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Verfahren und Anordnung zur Einregelung eines konstanten Scbmelzenpegels
in der Gießform beim Stranggießen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Anordnung
zur Einregelung eines konstanten Schmelzenpegels in der Gießform beim Stranggießen.
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Beim Stranggießen wird der erstarrte Metallstrang durch einen Walzengang
fortlaufend unten aus der Form abgezogen. Die Drehzahl des den Walzengang antreibenden
Ebiiktromotors wurde zur Aufrechterhaltung des Pegels der oben in der Gießform befindlichen
Schmelze von Hand geregelt.
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Es sind auch eine Ruhe von Verfahren bekannt, die Drehzahl anstatt
von Hand automatisch durch die Pegelhöhe selbst zu regeln.
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Diese bekannten Verfahren unterscheiden sich hauptsächlich in den
Mitteln, mit denen die Pegelhöhe bestimmt wird.
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So beschreibt beispielsweise die kanadische Patentschrift 834 370
ein Verfahren, bei dem ein Strahlungspyrometer die von der Schmelzenoberfläche abgestrahlte
Wärme mißt und zur Pegelregulierung benutzt. Dieses Verfahren hat den prinzipiellen
Nachteil, daß Störungen durch andere Wärmequellen, die nicht schmelz * egelbedingt
sind, nicht ausgeschaltet oder kompensiert werden können.
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In der kanadischen Patentschrift 520 745 ist ein Verfahren beschrieben,
bei dem die Pegelhöhe durch Thermoelemente gemessen wird, die untereinander in die
Gießform eingebaut sind.
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Da die Gießform beim Stranggießen aber häufig ersetzt werden muß.
ist dieses Verfahren teuer.
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In der kanadischen Patentschrift 717 446 ist ein Verfahren beschrieben,
bei dem an einer Seite der Gießform eine Quelle radioaktiver Strahlen, an der anderen
Seite ein radieaktiver Detektor aufgestellt ist. Die vom Detektor empfangene Strahlen
sind umgekehrt proportional der zwischen Quelle und Detektor vorhandenen Netallmenge.
Obwohl dieses Verfahren in der Industrie Eingang gefunden hat, begegenet ihm das
Personal wegen der Radioaktivität mit Mißtrauen. Auch die notwendigen Schutzmaßnahmen,die
Installation und die Überwachung sind aufwendig und teuer.
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In der US Patentschrift 3 459 949 ist ein Verfahren beschrieben, bei
dem eine oder auch zwei Photozellen die Menge des von
der Schmelzenoberfläche
ausgestrahlten Lichts mißt. Bei Verwendung von zwei Zellen addieren sich die Spannungen.
Bei hohlkonischer Form wird die von der Schmelzenoberfläche ausgestrahlte Lichtmenge
umso kleiner, je tiefer der Pegel sinkt. Der prinzipielle Nachteil dieser Anordnung
ist, daß eine sich über Teilen der Oberfläche zeitweise bildende Schlackendecke
die Lichtabstrahlung mindert und die Messung fälscht. Auch die aus zwei de Zellen
adiMeren/Spannung ist dann falsch. Da das Bedienungspersonal die Aufgabe hat, die
ScEackenbildung möglichst niedrig zu halten, Schlackendecken also im Wechsel sich
bilden und zerstört werden, ist die Pegelregelung mit diesem Verfahren unsuverlässig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein mit Photozellen
arbeit endes Schmelzenpegel-Regelungsverfahren zu finden, auf das die Bildung und
Zerstörung von Schlackendecken auf der Schmelzenoberfläche einen möglichst geringen
Einfluß hat.
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Diese Aufgabe ist bei dem Verfahren der Erfindung dadurch gelöst,
daß der Lichtstrom von einem Bereich der Schmelzenaberfläche, der seine Große bei
Pegelstandänderung beibehält, mit dem Lichtstrom von einem Bereich, der seine Größe
mit dem Pegelstand ändert,photoelektrisch verglichen und die Relationsspannung zur
Regelung der die Pegelhöhe bestimmenden Elektromotoren benutzt wird.
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Zweckmäßig wird das Verfahren der Erfindung mit mehr als einer Anordnung
zugleich durchgeführt. Aus den von den einzelnen Anordnungen erzeugten Regel spannungen
wird die größte ausgewählt
und allein zur Regelung benutzt. Auf
diese Weise werden zufällige Fehler, wie sie zeitweilig, etwa bei Schlackenentfernung,
auftreten, vermieden.
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Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung besteht
mit Vorteil aus Blenden und Sammellinsen, durch die das schräg zur Vertikalachse
der Form abströmende Licht auf Photozellen einer Schaltungsanordnung fällt, die
aus den durch die Lichtstromteile erzeugten Spannungen die Regelspannungen für die
Elektromotoren erzeugen.
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Die Blende weist hierbei zweckmäßig zwei Paar Öffnungen auf, die der
Erzeugung von zwei Paar zu vergleichenden Lichtströmen dienen, welche auf zwei Paar
Photozellen treffen, aus deren Spannungen nach Verstärkung zwei Differenzspannungen
gebildet werden, von denen in einer Auswahlschaltung die größere au$ewählt und einer
Steuerschaltung für die Elektromotoren zugefuhrt wird.
