 ist vorgesehen, dass zur Steuerung der Öffnung des Giesspfannen-schiebers die Abzugsgeschwindigkeit des Stranges am Ausgang der Stranggiesskokille gemessen und die Einstellung des Giesspfannenschiebers bestimmt wird, um die Abzugsge-55 schwindigkeit des Stranges möglichst konstant zu halten. Ferner ist eine Regelvorrichtung am Eingang der Giesskokil-le vorgesehen, um den Pegel auf einer konstanten Höhe in der Giesskokille zu halten. Eine derartige Steuerung ist jedoch für die praktischen Erfordernisse nicht ausreichend, da 60 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 gleichmässi-gen Strangabzug zu gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs definierte 65 Steuerungsverfahren für einen Ausgussschieber insbesondere dahingehend zu verbessern, dass einerseits die Anzahl der Verstellbewegungen des Ausgangsschiebers verringert wird, so dass ein ruhigerer Giessstrahl erreicht wird, und anderer-

seits - bei gleichzeitiger konstruktiver Vereinfachung - die Genauigkeit der für den jeweiligen Giesszeitpunkt notwendigen Giessgeschwindigkeit zu verbessern, so dass sich ausser einem geringeren Verschleiss der feuerfesten Giesselemente vor allem auch eine gleichmässigere Giessstrangqualität ergibt.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäss dadurch gelöst, dass die Steuerungssollwerte für den Ausgussschieber intermittierend unter Heranziehung des Wertes der oberhalb des Ausgussschiebers zum jeweiligen Abgusszeitpunkt vorhandenen Badspiegelhöhe mit dem aus dem Zeitintegral der vorhergehenden jeweiligen Ist-Schieberöffnungen ermittelten Schmelzenvolumen ermittelt und eingestellt werden, und dass die Steuerungs-Sollwerte ferner gemäss mindestens einem, dem Giessstrahl nachfolgenden, im Bereich eines weiteren Badspiegels festgelegten Grenzwertniveau bestimmt werden, wobei eine Verstell-Bewegung des Ausgussschiebers immer dann eingeleitet wird, wenn das Grenzwertniveau überschritten wird.

Die erfindungsgemässe Lösung stellt eine einfache Steuerung für Ausgussschieber dar, bei der komplizierte und störanfällige Proportionalventile entbehrlich sind, und die sich insbesondere durch genaue Anpassung per 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 Gefass für metallurgische Abgüsse, z. B. in der Giesspfanne und des im vorhergehenden Zeitintervall jeweils abgegossenen Schmelzenvolumens 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.

Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.

Im folgenden wird anhand einer bevorzugten, in den anliegenden Zeichnungen schematisch dargestellten Steuerschaltung und deren Einzelelemente das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine kompatible Taktsteuerung für einen Giess-pfannenschieber, 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 Steuerungeines Giesspfannenschiebers 10. Die Schieberplatte und Ausgusshülse mit Stahlrahmen sind mittels einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 12 hin- und herverschiebbar. Die hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit 12

650 957

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 Zwischengefass 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 «II» 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-, Induktionsoder Kapazitätswerte vorsieht, wodurch die Digital-Kippwerte bestimmt werden. Somit kann für die weitere Beschreibung die Signalform nach «II» angezogen werden, da das Signalverhalten «I» hinter dem Analog-Digital-Wandler gleichen Charakter hat wie die Signalform «II».

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:

1) Die Hubzeit über dem Ausgussdurchmesser, die sich aus Pumpenleistung und der Nennweite des Steuerventils ergibt, wird mit der eingeprägten Frequenz Io gemessen, so dass sich für einen bestimmten Hub H bzw. eine bestimmte Querschnittsfläche Ax 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 Referenz-Schaltung 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 A1 wird in jedem Augenblick durch eine Impulsmenge I dargestellt; ebenfalls ist damit auch im voraus eine zu ändernde Querschnittsfläche zAj durch eine Impulsmenge 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.

