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Gießiegelregelung für Stranggießanlagen Die Erfindung betrifft eine
Gießspiegelregelung der Schmelze in den Kokillen von Stranggießanlagen, welche aus
einer Füllstandsmeßeinrichtung, einer Stopfenstelleinrichtung mit integraler Stellcharakteristik
(geschwindigkeitsabhängig) und zugeordnetem Steuerorgan und einem Regler besteht,
der den Stopfensteller solange beeinflußt, bis der Istwert des Gießspiegels dem
gewünschten Sollwert entspricht.
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Es ist bereits bekannt, den Stopfen in der die Schmelze aufnehmenden
Gießpfanne über einen Hydraulikzylinder als Stopfensteller und einen Hydraulikregelkreis
mit integraler Stellcharakteristik derart zu verstellen, daß der Füllstand der Schmelze
in der Kokille etwa stets in einer dem Sollwert des Füllstandes entsprechenden Füllstandshöhe
erhalten bleibt. Zum Ansteuern des Gießspiegel-Sollwertes ist ein Schrittregler
vorgesehen, der schrittweise Steuerventile zum Betätige des Stopfenstellers öffnet
bzw. schließt, bis das Eingangssignal des Stellgliedes Null wird und damit Soll-
und Istwert des Füllstandes miteinander übereinstimmen. Nachteil eines derartigen
Schrittreglers ist, daß durch das Zu- oder Abschalten der Steuerventile Druckstöße
auf den Steuerkolben gelangen, wodurch der Regelvorgang unruhig wird, d.h. der Regelkreis
zum Schwingen neigen kann.
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Auch bedarf es größerer Spannungsdifferenzen zwischen Ist- und Sollwertsignal,
bevor der Schrittregler anspricht. Schließlich benötigt der Schrittregler ein sauberes
Eingangssignal)um störungsfrei arbeiten zu können.
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Iiufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Regelung
zu vermeiden und eine störungsfrei arbeitende, kontinuierlich den Differenzwert
zwischen Soll- und Istwert des Gießspiegels ausgleichende Regelung zu schaffen.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird vorgeschlagen, den Regler des
Stopfenstellers als Stetigregler auszubilden.
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Als weiteres Merkmal der Erfindung wird der Regler des Stopfenstellers
als PID-Regler ausgebildet. Das Steuerorgan für den Stopfensteller verändert sich
bezüglich des Ausgangssignals und des Eingangssignals stetig, beispielsweise linear
oder nach einer Parabel.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die Zeichnung dar.
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Es zeigen: Fig. 1 die Regelanordnung im Prinzip und Fig. 2 den elektromechanischen
Teil des elektro-hydraulischen Servoventils.
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In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Gießbehälter bezeichnet, dem aus
einer nicht weiter dargestellten Gießpfanne Metallschmelze zugeführt wird. Der Ausguß
1 a am Boden des Gießbehälters 1 ist durch einen Stopfen 2 verschlossen und wird
geöffnet, sobald der Kokille 3 unterhalb des Gießbehälters 1 Schmelze zugeführt
werden soll, die nachfolgend abgekühlt wird und in der Strangführung 4 der Stranggießanlage
zu einem festen Stahlstrang 4 a erkaltet.
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Um den Zufluß der Schmelze aus dem Gießbehälter 1 in die Kokille 3
derart verändern zu können, daß der Gießspiegel der Schmelze stets etwa in der gleichen
Höhe erhalten bleibt, ist eine Gießspiegel-Regelung vorgesehen. Diese besteht aus
einer Meßeinrichtung für den Gießspiegel in der Kokille 3 und wird von einander
gegenüberliegendem radioaktivem Stabstrahler 6 und einem Szintillationszähler 7
als Empfänger gebildet. Andererseits ist der Stopfen 2 über eine Traverse 9
in
dem Gießbehälter 1 heb- und senkbar. Das freie Ende der Traverse 9 ist an einer
Kolbenstange 10 befestigt. Mit der Kolbenstange 10 ist ein in einem Zylinder 11
geführter Arbeitskolben 12 verbunden. Die beiden durch den Kolben 12 getrennten
Zylinderkammern 11 a und 11 b sind über Rohrleitungen 15, 13 a mit einem elektro-hydraulischen
Servoventil 14 verbunden.
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Das Servoventil 14 besteht aus einem in einem Zylinder 17 geführten
Vorsteuerkolben 15, der in seiner Mittellage mittels sich beiderseitig zwischen
dem Gehäuse und der Stirnwand abstützender Druckfedern 16, 16 a gehalten wird. In
der Mittellage des Vorsteuerkolbens 15 sind die Rohrleitungen 13, 13 a geschlossen,
so daß kein Druckmittel der einen bzw. der anderen Zylinderkammer 11 a bzw. 11 b
zugeführt und damit auch der Kolben 12 nicht in der einen oder anderen Richtung
beaufschlagt werden kann.
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Der orsteuerkolben 15 weist drei Zylinderkammern 15 a, 15 b und 15
c auf. Die Zylinderkammern 15 a und 15 c sind mit einer Rücklaufleitung 21 zum Sammelbehälter
50 verbunden. Die Zylinderkammer 15 b ist mit einer zu einer Pumpe 18 führenden
Druckmittelleitung 19 verbunden. Diese ist über Druckmittelleitungen 19 a und 19
b, in welche Drosselventile 20 a und 20 b eingesetzt sind, einerseits mit Zylinderkammern
17 a und 17 b an den Stirnseiten des Vorsteuerkolbens 17 und andererseits mit Spritzdüsen
22 a und 22 b verbunden. Zwischen den Spritzdüsen 22 a und 22 b ist eine Prallplatte
23 schwenkbeweglich angeordnet, welche von einer Erregerspule 25 in Richtung zu
der einen Spritzdüse 22 a oder in Richtung zu der anderen Spritzdüse 22 b auslenkbar
ist. Die Prallplatte 23 ist in einer Membrane 24 beweglich gelagert und durch Haltefedern
27 a, 27'n der Mittellage stabilisiert. Weiter liegt die Prallplatte 23 zwischen
zwei Polpaaren N und S eines hufeisenförmig ausgebildeten Permanentmagneten 29.
