DE2548750A1

DE2548750A1 - Anordnung zur dosierung der aus einem druckabfuellofen abzufuellenden schmelze

Info

Publication number: DE2548750A1
Application number: DE19752548750
Authority: DE
Inventors: Kjell Dipl Ing Bergman; Lars Carlsson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-11-11
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1976-05-13
Also published as: SE401989B; SE7414101L; DE2548750C2; US4019563A

Description

Rechts-undPatentanwaft Frankfurt/Main, den 27. 10. 1975

D*.-Ing. Λτε&Ιπϊ Foecicer b/P 20.034 P

6 i-rtANKFURT/iM. 1
Rathenaupi. 2 · Tel. (0611) 28 23 55

Allmänna Svenska Blektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Anordnung zur Dosierung der aus einem Druckabfüllofen abzufüllenden Schmelze

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Dosierung der aus einem Druckabfüllofen abzufüllenden Schmelze gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist bekannt durch die DT-OS 2 254 946.

Die bekannte Anordnung betrifft eine automatische Kontrollanordnung, bei der aus einem Ofen in eine Dosierungspfanne abgefüllt wird, welche ihrerseits mit einer Wiegevorrichtung versehen ist. Diese Wiegevorrichtung liefert ein Ausgangssignal, das differenziert wird, um ein den Schmelzenfluß beschreibendes Signal zu erhalten. Dieses letztgenannte Signal wird mit einem Sollwertsignal (Referenz) verglichen, und die Regelabweichung steuert das Abgießen des Ofens. Eine solche Anordnung funktioniert gutj es besteht jedoch der Wunsch, das Zwischenniveauwiegen zu vermeiden, das in gewissen Fällen platzraubend und kompliziert sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Dosiereinrichtung derart weiterzuentwickeln, daß auf ein Zwischenwiegen der Schmelze verzichtet werden kann.

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Zur lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den UnteranSprüchen genannt.

Durch die Erfindung wird also das integrierte Gewichtssignal durch ein direktes Niveausignal ersetzt, das man durch eine Gleichung erhält, die aus den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Werten zusammengesetzt ist und im folgenden näher beschrieben wird. Man mißt also das integrierte Niveausignal, das Niveausignal und den zeitlichen Differentialquotienten des Niveausignals und addiert diese drei Größen. Hierdurch erhält man einen Wert für das Gewicht in der Gießflasche. Dieses Signal wird mit einem Sollwert verglichen, und mittels einer solchen Regelung kann man das gewünschte Niveau in der Gießschnauze des Druckabfüllofens durch Druck einstellen und auch die Dosierung zum richtigen Zeitpunkt abbrechen, so daß man in der Gießflasche das richtige Gewicht erhält. Auf diese Weise erhält man eine außerordentlich einfache und wirksame Regelung, die auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen, wie z.B. in Stahlwerken, Gießereien usw., gut verwendbar ist.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

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Fig. 1 und 2 zwei verschiedene Ausführungsformen der Gießschnauze an einem Druckabfüllofen,

Fig. 3 eine Anordnung mit Stopfenstange an einer Gießschnauze,

Fig. 4 eine Niveaukontrolle an einer Gießflasche,

Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Regelung für einen Druckabfüllofen,

Fig. 6 verschiede Abfüllkurven, bei denen die Niveauhöhe über der Zeit aufgetragen ist.

Beim Gießen besteht der Wunsch, die richtige Menge Schmelze, z.B. Eisen oder Stahl, in einer Gießflasche ohne überflüssige Schmelze im Eingußsystem dosieren zu können. Das bedeutet, daß man den Schmelzenfluß aus dem Ofen zum richtigen Zeitpunkt abbrechen muß. Bei einer Drucksenkung im Ofen zum Beispiel erhält man keine unmittelbare Änderung im Schmelzenfluß, da das System mit einer gewissen Trägheit behaftet ist, die als Zeitkonstante und Transportzeitverzögerungen bezeichnet werden kann. Fig. 6 zeigt zwei verschiedene Arten eineψ Abfüllverlaufes. Man erkennt die Niveauvariationen in einer Gießschnauze. Beispielsweise zum Zeitpunkt t.. soll das Abfüllen abgebrochen werden. Hier hat das Niveau den Wert H.., während die Steigung der Kurve in diesem Augenblick einen Wert -s·+ hat. Man will auch das Nachablaufen berücksichtigen, das in dem Zeitpunkt aufhört, in dem die H-Kurve