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Eine solche Schaltungsanordnung kann so weit entfernt von der Gießform
aufgebaut werden, daß sie den normalen Gießvorgang nicht behindert und selbst von
der Hitze und aus der Schmelze ausbrechenden Flammen unbeeinflußt bleibt Ebenso
ist die von der Anordnung abgeg ebeneliaegelspannung unabshängig von Temperatur-und/oder
Strahlungsschwankungen der Schmelze, des in die Form einlaufenden Strahls oder äußerer
Wärme oder Strahlungsquellen
sowie von Schlackenansammlungen. Weder
Hochspannung noch radioaktive Strahlungsquellen finden Verwendung.
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Die Zeichnung zeigt schematisoh und teilweise im Schnitt ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel einer Anordnung der Erfindung.
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In der Zeichnung ist: F i g . 1 ein Schnitt durch eine Stranggießanlage,
F i g . 2 die Ansicht einer Blende, F i g . 3a-c die perspektivische Ansicht der
oberen Öffnung der Gießform, gesehen in Richtung 2-2 der Fig. 1 und zwar in drei
verschieinen Stellungen des Schmelzepegels, F i g . 4 die Schaltungsanordnung der
@egelschaltung, F i g . 5 die Schaltungsanordnung der Auswahlschaltung und Fig.
6 (A1i 2 A2, B12 B2; C1 C2) einige Spannungskurven.
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Nach Fig. 1 dieser Zeichnung fließt geschmolzenes Metall 2 aus dem
Vorratsbehälter 4 nach unten aus, sobald der Verschlußkörper 8
mittels
der Kette 6 von seinem Sitz gehoben wird. An der Kette 6 ist das Drahtseil 12 angeschlossen,
das vom Elektromotor 10 zum Heben und Senken des Verschlußkörpers 8 aufgewickelt
ist.
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Das in einem Strahl 14 ausfließende Metall füllt die Form 16 und erstarrt
zunächst an deren wassergekühlten Wänden. Aus der Form 16 wird durch die Zugwalzen
20 beständig ein erstarrter Strang 18 nach unten abgezogen. Der Antriebsmotor für
die Walsen 20 ist mit 22 bezeichnet.
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Der Pegel 24 des geschmolzenen Metalls in der Form 16 kann, wie ersichtlich,
durch die Drehzahl der Motoren 10 und/oder 22 geregelt werden.
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Erfindungsgemäß wird der Pegel nun automatisch mit Hilfe der Schaltungsanordnung
30 geregelt. Die den Motoren 10 und 22 zugeführte Regelspannung wird in dieser Schaltungsanordnung
durch den Vergleich von zwei aus Lichtstrahlen erhaltene Spannungen erzeugt, die
von je zwei Begrenten Teilen der Oberfläche des geschmolzenen Metalls ausgehen.
Wie Fig. 1 zeigt, werden die von der Oberfläche des in der Form 16 befindlichen
geschmolzenen Metalls im Winkel ausgehenden Lichtströme in die Schaltungsanordnung
30 geworfen, deren Photozelleneingang in der Brennlinie eir einer Sammellinsr 28
liegt.
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Zwischen der Sammellinse 28 und der Schmelzenpegelfläche 2it liegt
die Blende 26, die in Fig. 2 mit Einzelheiten dargestellt ist. Sie teilt den Lichtstrom
auf zwei verschiedene Detektorschaltungen
auf. (A und B in Fig.
4 und 5). Die Schlitze 32 und 34 sind der Detektorschaltung A zugeordnet, die Schlitze
36 und 38 der Detektorschaltung B.
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Jede der beiden Detektorschaltungen A und B wandelt je zwei Licht
ströme in elektrische Spannungen. Die Lichtströme gehen von einem schmalen Streifen
der Oberfläche der Schmelze, je zwei an jeder Seite des einfließenden Strahls 14,
aus. Die Verarbeitungskanäle der vier Lichtströme sind ähnlich aufgebaut.
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Der einzige Unterschied besteht darin, daß zwei Kanälen eine in radialer
Richtung der Gießformöffnung längere Blendenöffnung vorgeschaltet ist, als den anderen
beiden. Die kürzeren Blendenöffnungen sind so angedrdnet, daß der sie durchsetzende
Strom paralleler Lichtstrahlen unabhängig vom Pegelstand konstant bleibt. Die den
beiden anderen Kanälen zugeordnets Blendenöffnungen sind dagegen so ausgebildet,
daß die sie durchsetzende Lichtmenge eine Funktion des Pegelstandes ist.
