DE2817115A1

DE2817115A1 - Verfahren zur steuerung eines giesspfannenschiebers beim stranggiessen

Info

Publication number: DE2817115A1
Application number: DE19782817115
Authority: DE
Inventors: Soichiro Fujii; Taishin Sugita; Shiro Suzuki; Yasukuni Yamazaki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1977-04-19
Filing date: 1978-04-19
Publication date: 1978-10-26
Also published as: FR2387715B1; JPS53129125A; GB1602327A; BR7802384A; FR2387715A1

Description

Möhlstraße 37 D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87

Tokio, Japan Telex:0529802hnkld

.' Telegramme: ellipsoid

Verfahren zur Steuerung eines Gießpfannenschiebers beim

Stranggießen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Gießpfannenschiebers beim Stranggießen und insbesondere ein Verfahren zur automatischen Steuerung eines solchen Schiebers mit dem Ziel der Konstanthaltung der Abziehgeschwindigkeit des Gußstrangs.

Bei den bisherigen Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung eines Gießpfannenschiebers beim Stranggießen wurde dieser Schieber meist von Hand betätigt. Vorgeschlagen wurden aber auch ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen in einem Zwischenbehälter eine Lastzelle angeordnet ist und ein Gießpfannenschieber in Abhängigkeit von der Gewichtsmessung des Zwischenbehälters mittels der Lastzelle gesteuert wird, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen eine Lastzelle in einer Gießpfanne angeordnet ist und ein Schieber derselben in Abhängigkeit von einer Gewichtsmessung der Gießpfanne mittels der Lastzelle gesteuert wird.

Diese bisherigen Verfahren und Vorrichtungen sind nicht nur mit dem Nachteil behaftet, daß sie jeweils eine spezielle

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Detektor- bzw. Meßfühlervorrichtung erfordern, vielmehr besteht dabei auch bezüglich des Hauptproblems beim Stranggießen, nämlich bezüglich der Konstanthaltung der Abziehoder Gießgeschwindigkeit des Strangs und somit der Gewährleistung einer gleichbleibenden Güte des Strangs, der Nachteil, daß keine Vorkehrungen zur Berücksichtigung äußerer Störeinflüsse, wie Änderung des Ausgußstutzens, eines Zwischenbehälters o.dgl., getroffen sind, da hierbei ein indirekter Parameter, nämlich das Gewicht der Gießpfanne oder des Zwischenbehälters, gemessen wird.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens zur Steuerung bzw. Einstellung eines Gießpfannenschiebers beim Stranggießen, mit dem insbesondere die Nachteile des Stands der Technik sicher vermieden werden könnei und die Erstarrungsgeschwindigkeit der Metallschmelze durch Konstanthaltung der Abziehgeschwindigkeit des Gußstrangs konstant gehalten wird, so daß ein Gußstrang gleichmäßiger Güte kontinuierlich hergestellt werden kann.

Mit diesem Verfahren sollen auch Einsparungen an Arbeitsaufwand realisierbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Steuerung eines Gießpfannenschiebers beim Stranggießen mittels einer Stranggießanlage erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abziehgeschwindigkeit des Gußstrangs mittels eines Meßfühlerelements ermittelt wird, daß die gemessene Abziehgeschwindigkeit mittels einer Rechnereinheit einer arithmetischen Auswertung unterworfen wird, um einen geeigneten Öffnungsgrad des Gießpfannenschiebers zu berechnen, und daß der Öffnungsgrad des Gießpfannenschiebers ständig auf der geeigneten Größe gehalten und dadurch die Strömungsmenge der Metallschmelze aus der Gießpfanne in den Zwischenbehälter so geregelt wird, daß die Abziehgeschwindigkeit des Gußstrangs konstant bleibt.

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Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Strömungs- oder Durchsatzmenge der Metallschmelze aus einer Gießpfanne und dem Hub eines Gießpfannenschiebers .

Gemäß Fig. 1 fließt bei einer Stranggießanlage die in einer Gießpfanne 1 befindliche Metallschmelze über einen Gießpfannenschieber 3 in einen Zwischenbehälter. Die sich im Zwischenbehälter 2 sammelnde Schmelze fließt über eine am Boden des Zwischenbehälters 2 vorgesehene Schnauze bzw. einen Ausguß mit einer der Quadratwurzel des Füllstands der Schmelze im Zwischenbehälter 2 proportionalen Geschwindigkeit in eine Kokille 4. Ähnlich wie bei den bisherigen Stranggießvorrichtungen erstarrt die in die Kokille 4 eingegossene Metalloder Stahlschmelze in der von der Außenseite her wassergekühlten Kokille 4 zu einem Gußstrang, der mit Hilfe von Abziehwalzen 5 kontinuierlich abgezogen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich nun dadurch, daß die Abziehgeschwindigkeit des Strangs mittels eines Geschwindigkeitsfühlers 7 gemessen, die gemessene Abziehgeschwindigkeit in einer Reohnereinheit 6 einer arithmetischen Auswertung unterworfen wird, um einen geeigneten Öffnungsgrad des Gießpfannenschiebers zu berechnen, und der Öffnungsgrad des Gießpfannenschiebers 3 stets auf einer geeigneten Größe gehalten wird, so daß die Durchsatzgeschwindigkeit der Stahlschmelze aus der Gießpfanne 1 zum Zwischenbehälter 2 zur Aufrechterhaltung einer konstanten Abziehgeschwindigkeit des Gußstrangs geregelt oder eingestellt werden kann.

