DD201982A5 - Verfahren zur kontrolle und regelung von betriebdaten einer walzenstrangusssssmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezweckt die Bereitstellung eines Verfahrens zur Kontrolle und Regelung von Betriebsparametern einer Maschine zum Stranggiessen von Baendern in Walzen, mit dem das Ankleben verhindert werden kann. Dieses Verfahren besteht darin, als Parameter das Moment zu betrachten, das auf eine der Walzen ausgeuebt wird, um das Band vorwaerts zu ziehen, und staendig die Frequenz der Schwankungen des Wertes des Moments mit einer Bezugsfrequenz zu vergleichen. Wenn die Frequenz der Schwankungen ueber der Bezugsfrequenz liegt, wird die Giessgeschwindigkeit der Maschine verringert und/oder die Schmiermittelzufuhr erhoeht, bis die Schwankungsfrequenz wieder unter der Bezugsfrequenz liegt. Dann wird die Geschwindigkeit der Giessmaschinen so lange erhoeht, wie die Schwankungsfrequenz kleiner bleibt als die Bezugsfrequenz.

Description

Berlin, den 21.5.1982

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Verfahren zur Kontrolle und Regelung von Betriebsdaten einer IValzenstranggußmaschine

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle und Regelung von Betriebsdaten einer Walzenstranggußmaschine für Bänder.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits Stranggußmaschinen mit beweglicher Gußform (Walzen) bekannt, die benutzt werden,.um aus einer Metallschmelze direkt ein kontinuierliches Band herzustellen, dessen Breite einige Meter erreichen kann und dessen Dicke einem Zentimeter nahe kommen kann.

Diese Maschinen bestehen im wesentlichen:

- einerseits aus einer Speisungsvorrichtung für das flüssige Metall, das ~ in der Fließrichtung des Metalls - nacheinander umfaßt:

« einen Ofen, der den flüssigen Zustand des Metalls

erhält, . eine Durchflußrinne, die mit dem Regelsystem für Stand

und Zuflußmenge des flüssigen Metalls ausgestattet ist, , eine Stranggußdüse zur Verteilung des Metalls, an deren Austrittsende sich eine rechteckige öffnung befindet;

- und andererseits aus einer Kühl- und Walzvorrichtung, die zwei Walzen umfaßt, deren Achsen zueinander parallel und je nach der gewünschten Banddicke in einem größeren oder

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kleineren Abstand voneinander angeordnet sind. Diese Walzen sind an ihren Außenseiten mit achsrechten zylinderförmigen Verlängerungsstücken oder Zapfen versehen, die über Auflager in öffnungen gelagert sind, die in Rahmenquerträger oder Einbaustücke vorgesehen sind, die ihrerseits mit einem Halterungssystem ausgestattet und mit zwei senkrechten Ständern verbunden sind, die den Maschinenrahmen bilden.» Sie sind in ihrem Inneren mit einem Kanalnetz ausgestattet, in dem eine Kühlflüssigkeit zirkuliert. Darüber hinaus sind sie über Verlängerungen mit einem Motor verbunden, der ihnen eine Drehbewegung in entgegengesetzter Richtung verleiht» Die Außenfläche dieser Walzen ist mittels eines geeigneten Spritzsystems gleichmäßig mit Schmiermittel bedeckt»

Diese beiden Vorrichtungen sind zueinander so angeordnet, daß der Austrittsabschnitt der Stranggußdüse parallel zu den Walzenachsen liegt, und zwar in einem bestimmten Abstand von der Ebene, die durch diese Achsen verläuft, die man als Austrittsebene bezeichnet. Wenn die Maschine arbeitet, füllt das durch die Düse verteilte Metall den freien Raum zwischen den Walzen entlang eines Kreisbogens aus, der zwischen der Ebene des Austrittsabschnittes der Walzen gebildet wird.

