DE2836711A1

DE2836711A1 - Verfahren zum steuern der spiegelhoehe geschmolzenen stahls in der form einer stranggussvorrichtung

Info

Publication number: DE2836711A1
Application number: DE19782836711
Authority: DE
Inventors: Katsutoshi Fukumoto; Yoshio Kikkawa; Yuso Matsunaga
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1977-08-22
Filing date: 1978-08-19
Publication date: 1979-03-08
Also published as: GB2004391A; DE2836711C2; IT1105767B; JPS5433827A; GB2004391B; IT7850778A0; BR7805323A; ES472766A1; FR2400980A1; FR2400980B1

Description

;ic I-rf inc! α cig betrifft ei"i Verfahren zvur Steuern der "niegalhöke Π 23c;l-:o1 ζαπ^η Stab Is ir. ti-'-r For;·, einer £ tr angguT-vor richtung und int dadurch gekennzeichnet, da" das "lintraffen der fipiegolhöhe des geschmolzenen ^:".stalls in oor For:: bei einer- vorherbestimmten Jert zu Arbeitsbeginn 1-nr Vorrichtung festgestellt, Z-uqwalzen solann mit einer Drehgeschwindigkeit ari^otrieben. verton, eic auf sina". zuvor eingestellten "ert der anfänglichen ^T'in stellung der Jalzengosch'/indigkeit beruht, sodann der Bereich der Spiecolhöhe benachbart zu der¹ zuvor eingestellten '.'ert der Gpiegelhöheneinfetellung festgestellt und sodann kontinuierlich die Mjw ichunq· der Spiegelhche des gesch:."iolzenen -Ictalls in der Forrr. gegenüber der Soiegelhöheneinsteilung einer Steuervorrichtung eingegeben und die Sugv/alzen vermittels Signalen angetrieben v;erden, die das .Ausgangssignal der Steuervorrichtung mit der ursprünglichen Linstellung der vfalzengeschv/indigkeit kor;b inier en.

!lach einer bevorzugten ruisführungsform verfährt man wahlweise dergestalt, daß nach den Antrieb der Zugwalzen eine gegebene Zeitspanne gemessen und sodann die Abweichung der Spiegelhöhe des geschmolzenen Metalls in der Form gegenüber der Spiegelhöheneinstellung einer Steuervorrichtung eingegeben und die Zugwalzen vermittels Signalen angetrieben V7erden, die das Zmsgangssignal der Steuervorrichtung mit der ursprünglichen Kinstellung der T^Talzengeschwindigkeit korobinieren.

Die Urfindung betrifft die Steuerung der Spiegelhöhe geschmolzenen Stahls in der Form einer Stranggußvorrichtung und insbesondere ein Verfahren zur Spiegelhöhensteuerung vermittels dessen die Spiegelhöheneteuerung, insbesondere zu Beginn des Arbeitsvorgangs in stabilisierter Weise durchgeführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Steuerung der Spiegelhöhe für eine Stranggußvorrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Steuersystems auf der Grundlage der schematischen Darstellung nach der Figur 1.

909810/0803

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines beispielsweisen Steuersystems nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer abgewandelten Ausführungsform einer erfxndungsgeraäßen Ausführungsform.

Bei Stranggußvorrichtungen wird der Arbeitstakt häufig wiederholt. Unter Bezugnahme auf die Figur 1 wird die Arbeitsweise im einzelnen erläutert. Der geschmolzene Stahl in der Pfanne 1 wird in die Form 2 gegossen. Das geschmolzene Metall wird durch die umgebende tvand und den Auslaß der Form 2 gekühlt, und währenddes Verfestigens a uf eine Form im wesentlichen mit der gleichen Querschnittsform wie derjenigen der Form, nach unten aus der Form durch die Zugwalzen 7 herausgezogen, dasselbe liegt nunmehr in Form eines stangenförmigen Knüppels, Scheibe oder Gußstück 3 vor. Die Geschwindigkeit, mit der das Gußstück 3 herausgezogen wird, wird in der folgenden Weise gesteuert. Die Spiegelhöhe des flüssigen Stahls in der Form 2 (nachfolgend "Spiegelhöhe" genannt) wird durch das Fühlelement 4 festgestellt, das das die Spiegelhöhe angebende Signal einer entsprechenden Steuervorrichtung 5 zuführt. Aufgrund desselben sendet die Steuervorrichtung 5 ein Ausgangssignal 13 an einen Motor 6 für den Antrieb der Zugwalzen 7, wodurch der Antriebsmotor 6 mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit umläuft unter Herausziehen des Gußstücks 3 mit einer bestimmten Geschwindigkeit, wodurch dasd geschmolzene Metall bei einer vorherbestimmten Spiegelhöhe gehalten wird.

