DE2545480C3

DE2545480C3 - Automatische Gießsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE2545480C3
Application number: DE2545480A
Authority: DE
Inventors: Hyogo Amagasaki; Syoji Ibaragi Anezaki; Sumio Kobayashi; Katsukiyo Marukawa; Toshio Shiraiwa
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1974-11-21
Filing date: 1975-10-10
Publication date: 1980-09-04
Also published as: FR2291816B1; DE2545480B2; AU8554075A; JPS5630836B2; FR2291816A1; US4019562A; JPS5159676A; DE2545480A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Gießvorgangs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Der konventione'ie Gießvorgang wird fiblicherweise manuell durch eine Bedienungsperson gesteuert, um dadurch die Gesamtgießzeiten einzustellen bzw. zu beeinflussen. Bei einer derartigen Vorgehensweise hat sich jedoch gezeigt, daß die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze innerhalb der Gießform einen ursächlichen Zusammenhang mit an der Oberfläche des Gußblocke:» auftretenden Rissen, Sprüngen od. dgl. aufweist Dennoch ist bisher der quantitative Zusammenhang zwischen der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze und dem hieraus gebildeten Gußblock noch nicht erforscht oder verdeutlicht worden, weswegen demgemäß bisher auch keinerlei wirksame Beeinflussung der Qualität des Gußblockes über eine Steuerung der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze erreicht worden ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung der gattungsgemä- Ben Art (DE-PS 20 00 963) wird zwar die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze innerhalb der Gießform gemessen und in Abhängigkeit hiervon der Verschluß des die Metallschmelze enthaltenden Ausgießbehälters betätigt, d. h. weiter geöffnet oder geschlossen. Abgesehen davon, daß diese Messung in einer nicht berührungsfreien Weise mittels eines Schwimmers erfolgt, der auf der Metallschmelze innerhalb der Gießform schwimmt, wird jedoch bei dieser Vorrichtung nicht eigentlich die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze innerhalb der Gießform gemessen, sondern die sogenannte Änderungsgeschwindigkeit, d. h. diejenige Geschwindigkeit, mit der sich der Metallspiegelstand in der Gießform ändert, wobei dies zu dem Zweck erfolgt, um den Metallspiegelstand in der Gießform konstant zu halten. Es ist demgemäß hiermit keine Beeinflussung der Qualität des Gußblockes über eine Steuerung der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze möglich.

Es ist auch schon bekannt (DE-PS 15 08 203), zwischen den die Metallschmelze enthaltenden Behälter und der Gießform eine Art Zwischenbehälter anzuordnen, der auf einem Waagebalken ruht, um dadurch den kontinuierlichen Ausfluß der Metallschmelze aus dem Behälter steuern zu können. Dies hat jedoch ebenfalls nichts mit einer Steuerung der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze innerhalb der Gießform zu tun, um über diese Steuerung die Qualität des erzielten Gußblockcs zu beeinflussen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß mit ihr die eigentliche Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze innerhalb der Gießform nach deren erfolgter Messung zum Zweck der Erzielurg eines gewünschten Gießgeschwindigkeitsverlaufs in Abhängigkeit von der gewünschten Qualität des Gußblockes gesteuert werden kann.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in ict weiteren Ansprüchen enthalten.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zur Messung der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze innerhalb der Gießform und damit zur Steuerung des gewünschten Gießgeschwindigkeitsverlaufs eine berührungsfrei arbeitende Meßeinrichtung zu verwenden, welche die jeweilige Steiggeschwindigkeit auf der Basis einer ermittelten Dopplerfrequenz mißt Zu diesem Zweck wird auf den Spiegel der in der Gießform befindlichen Metallschmelze eine Mikrowelle ausgesendet und mit entsprechender Zeitverzögerung wieder empfangen, wobei der Frequenzunterschied zwischen beiden Wellen in Form des Dopplereffektes gemessen wird und als direkte Anzeige für die jeweilige Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze dient Hier durch ergibt sich auch der entscheidende weitere ίο Vorteil, daß in einfacher Weise durch Integrieren des für die gemessene Steiggeschwindigkeit repräsentativen Signals auch ein für die jeweilige Höhe des Metallschmelzenspiegels repräsentatives Signal und damit ein Schließsignal zum Beenden des Gießvorgangs erhältlich ist, ohne daß hierzu gesonderte Einrichtungen, wie beispielsweise eine zu diesem Zweck bekannte Photozelle (DE-PS 12 42 809) oder ein Strahlungsmeßgerät (DE-OS 18 15 265), erforderlich sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1(a) und l(b) jeweils schematisch bzw. im Blockschaltbild die Steuervorrichtung,