Unter der Einwirkung der Walzen kühlt sich das Metall ab, beginnt sich zu verfestigen, und zwar an einer Stelle, die auf Grund des Vorhandenseins eines mehr oder .weniger zähflüssigen Gemisches von Kristallen und Flüssigkeit als Sumpf bezeichnet wird und die von der Ebene des Austrittsabschnittes der Düse einen Abstand hat, der im allgemeinen als Sumpf tiefe bezeichnet wird. Dann verfestigt sich das Metall vollständig und wird zur Austrittsebene der 'Walzen

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in einen immer schmaleren Spalt gezogen, wo es einer Walzdruckkraft ausgesetzt wird, durch die es allmählich die gewünschte Dicke erhält, die in dem Augenblick erreicht ist, wenn es den Spalt zwischen den Walzen in Form eines Bandes verläßt, das von einem Wickler aufgefangen wird.

Dieses Band wird in der Folge verschiedenen mechanischen und/oder thermischen Behandlungen unterzogen, die zu Produkten führen, wie beispielsweise dünne Bleche, deren mechanische Eigenschaften, wie Festigkeit, Elastizitätsgrenze, Dehnung, Härte usw., zum Teil von der Qualität des .mit der Gießmaschine erzeugten Bandes abhängen.

Es ist somit wichtig, zu versuchen, von Anfang bis Ende des Bandgießens eine gute Qualität zu erhalten. Dazu ist es notwendig, daß die Maschine unter Bedingungen arbeitet, die zur Erreichung dieses Ziels die günstigsten sind, selbst wenn ihr Betrieb mit maximaler Geschwindigkeit erfolgt. _e

Eine gute Qualität setzt voraus, daß keine Fehler, wie Risse, Sprünge oder Gratbildungen des Metalls, beim Austritt aus den Walzen vorhanden sind. In einer älteren Lösung der Anmelderin ist ein Verfahren zur Kontrolle und Regelung aufgezeigt, durch das diesem Erfordernis Rechnung getragen werden kann und in dem als Betriebsdaten die Walzdruckkräfte, das zum Ziehen des Bandes notwendige Gesamtmoment und die Temperatur beim Austritt des Bandes verwendet werden, Dennoch berücksichtigt ein derartiges Verfahren nicht die Erscheinungen des Zusammenklebens, die zwischen Walzen und Gußerzeugnis eintreten und über die Austrittsfläche der Walzen hinaus anhalten kann, wodurch

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es zu mehr oder weniger großen Schaden auf dem Band kommt und es manchmal notwendig ist, es zum Ausschuß zu werfen.

Die Ursachen dieses Zusammenlebens sind zugleich mit der Gießgeschwindigkeit und mit der auf die Walzen gespritzten Schmiermittelmenge verbunden» Es wurde festgestellt, daß beim Überschreiten bestimmter Geschwindigkeiten die Tendenz zum Ankleben stärker wurde. Um dem entgegenzuwirken,, kann natürlich die Schmiermittelmenge erhöht werden, aber der Fachmann weiß,, daß eine zu reichliche Schmierung die Gefahr birgt, den Wärmeaustausch zwischen dem Metallgußstück und der Oberfläche der Walzen zu zerstören und Gratbildungen zu bewirken« Auch wird man in diesem Fall dazu verleitet, die Geschwindigkeit der Maschine zu reduzieren und somit ihre Produktivität zu verringern. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, für die Schmiermittelmenge und die Gießgeschwindigkeit optimale Bedingungen zu finden, die gestatten, daß die Maschine maximal arbeitet, ohne daß ein Ankleben auftritt. Man könnte denken, man sollte diese Bedingungen ein für allemal festlegen, jedoch sind sie zeitlich nicht stabil, da sie von zahlreichen veränderlichen Faktoren abhängen, wie Homogenität, Temperatur und Stand des flüssigen Metalls, Temperatur und Oberflächenzustand der Walzen, Faktoren, für die die kontinuierliche Gesamtkontrolle schwierig und für manche von ihnen unmöglich ist. Meistens werden die Gießmaschinen mit Geschwindigkeiten eingesetzt, die deutlich unter ihren Möglichkeiten liegen, um das Auftreten des Zusammenklebens zu vermeiden, unabhängig davon, wie die eventuellen Schwankungen der Betriebsparameter aussehen*