Unter der Form 2 ist eine nicht gezeigte Führung vorgesehen, auf die geschmolzener Stahl von der Pfanne 1 aus zu Beginn des Gießvorgangs gegossen v/ird. Nachdem die Vorrichtung somit inganggesetzt worden ist, steigt die Spiegelhöhe in der Form 2 allmählich an bis das Fühlelement 4 das Eintreffen der Oberfläche des geschmolzenen Metalls bei einem vorherbestimmten unteren Grenzwert (LL) der Spiegelhöhe feststellt. Zu diesem Zeitpunkt stellt der Körper der Gießvorrichtung zusammen mit dem Steuersystem einen geschlossenen Kreis dar, der aus dem Fühlelement 4, Steuervorrichtung 5 für die Spiegelhöhe, Antriebsmotor 6 und Zugwalzen 7 besteht. Dieser Kreis wird durch das Blockdiagramm nach der Figur 2 wiedergegeben. Hierbei stellt das Bezugszeichen 11 das Ansprchen der Steuervorrichtung aufdie Spiegelhöhe (d.h. Steuervorrichtung 5 nach Fig. 1) 12

909810/0803 " ⁵ "

die Geschwindigkeitseinstellung des Antriebsmotors G, des Ausgangssignals 24 der Steuervorrichtung des Ausgangssignals der Steuervorrichtung 5 des Ansnrechens des Bettätigungseleraentes 14, der Fließgeschwindigkeit 15 der Form (Auslaßgeschwindigkeit), der Fließgeschwindigkeit 16 an den Auslaß der Pfanne 1, das Ansnrchen 17 an der Form, der Spiegelhöhe 18 in der Form, das Ansprechen des Fühlelementes 19 (Fühlelement 4 in der Figur 1) des Wertes 20 der festgestellten Spiegelhöhe und einen automatischen Start des logischen Kreises 21, sowie Schalter 22, 35 dar, die durch den logischen Kreis 21 betrieben werden, sowie die Einstellung 23 für die Spiegelhöhe und ein Abweichungssignal 9 für die Steuervorrichtung.

Das hier gezeigte Steuersystem arbeitet in der folgenden Weise. Es sei nun angenommen, daß der Empfindlichkeitsbereich für das Ansprechen des Fühlelementes (Element 4 nach Figur 1) sich auf -50 bis +50 mm (Diff. 100 mm) beläuft. In diesem Fall wird der LL der Spiegelhöhe auf 0 mm in Gleichgewichtszustand eingestellt. Sodann wird nach Erreichen des LL (minus 50 mm) der logische Kreis 21 die Schalter 22 und 35 schließen. Als Folge hiervon wird aufgrund eines Ansprechens der Steuervorrichtung 11 (Steuervorrichtung 5 nach Fig. 1) die Differenz zwischen dem LL und der Einstellung der Spiegelhöhe als ein Fehler von -56 mm festgestellt. Dieses Signal steuert die Einstellung 12 und sodann das Ausgangssignal 13, so daß die Steuervorrichtung 5 dazu dient, die Drehung der Zugwalzen 7 zu beschränken bis die Spiegelhöhe den Gleichgewichtszustand (0 mm) erreicht.

Hie beschrieben, muß das Umlaufen der Zugwalzen 7 zu Beginn des Arbeitens klein gehalten werden. Dies macht jedoch eine ausreichende Steuerung der Spiegelhöhe unmöglich aufgrund der Charakteristika des weiter unten erläuterten Steuersystems für die Spiegelhöhe nach der Figur 2.