Fig.2 und 3 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung,

F i g. 4 und 5 im Blockschaltbild Ausführungsbeispiele von Digitalschaltungen eines Arbeitsschaltkreises D gemäß Fig. l(b),

Fig. 6 Laufzeitdiagramme für Wellenformen von jedem Schaltungsteil der Schaltung gemäß F i g. 5,
Fig. 7(a) bis 7(d) Wellenformen zur Erläuterung der durch die Schaltung gemäß F i g. 5 erzielten Wirkungen,

Fig. 8 Wellenformen zur Erläuterung einer Zeitverzögerung zwischen der tatsächlichen und der gemessenen Gießgeschwindigkeit,

F i g. 9 im Blockdiagramm ein in der Vorrichtung vorgesehener Regulator des Ein-Aus-Steuerungstyps,

Fig. 10 im Diagramm die für einen optimalen Gießgeschwindigkeitsverlauf gemäß der Erfindung repräsentative Kurve,

F i g. 11 im Diagramm Meßpunkte, die durch tatsächliche Messung der Beziehung zwischen der Gießgeschwindigkeit und der Anzahl der sich an einem Gußblock ergebenden Risse erhalten wurden.

Fig. 12 ein System zur Gießgeschwindigkeitssteueis rung ähnlich dem System gemäß F i g. 9 und

Fig. 13 schematisch eine abgewandelte Ausführungsform der Steuervorrichtung.

Die Vorrichtung gemäß Fig. l(a) wird für den Fall angewendet, daß beispielsweise Metallschmelze aus so einem Behälter 11 über eine Pfannenschnauze 12', einen Gießpfad 13' und eine Gießplatte 13 in eine Gießform 3 gegossen wird. Zum Messen der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze der Gießform 3 ist eine berührungsfrei arbeitende Meßeinrichtung 1 in Form eines ss Mikrowellendopplergeschwindigkeitsmessers vorgesehen, bei dem der Dopplereffekt einer Mikrowelle zur Anwendung gelangt (siehe beispielsweise »The microwave Journal«, Juli 1963, S. 45 — 51) und der folgendes Prinzip aufweist:

do Wenn, wie aus Fig. 2 ersichtlich, für eine von einem Mikrowellensender und -empfänger in Form einer Antenne 2 ausgesendete Mikrowelle e, die folgende Gleichung gilt:

^(l> ι', --■ Ε,-cosr.ii - E₁ cos 2 .τ ft. (1)

dann verzögert sich die vom Spiegel V der Metall-

schmelze reflektierte Mikrowelle e, gegenüber der ausgesendeten Welle e, um die Übertragungszeit ζ:

I=IXfC. (2)

Demgerrk ß gilt für e, die folgende Gleichung:

t-V = E, cos 2.-7./■(?-:), (3)

wobei:

X = Abstand zwischen dem Mikrowellensender und -empfänger 2 und dem Spiegel Y der in der Gießform 3 befindlichen Metallschmelze,

C = Mikrowellenübertragungsgeschwindigkeit.

Durch Kombinieren eines Teils der ausgesendeten Welle e, mit der reflektierten Welle e_r ergibt sich das folgende Ausgangssignal et>:

e₀ = E₀ cos (2 .-τ/ +</') + £, .

In diesem Fall läßt sich die Frequenz f_d dieses Ausgangssignals eo (eine Dopplerfrequenz) durch die folgende Gleichung angeben, wobei λ die Wellenlänge der Mikrowelle Φ, £_rist:

L1L

c d.x

E, und Eo sind Konstanten.

Anhand von Gleichung (5) zeigt sich, daß die Frequenz fd proportional der Steiggeschwindigkeit ν der Metallschmelze ist

dx

was bedeutet, daß diese Steiggeschwindigkeit ν durch Messen der Dopplerfrequenz fd erfaßt werden kann. Weiterhin kann der jeweilige Abstand X durch Integrieren der Steiggeschwindigkeit ν in Erfahrung gebracht werden. Die Mikrowelle gelangt wegen ihrer geringen Ansprechzeit und geringen Beeinträchtigung durch Hochtemperaturstaub, Pulverstaub, Feuchtigkeit u. dgl. zur Anwendung. Anstelle des Mikrowellendoppiergeschwindigkeitsmessers i kann auch ein Mikrowellenradar verwendet werden.