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die Abzicse erreicht. Aus der unteren Kurve der Fig. 6 geht

JTT

hervor, daß der Wert ^r sehr verschieden sein kann und daß die Nachablaufzeit somit stark von diesem Differentialquotienten abhängt. Dies ist eine Erklärung dafür, daß alle drei Signale, d.h. die integrierte Schmelzenmenge bis t., der Differentialquotient der Kurve im Augenblick des Schließens sowie der Niveauwert im Augenblick des Schließens, zum Messen der gesamten Schmelzenmenge eine schließlich des Nachablaufens von Bedeutung sind.

Fig. 5 zeigt einen Druckabfüllofen 1, der mit Leitungen und Ventilen 5 zur Regelung des Druckes über der Schmelze im Ofen versehen ist. Der Ofen ist mit einer Rinneninduktoreinheit 20 ausgerüstet und wie ein sogenannter "tea-pot" geformt. Der Ofen hat einen Einlauf 21 und einen Auslauf mit einer Gießschnauze 3· Der Ofen wird durch den über die Ventile 5 zugeführten Druck über die Gießschnauze 3 in das Gußloch oder die Gießflasche 4 abgefüllt. Der Druck ρ über dem Schmelzenspiegel im Ofen wird im Glied 6 gemessen.

Wenn der Druck im Ofen 1 zur Zeit t um den Wert/4P gesenkt wird, was im Endzustand bedeutet, daß das Niveau der Schmelze höher liegt als die Schwelle 2 (Fig. 5), so gilt

= J M(t)at + k. · M(t ) + k„ ^dK(t<

J M(t)dt + Ic₁ * M(t ) + k₉ ^dM(V + k, (1) ' ^e -"dF ^ό

Dabei ist w das Gesamtgewicht in der Gießflasche. Der erste Ausdruck auf der rechten Seite ist die Schmelzenmenge, die im Augen blick des Stopsignals aus dem Ofen herausgeflossen ist. Der zwei te und dritte Ausdruck beschreibt die Mengen, die nach dem Stopsignal noch herausließe^. ^

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Die Drucksenlcung im Ofen soll somit zu dem Zeitnunkt vorgenommen werden, in dem

Je₁ ,

/ M(t)dt + k. . M(t)

dM(t

+ k

OOXX / I θ _ -, .

0 ^üt

Bei gegebener Ausführung der Gießschnauze 3 des Ofens ist der Schmelzenfluß vom Niveau K der Schmelze über der Ausflußöffnung (Fig. 5) abhängig. Es ist somit möglich, aus dem Wert H einen Wert für den Schmelzenfluß M = f(E) zu bilden. Dies gilt für eine offene Abfüllrinne gemäß Fig. 1 oder eine Abfüllrinne mit Gießloch 22 gemäß Fig. 2.

Auch im Falle der Verwendung einer Stopfenstange 23 in Fig. 3 gilt im Prinzip die Bedingung gemäß Gleichung (2).

Aufbau und Funktionsweise der Regelanordnung nach Fig. 5 werden im folgenden näher erläutert:

1. Der Druckabfüllofen 1 ist mit einem geschlossenen Regelkreis 6, 9» 8, 5 zur Druckregelung versehen. Zum Regelkreis gehört ein Druckmesser 6 und ein Druckregler 9, der beispielsweise aus einem Verstärker mit proportional-integralem Verhalten (sogenannte PI-Charakteristik) besteht. Die Ausgangsgröße des Druckreglers 9 steuert eine Schaltvorrichtung 8, die ihrerseits ein Regelventil 5 steuert, über welches dem Ofen 1 unter Druck stehende Luft oder Inertgas zugeführt wird. Die Höhe H in der Gießschnauze 3 ist somit von dem Druck abhängig, welcher über dem Schmelzenspiegel im Ofen 1 ruht.