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Es ist darauf hinzuweisen, daß der Pegel oder Füllstand der Stahlschmelze in der Kokille durch Änderung der Strang-Abziehgeschwindigkeit mittels einer Kokillenfüllstand-Regelvorrichtung 8 auf einer konstanten Höhe gehalten wird. Da die Regel- bzw. Steuervorrichtung für den Gießpfannenschieber erfindungsgemäß eine Steuerung zur Konstanthaltung der Abziehgeschwindigkeit des Strangs gewährleistet, wirft die Wechselwirkung zwischen der Füllstand-Regelvorrichtung 8 und der Gießpfannenschieber-Steuervorrichtung Schwierigkeiten auf. Da hierbei jedoch die Regelvorrichtung 8 wesentlich schneller anspricht als die Gießpfannenschieber-Steuervorrichtung, kann die Wechselwirkung zwischen beiden Vorrichtungen durch Verzögerung des Ansprechens der Steuervorrichtung für die Regelung auf eine vernachlässigbare Größe verringert werden. Außerdem wird der Füllstand in der Kokille mittels der Regelvorrichtung 8 auf einer konstanten Höhe gehalten, so daß im Fall eines schnellen Ansprechens die Änderung der Strömungsmenge der Stahlschmelze in die Kokille als Änderung der Abziehgeschwindigkeit des Strangs betrachtet werden kann; wenn daher die Abziehgeschwindigkeit des Strangs gemessen wird, kann die gemessene Abziehgeschwindigkeit als Signal benutzt werden, das die Strömungsmenge oder -geschwindigkeit der Schmelze in die Kokille angibt.

(1) Verfahren zur Berechnung der Schmelzenströmungsmenge aus einer Gießpfanne in einen Zwischenbehälter auf der Grundlage der Abziehgeschwindigkeit des Gußstrangs:

Die Schmelzenströmungsmenge in eine Kokille, die Strömungsmenge der Schmelze aus einer Gießpfanne in einen Zwischenbehälter und der Füllstand der Stahlschmelze im Zwischenbehälter müssen den folgenden Beziehungen genügen:

Q₁-Q₀ (D

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(2)

Q. = Strömungsmenge oder -geschwindigkeit der Stahlschmelze aus der Gießpfanne in den Zwischenbehälter, Q = Strömungsmenge oder -geschwindigkeit der Stahlschmelze aus dem Zwischenbehälter in die Kokille, Ht = Füllstand der Stahlschmelze im Zwischenbehälter, A₁ = Querschnittsfläche des Zwischenbehälters, A₂ = Querschnittsfläche des Zwischenbehälter-Ausgusses

und
Ot₁ = ein Strömungsmengenkoeffizient.

bedeuten.

Bei Berechnung der Beziehung zwischen den Strömungsmengen Q. und Q_Q anhand der obigen Gleichungen (1) und (2) ergibt sich folgende Gleichung:

^Qi - ^Qo ^{+ K}1

2 2
mit K₁ = A₁ZgOO₁A₂.

Die Strömungsmenge oder -geschwindigkeit der Stahlschmelze (bei der Strömung) aus einem Zwischenbehälter in die Strangkokille kann in jedem gegebenen Augenblick als Abziehgeschwin digkeit des Strangs wie folgt ausgedrückt werden:

Unter der Voraussetzung, daß der Füllstand der Metallschmelze in der Kokille mittels einer Kokillenfüllstand-Regelvorrichtung konstant gehalten werden kann, wird der Bedingung —rr = genügt, so daß man erhält:

Q₀ = A₃U,

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A, = Querschnittsfläche der Kokille, U = Abziehgeschwindigkeit des Strangs und Hm = Höhe oder Füllstand der Stahlschmelze in der Kokille

bedeuten.