Sobald die SpiegelShöhe des in die Form gegossenen geschmolzenen Stahls LL erreicht hat, ist das weitere Ansteigen der Spiegelhöhe sehr schnell. Bei einer z.B. mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Stranggußvorrichtung, -ei der die Entfernung zwischen LL und dem zuvor eingestellten Gleichgewichtswert der Spiegelhöhe sich auf 50 mm beläuft, wird das flüssige Metall eine Zeitspanne von ledig-

909810/0803

lieh etwa 1 sec. benötigen, um die Entfernung zu überbrücken, üeiterhin weisen die nachfolgenden Bauelemente eine zeitliche Verzögerung auf (intecrrale Bauelenente): Bauelement 14, ifberführungselement 17 und Element 19 nach Fig. 2. Wenn somit die nit der beschränkten Geschwindigkeit umlaufenden Zugvalzen 7 nach den GIeichgewichtszustand beschleunigt werden sollen, neigt das System dazu, eine Verzögerung zu erleiden und dem. schnell ansteigenden Uert nicht zu folgen. In extremen Fällen kann das geschmolzene Metall über den Rand der Form fließen. Wie weiter oben erläutert, ist das herkömmliche Verfahren mit dem Nachteil behaftet, daß dasselbe ein sicheres Arbeiten der Vorrichtung nicht sicherstellt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht insbesondere darin, daß die angegebenen T^rachteile eines herkömmlichen Verfahrens zur Steuerung der Spiegelhöhe ausgeräumt v/erden.

Srfindungsgemiiß wird somit ein Verfahren geschaffen, durch das die Spiegelhöhe des geschmolzenen rietalls in der Form einer Stranggußvorrichtung dadurch erreicht wird, daß eine rinstellung der iTalzengeschwindigkeit vorgesehen wird, die praktisch gleich der Geschwindigkeit ist, mit der das geschmolzene Metall in die Form eingeführt wird, wobei der die Steuervorrichtung einschließende Schaltkreis so gehalten wird, daß der Steuervorrichtung kein Abweichungssignal während der Zeitspanne zugeführt wird, die innerhalb einer Spanne liegt, die sich von dem Eintreffen der Spiegelhöhe des geschmolzenen 'ietalls zu dem Zeitpunkt LL (gewöhnlich von etwa -45 bis -5G ran) bis zu dem nachfolgenden Ansteigen der Spiegelhöhe benachbart zu deir. Wert des Gleichgewichtszustandes erstreckt und sodann festgestellt wird, daß die Spiegelhöhe sich auf einen I'ert benachbart zu den Gleichgewichtszustand erhöht hat. Sodann wirdder Schaltkreis einschl. der Steuervorrichtung geschlossen und es werden Abweichungssignale an die Steuervorrichtung abgegeben. Hierdurch wird vermieden, daß eine anfängliche Begrenzung der Walzengeschwindigkext zu Beginn des Arbeitsganges erfolgt, d.h. der IJachteil der hferkömralichen Verfahrensweise wird vermieden und die Spiegelhöhe des flüssigen Metalls wird scnell auf den Gleichgewichtszustand eingestellt.

909810/0803

In der Figur 3 sind gezeigt das Ansprechen 11 der Steuervorrichtung für die Spiegelhöhe (der in der Fig. 1 gezeigten Steuervorrichtung 5) der Geschwindigkeitseinstellung 12 des Antriebsm.otors 6 (Fig. 1), des Ausgangssignals 24 der Steuervorrichtung 5, des Arbeitssignals 13, des Ansprechens 14 des Betätigungselements, der Fließgeschwindigkeit 15 in der Form (Auslaßgeschwindigkeit) (Fig. 1), der Fließgeschwindigkeit 16 an dem Auslaß der Pfanne 1 (Fig. 1), des Ansprechens 17 der Spiegelhöhe 13 in der Forin, des Ansprächens 19 (Absprechen des Fühlelements 4 nach Fig. 1), des Wertes der Spiegelhöhe 20 der durch das Fühlelement 4 festgestellt wird, einer automatischen Entscheidung des Starts durch den logischen Kreis 21, eines durch das Signal 25 zu betätigenden Schalters 35, der einstellung 23 für den Gleichgewichtszustand des geschmolzenen Stahls, für eine Substraktionsvorrichtung 10 für das Subtrahieren des anhand der Einstellung 23 festgestellten Wertes der Spiegelhöhe 20, des von der Substraktionsvorrichtung könnenden Ausgangssignals 28 (&bweichungssignal), der relativen Abweichung 27, eines Konparators 33 für das Vergleichen des Abweichungswertes von den Ausgangssignal