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- ⁰PPV

-S-

2 b 4 8 7 b O

2. Das Niveau K in der Gießschnauze 3 wird mittels eines Niveaumessers 7 gemessen. Dieser Niveaumesser kann beispielsweise nach dem laserstrahlprinzin arbeiten, wie es aus der schwedischen Patentschrift 327 260, Fig. 3, bekannt ist. Der Niveaumesser kann aber auch beispielsweise mittels Röntgenstrahlen, nach dem Durchstrahlungsprinzip, auf elektromagnetische «eise oder nach dem Kontaktprinzip arbeiten. Der Niveaumesser 7 liefert einen kontinuierlichen Meßwert für das Niveau E, welcher über die Leitung 24 weitergegeben wird.

3. Für einen Dosierungszyklus des Ofens 1 erhält man einen

Sollwert H - für da.s Niveau von einem Führungswertgeber 10, dessen Eingangs signale die Werte E „„ und (-g^) _f sind. Diesel Sollwert Kf, wird der Anordnung über die Leitung 25 zugeführt

4. Hen Sollwert P -, für den Druck erhält man von einem Speicherglied 13, dessen Ausgangssignal gleich dem während des vorausgegangenen Dosierungszyklus herrschenden Ofendruck abzüglich.il P ist, welches Signal man von einem anderen Speicherglied 12 erhält und das mit Rücksicht auf das Ausgangs signal vom Niveauregler 14 korrigiert ist. Zu diesem Signal wird über die Leitung 26 der Drucksollwert ΛΡ addiert.

Während der Dosierung folgt das Speicherglied 12 dem augenblicklichen Ofendruck minus Δ P , und während der Zeit zwischen zwei Dosierungen wird dieser Wert in das Speicherglied 13 eingespeichert, um bei der folgenden Dosierung verwendet zu werden.

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5. Während der Dosierung wird der gemessene Niveauwert K mit dem Sollwert H_ref. verglichen, und durch ein Zerhacker-(sampling) Halteglied 14, Schalter 27, wird ein Korrekturwert gebildet, welcher während der Pause zwischen zwei Dosierungen dem Speicherglied 13 über die Leitung 23'zugeführt wird.

6. Ein Punktionsgenerator 17, der, abhängig von der verwendeten Gießschnauzenart, die Punktion M = f(H) abbildet, ist zusammen mit einer Schaltung 13 zur Bildung der Bedingung gemäß Gleichung

(2) vorgesehen. Das Glied 28 bildet das integral y^eM(t)dt.

O Das Glied 29 bildet den zeitlichen Differentialquotienten

^k9 ^d3 e , "bei 30 wird k₁ . M(t ) und bei 30b k.. gebildet, dt ι e j

Wenn die Bedingung für eine vollendete Dosierung erfüllt ist, wird der PContakt 19a geschlossen und dadurch die bei 19 abgegriffene Drucksenkungsreferenz Δ.Ρ durchgeschaltet, deren Größe so gewählt ist, daß das Niveau in Wartestellung zwischen zwei Dosierungen unter der Schwelle 2 der Gießschnauze 3 des Ofens liegt. Die Ausgangssignale von den Gliedern 28, 29, 30, 306, die summiert und von dem Sollert W „ subtrahiert v/erden, v/erden über ein Grenzwertgerät 31 dem Kontakt 19a zugeführt und schließen diesen. Wenn das Abfüllen beginnen soll, wird der Kontakt 19a geöffnet.