Durch Einsetzen von Gleichung (5) in Gleichung (3) lassen sich die Beziehung zwischen der Strömungsmenge der Stahlschmelze aus der Gießpfanne in den Zwischenbehälter und die Abziehgeschwindigkeit des Strangs wie folgt ableiten:

Q₁ = A₃ (U + K₁A₃U^) (6)

Anhand von Gleichung (6) kann die Strömungsmenge oder -geschwindigkeit der Stahlschmelze (bei der Strömung) aus der Gießpfanne in den Zwischenbehälter auf der Grundlage der Abziehgeschwindigkeit des Strangs berechnet werden.

Wenn Gleichung (6) mittels eines Digitalrechners berechnet wird, läßt sich ein Differentialausdruck ^S in Form von Inkrementen ausdrucken. Dies bedeutet, daß der Differentialausdruck nach einem Inkrement der Abziehgeschwindigkeit in einem kleinen Inkrement der Zeit wie folgt berechnet werden kann:

dU _ OU Un - Un-1 Un - U_n 1 ΕΈ " SF ~ Tn - T_n_i T₈ *

Un = Abziehgeschwindigkeit zum Meßzeitpunkt, ^un-1 ⁼ Abziehgeschwindigkeit zum letzten Meßzeitpunkt

und
T_ = ein Meßzeitintervall

bedeuten.

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(Un - U_n-1) gibt ein Inkrement der Abziehgeschwindigkeit während eines Meßzeitintervalls an. Durch Einsetzen von Gleichung (7) in Gleichung (6) ergibt sich folgende Beziehung:

^Qin - V^Un ^{+ K}1^A3^U

(2) Verfahren zur Ableitung einer Beziehung zwischen der Strömungsmenge oder -geschwindigkeit der Stahlschmelze von einer Gießpfanne in einen Zwischenbehälter und dem Öffnungsgrad (Hub) eines Gießpfannenschiebers:

Der Öffnungsgrad des Gießpfannenschiebers läßt sich als Schiebe rhub wie folgt ausdrücken:

S = AS-St (9)

S = Öffnungsfläche des Gießpfannenschiebers, AS = ein Inkrement der Öffnungsfläche pro Längeneinheit des Hubs und
St = den Schieberhub

bedeuten.

Nach Gleichung (9) kann die Strömungsmenge der Stahlschmelze von der Gießpfanne in den Zwischenbehälter wie folgt dargestellt werden:

_{1 2]}^ (10)

⁰^P ^{= e:}*-ⁿ Strömungsmengenkoeffizient und H₁ = den Stahlschmelzenfüllstand in der Gießpfanne

bedeuten.

Die aus der Gießpfanne in den Zwischenbehälter strömende

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Stahlschmelzenmenge wird somit zur Funktion des Hubs. Unter der Voraussetzung, daß während einer sehr kurzen Zeitspanne keine Änderung des Füllstands der Stahlschmelze in der Kokille eintritt, kann die Beziehung zwischen dem (Schieber-)Hub und der Strömungsmenge oder -geschwindigkeit der Stahlschmelze ungefähr durch die folgende lineare Gleichung ausgedrückt werden:

S_t = f(Q₁)

= K₂Q₁ +K₃ (11)

(3) Verfahren zur Bestimmung des optimalen Hubs entsprechend einer vorgegebenen Größe der Abziehgeschwindigkeit eines Gießstrangs auf der Grundlage obiger Verfahren (1) und (2):

Die Strömungsmengen der Stahlschmelze aus einer Gießpfanne in einen Zwischenbehälter zu den Zeitpunkten T=T_m» ^st^=stm T=T , S^=S, lassen sich wie folgt ausdrücken:

^Qim = ^A3^(Um ^{+ K}1^A3^U>

^{mlt S}t - ^Stm· ^b2w·

^Qln

mit S_t = S_tn.

Wenn die Koeffizienten K₂ und K, nach Gleichung (11) anhand der Daten (S_tm, Q_lm) und (S^_n, Q_1n) berechnet werden, läßt sich die Beziehung zwischen dem Hub und der Strömungsmenge der Schmelze von der Gießpfanne, in den Zwischenbehälter durch folgende Gleichung darstellen:

S — S SQ — SQ ο tn tnir, . tm in tn im

^st ⁼ E (5—⁰I ⁺ Π δ

^{1 Q}in ^Qim ^x ^Qin ^Qim

S0984 3/0911

Die Strömlingsmenge der Stahlschmelze entsprechend einer vorgegebenen Größe der Abziehgeschwindigkeit des Strangs bestimmt sich wie folgt:

^Qset - ^As^Us <¹5)

Q . = eine vorbestimmte bzw. vorgegebene Größe

der Schmelzenströmungsmenge und U₃ = eine vorgegebene Größe der Abziehgeschwindig-

keit des Strangs

bedeuten.