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die 'Bereitstellung eines Verfahrens zur Kontrolle und Regelung von Betriebsdaten einer Walzenstranggußmaschine für Bänder, wodurch eine Erhöhung der Arbeitsproduktivität der Maschine bei gleichzeitiger Qualitätsverbesserung des Gußerzeugnisses erreicht werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ankleben des Gußerzeugnisses an den Walzen zu vermeiden»

Dieses Verfahren, in dem als Parameter das.auf die eine oder die andere Walze ausgeübte Moment für die Vorwärtsbewegung des Bandes und nicht das Gesamtmoment verwendet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß ständig die Frequenz der Schwankungen des Wertes des Moments mit einer Bezugsfrequenz verglichen wird. Wenn die Frequenz der Schwankungen über der Bezugsfrequenz liegt, wird die Gießgeschwindigkeit der Maschine reduziert, und/oder die zugeführte Schmiermittelmenge wird erhöht, bis die Frequenz der Schwankungen wieder unter der Bezugsfrequenz liegt und eine bestimmte Zeit auf diesem Wert bleibt. Dann wird die Gießgeschivindigkeit so lange erhöht, wie die Frequenz der Schwankungen unter der Bezugsfrequenz bleibt.

Somit besteht das erfindungsgemäße Verfahren zunächst darin, als Betriebsparameter nur das Moment zu betrachten, das auf die eine oder die andere Walze ausgeübt wird, um das Band vorwärts zu bewegen« Die Verwendung dieses Parameters

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ergibt sich daraus, daß festgestellt worden ist, daß beim Ankleben des Bandes auf einer der Walzen fast die Gesamtheit des Moments auf die entgegengesetzte Walze ausgeübt wird, ohne daß das Gesamtmoment merklich beeinflußt wird, das sich, wenn kein Ankleben erfolgt, etwa gleichermaßen auf die beiden Walzen verteilt. Es genügt somit, das eine oder das andere dieser Momente zu betrachten, um die plötzliche Schwankung zu entdecken, bei der es zum Ankleben kommt. Dedoch kann es unter diesen Bedingungen den Anschein haben, daß das Verfahren auf ein schnelles Erfassen der Erscheinung und auf einen Eingriff zu ihrer Verhinderung beschränkt ist, was die Bildung eines Schadens auf dem Band nicht verhüten und trotz allem zu einem teilweisen Ausschuß führen Wurde. Im Rahmen der Erfindung kommt es aber darauf an", dem Ankleben vorzubeugen und Mittel anzugeben, mit denen eingegriffen werden kann, bevor sich ein Schaden zeigt. Hierzu wurde von den Beobachtungen des Anmelders ausgegangen, die zeigen, daß vor dem Eintritt eines für den Zustand des Bandes schädlichen Anklebens zuerst ein sehr geringes Ankleben auftritt, das auf eine sehr kleine Fläche beiderseits einer Mantellinie einer der Walzen begrenzt ist und der Bandqualität nicht schadet, danach ein Wiederablösen eintritt, dem sofort ein neues sehr geringes Ankleben.folgt« Dieses setzt sich fort bis zum vollständigen Ankleben, das im allgemeinen nach einer ein- oder mehrfachen Umdrehung der Walze erfolgt. Es gilt also derartige geringe Anklebeerscheinungen entdecken zu können, um ihrer Verallgemeinerung vorzubeugen» Auch hier zeigte der Anmelder, daß bei normalem Betrieb der an einer der Walzen gemessene Wert des Moments während einer Periode von einigen -zig Sekunden schwankte, während sich die.se Periode merklich verringert und zu Werten unter einer Se-

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künde führt, wenn geringfügige Klebeerscheinungen auftreten

