DE2000963A1 - Verfahren und Einrichtung zum automatischen schrittweisen Regeln des Schmelzenausflusses aus einer Stopfenpfanne od.dgl. zur Speisung einer Stranggiesskokille - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zum automatischen schr-ittweisen Regeln des Schmelzenausflusses aus einer Stopfenpfanne od. dgl. zur Speisung einer Stranggießkokille (Zeichn. P 327) Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum automatischen schrittweisen Regeln des Schmelzenausflusses aus einer Stopfenpfanne od. dgl. zur Speisung einer Stranggießkokille in Abhängigkeit von der Abweichung des Metallspiegelstandes in der Kokille von einem Sollwert.
• Es ist schon ein derartiges Verfahren bekanntgeworden, demzufolge die Abweichung nach Größe und Richtung gemessen und der Meßwert in geeigneter Weise umgeformt und zur Einwirkung auf den Verstelltrieb des Stopfens für die sinngemäße Änderung des Ausflußquerschnittes gebracht wird. Das geschieht in der Weise, daß die einzelnen Regelschritte unter sich gleich gehalten werden, wogegen ihre Richtung und die Dauer des zwischen je zwei Regelschritten liegenden Zeitintervalls durch die Richtung und Größe eines dauernden, der Abweichung vom Sollwert entsprechenden Fehlersignals bestimmt werden. Bei dieser Art Regelung ist jedoch die Tatsache nicht hinreichend berücksichtigt worden, daß es stets einige Sekunden dauert, bis die Wirkung des zuletzt vorgenommenen Regelschritts sich am Metallspiegelstand zeigt. Das führt nämlich zu Übersteuerungen, wenn als Folge einer großen Abweichung vom Sollwert das Zeitintervall so kurz wird, daß sich vährend seiner Dauer die Wirkung des vorangegangenen Regelschritts noch nicht auf den Metallspiegelstand ausgewirkt haben kann. Man versucht zwar, dem dadurch zu begegnen, daß man die Änderungsgeschwindigkeit des Metallspiegelstandes zusätzlich ermittelt und zur korrektur der Wirkung der die Zeitintervalle bestimmenden Fehlersignale benutzt. Damit läßt sich aber der grundsätzliche Mangel des bekannten Verfahrens nicht beseitigen.
• Nach dem erfindungsgemlißen Verfahren wird dagegen die Abweichung des Metalispiegelstandes vom Sollwert periodisch, d. h. in gleichen, vornehmlich einstellbaren Zeitintervallen gemessen und der jeweils daraus errechnete Verstellweg nach Größe und Richtung ohne Verzug in den Verstelltrieb eingegaben. Die gleichbleibende Dauer der Zeitintervalle wird von vorrherein so bemessen, daß sich inzwischen ein vom letzten Regelschritt verursachter Zustand in der Kokille einstellen kann.
• Zur Verfeinerung der Regelung durch die an sich bekannte zusätzliche Berücksichtigung der Xnderungsgeschwindigkeit des Metallspiegelstandes werden die Meßwerte für die Abweichung zweier sich folgender Messungen verglichen und ihre Differenz als Maß für die Änderungsgeschwindigkeit zur Bestimmung eines Korrekturwertes für den zu errechnenden Verstellweg benutzt. Um die Fehler aus dem Totgang des echanischen Teiles des Verstelltriebes auszugleichen, wird vorteilhafterweise aus jeder Umkehrung der Verstellrichtung eine dem Totgang im Verstelltrieb entsprechende Vergrößerung des in den Verstelltrieb einzugebenden Verstellveges hergeleitet.