Zur besseren Verdeutlichung der Zusammenhänge ist die Ausgussöffnungsfläche Al des Giessstrahls als Ersatzbetrachtung nicht kreisförmig, sondern quadratisch bzw. rechteckförmig dargestellt. Die Ausgussöffnungsfläche errechnet sich demnach aus der Gleichung

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

650 957

4

D"

Ai ■

h

= a b Cl)

Fig. 2 zeigt die Giessstrahlsäule Q, die eine Überschussleistung q beinhaltet, wenn davon ausgegangen wird, dass die Abgangsleistung in die Strangkusskokille

In der Zähleinheit (Funktionseinheit-Vorwärtszähler) 2.1 werden die Zeitintervalle, welche durch die Grenzwertniveaus a und ß 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 Grenzwertniveaus a und ß bestimmte Sollwertband verstreicht. Die registrierte Impulsmenge wird einer Recheneinheit 11.1 mitgeteilt. Die Recheneinheit 11.1 funktioniert nach folgender Gleichung:

Qy = Q - q

O 10

[=-]

A2 * .c n

a • AT • v zn (7)

n ist. 15

Die Überschussleistung q des Flüssigkeitsstrahls wird bestimmt durch:

— a • A b • v m

20

(3)

Durch die Gleichung (2) wird das Zeitintervall A, welches 25 zum Anstieg des Flüssigkeitsspiegels über die Messstrecke aß = c benötigt wird, bestimmt. a,ß stellen Badspiegel-Grenzwertniveaus dar, wobei die Messstrecke c ein sogenanntes Sollwertband definiert, innerhalb dem der Badspiegel liegen soll. Die Messwerte beinhalten bereits alle Werte 30 der Strömungsverluste, da über AT die tatsächliche Ist-Überschussleistung q anhand der genau bekannten Grössen und

Aj = a • b [m2] A2 = e-l[m2]

(4)

(5)

ermittelt wird.

Demnach ergibt sich für das Zeitintervall AT folgende Beziehung:

35

40

=

• v m

m m

m

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 vorgesehen 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

45

(6)

d A«

dt

(8)

Die augenblickliche Ausgussöffnungsfläche A1 ist aus der Rückmeldeinformation während des letzten Zeitintervalls AT bekannt (aus der Kolbenstellungs-Rückmeldung).

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. Andererseits steht die Öffnungsfläche A1 oder auch die Überschussfläche AA1, 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.

die augenblickliche Ausgussöffnungsfläche ermittelt.

Dieser Wert wird in die Recheneinheit 5.1 ständig eingegeben, die nach der Gleichung

55

60

Qn = J n f (t) * dt * dA1

die bis zum Aktivitätszeitpunkt n aus der Giesspfanne 13 ausgeflossene Schmelzmenge Qn errechnet und fortlaufend hochzählt, wobei die Funktion f(t) eine maschinenspezifische Zählfunktion bei Veränderung der Ausgussöffnungsfläche 65 Aj darstellt.

Mit einer Recheneinheit 6.1 wird schliesslich zum Aktivitätszeitpunkt n die tatsächliche ferrostatische Höhe hn des Badspiegels in der Giesspfanne 13 wie folgt bestimmt:

5

650 957

Qn'

hn = ho "

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 v„ nach der folgenden Gleichung ermittelt:

,/2g • hn vn = ' . . i L" Cl"

Die Gleichung (11) berücksichtigt mit X und L/D die Strömungsverluste im Ausguss.

Der Wert X 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 Grenzwertniveaus a oder ß über- oder unterschreitet.

Die sich ergebende Überschussleistung bzw. Unterschussleistung q wird beim nächsten Korrekturschritt eliminiert.

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

IÌS =1 (12)

IR

quittiert. Das Verhältnis Ik/IR ist 1 und wird als Idealfall angesteuert. Bei diesem Idealfall befindet sich der Ausgussschieber in der Sollwertstellung.

Von Wichtigkeit sind auch noch die Niveaus y und 8.

Die Niveaus y und 8 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 Niveaus y oder 8 eine jeweils vorgegebene feste Impulsrate direkt als Verstelltakt an ein hydraulisches By-passventil (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 (a,ß) 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%-Gren-ze eine feste Impulsrate aus der Einheit 2.2 frei, wodurch der Ausgussschieber 10 sofort über das hydraulische Bypassven-til 2 (Fig. 1) geschlossen wird.

In diesem Falle sind keine anderen Messgrössen als die Grenzwertniveaus a-8 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 Messgrössen einer 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 tn

Qyn - y f (t) * dt • A3 (13)

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 Giess-pfannengewicht 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 Steuerungsablauf in einem Parallel-Schieberregister 9.1 Daten gespeichert, und zwar bei jeder Aktivität der Steuerung, also bei Über- oder Unterschreiten der Badspiegel-Grenz-wertniveaus ß bzw. a. Dabei werden in dem Parallel-Schieberregister zu jedem Aktivitätszeitpunkt tx bis tn parallel die Werte 5T, v, Q, Al5 h und IR gespeichert. Aus den gespei5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

650 957

cherten Werten wird ein Korrekturfaktor in einer Recheneinheit 10.1 ermittelt, der dann der Recheneinheit 11.1 zur Ermittlung der Grösse des nächstfolgenden Korrekturschrittes eingegeben wird.