26

der Subtraktionsvorrichtung 10, sowie eines flip-flopj für das Verarbeiten des Ausgangssignals von dem Komparator 33, des Ausgangssignals 29 von dem flip-flop, eines durch das Äusgangssignal zu steuernden Signals 22, sowie eines Äbweichungssignals 9, das durch den Schalter 22 der Steuervorrichtung 5 zugeführt wird.

Diese Anordnung unterscheidet sich von einer herkömmlichen Anordnung nach der Figur 2 dadurch, daß der Schalter 22 nicht durch den logischen Kreis 21-für die automatische Startentscheidung, sondern durch das Ausgangssignal 29 betätigt wird, das durch Betätigen der erfindungsgemäß zusätzlichen Elemente erfolgt und zwar der Substraktionsvorrichtung 10, des Komparators 33 und des flipTflop 26.

Das erfindungsgemäße Steuersystem arbeitet in der folgenden Weise: Sobald das Eintreffen der geschmolzenen Metalloberfläche bei LL festgestellt wird, erzeugt der logische Kreis 21 für die automatische Startentscheidung das Ausgangssignal 25 unter Schließen des Schalters 35. Als Ergebnis hiervon wird'die Geschwindigkeitseinstellung 12 für den Antriebsmotor 6 direkt in Form des Signals 13 auf die Zugwalzen 7 nach Fig. 1 so übertragen, daß dieselben in Umdrehung versetzt werden. Da eine Verzögerung bezüglich der Erhöhung

90981G/0803 " ⁸ "

r·

O —

der Umlaufgeschwindigkeit bezüglich Cos Gleichgewichtszustandes vorliegt, irä das geschmolzene Metall schnell in cie Form eingegossen, wodurch die Spiegelhöhe desselben schnell ansteigt. Sodann arbeitet die Substfaktionsvorrichtung 10 schnell dergestalt, daß die Differenz zv.'ischen dem Signal 2C, das die ansteigende Spiegelhöhe wiedergibt, und der Einstellung 23 der Spiegelhöhe 23 festgestellt wird. Das Arbeitsergebnis 28 wird durch den Komparator 33 nit der vorherbestimmten relativen Abweichung 27 verglichen (der Eezugswert, auf dessen Grundlage die Entscheidung getroffen wird, ob der tatsächliche Wert zu diesen Zeitpunkt vorliegt, liegt benachbart zu der gegebenenfalls vorliegenden Einstellung der Spiegelhöhe). Die luisgangssignale des Konparators 33 werden ir Zustand des geschmolzenen Stahls im Gleichgewichtszustand ilen; flip-flop 26 zugeführt. Aufgrund des von der flip-flop 26 kommenden J-usgangssignals 29 wird der Schalter 29 betätigt. Mach Betätigen des Schalters 22 wird derselbe in dieser Lage gehalten bis der flip-flop 2G zurückgestellt worden ist.