Somit würde es, um das geringe Ankleben zu erfassen, genügen, diese Verringerung der Schwankungsperiode zu entdecken und sie mit einer Bezugsperiode von einer Sekunde zu vergleichen oder auch, da die Periode die Umkehrung der Frequenz ist, letztere als Meßfaktor zu nehmen und mit einer Frequenz von einem Hertz zu vergleichen,

Dies wurde praktisch ausgeführt, indem das von einem Dehnungsstreifen, der z. B, auf der Verlängerung einer Walze oder auf einem der Zapfen der Maschine angebracht wird, gegebene elektrische Signal mit Hilfe von Kondensatoren frequenzgefiltert wurde» Man könnte aber auch die Angaben eines Frequenzmessers oder jedes anderen geeigneten Instruments verwenden, "Bei normalem Betrieb ist das gefilterte Signal fast !constant und Null, da die Frequenz der Schwankungen unter einem Hertz liegt. Dagegen entfernt sich das Filtersignal ab dem Augenblick, in dem geringe Anklebeerscheinungen auftreten, merklich vom Wert O und schwankt mit einer bestimmten Frequenz, während eine Änderung der Leistung des Antriebsmotors der Walzen und somit des Gesamtmoments nicht meßbar ist,

Indem auf diese Weise der weiteren Ausbreitung des Schadens vorgebeugt ist, ist es notwendig, daß sein Auftreten verhindert werden kann. Dazu wird die Gießgeschwindigkeit verringert und/oder die zugeführte Schmiermittelmenge erhöht.

Die Minderung der Geschwindigkeit wird beispielsweise erreicht, indem die Speisungsgleichspannung des Antriebsmotors der Walzen geändert wird; die zugeführte Schmiermittelmenge wird z, B₄ durch eine unterschiedliche Ein-

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stellung der Zulaßventile verändert. Dieser eingriff erfolgt nicht sofort nach Entdeckung eines Signals, das anzeigt, daß die Frequenz der Schwankungen des Moments die Bezugsfrequenz überschreitet, sondern wenn dieses Signal etwa fünf Sekunden angehalten hat, und zwar um nicht flüchtige Erhöhungen zu berücksichtigen, die auftreten können und von zeitweiligen Schwankungen bestimmter Betriebsparameter bedingt werden, die mit der Klebeerscheinung in keinerlei Beziehung stehen.

Indem auf diese Weise die Betriebsbedingungen der Maschine geändert wurden, dauern die ein Ankleben anzeigenden Signale entweder an, in welchem Fall die Geschwindigkeit erneut reduziert und/oder die zugeführte Schmiermittelmenge erneut erhöht wird, oder, im Gegensatz dazu, sie verschwinden, und in diesem Fall kann nach einer bestimmten Zeit der Stabilität von einer bis zu einigen Minuten die Geschwindigkeit wieder erhöht werden, und zwar so lange, wie die Frequenz der Schwankungen unter der Bezugsfrequenz bleibt.

Die Reduzierung oder die Erhöhung der Geschwindigkeit der Maschine erfolgt allmählich oder in Stufen bestimmter Dauer.

Somit kann die Geschwindigkeit innerhalb, von Zeitperioden,

die unter fünf Minuten liegen, um einen Wert verringert

werden, der unter 15 % des Wertes liegt, den sie im unmittelbar vorhergehenden Augenblick hatte.

Ebenso kann sie in Zeitperioden unter fünf Minuten um einen Wert erhöht werden, der unter 10 % ihres Wertes in einem unmittelbar vorhergehenden Augenblick liegt.

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Was das Schmiermittel betrifft, so kann die Zufuhrmenge um 5 % bis 15 % des Wertes, den sie in dem Augenblick hatte, in dem die geringen Klebeerscheinungen aufgetreten sind, erhöht werden*

Die verschiedenen Funktionen: Analyse der vom Dehnungsmeßstreifen ausgesendeten Signale und ihre Verwendung für die Geschwindigkeit der Maschine oder die Schmierbedingungen, werden mit Hilfe eines Rechners vom Typ Digitalrechner, Minirechner, Mikroprozeßrechner oder vom Typ eines klassischen Programmierautomaten ausgeführt.