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Aus Fig. 3a-c ist ersichtlich, von welchen Teilen der Schmelzenoberfläche
24 die in den Detektorschaltungen A und B gewandelten Lichströme ausgehen. Die Lichatröme,
deren Peezetesd Querschnitt unabhängig vom Pegelstand in der Borm 16 konstant bleibt,
gehen für die Detektorschaltung A vom Bereich 34', für die Detektorschaltung B vom
Bereich 38' aus. Enstsprechend gehen die
Lichtströme, deren Querschnitt
sich mit dem Pegelstand ändert, von den Bereichen 32' bzw. 36' aus. Fig. 3b zeigt
d4s Pegelstand in gewünschter Höhe, Fig. 3a einen zu hohen, Fig. 3c einen zu niedrigen
Pegelstand.
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Der einfließende Strahl 14 ist in den drei Figuren fortgelassen. Anstelle
der zwei Detektorschaltungen A und B kann notfalls auch nur eine eingesetzt werden.
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Fig. 4 zeigt die Schaltungsanordnung der Detektoren A und B.
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Die Zglinderlinse 28 sammelt die parallelen Lichtstrahlen in ihrer
Brennlinie, auf der die Lichtwandler 42, 42' 44, 44' liegen. Die erzeugten elektrischen
Spannungen werden in den Verstärkern 46, 46' 48, 48' verstärkt und paarweise den
Relationsspannungserzeugern 50 54 zugeführt. Aus den beiden Relationsspannungen
wählt die Schaltung 52 die größere aus und gibt nur diese an die Regelschatung 56
ab. Der Regelvorgang ist in Fig.5 mit mehr Einzelheiten dargestellt.
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Den Relationsspannungserzeugern 50 54 wird hiernach die Normalspannung
bei 61, 61' zugeführt und die mit dem Pegelstand veränderliche Vergleichsspannung
bei 62, 62'. Die Schaltungen 50, 54 enthalten, je einen Vierquadranten-Analog-Multiplikator
63, 63', über den die Normalspannung in den Kreis der Vergleichaspannung eingekoppelt
wird. Die Multiplikatoren 63, 63' liegen auch in Rüokkopplungaschaltung zu den Funktionsverstärkern
64, 64' im Kreis der Vergleichsapannungen.
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Am Ausgang 65, 65' der Schaltungen 50, 54 erscheinen die Relationsspannungen
zwischen den Normalspannungen (61, 61s) und den Vergleichsspannungen (62, 62').
Die Relationsspannungen von A und B werden der Auswahlschaltung 52 zugeführt. Die
Auswahlschaltung 52 enthält zwei Dioden 60, 60', welche so geschaltet sind, daß
am Ausgang 66 nur die größere der beiden Relationsspannungen erscheint, welche dann
der Regelschaltung 56 aufgegeben wird. Diese Schaltung wählt also selbsttätig das
Signal desjenigen Detektors aus, der jeweils ohne äußere Störung arbeitet.
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Fig. 6 zeigt eine Reihe graphischer Darstellungen und zwar sind in
den Figuren 6A2, 6B2 und 6C2 die Auswirkungen des Pegelstandes auf die Normalspannung
(Fig. 6A2), die Vergleichsspannung (Fig. 6B2) und die der Regelschaltung aufgegebene
Relationsspannung (Fig. 6C2) dargestellt. Ferner in den Fig. 6A 1-3 die Auswirkungen
einer äußeren Störung auf die drei Spannungen. Wie Fig. 6A3 zeigt, beeinflussen
äußere Stprungen die der Regelsohaltung aufgegebene Relationsspannung nicht.
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Unter äußere Störungen' sind Lichtstromquerschnittsänderungen durch
Schlacke oder tuch zu verstehen. Diese wirken in gleicher Weise auf di. Lichtwandler
42, 42' und 44 44' ein. Demzufolge bleibt die Relation der Spannungen gleich und
unbeeinflußt von
solchen Störungen. Die Regelspannung wird mit
den Schaltungsanordnungen 50, 52, 54 erzeugt, welche in das Gerät integriert sind.
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Damit jederzeit Schlacke entfernt werden kann,sind zwei gleichlauS
fende Anordnungen vorgesehen. Werden die Licht ströme für die eine Anordnung bein
Entschlacken unterbrochen, so arbeitet das Gerät einwandfrei mit der anderen Anordnung
weiter. Bei einem normalen Entschlackungsvorgang ist es dem Arbeiter unmöglich,
beide Anordnungen gleichzeitig zu stören.
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Mit einer gleichen Anordnung kann auch der Pegelstand im Vorratsgefäß
4 geregelt werden.
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Dem englischsprachigen Text war das hier angeheftete Blatt 2 der Zeichnungen
beigefügt. Auf diesem Blatt ist dargestellt, daß sich die Bereiche der Schmelzenoberfläche
24, die als Lichtquellen zur Erzeugung der Normalspannung und der Vergleichsspannung
benutzt werden (34; 38'; 32', 36') einander überlappen bzw. ineinander liegen.
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Bei der Ausarbeitung der deutschen Unterlagen wurde Blatt 2 der Zeichnungen
neu gezeichnet. Die Lage der Bereiche 34', 38'; 32', 36' entspricht hier der Lage
der Schlitze 32, 34; 36, 38 der Blende nach Fig. 2.