Zwischen den Polpaaren N und S des Permanentmagneten 29 ist die Prallplatte 23 von
einer Erregerspule 25 umgeben. Eine elektrische Leitung 31 verbindet die Erregerspule
25 mit einem PID-Regler 32 (Proportional-Integral-Differential-Regler). Eine weitere
elektrische Leitung 33
verbindet den PID-Regler 32 mit einem Differenzwertbildner
34. Dem Difrerenzwertbildner wird über eine elektrische Leitung 35 vom Sollwertgeber
36 der Gießspiegel-Sollwert (Füllstandshöhe) und über eine elektrische Leitung 38
vom Sizintillationszähler 7 über einen Umsetzer 39 der Istwert des Gießspiegels
in der Kokille 3 vorgegeben.
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Aus Soll- und Istwert bildet der Dirferenzwertbildner 34 den Regelwert,
welcher über den PID-Regler 32 der Erregerspule 25 der Prallplatte 25 zugeführt
wird. Die Arbeitsweise der Regeleinrichtung ist folgende: Gelangt beispielsweise
zuviel Schmelze aus dem Gießbehälter 1 über den Ausguß 1 a in die Kokille 3, so
daß der Gießspiegel der Schmelze steigt, so wird über die Gießspiegelmeßeinrichtung,
bestehend aus dem Strahler G und dem Empfänger 7, der Gießspiegel-Istwert erfaßt
und über die Leitung 78 und den Umsetzer 39, der das elektrische Impulssignal für
die Höhe des Füllstandes in eine proportionale elektrische Spannung umsetzt, dem
Differenzwertbildner 34 zugeführt.
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Dort wird der Gicßspiegel-Istwert mit dem vom Sollwertgeber 36 vorgegebenen
Gießspiegel-Sollwert verglichen und der Differenzwert bzw.
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Korrekturwert über die Leitung 33 dem PID-Regler und weiter der Erregerspule
25 des Servoventils 14 zugeführt. Das Magnetreld des Permanentmagneten 29 wird dabei
durch das mittels der Erregerspule 25 erzeugte magnetische Fe 8~ kt, so daß die
Prallplatte 23 in der Membrane 24 gegen die Spritzdüse 22 a ausgelenkt wird und
sich damit die aus der Spritzdüse 22 a ausfließende Druckmittelmenge verringert.
Damit erhöht sich der Druck in den Druckmittelleitungen 19 a infolge der Wirkung
des Drosselventils 20 a, so daß in der Zylinderkammer 17 a ein höherer Druck als
in der Zylinderkammer 17 b herrscht und somit der Vorsteuerkolben 15 zur Zylinderkammer
17 b hin verschoben wird. Dadurch gelangt Druckmittel von der Pumpe 18 über die
Druckmittelleitung 19 in die Zylinderkammer 15 b des Vorsteuerkolbens 15, welches
über die Druckmittelleitung 13 in die Zylinderkammer 11 a des Zylinders 11 gelangt
und den Arbeitskolben 12
derart beachlagt, daß dieser nach unten
bewegt wird. Mit dem Verschieben des Vorsteuerkolbens 15 zur Zylinderkammer 17 b
hin wird die Druckmittelleitung 13 a der Zylinderkammer 11 b über die Zylinderkammer
15 a mit der Druckmittelableitung 21 verbunden, so daß das verdrängte Druckmittel
entsprechend der Bewegung des Arbeitskolbens 12 aus der Zylinderkammer 11 b in den
Sammelbehälter 40 gelangt.
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Mit der Verschiebung des Arbeitskolbens 12 nach unten übt die Kolbenstange
10 über die Traverse 9 solange eine Zustellbewegung auf den Stopfen 2 aus, bis der
Istwert und der Sollwert des Gießspiegels wieder miteinander übereinstimmen.
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Bei einem Absinken des Gießspiegels und damit dessen Istwertes erfolgt
die Ausregelung sinngemä entgegengesetzt, wobei der Stopfen 2 solange aufgestellt
wird, bis der Sollwert für den Gießspiegel erreicht und damit der Ist- und Sollwert
wieder ausgeglichen sind.
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Das elektro-hydraulische Servoventil 14 besteht nach Fig. 2 aus einem
hufeisenförmig ausgebildeten Permanentmagneten 29 mit zwei Polpaaren N und S zwischen
dessen Polen die Prallplatte 25 beweglich in einer Membrane 24 gelagert und mittels
Zugfedern 27 a, 27 b in seiner Mittellage gehalten ist. Die Membrane 24 dient zum
Schutz der elektrisehen Teile gegen das aus den Spritzdüsen 22 a und 22 b in einem
feinen Strahl austretende Drucköl. Durch Anliegen einer Gleichspannung an die Erregerspule
25 bildet sich um die Erregerspule ein Magnetfeld aus, welches das magnetische Feld
des Permanentmagneten 29 an den Polen der einen Seite schwächt und an den Polen
der anderen Seite verstärkt, so daß die Prallplatte 25 von den verstärkten Magentpolen
angezogen wird und entsprechend der Auslenkung sich einer der Spritzdüsen 22 a oder
22ähert. Dadurch wird/das bestehende Gleichewicht des öldruckes in den Zylinderkammern
17 a und 17 b gestört, wodurch die Verschiebebewegung des Vorsteuerkolbens 15 ausgelöst
wird.