Ausfü hrunq sbeisp iel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine perspektivische Darstellung einer Walzenstranggußmaschine.

In der Zeichnung ist eine Speisungsdüse 1 dargestellt, durch die das flüssige Metall zwischen die beiden Walzen 2 und 2* eingelassen wird. Die Zapfen 3 und 4 der Walzen 2; 2' sind von den Einbaustücken 5 und 6 gehalten, die mit dem Ständer 7 verbunden sind. Die beiden Walzen 2; 2,¹ haben eine mit Schmiermittel bedeckte Oberfläche, die über mit Ventilen 9; 9' verbundene Verteilerarme 8 und 8.' mit dem Schmiermittel benetzt wird. Nach dem Abkühlen und Walzen 2; 2" verläßt das Metall die Maschine in Form eines Bandes 10, das zu einem Wickel aufgewickelt wird.

Die Walzen 2; 2' werden durch einen Motor 12 in entgegeng°esetzter Drehrichtung angetrieben.

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Mit Hilfe eines Dehnungsmeßstreifens 13 läßt sich der Wert des Moments auf einer der Walzen 2; 2' ablesen. Dieses Maß wird einem Rechner 14 übermittelt, der über eine Einrichtung 15 die Geschwindigkeit des Motors 12 steuert, indem die Speisungsstromspannung geändert und der Zulaß des Schmiermittels in die Verteilerarme 8; 8,'. durch die Ventile 9; 9.' geändert wird*

Die Anwendung der Erfindung wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht:

Man gießt eine Legierung 1235, deren Zusammensetzung im "Standard for Aluminium Mill Products" - veröffentlicht durch ALUMINIUM ASSOCIATION - beschrieben wird, in Form eines Bandes von 8 mm Dicke mit einer Geschwindigkeit von · 1,30 m/min und einer Schmiermittelzufuhr von 10 l/Stunde mit einer Walzenstranggußmaschine, die mit einem Minirechner ausgerüstet ist« Da die Geschwindigkeit der Maschine und die Zulaßventile für das Schmiermittel nicht durch den Rechner kontrolliert werden, wird ständig das auf die untere Walze ausgeübte Moment mit Hilfe eines Dehnungsmeßstreifens gemessen, der auf den Walzenzapfen geklebt ist. Das Signal wird zu einem elektronischen Gerät gesendet, durch das die Schwankungen des Moments direkt ermittelt werden können und in dem dieses Signal elektronisch gefiltert wird, und zwar so, daß nur diejenigen festgehalten werden, deren Frequenz über einem Hertz liegt. Die Aufzeichnung der Signale vor dem Filtern zeigt die Änderungen eines durchschnittlichen Wertes des Moments nach beiden Seiten während einer Periode von 30 Sekunden, während der Zeiger des Filtersignals auf Null stehen bleibt.

Nachdem zehn Minuten gegossen wurde, ist eine Verstärkung der Schwankungen des Wertes des Moments festzustellen,

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deren Frequenz nahe 3 Hertz liegt, und der Zeiger des Filtersignals weicht von Null ab. Diese Erscheinung dauert zwei Sekunden, dann geht der Zeiger zurück auf Null, was bedeutet, daß die Maschine vfieder unter normalen Bedingungen arbeitet· Nach einigen Minuten wiederholt sich die gleiche Erscheinung zehn Sekunden lang und hört wieder auf. Nach vier Störungen dieser Art steigt der Wert des Moments heftig an, und es kommt zu einem allgemeinen Ankleben.