Es wird daher von der Antenne 2 der Meßeinrichtung 1 eine Mikrowelle e, zum Spiegel Yder in der Gießform 3 befindlichen Metallschmelze ausgesendet und sodann die hiervon reflektierte Mikrowelle e_r durch die Antenne 2 aufgefangen, um mittels eines Dopplerfrequenzmessers D der Meßeinrichtung 1 (Fig. Ib) die Dopplerfrequenz zu messen. Das Ausgangssignal der Meßeinrichtung 1 wird dann einem Konverter 4 zugeleitet, um ein für die Steiggeschwindigkeit ν repräsentatives Geschwindigkeitssignal zu erhalten. Ein Vergleicher 5' vergleicht das gemessene Geschwindigkeitssignal mit einem für einen gewünschten Geschwindigkeitsverlauf vorgegebenen Geschwindigkeitssignal eines Mustergenerators 5 und führt das Differenzsignal einer Antriebsvorrichtung 7 zu. Durch diese wird ein Motor 8 zur Steuerung eines Ventils 9 angetrieben. In übrigen ist ein Ventil 9' zur manuellen Betätigung de; Behälterverschlusses 12 vorgesehen.

In Abhängigkeit vom öffnen des Ventils 9 wird eir Hydraulikzylinder 10 betätigt, um auch die Öffnungs stellung des Behälterverschlusses 12 einzustellen, so da[ die Gießgeschwindigkeit, d. h. die Steiggeschwindigkeit entsprechend einem gewünschten Gießgeschwindig keitsverlauf gesteuert werden kann.

ίο Eine Integrationsschaltung 6 mißt die jeweilige Lag« des Metallschmelzspiegels Y in der Gießform 3, inderr sie aus der Steiggeschwindigkeit ν den integrierter Wert bildet. Dieser wird mit einem eingestellter Sollniveau verglichen, um automatisch das zeitlich« Ende des Gießvorgangs zu erfassen. Das am Ende de; Gießvorgangs von der Integrationsschaltung 6 erzeugt« Ausgangssignal wird der Antriebsvorrichtung 7 ah Stoppbefehl zugeleitet, so daß der Behälterverschluß Ii die Pfannenschnauze 12' verschließt.

Der Mikrowellendopplergeschwindigkeitsmesser 1 weist einen Mikrowellenoszillator OSC, eine Kombi nierschaitung C sowie einen Schalkreis SW auf, um di« ausgesendete Mikrowelle e, zur Antenne 2 zu übertra gen und hiervon die reflektierte Mikrowelle e, abzuleiten, wie aus F i g. 1(b) ersichtlich.

Im folgenden sei nun eine Digitalschaltung beschrieben, die sich für die beschriebene Einrichtung zum Messen der Steiggeschwindigkeit ν der Metallschmelze eignet.

yo Bei der Durchführung des Gießvorgangs steigt der Spiegel Kder Metallschmelze kontinuierlich, weswegen sich auch der Abstand X kontinuierlich verringert Wenn nun die Steiggeschwindigkeit des Metallschmelzenspiegels Y konstant ist, weist die für das Ausgangssignal eo charakteristische Kurve den zeitlichen Verlaul gemäß F i g. 3 auf, wobei sich ein Zyklus einer die Größe eo angebenden Sinuswelle jedesmal dann ergibt, wenn der Metallschmelzenspiegel Ksich um λ/2 [m] hebt.

Da andererseits die Frequenz fd von eo durch Gleichung (5) repräsentiert werden kann, wenn λ variiert, ist es möglich, einerseits die jeweilige Höhe des Metallschmelzenspiegels Y in Erfahrung zu bringen, indem die Anzahl der Zyklen von eo vom Anfapg des Gießvorgangs an addiert wird, und andererseits die Steiggeschwindigkeit ν dadurch in Erfahrung zu bringen, daß die Frequenz fd von et> gemessen wird.