• Es empfiehlt sich ferner, die Ermittlung des Verstellweges nach Größe und Richtung elektronisch vorzunehmen. Eine geeignete Einrichtung dazu umfaßt einen mehrstufigen Niveau-Anzeiger für den Metallspiegelstand als Meßwertgeber, einen Abfrager zur Ja- und Nein-Abfrage sämtlicher Anzeigestufen bei ein und derselben Befragung, einen Taktgeber zur Viederholung der Befragung in gleichen, gegebenenfalls einstellbaren Intervallen, einen Verstellwert-Rechner für die Berechnung des Verstellweges nach Größe und Richtung aus dem vom Abfrager ihm jeweils überaittelten, durch die Ja- und Nein-Aussage dargestellten Meßwert für den Metallspiegelstand und einen vom Verstellwert-Rechner gemäß dem jeweils errechneten Verstellveg vornehmlich über einen Schaltverstärker beeinflußbaren Verstelitrieb.
• Zur Ermittlung der Änderungsgeschvindigkeit des Metallspiegelstandes durch Vergleich des zuletzt erhaltenen "neuen" Meßwertes mit dem aus der vorangegangenen Befragung hervorgegangenen "alten" Meßwert ist zwischen Abfrager und Versteliwert-Rechner ein Differenz-Rechner eingeschaltet, der zur Speicherung des "alten" Meßwertes ein mit dem Niveau-Anzeiger gleichstufiges Schieberegister enthält und der zur gleichzeitigen Weitergabe des "neuen" Meßwertes und der Meßwertdifferenz an den zur zusätzlichen Auswertung der Letzteren eingerichteten Verstellwert-Rechner geeignet ist.
• Weiterhin kann parallel zur Verbindung zwischen Meßwert-Rechner und Verstelltrieb ein Totgang-Ausgleicher angeordnet sein, der zur Vornahme einer an den errechneten Verstellweg anschließenden, dem Totgang im Verstelitrieb entsprechenden torreXtur ein nach Durchführung der Letzteren löschbares Gedächtnis für eine etwaige Richtungsumkehr des Verstellwertes enthält.
• Zweckmäßigerweise umfaßt der Verstelitrieb hintereinander einen mit konstanter Drehzahl umlaufenden Elektromotor, ein mit zwei Magnetkupplungen ausgestattetes Wendegetriebe und einen Spindel trieb zur Höhenverstellung des Pfannenstopfens,und der Meßwert-Rechner ist zur Wiedergabe des jeweiligen Verstellweges als Einschaltdauer der einen oder anderen Hagnetkupplung eingerichtet. Dementsprechend ist auch der Totgang-Ausgleicher zur Wiedergabe der orrektur als Verlängerung der Einschaltdauer der betreffenden Magnetkupplung eingerichtet.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens geeigneten Einrichtung wiedergegeben.
• Die Zeichnung zeigt sowohl den mechanisch-elektrischen Teil der Einrichtung, als auch den zugehörigen elektronischen Teil in schematischer Darstellung.
• Der mechanisch-elcktrische Teil bestcht in wesentlichen aus einem Schmelzofen 1, an dessen Stelle natürlich auch eine Pfanne, ein Warmhalteofen od. dgl. Behälter treten kann; einem im Boden 2 des Schmelzofens 1 angebrachten Auslamfrohr 3; einem Stopfen 4 zur Minderung bzw zum Abschluß des Austlußquerschnitts 5; einem Spindel trieb 6 für die Höhenverstellung des Stopfens 4 zur Änderung des Durchflußquerschnitts 5 mit Handrad 6' für etwaigen Handbetrieb und einer Getriebeverbindung 6'' für den Anschlµ@ an einen mit konstanter Drehzahl laufenden Elektromotor 7 mit Vendegetriebe 8 mit für beide Drehrichtungen gleicher Ausgangsdrehzahl, das für die Einschaltung der einen oder anderen Verstellrichtung zwei Magnetkupplungen enthält; einer kokille 9, in der der Strang 10 beim Erstarren der durch das Rohr 3 eingebrachten Schmelze 11 gebildet vird, aus der er nach unten durch eine bekannte VorriChtung gleichförmig abgesenkt wird, und in der der Metallspiegel 12 auf gleicher Höhe gehalten verden soll;

  einer Kokille 9, in der der Strang 10 beim Erstarrcn

  das Rohr 3 eingebrachten Schmelze 11 gebildet wird, aus der er

  nach unten durch eine bekannte Vorrichtung gleichförmig abgesenkt

  wird, und in den der Metallspiegel 12 auf gleicher Höhe gchalten

  einem Schwimmer 13 zui Kontrolle des Hetallspiegelstandes mit Gestänge 14 und Abdeckfahne 15 für die fünf Lichtschranken 16 eines Niveau-Anzeigers 17.