Es ergibt sich somit, daß die Drehgeschwindigkeit der Zugwalzen 7 schnell zumiromt, sobald der Spiegel in der Form auf den T7ert LL zugenommen hat unter Erreichen des zuvor eingestellten Wertes auf der Grundlage der Einstellung 12. Aufgrund der nachfolgenden Erhöhung des Spiegels des flüssigen Metalls auf einen viert benachbart zu dem Gleichgewichtszustand wird die Verringerung des entsprechenden Fehlerwerfees durch die Bauelemente 10, 33, 26 bestätigt. Es wird sodann sofort der Schalter 22 geschlossen, so daß das Ansprechen 11 der Steuervorrichtung die Einstellung 12.und somit die Geschwindigkeit der Zugwalzen 7 steuert. Hierdurch kann die Spiegelhöhe des geschmolzenen Stahls auf eien Wert benachbart zu dem Gleichgewichtszustand eingestellt v/erden. Somit kann der Nachteil des herkömmlichen Verfahrens ausgeräumt werden, der darin besteht, daß eine Veränderung der Spiegelhöhe, die selbst zu einem Überfließen führen kann, und zwar bedingt durch ein Hintenanhalten der anfänglichen negativen Beschleunigung der Geschwindigkeit der Zugwalzen, sowie eine sehr beständige Steuerung zu Beginn der Arbsits-.eise aufrechterhalten wird.

Bei der praktischen Ausführung des Erfindungsgegenstandes muß der Einstellfehler der Einstellung 12 der F'alzengeschwindigkeit berücksichtigt werden. Die Einstellung 12 nuß so gewählt werden, daß die-

909810/0803 - 9 -

selbe der Geschwindigkeit entspricht, r.iit der der geschmolzene Stahl gemäß der Figur 1 aus der Pfanne 1 nach unten fließt. Wenn die Einstellung 12 nicht angelassen ist, wird die ^r7alzenqeschwindigkeit größer als erforderlich sein, wodurch das Gußstück"zu schnell herausgezogen wird. Dias beeinträchtigt nicht nur die Zuführung des geschmolzenen ietalls zu einen. Tiert entsprechend do-Λ Gleichgewichtszustand, sondern führt ebenfalls zu einer Diskontinuität des nicht verfestigten Metalls gegbenüber deir, unteren Ende der Form 2. Um dies zu vermeiden, ist es lediglich erforderlich, die Walzengeschwindigkeit des Steuersystems nach Figur 3 so auf einen genauen viert oder einen etwas ni&drigereren '..'erb einzustellen, und zwarunabhänciig von eine:n geringfügigen Fehler. Um eine verläßlichere x\rbeitsweiS3 zu erzielen, kann eine abgewandelte Ausführungsforn nach Fig. 4 angewandt werden.

ilach Fig. 4 gibt das Bezugszeichen 30 einen Zeitgeber (Verzögerungsalenent) und das Sezugszeichen 34 das Ausgangssignal für den Zeitgeber 30 zwecks Betätigen des Schalters 22 wieder«

-ei diesem Steuersystem wird das logische Summensignal (OR) des iiusgangssignals 29 nach der Figur 3, wenn auch nicht gezeigt, und das oben erwähnte den Schalter betätigende Signal 34 den Schalter 22 betätigen. Diese Anordnung ermöglicht es, daß der Seitgeber in Funktion tritt, nachdem die Spiegelhöhe des geschmolzenen Stahls den LL erreicht hat und bevor der flip-flop 26 in die Funktionnach Figur 3 tritt. Somit wird der Schalter 22 durch das Ausgangssignal 34 des Zeitgebers bettätigt, ehe irgendwelche funktioneilen Störungen auftreten.

Sobald der Schalter 22 betätigt wird, wird der in der Fig. 1 gezeigten Steuervorrichtung 5 ein negatives Abweichungssignal zugeführt, edingt durch den niedrigen Spiegelwert des geschmolzenen Stahls nach Fig. 1 , und die Steuervorrichtung 5 gibt ein ".usgangssignal 24 ab, durch das die TCalzengeschwindigkeit beschärnkt wird. Hierauf erhöht das geschmolaene Ketall seine Spiegelhöhe.