Bei der zu diesem Zweck vorgesehenen Schaltungsanordnung gemäß F i g. 4 wird das mit der Frequenz f_c des Dopplergeschwindigkeitsmessers Γ kombinierte Ausgangssignal durch einen Bandfilterverstärker 14 verstärkt, dessen Ausgangssignal durch einen Wellenformungsschaitkreis 15 in ein Rechteckweilensignal umgewandelt wird. Der ansteigende Teil dieses Rechteckwellensignals wird einem monostabilen Multivibrator 16 zugeleitet, der ein Impulssignal sehr kurzer Breite erzeugt Ein weiterer monostabiler Multivibrator 17 wird mit dem nacheilenden Teil des aus dem Multivibrator 16 ausgegebenen Impulssignal versorgt um ein diesem folgendes Impulssignal sehr kurzer Breite zu schaffen. Durch einen Zähler 22 und einen D/A-Konverter 23 werden eine Schaltung zum Messen der Höhe des Metallschmelzenspiegels Y geschaffen, die vom Beginn des Gießvorgangs an die Ausgangsimpulse des monostabilen Multivibrators 17 zählt Durch die Schaltkreise 18,19,20 und 21 ist demgegenüber eine Schaltung zum Messen der Steiggeschwindigkeit ν der Metallschmelze geschaffen. In dieser zählt ein Zähler 19 das Ausgangssignal eines Bezugsoszillators 18 und wird

bei jedem Zyklus des die Frequenz (_d aufweisenden Signals e₀ durch den Ausgangsimpuls des monostabilen Multivibrators 17 zurückgestellt. Der jeweilige Wert des Zählers 19 wird kurz vor dem Rückstellen des Zählers 19 als Stellbefehl in einen Zwischenspeicher 20 eingegeben, so daß jeder Zyklus des die Frequenz /"</ aufweisenden Signals es gemessen werden kann. Der Schaltkreis 21 ist ein Reziprokzahl-Rechner, um die Frequenz /^aus den im Zwischenspeicher 20 gespeicherten gemessenen Zyklen zu erhalten.

Mittels der gegenüber F i g. 4 abgewandelten Ausführungsform nach Fig.5 läßt sich die Steiggeschwindigkeit vder Metallschmelze auch dann messen, wenn diese sehr niedrig ist. Wie aus F i g. 5 ersichtlich, sind zusätzlich ein Vcrgicichcr 24 und ein Schalter 25 vorgesehen. Die im Zwischenspeicher 20 und im Zähler

19 gezählten Werte werden dem Vergleicher 24 gelegt, so daß sie miteinander verglichen werden können. Wenn der im Zwischenspeicher 20 gespeicherte Zählwert größer ist als derjenige des Zählers 19, wird der Schalter 25 durch das Ausgangssignal des Vergleichers 24 in die aus F i g. 5 mit durchgezogener Linie ersichtliche Stellung verbracht, so daß das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 20 zum Reziprokzahl-Rechner 21 geleitet wird.

Wenn andererseits der im Zähler 19 gezählte Wert größer ist als derjenige des Zwischenspeichers 20, wird der Schalter 25 in die gestrichelte Stellung gemäß F i g. 5 verbracht, so daß dadurch das Ausgangssignal des Zählers 19 zum Reziprokzahl-Rechner 21 geleitet wird. Auf diese Weise wird durch den Vergleicher 24 der erforderliche Verbesserungsvorgang durchgeführt. Der Reziprokzahl-Rechner 21 erhält vom Zwischenspeicher

20 oder vom Zähler 19 ein gemessenes Zyklussignal und führt den Umkehrvorgang durch, so daß dadurch die Dopplerfrequenz gemessen wird.

Die aus Fig.6 ersichtlichen Wellenformen 21-28 verdeutlichen die Arbeitsweise des Dopplergeschwindigkeitsmessers.

Wie erläutert, kann mittels der Vorrichtung gemäß F i g. 5 der im Zwischenspeicher 20 gespeicherte gezählte Wert mittels des Vergleichers 24 mit dem Zählwert des Zählers 19 verglichen und wahlweise eine Verbindung zwischen dem Zwischenspeicher 20 oder dem Zähler 19 einerseits und dem Reziprokzahl-Rechner 21 andererseits hergestellt werden. Wenn sich demgemäß die Steiggeschwindigkeit ν der Metallschmelze verringert, so daß der im Zähler 19 gezählte Wert größer ist als der im Zwischenspeicher 20 gespeicherte Wert, ist deswegen, weil das Zyklussignal des Zählers 19 ein bsi der Durchführung des Meßvorgangs errechneter Wert ist, die Ansprechzeit zur Schaffung eines gemessenen Geschwindigkeitssignals gemäß der merkbaren Steiggeschwindigkeit ν der Metallschmelze kurz, d. h., es erfolgt das Ansprechen schnell.