• elektronische Teil usfaß folgende Schaltgruppen : den Niveau-Anreiger 17 als Heßwert-Geber; einen Abfrager 18 zur Abfrage des Meßwertes, d. h. des Metallspiegelstandes beim Niveau-Anzeiger 17; einen Taktgeber 19 zur periodischen Auslösung der Meßwert-Abfrage und des daraus resultierenden Regelvorganges; einen ein fünfstufiges Schieberegister enthaltenden Differenz-Rechner 20 zur Ermittlung der Different zwischen dem soeben erhaltenen "neuen" Meßwert und dem im Schieberegister gespeicherten "alten" Meßwert aus der vorangegangenen Abtragung als Haß für die Xnderungs-Geschwindigkeit des Metallspiegelstandes; einen Verstellwert-Recnner 21 zur Ermittlung des Verstellweges nach Größe und Richtung aus dea augenblicklichen Metallspiegelstand und dessen Änderungs-Geschwindigkeit ; einen Totgang-Ausgleicher 22 zur BerUcksichtigung des Totganges im Verstelltrieb 6, 8 bei Umkehr der Verstelirichtung durch einen Zwschlag zum Verstellweg ; einen Schaitverstärker 23 zur Verstirkung der Verstell- und Korrektur-Werte für die Einwirkung auf die eine oder andere der beiden Hagnetkupplungen des Wendegetriebes.
• Der Ausbau der elektronischen Schaltgruppen interessiert im Zusammcnhang mit der Erfindung im einzelnen nicht. Er kann vom Fachmann aufgrund der geforderten Funktionen ohne weiteres mittels der handelsüblichen elektronischen Bauelemente vorgenommen werden.
• Die Funktion der ganzen Einrichtung ergibt sich folgendermaßen: Die Höheneinstellung des Stopfens 4 bestimmt den freien Durchflußquerschnitt 5, und die Regelung gipfelt somit darin, durch einzelne Regelschritte den Stopfen 4 zu heben oder zu senken, um den Ausfluß der Schmelze aus dem Ofen 1 durch den Querschnitt 5 dem Bedarf in der kokille 9 zur möglichsten Aufrechterhaltung eines bestimmten Standes des Metallspiegels 12 anzupassen.
• Es wird dazu je nach des höheren oder tieferen Metallspiegelstand in der kokille 9 durch den Schwimmer 13 über das Gestänge 14 die Abdeckfahne 15 gehoben oder gesenkt und dabei eine kleinere oder größere Anzahl von insgesamt fünf Lichtschranken 16 im Niveau-Anzeiger 17 unterbrochen. Im gezeichneten Beispiel sind zwei Lichtschranken unterbrochen, und drei Lichtschranken sind frei. Diese Zahlen geben den Meßwert, nämlich die Abweichung des Metallspiegelstandes vom Sollwert, an.
• Durch den taktgeber 19 wird der Abfrager 18 (gemäß Pfeil a) periodisch zur Abfrage des Meßwertes beim Niveau-Anzeiger 17 und damit letztenendes zur verzugsfreien Einleitung des nächsten Regelschrittes angeregt. Das geschieht in Intcrvallen von je fünf Sekunden, einer Zeit, die es dem Metallspiegel 12 erlaubt, den Regelschritten zu folgen Der Ahfrager 18 gibt daher alle fünf Sekundei entsprechend der Zahl der Lichtschranken (Stuten) des Niveau-Anzeigers 17 an diesen fünf Abfrage-Impulse (Pfeil b), die dieser je nach der Zahl der augenblicklich unterbrochenen Lichtschranken 16 mit "Ja" oder "Nein" beantwortet (Pfeil c) : Im dargestellten Augenblick also zweimal "Ja" und dreimal I "Nein".