Durch Einsetzen von Gleichung (15) in Gleichung (14) kann der optimale Schieberhub wie folgt ausgedrückt werden (vgl. Fig.2):

Q4- tn " tm _n tm in " tn im _(Λ(-\ ^Stset - O_1n - ü_lm ^Qset * U_1n - U₁₁₁ <¹⁶>

Wie vorstehend beschrieben, wird der Gießpfannenschieber erfindungsgemäß in der Weise gesteuert bzw. eingestellt, daß die Strömungsmenge oder -geschwindigkeit der Stahlschmelze für den gegebenen Öffnungsgrad des Gießpfannenschiebers nach dem obigen "Verfahren (1)" berechnet wird, daß die Beziehung zwischen der Schmelzenströmungsmenge und dem Gießpfannenschieber-Öffnungsgrad auf der Grundlage der Daten für die Schieber-Öffnung und die Schmelzenströmungsmenge an zwei Punkten, nämlich an einem augenblicklichen und einem vorhergehenden Punkt, nach obigem "Verfahren (2)" ermittelt wird und daß der optimale Schieberhub für die vorgegebene Größe nach obigem "Verfahren (3)" bestimmt wird. Wenn die Beziehungen zwischen der Strömungsmenge der Schmelze aus der Gießpfanne in den Zwischenbehälter, dem Gießpfannen-Schieberöffnungsgrad und der Strang-Abziehgeschwindigkeit wie im Fall der erfindungsgemäß verwendeten Vorrichtung ständig berechnet und überprüft wird, können ausreichende Gegenmaßnahmen gegen äußere Störeinflüsse, wie

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Verschleiß des Gießpfannenschiebers, Schaden der Schnauzenbzw. Ausgußsteine usw., gewährleistet werden.

Aufgrund der beschriebenen Merkmale und Wirkungen bietet die Erfindung die folgenden praktischen Vorteile:

1. Im Gegensatz zur bisherigen Handbetätigung ist beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Gießpfannen-Bedienungsperson erforderlich.

2. Die Vorrichtung wird dadurch vereinfacht, daß anstelle einer Lastzelle o.dgl. als Meßfühlerelement die Abziehgeschwindigkeit des Gußstrangs als Regelgröße benutzt wird.

3. Da die Abziehgeschwindigkeit des Strangs, die das eigentliche Ziel der Regelung oder Steuerung darstellt, als Regelsignal benutzt wird (im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren, die auf der Grundlage des Gießpfannen- oder Zwischenbehältergewichts arbeiten), ist eine Steuerung oder Regelung auch unter äußeren Störeinflüssen, wie Änderung des Schnauzen- oder Ausgußdurchmessers des Zwischenbehälters o.dgl., möglich.

4. Es wird ein mathematisches Modell geboten, das auf der Grundlage nur der Abziehgeschwindigkeit des Gußstrangs gesteuert werden kann.

5. Es können Gußstränge von stets gleichmäßiger oder gleichbleibender Güte hergestellt werden.

6. Während bei den bisherigen Steuer- oder Rege!verfahren unter Verwendung von PID-Reglern ein gestuerter Schieber periodischen Änderungen (Einstellungen) unterworfen wird, weil ein Zwischenbehälter ein bestimmtes Fassungsvermögen und daher eine integrierende Charakteristik besitzt, wird beim

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erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung eines optimalen (Schieber-)Hubs eine definierte Einstellung möglich, und die zyklische oder periodische Änderung kann dadurch vermieden werden, daß eine geeignete Unempfindlichkeitszone für den gesteuerten Schieber vorgesehen wird.

Obgleich das Erfindungsprinzip vorstehend in Verbindung mit einer speziellen Vorrichtung beschrieben ist, soll diese Beschreibung die Erfindung selbstverständlich lediglich beispielhaft erläutern und keinesfalls den Erfindungsrahmen einschränken.

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Claims

Patentanspruch

Verfahren zur Steuerung eines Gießpfannenschiebers beim Stranggießen mittels einer Stranggießanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Abziehgeschwindigkeit des Gußstrangs mittels eines Meßfühlerelements ermittelt wird, daß die gemessene Abziehgeschwindigkeit mittels einer Rechnereinheit einer arithmetischen Auswertung unterworfen wird, um einen geeigneten Öffnungsgrad des Gießpfannenschiebers zu berechnen, und daß der Öffnungsgrad des Gießpfannenschiebers ständig auf der geeigneten Größe gehalten und dadurch die Strömungsmenge der Metallschmelze aus der Gießpfanne in den Zwischenbehälter so geregelt wird, daß die Abziehgeschwindigkeit des Gußstrangs konstant bleibt.

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Ke/Bl/ro

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ORIGINAL INSPECTED