F i g. 7(a) und 7(b) zeigen Ausführungsbeispiele dieses Meßgeschwindigkeitssignals. Hieraus wird deutlich, daß die Schaltungsanordnung gemäß Fig.5 im Vergleich mit den aus F i g. 7(c) und 7(d) ersichtlichen Kurven eine gute Geschwindigkeitsempfindlichkeit aufweist Obwohl in diesem Fall der Wert des gemessenen Geschwindigkeitssignals, während der Ausgang des Zählers 19 angeschlossen ist, nicht notwendigerweise korrekt ist, so daß sich sofort selbst dann ein Fehlersignal ergibt, wenn sich die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze bei der Anwendung dieser Schaltungsanordnung zur automatischen Steuerung der Gießgeschwindigkeit auf Null reduziert, ist hiergegen nichts Entscheidendes einzuwenden.

Es kann daher mit der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 5 die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze

genau gemessen werden, obwohl die Änderung der Steiggeschwindigkeit außerordentlich gering ist.

Fig. 10 zeigt einen für die Schaffung eines Gußblokkes guter Qualität optimalen Gießgeschwindigkeitsverlauf von Gießbeginn bis -ende, d. h. die Änderung der

ίο Steiggeschwindigkeit ν der Metallschmelze innerhalb der Gießform 3 im Verhältnis zur gewünschten Zeit.

Hierbei zeigt Fig. 10 Daten, die in der Praxis tatsächlich gemessen wurden, und zwar auf der Basis, auf welcher der Geschwindigkeitsverlauf gemäß

κ, Fig. 10 erstellt wurde.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich, stellt die Periode fi eine kurze Zeitdauer dar, während der ein Hochgeschwindigkeitsgießen durchgeführt wird, um zu verhindern, daß sich die Pfannenschnauze 12' zusetzt. Die Zeitdauer k beginnt dann, wenn nicht mehr die Möglichkeit des Verstopfens der Pfannenschnauze 12' besteht, d. h. etwa 30 Sekunden nach dem Gießbeginn, wobei während dieser Zeitdauer f₂ das Gießen mit einer Geschwindigkeit durchgeführt wird, die unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit V₀ liegt, bei der Risse auftreten. Diese Zeitdauer t₂ endet etwa zu einem Zeitpunkt To, und zwar in Abhängigkeit von einer Grenzgießhöhe, bei der noch Risse auftreten. Während des nach dem Zeitpunkt 7"o liegenden Zeitraums h wird das Gießen mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt, um einen wirksamen Gußblock herzustellen, da die Gießgeschwindigkeit hier wenig zum Auftreten von Rissen, Sprüngen od. dgl. beiträgt. Die Zeitdauer U beginnt zu einem Zeitpunkt, an dem der Spiegel Kder Metallschmelze eine vorgegebene Höhe erreicht. Während dieses Zeitraums U wird die Gießgeschwindigkeil allmählich verringert, und zwar derart, daß an einer vorgegebenen Stelle der Gießvorgang genau beendet wird. Wenn der Spiegel Y der Metallschmelze diese Stelle erreicht, wird der Gießvorgang beendet. Es kann daher, wenn der Gießvorgang gemäß Fig. 10 durchgeführt wird, ein Gußblock ohne nennswerte Risse, Sprünge od. dgl. gegossen werden.

Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Gießgeschwindigkeit und der Häufigkeit des Auftretens von Rissen, Sprüngen od. dgl. während der Zeitdauer t₂ im Zusammenhang mit 18 Chargen, die jeweils einen Gußblock von 301 zum Gegenstand haben. Hierbei zeigt sich, daß eine Grenzgießgeschwindigkeit V_n existiert, bei der das Gießen ohne Auftreten einer nennenswerten Rißbildung durchgeführt werden kann.

So ist 2. B. beim Gießen eines Gußbiockcs vor, 301, dessen Höhe 2,8 m beträgt. To eine zum Gießen eines Teiles dieses Gußblockes erforderliche Zeit, bei dem die Höhe 1 m und die Grenzgießgeschwindigkeit V₀ 90 mm/min beträgt. Durch verschiedene Versuche ist bestätigt, daß beim Gießen verschiedener Gußblöcke von 5—40 t eine ähnliche bzw. gleiche Beziehung vorliegt.

Wie sich aus vorstehendem ergibt, läßt sich daher ein

fto Gußblock guter Qualität und geringer Rißbildung dadurch erzielen, daß die Gießgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem sich gemäß F i g. 10 ändernden Vorgabesignal des Mustergenerators 5 gesteuert wird.