• Dieses soeben gewonnene Abtrage-Ergebnis ("neuer Meßwert") gibt der Abtrages 18 (gemäß Pfeil d) an den Differenz-Rechner 20 weiter. In dessen Schieberegister, dessen Stufenzahl ebenfalls entsprechend der Stufenzahl des Niveau-Anzeigers rtlnf betragt, werden diese Angaben gespeichert und dabei gleichzeitig die Angaben der vorangegangenen Abfrage ("alter Meßwert") ausgeschoben. Zugleich wird der neue und der alte Meßwert verglichen und die Differenz als Maßstab für die Xnderungsgeschwindigkeit gebildet. Der Differenz-Rechner 20 gibt den neuen Meßwert (gemäß Pfeil e) und die Differenz (gemäß Pfeil f) an den Verstellwert-Rechner 21 weiter. Dieser ermittelt den Verstellwert als Zeitgröße und die Verstellrichtung und gibt beidc an den Schaltverstärker 23 veiter (Pfeil g).
• Zugleich wird die Verstellrichtung an den Totgang-Ausgleicher 19 gemeldet (Pfeil h). Ist gegenüber der vorherigen Rechnung keine Richtungsänderung eingetreten, so geschieht dort weiter nichts.
• Der Verstcllvcg-lmpuls wird im Schaltverstärker 23 verstärkt und bevirkt die Einschaltung der der errechneten Verstellrichtung entsprechenden Magnetkupplung im Wendegetriebe 8 für die errechnete Verstellzeit (Pfeil i). Durch den Spindeltrieb 6 wird der Stopfen 4 um einen gewissen Betrag gehoben oder gesenkt und damit der Ausfluß der Schmelze durch den Ouerschnitt 5 geregelt.
• Hat sich aber die Verstellrichtung gegenüber der zuletzt errechneten umgekehrt, so wird diese Umkehrung im Gedächtnis des Totgang-Ausgleichers 22 gespeichert und bevirkt nach Ablauf der normalen Verstellzeit eine den Totgang im Verstelltrieb 6, 8 ausgleichende Verlängerung derselben, inden eine zusätzliche Zeitgröße (gemäß Pfeil k) an den Schaltverstärker } und von diesem an die betreffende Magnetkupplung weitergegeben wird. Die Verlängerung ist der Größe des Totganges für die eine oder andere Verstelirichtung angepaßt. d. h. sie kann für beide Richtungen unterschiedlich sein. Am Ende der verlängerten Verstellzeit wird die Richtungsänderung im Gedächtnis des Totgang-Ausgleichers 22 gelöscht.
• Der gezeichneten Anzeige des Niveau-Anzeigers 17 zufolge (zwei "Ja", drei "Nein") weicht der Metallspiegelstand 12 von Sollwert nach unten ab. Es ist daher zu erwarten, daß der Stopfen 4 gehoben vird, um durch Erweiterung des Durchfluß-Querschnitts 5 eine Beschleunigung des Schmelzen-Zuflusses durch das Rohr 3 zur Kokille 9 zu erreichen1 -es sei denn, der Vergleich des letzten mit dem vorangegangenen Meßwert habe bereits eine hinreichend steigende Tendenz (aufwärts gerichtete Änderungsgeschwindigkeit) des Metalispiegelstandes 12 ergeben.
• Selbätverständlich kann beim Ausfall der Automatik diese abgeschaltet und die Regelung durch das Handrad 6' vorgenommen werden.