Das Niveau in der Gießschnauze H des Ofens wird somit unter Berücksichtigung der Referenz K ~ geregelt, und die Regelung wird von einem Zerhacker (sampling)-Halteglied 27, 14 vorgenommen. Die Zerhaclcung (sanroling) erhält man durch den Kontakt

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27, und als lie gel signale werden während des Steuerungsverla.ufens in den Speichergliedern gespeicherte Signale verwendet, welche die Schaltvorrichtung beeinflussen, nachdem der Kontakt 27 ausgeschaltet wurde. Schalter für diese Speicherglieder sind bei 35 und 36 in Fig. 5 gezeigt.

Die Regeleingriffe werden nicht während der Dosierung vorgenommen; eventuelle Korrekturen werden vielmehr in der Pause zwischen zwei Dosierungen durchgeführt, was mittels der beiden Speicherkreise 12, 13 geschieht.

Man möchte während der Dosierung ein Korrektursignal gewinnen, das dem Niveauregelkreis 24, 25 und dem Speicherglied 13 zugeführt werden kann, das den Drucksdlwert 13 gibt, um dadurch die erforderliche Drucksteigerung zu kompensieren, die entsteht, weil die Schmelzenmenge in der Ofenwanne während der Dosierung geringer wird. Diese Korrektursignale erhält man vom Abgriff 16 über den Kontakt 37 und vom Abgriff 15 über den Kontakt 38.

Statt das Signal vom Koinzidenzgliedr direkt der Druckregelung zuzuführen und es somit zur Einschaltung des Drucksenkungssollwertes zu verwenden, kann es das Steuerglied für die Stopfenstange 23 (Fig. 3) beaufschlagen, welches dann den Ablauf der Gießschnauze 3 schließt. Bei einer Dosierung über längeren Zeiten kann sich beispielsweise der Durchmesser des Abgußloches verändern, wodurch M = f(H) sich ändert. Um diesen Einfluß zu berücksichtigen, wird das Schmelzenniveau in einer bereits fertiggegossenen Flasche (1-3 Flaschen von jenen, in

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~ 9 —

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2 b 4 8 7 b Q

die das Gießen erfolgt) gemessen. Das Meßsignal (IL,) erhält man von Glied 41 (Pig. 4) und vergleicht es mit einem Sollwert E .p. Eine eventuelle Abweichung gibt über ein Zerhacker-(sampling) Halteglied einen Korrekturwert für den Höhensollwert H „ und den Funktionsgenerator für M = f(H). Das Korrektursignal wird bei 39 (Fig. 4) entnommen, und H „ sowie H-, werden bei 40 eingespeist. Die Zerhackung (sampling) kann man über das Kontaktgerät erhalten, und zu dem Ealtekreis gehört ein integrierender Verstärker.

Das Abweichungssignal bei 39 kann stattdessen auch dazu benutzt werden, die Position für die Stopfenstange 23 (Fig. 3) zu korrigieren, wenn sich diese in geöffneter Lage befindet, um auf diese Weise Variationen im Zusammenhang M = f(K) zu korrigieren.

Statt das Niveau zur Bildung von M = f(H) zu messen, kann man die Dosierung auch über eine Zwischenpfanne gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 2 254 946 vornehmen, wobei die Zwischenpfanne gewogen wird und das Gev/ichtssignal zur Bildung von M differenziert wird.

Entsprechend Fig. 3 kann die Gießflasche auch mit einem besonderen Kanal 45 zur Anzeige, daß die Flasche 34 voll ist, versehen sein, wobei der Schmelzenfluß während der Dosierung so gesteuert wird, daß die Schmelze diesen Kanal unter keinen Umständen füllt, bevor nicht die Flasche gefüllt ist. Dadurch, daß ein Niveaumesser 33 der oben beschriebenen Art anzeigt, daß die Schmelze in dem genannten Kanal hochgestiegen ist, kann man die Steuer-

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vorrichtung für die Stopfenstange 23 zur Steuerung des Verschlusses beeinflussen, wenn man die Dosierung- zum richtigen Zeitpunkt zu stoppen wünscht (Pig. 3).