Die Vorrichtung kann derart konstruiert sein, daß die Pfannenschnauze 12' mittels des Behälterverschlusses 12 in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der gemessenen Gieß- bzw. Steiggeschwindigkeit und der als Sollwert dienenden Vorgabegeschwindigkeit inter-

mittierend mit konstanter Periode geöffnet und geschlossen wird; wenn hierbei die Vorrichtung gemäß Fig.4 und 5 verwendet wird, müssen jedoch die folgenden Punkte in Betracht gezogen werden:

Wie aus F i g. 8 ersichtlich, liegt eine Zeitverzögerung zwischen der gemessenenen Gießgeschwindigkeit und der tatsächlichen Gießgeschwindigkeit vor. Wenn z. B. angenommen wird, daß die Werte für die Frequenz / einer Mikrowelle 10 GHz und für die tatsächliche

Gießgeschwindigkeit -^- 100 mm/min betragen, be-

trägt diese Zeitverzögerung l//tf=9sec, wobei die Aussende- bzw. Übertragungsgeschwindigkeit der Mikrowelle etwa 3 · 10⁸ m/sec beträgt.

Im allgemeinen ist die zum Betätigen des Behälterver-Schlusses 12 erforderliche Zeit mit dieser Zeitverzögerung vergleichbar und liegt innerhalb eines Größenbereiches von einigen Sekunden bis einigen zehn Sekunden. Wenn daher die Gießgeschwindigkeit nur durch ein einfaches Ein-Aus-Steuerungssystem gesteuert wird, ergibt sich keine stabile Steuerung.

Um einen stabilen Arbeitsablauf zu erhalten, ist es andererseits aus den folgenden Gründen nicht wünschenswert, die Ein-Aus-Betätigungsgeschwindigkeit des Behälterverschlusses zu verringern:

a) Falls sich eine Störung, wie beispielsweise eine Leckage der Metallschmelze aus der Gießform, ergibt, muß die Pfannenschnauze 12' sofort verschlossen werden, weswegen in diesem Zusammenhang eine Verringerung der Ein-Aus-Betätigungsgeschwindigkeit des Behälterverschlusses 12 die Störung nur noch verschlimmern würde.

b) Die im allgemeinen von Gießbeginn bis -ende erfolgende Steuerung der Gießgeschwindigkeit wird selten mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt, und die Gießgeschwindigkeit ändert sich häufig während des Gießvorgangs, so daß es erforderlich ist, eine gewisse Ansprechgeschwindigkeit des Behälterverschlusses 12 zur Verfügung zu haben.

Im Hinblick auf diese Situation ist nun die zur Durchführung eines stabilen und automatischen Hochgeschwindigkeitsgießens der Metallschmelze geeignete Ausführungsform gemäß F i g. 9 zu sehen, bei der eine hydraulisch angetriebene Verschiebeschnauze zum Steuern der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze verwendet wird, wobei jedoch auch eine durch einen Motor angetriebene Pfannenschnauze zur Anwendung gelangen kann.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 9 ist ein Regulator 26 vorgesehen, der einen Impulsgenerator 27 zum Erzeugen von Impulsen mit variablen Perioden aufweist Ein Impulsbreitenmodulator 28 kann ein Ein-Aus-Befehlssignal erzeugen, um eine verschiebbare Pfannenschnauze in Abhängigkeit eines Fehlers zwischen dem Signal für die gemessene Gießgeschwindigkeit und dem Signal für die vorgegebene Gießgeschwindigkeit zu betätigen, wobei sich diese Ausführungsform durch die folgenden Merkmale auszeichnet, um ein Steuerungssystem mit hoher Geschwindigkeit stabil zu betreiben:

a) Der Regulator 26 erzeugt ein Arbeitsbefehlssignal mit drei unterschiedlichen Werten, d. h. jeweils ein Impulsbefehlssignal zum Öffnen, Schließen oder zum Nichtbetätigen der Pfannenschnauze in Abhängigkeit des Fehlers. Durch Schaffung eines Totbereiches für einen Fehler wird di'.rch den Regulator 26 kein Steuerungsvorgang bewirkt, wenn der Fehler innerhalb des Totbereichs liegt.

b) Die Zeitdauer eines Öffnungssignals oder eines Schließsignals ist der Größe dieses Fehlers proportional. Das bedeutet, daß diese beiden Signale einer Impulsbreitenmodulation unterworfen werden.

c) Der Zyklus eines Impulsbefehlssignals wird mit der Zeitverzögerung der Messung der Gießgeschwindigkeit synchronisiert oder derart bestimmt, daß er zwei- bis fünfmal so lang wie die Zeitverzögerung hiervon ist.