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 Pfanne 2 greift auf die Werte der Pfanne 1 zurück, die Pfanne 3 auf die Werte der Pfanne 2, welche schon von der Pfanne 1 gelernt hat, usw. usw. Die Werte der Pfanne 5 beruhen dann schon auf der Erfahrung 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 Selbstlerneffekt hat auch zur Folge, dass die An-steuerung des Sollwerts 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. Dabei 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 Nothaltniveaus 5 und y 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 bevorzugte Einrichtungen zur Ermittlung der exakten Stellung eines Arbeitskolbens dargestellt. Die Kolben-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 Gabel-kopplers 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 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.

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

650 957

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 vorzeichenrichtig, von einem beliebig festlegbaren Bezugspunkt aus - wird dann die jeweilige Verfahrensstrecke 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 An-steuerung 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 bevorzugte 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 Gëgendruck, 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 zu automatischer Ansteue-rung 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 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. Örtliche 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 zur 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.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

S

5 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

650 957 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Steuerung des Ausgussschiebers eines Glasgefasses für metallurgische Abgüsse in Abhängigkeit von der sich ändernden Badspiegelhöhe (h) der Schmelze im Giessgefäss, insbesondere beim Sequenz-Strangguss, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs-Sollwerte (Abn) für den Ausgussschieber intermittierend unter Heranziehung des Wertes der oberhalb des Ausgussschiebers zum jeweiligen Abgusszeitpunkt vorhandenen Badspiegelhöhe (hn) mit dem aus dem Zeitintegral der vorhergehenden jeweiligen Ist-Schieberöffnungen ermittelten Schmelzenvolumen ermittelt und eingestellt werden, und dass die Steuerungs-Sollwerte ferner gemäss mindestens einem dem Giessstrahl nachfolgenden, im Bereich eines weiteren Badspiegels festgelegten Grenzwertniveau (a-5) bestimmt werden, wobei eine Ver-stell-Bewegung des Ausgussschiebers immer dann eingeleitet wird, wenn das Grenzwertniveau überschritten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs-Sollwerte als Sollwertband so bestimmt werden, dass sich die Höhe des weiteren Badspiegels innerhalb eines durch zwei Grenzwertniveaus (a,ß) definierten Bereichs befindet derart, dass eine Bewegung des Ausgussschiebers immer dann eingeleitet wird, wenn das Sollwertband über- oder unterschritten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Badspiegel-Grenzwertniveaus ausserhalb des Sollwertbandes mindestens ein weiteres Niveau (y,8) bei Überschreiten bzw. Unterschreiten des Badspiegels über bzw. unter einen entsprechenden obersten bzw. untersten Grenzwert hinaus eine Verstellbewegung des Ausgussschiebers mit erhöhter Geschwindigkeit in seine Schliess- bzw. volle Öffnungsstellung auslöst.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Ausgussgeschwindigkeit in einem Rechner nach folgender Gleichung ermittelt wird:

2g • hn , wobei

L = Länge des Ausflusskanals,

D = Durchmesser des Ausflusskanals, X = Widerstandsbeiwert g = Erdbeschleunigung hn = tatsächlich ferrostatische Höhe in dem Gefass sind, umd die ferrostatische Höhe hn sich aus der Gleichung

, , Qn hn = ho ~ ~ÄE

ergibt mit ho = maximale ferrostatischer Höhe in dem Gefass, Ao = Querschnittsfläche des Gefässes und Qn = aus dem Gefass im Zeitintervall AT ausgeflossene Schmelzenmenge.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ausgussschieber von einer hydraulischen Arbeits-Kolben-Zylinder-Einheit gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Schieberöffnungen unter Verwendung einer Referenz-Kolben-Zylinder-Einheit gemessen werden, die abseits von den extremen Umgebungsbedingungen des Gefasses angeordnet ist, wobei Leckflüssigkeitsverluste im Arbeitszylinder berücksichtigt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ausgussschieber von einer zweiseitig beaufschlagbaren Kolben-Zylinder-Einheit gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung der Ist-Schieberöffnungen unter Verwendung von den beiden Arbeitskammern des Zylinders zugeordneten Durchflussmessern erfolgt, wobei Leckflüssigkeitsverluste im Zylinder berücksichtigt werden, s

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ausgussschieber von einer Kolben-Zylinder-Einheit gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Ist-Schieberöffnungen der dem Kolbendruck entgegenwirkende Druck eines auf den Kolben wirkenden elastischen io Elementes gemessen wird.