Das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

Der Schalter 27 des Zerhacker-Haltegliedes 14 wird pro Dosiervorgang einmal betätigt. Gleiches gilt für den oberhalb des Gliedes 14 gezeigten Schalter. Dieser letztgenannte Schalter dient zur Rückstellung auf Null nach jedem Vorwärtszählvorgang im Glied 14.

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Claims

Patentansprüche:

1 . Anordnung zur Dosierung· der aus einen Druckabfüllofen abzufüllenden Schmelze, beispielsweise Eisen- oder Stahlschmelze, bei dem das Schmelzenniveau H, beistiielsweise an der Gießschnauze, gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckabfüllen durch ein oder mehrere Signale steuerbar ist, die ein Korrekturglied liefert, dessen Ausgangssignal abhängig ist von einem Signal, welches das Integral des Schmelzenflusses ist, d.h. eine Funktion des Niveausf(K), sowie von einem Signal, welches von dem augenblicklichen Schmelzenfluß abhängig ist,und von einem Signal, welches von der iüiderungsgeschwindigkeit (Anstiegsgeschwindigkeit) des Schmelzenflusses abhängig ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßglieder Niveaumeßglieder in oder en der Gießschnauze des Ofens sowie Signalbilder für das Plußsignal IT = f (E) enthalten.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ofen ein geschlossener Regelkreis zur Druckregelung angeschlossen ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtungen im Ofen durch Vergleich des Niveaus an. einem Niveausollwert geregelt werden und daß diese Regelung zerhackt (sampled) mit einem sogenannten Halteglied ausführbar ist.

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5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung während der Dosierung des Ofens abgebrochen oder blockiert ist und daß für eventuelle Korrekturen des Sollwertes im Regelkreis zwei Speicherglieder (12, 13) vorhanden sind, die Daten der vorausgegangenen Dosierung speichern.
6. Anordnung nach den Ansprüchen 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Korrektursignal dem Niveauregler und dem Speicherglied für den Drucksollwert zur Kompensation einer erforderlichen Drucksteigerung zugeführt wird, die dadurch entsteht, daß die Schmelzenmenge im Ofen während des Dosiervorganges geringer wird.
7c Anordnung nach den Ansprüchen 3-6» dadurch gekennzeichnet, daß ein Koinzidenzglied vorhanden ist, das anstelle der Rückkopplung des DrucksenkungsSollwerts einem Steuerglied für eine Stopfenstange zuführbar ist, die einen Ablauf an der Gießschnauze verschließen kann.
8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niveaurnesser vorhanden ist, der in dem Eingußsystem plaziert ist, wobei das Niveau an dem fertigen Guß gemessen wird, daß das Meßsignal mit einem Sollwert verglichen wird und der SoIl-Ist-Differenzwert einem Zerhackungs (sampling)-Halteglied zur Bildung einer Korrektur des Höhensollwertes (H f. bzw. M - f(H)) zuführbar ist.

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9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niveaumesser vorhanden ist, der in dem Eingußsystem plaziert ist, wobei das Niveau an dem fertigen Guß gemessen wird, daß das Heßsignal mit einem Sollwert verglichen wird und der Soll-Ist-Differenzwert einem Steuerglied für eine Stopfenstange in der Gießschnauze zuführbar ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-9 bei einem System mit Dosierung in einer Zwischenpfanne, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenpfanne wiegbar ist, dal3 der Schmelzenfluß durch Differenzierung der gewogenen Eisenmenge abgebildet wird und die Änderungsgeschwindigkeit des Schmelzenflusses durch eine zweite Differenzierung des Gewichtssignals gewonnen wird.
11. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niveaumesser in einem Kanal in einer Gußkokille oder Gießflasche zum Abfüllen aus dem Ofen angeordnet ist, wobei dessen Ausgangssignal zur Verhinderung einer Jberfüllung eine Stillsetzvorrichtung für das Abfüllen aus dem Ofen steuert.

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