Fig. 12 zeigt ein Steuerungssystem für die Gießgeschwindigkeit, das ähnlich demjenigen gemäß Fig.9 arbeitet. Hierbei zeigt sich, daß durch geeignete Auswahl des Fehlers und obengenannten Zeitdauer der gesamte Arbeitsablauf mit hoher Geschwindigkeit sowie stabil durchgeführt werden kann.

Die folgende Tabelle zeigt die Zahlenwerte, auf deren Basis das Simulationsergebnis berechnet wurde:

Durchmesser der Pfannenschnauze 80 mm

Schnauzenbetätigungsgeschwindigkeit 3 m/sec

Gießgeschwindigkeit bei geschlossener

Schnauze 200 mm/min

Schnauzensteuerungsperiode 30 see

Frequenz der

Mikrowellenmeßeinrichtung 10 525 GHz

Zeitbreite des Befehlsimpulses pro Fehler

von 1 mm/min

Teil 1
Teil 2
Teil 3

0,05 see
0,075 sec
0,1 sec

Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Impulsbreitenmodulators mit einem Differentialverstärker Dl, einem Triggerschaltkreis TC, einem Modulationsschaltkreis MC, einem Diodenschaltkreis DS und Verstärkern A\, A2, wobei das gemessene Gießgeschwindigkeitssignal Sm und das vorgegebene Gießgeschwindigkeitssignal Sp dem negativen bzw. positiven Eingang des Differentialverstärkers DI angelegt werden, um das durch den Modulationsschaltkreis MC modulierte Fehlersigna] zu erzeugen. Der Modulationsschallkreis MC wird durch den Ausgangsimpuls des monostabilen Multivibrators 16 gemäß Fig.4 oder beispielsweise durch den von einem monostabilen Multivibrator MM zugeführten Ausgangsimpuls betätigt, wobei dieser Ausgangsimpuls durch diesen Multivibrator MM über einen Transistor TR und ein Relais /?i getriggert ist.

Es kann daher die Metallschmelze in der beschriebenen Weise automatisch gemäß einem optimalen Gießverlauf vergossen werden, und es können hierbei Fehler, wie beispielsweise sich ansonsten bei einem Gußblock ergebende Querrisse und -Sprünge od. dgl., in weitem Umfang reduziert werden, so daß die Qualität des Gußblockes bemerkenswert verbessert wird.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 wird der Gießvorgang stillgesetzt wenn der integrierte Wert des gemessenen Gießgeschwindigkeitssignals einen vorgegebenen Wert erreicht Wie aus Fig. 13 ersichtlich, kann jedoch der Gießvorgang auch durch ein von einem Zeitgeber 27 kommendes Stoppsignal SC stillgesetzt werden, wenn eine vorgegebene Zeit nach Gießbeginn verstrichen ist.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung des Gießvorgangs bei einer automatischen Gießvorrichtung mit einem einen regelbaren Verschluß aufweisenden Behälter zum Eingießen von Metallschmelze in eine Gießform und einer Meßeinrichtung zur Messung der Steiggeschwindigkeit des Metallschmelzspiegels innerhalb der Gießform, deren Ausgangssignal nach einem Soll-Istwertvergleich über eine Betätigungsund Steuerungseinrichtung den Behälterverschluß betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (1) berührungslos arbeitend in Form eines Mikrowellendöpplergeschwindigkeitsmessers ausgestaltet ist und versehen ist mit einem Mikrowellenoszillator (OSC) zum Erzeugen einer Mikrowelie, einem Mikrowellensender und -empfänger (2) zum Aussenden der Mikrowelle zum Spiegel der in der Gießform befindlichen Metallschmelze und zum Empfangen der hiervon reflektierten Mikrowelle, einer Kombinierschaltung (C) zum Kombinieren der gesendeten mit der reflektierten Mikrowelle und einem Dopplerfrequenzmesser (D) zum Messen einer für die Steiggeschwindigkeit des Metallschmelzspiegels repräsentativen Dopplerfrequenz des Ausgangssignals der Kombinierschaltung (C), wobei der Dopplerfrequenzmesser (D) aufweist einen Bczugsoszillatoriie), einen Zähler (19) für die vom Bezugsoszillator (18) gelieferten Bezugsimpulse, eine Synchronisationsschaltung (16, 17) zum Erzeugen von mit der Dopplerfrequenz des Ausgangssignals der Kombinierschaltung (Q synchronisierten Impulsen, mittels denen der Zähler (19) zurückstellbar ist, einen Zwischenspeicher (20) zum vorübergehenden Speichern des Zählerausgangs und einen Rechner (21) zum Berechnen der Steiggeschwindigkeit des Metallschmelzenspiegels auf der Basis des Ausgangssignals des Zwischenspeichers (20).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationsschaltung einen ersten und einen zweiten monostabilen Multivibrator (16, 17) aufweist, wobei der Ausgang der Kombinierschaltung (C) mit dem ersten monostabilen Multivibrator (16) verbunden, dessen Ausgang an den zweiten monostabilen Multivibrator (17) angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Zähler (19) zu dessen Rückstellung verbunden und der Zählerausgang an den Zwischenspeicher (20) angeschlossen _so ist, um die gezählten Bezugsimpulse zu lesen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Zähler (22) zum Zählen der Ausgangsimpulse des Mikrowellensenders und -empfängcrs (2) und einen Konverter (23) zum Erzeugen eines Signals, das für die Höhenlage des Metallschmelzspiegels auf der Basis des Zählerausgangs repräsentativ ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Integrationsschaltung (6) zum Integrieren do des für die gemessene Steiggeschwindigkeit repräsentativen Signals, wobei das integrierte Signal der Betätigungs- und Steuerungseinrichtung (7— 10) für den Behälterverschluß (12) zuführbar ist, um nach Erreichen eines vorbestimmten Wertes den Gieß- <^ Vorgang zu beenden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens einen Schalter (25) mit zwei Eingängen und einen Vergleicher (24). an den der gezählte Bezugsimpulsausgang und der Ausgang des Zwischenspeichers (20) anlegbar sind, um den Schalter (25) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Vergleichers (24) zu betätigen, wobei jeweils einer der Eingänge des Schalters (25) mit dem Zwischenspeicher (20) bzw. mit dem Bezugsimpulszähler (19) verbunden und der Ausgang des Schalters (25) an den Rechner (21) angeschlossen ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungs- und Steuerungseinrichtung (7-10) für den Behälterverschluß (12) eine Einrichtung zum intermittierenden öffnen und Schließen des Behälterverschlusses in Abhängigkeit vom ermittelten Differenzsignal sowie eine Einrichtung zum Synchronisieren des Verschlußöffnungsund -schließzyklus mit dem Zyklus zur Berechnung der Steiggeschwindigkeit aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungs- und Steuerungseinrichtung (7-10) für den Behälterverschluß (12) derart eingestellt ist, daß der Verschlußöffnungsund -schließzyklus zwei- bis fünfmal so lang ist wie der Zyklus zur Berechnung der Steiggeschwindigkeit.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungs- und Steuerungseinrichtung (7—10) einen Impulsgenerator (27), einen Impulsbreitenmodulator (28) für die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators (27) in Abhängigkeit von dem ermittelten Differenzsignal sowie eine Einrichtung aufweist, mittels welcher der Behälterverschluß (12) durch den Impulsbreitenmodulator (28) intermittierend offenbar und schließbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal für den vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf einen Maximalwert innerhalb eines vorgegebenen kurzen Zeitraums vom Gießbeginn an aufweist, danach einen Wert besitzt, der kleiner ist als ein zum Erzielen eines Gußblockes mit vorbestimmter guter Qualität erforderlicher kritischer Wert, bis die Metallschmelze eine vorangestellte Gießhöhe innerhalb der Gießform (3) erreicht, und außerdem einen Zwischenwert zwischen dem Maximalwert und dem kritischen Wert besitzt, nachdem die Metallschmelze eine vorbestimmte Gießhöhe erreicht hat.

10. Vorrichtung nach Anspruch I₁ gekennzeichnet durch einen Zeitgeber (27) zum Erzeugen eines Ausgangssignals nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit, das der Betätigungs- und Steuerungseinrichtung (7 — 10) anlegbar ist, um den Behälterverschluß (12) zu schließen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus des Ausgangssignals des Impulsgenerators (27) mit dem Zyklus zur Berechnung der Steiggeschwindigkeit synchronisiert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus des Ausgangssignals des Impulsgenerators (27) zwei- bis fünfmal so lang ist wie der Zyklus zur Berechnung der Steiggeschwindigkeit.