Das in der Figur 4 gezeigte Steuersystem kann unabhängig von und in Kombination mit demjenigen nach der Figur 3 angewandt werden. Das Steuersystem kann hervorragende Steuercharakteristika bei einfacher Bauart erzielen, wobei es eine sichere und stabilere Funktionsweise als nach dem Stand der Technik ergibt. Der Zeitgeber

909810/0803 " ^1o "

30 kann auf eine unabhängige Zeitspanne eingestellt werden, axe sveckuUßiger Tieise als eine Funktion uer Mate eingestellt vira, rit der der gesca^iolzane Stahl von dor "f&nria 1 sin -'!herfährt v.'iri".. Versuche haben gezeigt, daß z. . eine ^:etallgosch?Jindigk3it von 3 :i/jiin. clazu fährt, daß eier Seitgeber -nit ceiner Iⁿin-'J,tollung von 2 bis 2,3 see. zu guten I.rgebnissen führt. In -ieser ^r'eise führt das Schließen -.Ics Schalters 22 in seiner zeitlichen Abstiranung zu den 'irreichen der Spiegel'lohe des letalIs zu den Gleichgev/ichtczustand au einer·, x/ohlabgestimten Verhältnis, ei ■1·2ΐ· der flip-flojp 2(3 bei der. Steuer sys tori nach Fig. 3 in Funktion tritt. Das Steuersystem r.ach Fig. 4 arbeitet sodanr in der gleichen T⁷eise v?io dasjenige nach Fig. 3.

Erfindungsgemäß gelinegt es, eine genaue Steuerung der Spiegelhöhe des geschmolzenen .'letalls bei einer Stranggußvorrichtung zu erzielen, ohne daß die Gefahr eines rberiließens und weiterer Ilachteile gegeben ist.

909810/0803 BAD ORIGINAL

Claims

NACHQEREICHT ς j - -/ο PATENTANWALT D.t BERLIN 33 13.3.73 MANFREDMIEHE Diplom-Chemiker Tetramine; INDUSPROP BERLIN Telex: 0185443 UI/O1/24Oo283.67 1 53-1048 .ilTSÜBISHI JUKOGYO KMJUSIiIiII KAISIFv 5-1, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokio, Japan Verfahren zum Steuern der Spiegelhöhe geschmolzenen Stahls in der Form einer Stranggußvorrichtung Patentansprüche

1. Verfahren zum Steuern dar Spiegelhöhe geschmolzenen Stahls in der Form einer Stranggußvorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß das Eintreffen der Spiegelhöhe des geschmolzenen Metalls in der Form bei einem vorherbestimmten- Uert 2u Arbeitsbeginn der Vorrichtung festgestellt, Zugwalzen sodann Liit einer Drehgeschwindigkeit angetrieben werden, die auf einen zuvor eingestellten Wert der anfänglichen Einstellung der yJalzengeschwindigkeit beruht, sodann der Bereich der Suiegelhöhe benachbart zu dem zuvor eingestellten T'ert der Spiegelhöheneinstellung festgestellt und sodann kontinuierlich die Abweichung der Spiegelhöhe des geschmolezenen ;.ietalls in der Form gegenüber der Spiegelhöheneinstellung einer Steuervorrichtung eingegeben und die Zugwalzen vermittels Signalen angetrieben werden, die das Ausgangssignal der Steuervorrichtung mit der ursprünglichen Einstellung der -.Jalzengeschwindigkeit kombinieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintreffen der Spiegelhöhe des geschmolzenen Metalls bei einem vorherbestimmten Fert zu Arbeitsbeginn der Vorrichtung festgestellt, Zugwalzen sodann mit einer Drehgeschwindigkeit angetrieben werden, die auf einer anfänglichen Einstellung der XTalzengeschwindigkeit beruht, sodann im Anschluß an das "-lessen einer gegebenen Zeitspanne /-.ontinuierlich die Abweichung" der Spiegelhöhe des geschmolzenen iletalls in der

909810/0803

BAD ORIGINAL

Forr j3genä;'jor eier Spie^alhöiieneinsfcsllun;^ oir.er Steuervorrichtung eingegeben and die 3ugv⁷alzen vermittels "ir'nalen argehriiibon \/?rc.en, die c"a.s Lus^angssicjnal der S'ceuervorrj c'icu^rr --.it ö.er ar3^:)rJr^r;lichen T instellunq- der ^; aIzcn'-ι-ϊsch¹.·¹ inej.n] eit ko-!-;-iT:ioren

009810/0803