• Patentansprüche

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum automatischen, schrittweisen Regeln des Schmelzenzuflusses aus einer Stopfenpfanne od. dgl. zur Speisung einer Stranggießkokille in Abhängigkeit von der Abweichung des Metallspiegelstandes in der kokille von einem Sollwert, dem zufolge die Abweichung nach Größe und Richtung gemessen, der Meßwert in geeigneter Weise umgeformt und zur Einvirkung auf den Verstelltrieb des Stopfens für die sinngemäße Änderung des Ausfluß-Querschnitts gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung periodisch, d. h. in gleichen, vornehmlich einstellbaren Zeitintervallen, gemessen und der jeveils daraus nach Größe und Richtung errechnete Verstellweg ohne Verzug in den Verstelltrieb eingegeben wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur an sich bekannten zusätzlichen Berücksichtigung der Änderungsgeschwindigkeit des Metallspeigelstandes die Meßwerte für die Abweichung zweier sich folgender Messungen verglichen und ihre Differenz als Maß für die Änderungsgeschwindigkeit zur Bestimmung eines torrekturvertes für den zu errechnenden Verstellweg benutzt vird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus jeder Umkehrung der Verstellrichtung eine dem Totgang im mechanischen Teil des Verstelitriebes entsprechende Vergrößerung des in den Verstelltrieb einzugebenden Verstellweges hergeleitet vird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Verstellwegs nach Größe und Richtung elektronisch vorgeno=men wird.
5. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen mehrstufigen Niveau-Anzeiger (17) für den Metallspiegelstand als Heßvert-Geber, einen Abfrager (18) zur "Ja"- und Ncin"-Abfrage sämtlicher Anzeigestufen des Niveau- Anzeigers bei ein und derselben Befragung, einen Taktgeber (19) zur Wiederholung der Befragung in gleichen, gegebenenfalls einstellbaren Intervallen, einen Verstellwert-Rechner (21) für die Berechnung des Verstellweges nach Größe und Richtung aus dem vom Abfrager jeweils übermittelten, durch die "Ja"-"Nein"-Anzeige dargestellten Meßwert des Metallspiegelstandes und einen vom Verstellwert-Rechner gemäß dem jeweils errechneten Verstellweg vornehmlich über einen Schaltverstärker (23) beeinflußbaren Verstelltrieb (6-8).
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Änderungsgeschwindigkeit des Metalispiegelstandes durch Vergleich des zuletzt erhaltenen "neuen" Meßwertes mit dem aus der vorangegangenen Befragung hervorgegangenen "alten" Meßwert zwischen Abfrager und Versteliwert-Rechner ein Differenz-Rechner (20) eingeschaltet ist, der zur Speicherung des "alten" Meßwertes ein mit dem Niveau-Anzeiger (17) gleichstufiges Schieberegister enthält und zur gleichzeitigen Weitergabe des "neuen" Meßwertes und der Meßwertdifferenz an den zur zusätzlichen Auswertung der Letzteren eingerichteten Verstellwegrechner (21) geeignet ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Verbindung zwischen Meßwertrechner (21) und Verstelltrieb (6 - 8) ein Totgang-Ausgleicher (22) angeordnet ist, der zur Vornahme einer an den errechneten Verstellweg anschließenden, dem Totgang im mechanischen Teil (6, 8) des Verstelltriebes entsprechenden korrektur ein nach Durchführung der Letzteren ldschbares Gedächtnis für eine etwaige Richtungsumkehr der Verstellwertes enthält.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstelltrieb hintereinander einen mit konstanter Drehzahl laufenden Elektromotor (7), ein mit zwei Hagnetkupplungen ausgestattetes Wendegetriebe (8) und einen Spindel trieb (6) zur Höhenverstellung des Pfannenstopfens (4) umfaßt, und daß der Meßwert-Rechner (21) zur Wiedergabe des jeweiligen Verstellweges als Einschaltdauer der einen oder anderen Magnetkupplung eingerichtet ist.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Totgang-Ausgleicher (22) zur Wiedergabe der Korrektur als Verlängerung der Einschaltdauer der betreffenden Magnetkupplung eingerichtet ist.