Nachdem das Band zum Ausschuß geworfen wurde, werden die gleichen Betriebsbedingungen wie vorher hergestellt, das heißt,, eine Gießgeschwindigkeit von 1,3 m/min und eine Schmiermittelzufuhr von 10 l/Stunde, und mit Hilfe des Mikrorechners werden die Geschwindigkeit der Maschine und die Zulaßventile für das Schmiermittel entsprechend den Angaben des Filtersignals eingestellt» Nach 15'Minuten Betrieb wird eine Schwankungsfrequenz des Wertes des Moments um 3 Hertz angezeigt ♦ Die Schmiermittelmenge wird dann automatisch auf 11 l/Stunde erhöht und die Gießgeschwindigkeit um 0,5 m/min verringert. Nach einigen Sekunden hat die Schwankungsfrequenz wieder ihren normalen Wert erreicht, und das Filtersignal ist Null, Nach fünf Minuten Betrieb unter diesen Bedingungen wird die Geschwindigkeit wieder allmählich bis auf 1,4 m/min erhöht, und das Gießen wird mit dieser Geschwindigkeit fortgesetzt, ohne daß das Auftreten neuer geringfügiger Klebeerscheinungen, selbst nach . mehreren Stunden Gießen, festzustellen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet Anwendung beim Stranggießen von Metallen in Walzen, und zwar in allen Fällen, in denen man das Kleben des Bandes auf den Walzen verhindern und den Betrieb der Maschine unter Bedingungen maximaler Produktivität aufrechterhalten will»

Claims (11)

1, Verfahren zur Kontrolle und Regelung von Betriebsdaten einer Walzenstranggußmaschine für Bänder, wobei als
Parameter das Moment verwendet wird, das auf die eine
oder die andere Walze zwecks Vorwärtsziehen des Bandes ausgeübt wird, gekennzeichnet dadurch, daß ständig die Frequenz der Schwankungen des Wertes des Moments mit
einer Bezugsfrequenz verglichen wird, wobei, wenn die
Schwankungsfrequenz über der Bezugsfrequenz liegt, die Gießgeschwindigkeit der Maschine verringert und/oder
die Schmiermittelzufuhr erhöht wird, bis die Frequenz
der Schwankungen wieder unter der Bezugsfrequenz liegt und eine bestimmte Zeit auf diesem Wert bleibt, wonach die Gießgeschwindigkeit erhöht wird, und zwar so lange·, wie die Schwankungsfrequenz unter der Bezugsfrequenz
bleibt.

2, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verringerung der Geschwindigkeit und/oder die Erhöhung der Schmiermittelzufuhr erst stattfindet, wenn die
Frequenz der Schwankungen fünf Sekunden lang höher ist als die Bezugsfrequenz.

3, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gießgeschwindigkeit erhöht wird, wenn die Frequenz der Schwankungen mindestens eine Minute lang unter der
Bezugsfrequenz bleibt.

4_# Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bezugsfrequenz ein Hertz ist.

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5» Verfahren nach Punkt I₁ gekennzeichnet dadurch, daß die Gießgeschwindigkeit in aufeinanderfolgenden Stufen verringert wird,

6» Verfahren nach Punkt I₁ gekennzeichnet dadurch, daß die Gießgeschwindigkeit in jeder Stufe um einen Wert verringert wird, der unter 15 % des Wertes der Geschwindigkeit in einem unmittelbar vorhergehenden Augenblick liegt»

7» Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß jede Stufe der Geschwindigkeitsverringerung eine Dauer unter fünf Minuten hat.

8, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Geschwindigkeit in aufeinanderfolgenden Stufen erhöht wird.

9. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gießgeschwindigkeit in jeder Stufe um einen Wert erhöht wird, der unter 10 % des Wertes der Geschwindigkeit in einem unmittelbar vorhergehenden Augenblick liegt.

10. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß jede Stufe der Geschwindigkeitserhöhung eine Dauer unter fünf Minuten hat.

11, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die durchschnittliche Schmiermittelzufuhr um 5 bis 15 % ihres Anfangswertes erhöht wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung