DE2851256C2

DE2851256C2 -

Info

Publication number: DE2851256C2
Application number: DE2851256A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: FURUKAWA METALS Co Ltd TOKIO/TOKYO JP
Current assignee: FURUKAWA METALS Co Ltd TOKIO/TOKYO JP
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1978-11-27
Publication date: 1992-03-12
Also published as: FR2410308B1; IT7852064A0; SE435587B; DE2851247C2; SE7811481L; US4226278A; DE2851247A1; GB2010535A; GB2010535B; DE2851256A1; FR2410308A1; IT1107598B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für die Füllstandshöhe von Metallschmelzen in Kokillen von Stranggießeinrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Regeleinrichtung US-PS 27 43 492, 33 00 820, 35 36 124 und 38 42 894 dieser Gattung werden zwei Füllstandsmeßfühler verwendet, und zwar jeweils einer für den unteren und einer für den oberen Grenzwert der Füllstandshöhe der Schmelze. Bei dieser Zweipunktregelung wird, wenn die Oberfläche der Schmelze den oberen Grenzwert bzw. den unteren Grenzwert erreicht hat, gemeldet, daß gegenüber dem Sollwert der Füllstandshöhe eine Abweichung vorliegt. Aus dieser Abweichung gebildete Proportions- oder kombinierte Integrations- und Diffenzsignale erzeugen einen Wert, der mit einem vorgegebenen Faktor zur Bildung eines Stellgrößenänderungswertes für den Stopfen multipliziert wird. Mit Hilfe der daraus resultierenden Stellgrößenänderung wird die Füllstandshöhe der Oberfläche der Schmelze so geregelt, daß sie auch weiterhin um einen bestimmten Betrag jeweils vom oberen oder vom unteren Grenzwert abweicht.

Da diese Regeleinrichtung mit festen vorgegebenen Regelkonstanten arbeitet, kann sie schnellen Veränderungen der Füllstandshöhe nicht entsprechend schnell folgen und bietet deshalb keine Gewähr dafür, daß mit ihr verhindert wird, daß die Füllstandshöhe zu stark ansteigt und möglicherweise die Kokille überläuft; sie kann auch nicht gewährleisten, daß Schäden an den gegossenen Blöcken oder Knüppeln vermieden werden, wenn die Füllstandshöhe zu stark absinkt.

Vergleichbare Schwierigkeiten bringt eine weitere bekannte Regeleinrichtung (DE-OS 19 62 960) mit sich. Bei dieser werden die Verstellbewegungen des Stopfens über einen Proportional- Integral-Regler als Nullregler in der Weise bewirkt, daß die Füllstandshöhe durch einen, nahe der Gießöffnung in der Kokille angeordneten radioaktiven Strahler mit Empfänger durch Messung der Strahlungsintensität des Strahlers überwacht und die Meßergebnisse über einen Istwertgeber einem nachgeordneten Differenzwertbildner für den Vergleich Istwert/Sollwert zugeleitet, und der erhaltene Vergleichswert von einem Proportional-Integral-Regler nach Abgleichung dem Stellglied für die Höhenverstellung des Stopfens zugeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Ausbildung der Regeleinrichtung so zu verbessern, daß die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten und Nachteile vermieden werden und eine Regelcharakteristik geschaffen wird, die es erlaubt, schnellen Veränderungen der Füllstandshöhe entgegenzuwirken und anschließend deren erneutes Entstehen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Hiermit wird erreicht, daß immer dann, wenn die Füllstandshöhe in der Kokille den oberen bzw. unteren Grenzwert erreicht, eine auf Erfahrungswerten beruhende vorprogrammierte Folge von Stellungsänderungen des die Größe des jeweiligen Austrittsquerschnitts der Gießöffnung bestimmenden Stopfens abläuft, die zunächst einen schnellen Stop des weiteren Ansteigens bzw. Absinkens der Füllstandshöhe herbeiführt und anschließend einen den Verhältnissen angepaßten mengenmäßig reduzierten bzw. erhöhten Fluß der Schmelze in die Kokille gewährleistet.

Die Impulsfolge besteht zweckmäßig aus Rechteckimpulsen.

Wie die Erfindung weiter vorsieht, können bei einer aus der Summe der einzelnen Zeitspannen gebildeten Zeitspanne für die erste Impulsfolge die entsprechenden vorgegebenen einzelnen Zeitspannen für die nächste Impulsfolge so bemessen sein, daß die Zeitspanne dieser Impulsfolge größer ist als die der vorhergehenden Impulsfolge. Damit wird der Vorteil erzielt, daß der auf den ersten Regelvorgang folgende zweite Regelvorgang, der dann entsprechend langsamer abläuft, ein noch genaueres Einregeln des Flusses der Schmelze aus der Gießöffnung in die Kokille ermöglicht.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine bekannte Ausbildung der Regeleinrichtung in schematischer Darstellung im Schnitt von der Seite gesehen,

Fig. 2 ein Diagramm des Änderungsverlaufs der Füllstandshöhen bei bekannten Regeleinrichtungen,

Fig. 3 die Regeleinrichtung im Schnitt von der Seite gesehen in schematischer Darstellung,

Fig. 4 ein Kennliniendiagramm der Impulsfolgen und der Verstellbewegungen und

Fig. 5 ein Kennliniendiagramm des Verlaufs der Änderungen der Füllstandshöhen.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen, wird bei der bekannten Stranggießeinrichtung durch ein Zuführrohr 1 die Schmelze 2 in die Gießpfanne 3 eingegeben und durch eine Gießöffnung 4 in die Kokille 5 gegossen, um kontinuierlich Blöcke oder Knüppel zu erzeugen. Die Oberfläche 6 der Schmelze muß dabei eine möglichst konstante Füllstandshöhe einhalten. Dies wird durch die Regel- und Einstellmechanik erreicht, zu der ein Betätigungshebel 9, ein verstellbar über der Gießöffnung 4 angeordneter Stopfen und eine Betätigungsvorrichtung 8 gehören, mit der zur Änderung der Größe des Ausflußquerschnittes der Gießöffnung 4 der Stopfen 7 vertikal auf- und abbewegt werden kann.

Bei der zuvor beschriebenen Zweipunktregelung gibt das Meßgrößensignal dann, wenn der Gießpfannenstopfen 7 vom elektrischen Regelungssystem per Analogregelung verstellt oder verfahren wird und wenn der Oberflächenspiegel der Metallschmelze den oberen Grenzwert h₁ oder den unteren Grenzwert h₂ erreicht und damit meldet, daß im Hinblick auf den Sollwert H des Füllstandes eine Regelabweichung von +Δh vorliegt und gegeben ist, dem Gießpfannenstopfen 7 eine Stellgrößenänderung, die dadurch erzielt wird, daß eine Multiplikation eines Proportionalsignales oder von kombinierten integrierten und differentierten Signalen aus der vorerwähnten Regelabweichung Δh mit einem bestimmten Faktor durchgeführt wird. Als Folge davon wird nun der Füllstand des Metallschmelzen-Oberflächenspiegels 6 derart gesteuert und geregelt, daß er auch weiterhin um den Betrag +α oder -β jeweils von dem oberen Grenzwert h₁ oder von dem unteren Grenzwert h₂ abweicht, wie dies mit Fig. 2 dargestellt ist, und zwar aufgrund des Ansprechverhaltens des elektrischen Regelungssystems, so daß mit dem System nach dem bisherigen Stand der Technik auf gar keinen Fall eine größere Genauigkeit erreicht worden ist oder erreicht wird.

Zu der in Fig. 3 wiedergegebenen Ausbildung der Regeleinrichtung 10 gehören die Füllstandsmeßfühler 11 und 11′, die den oberen Grenzwert h₁ bzw. den unteren Grenzwert h₂ der Füllstandshöhe erfassen und als Signale melden. Diese Füllstandsmeßfühler 11 und 11′ sind in der Stranggießkokille 5 in Positionen angeordnet, die gegenüber dem Sollwert H, auf die die Füllstandshöhe eingeregelt werden soll, um die Regelabweichung h vertikal versetzt sind. Die Füllstandsmeßfühler 11 und 11′ sind an eine Regeleinrichtung 12 angeschlossen, die die von den Füllstandsmeßfühlern 11 und 11′ erzeugten Signale als Eingangssignale übernimmt. Von der Regeleinrichtung 12 wird daraufhin eine Impulsfolge erzeugt und als Ausgangssignal auf einen Regelverstärker 13 geschaltet. Das Ausgangssignal des Regelverstärkers 13 wird zum Ansteuern eines rechts und links drehenden Elektromotors 14 verwendet, der den Stopfen 7 der einstellbaren Gießöffnungs- Verschlußmechanik 9 auf- bzw. abwärts bewegt.

Die von der Regeleinrichtung 12 erzeugte und weitergeschaltete Impulsfolge und deren Wirkungsweise gehen aus Fig. 4 hervor. Im Fall, daß der Füllstandsmeßfühler 11 erfaßt hat, daß die Füllstandshöhe der Oberfläche 6 der Schmelze den oberen Grenzwert h₁ erreicht und der Regeleinrichtung 12 ein entsprechendes Signal aufgeschaltet hat, erzeugt die Regeleinrichtung 12 eine Impulsfolge, die das in Fig. 4(a) dargestellte Muster aufweist.

Bei diesem Muster der Impulsfolge erstreckt sich ein oberer Grenzwert-Schließimpuls P₁ über ein vorgegebenes Zeitintervall T₁. Nach Ablauf des anschließenden Zeitintervalls T₂ folgt dann ein oberer Grenzwert-Öffnungsimpuls P₂, der sich über ein weiteres vorgegebenes Zeitintervall T₃ erstreckt. Die Schwingungsdauer der Impulsfolge T beträgt somit T=T₁+T₂+T₃.

Diese Impulsfolge führt zu folgenden Steuerungsabläufen: Der obere Grenzwert-Schließimpuls P₁ bewirkt, daß der Elektromotor 14 den Stopfen 7 nach unten verfährt, mit der Folge, daß der Ausflußquerschnitt der Gießöffnung in einer sehr kurzen Zeitspanne auf nahe Null geschlossen wird, wie dies durch die ansteigende Flanke L₁ der in Fig. 4(b) dargestellten Kennlinie angedeutet ist, mit der Folge, daß die Oberfläche 6 der Schmelze nahe an den Sollwert H der Füllstandshöhe herangebracht wird, wie dies der Kurvenabschnitt Q₁ der Darstellung der Füllhöhenänderungen in Fig. 5 andeutet. Nach Ablauf der Zeitintervalle T₁+T₂ bewirkt der obere Grenzwertöffnungsimpuls P₂, daß der Elektromotor 14 den Stopfen 7 nach oben verfährt und damit ein Öffnen des Austrittsquerschnitts der Gießöffnung 4 veranlaßt, wie mit der abfallenden Flanke L₂ der in Fig. 4(b) dargestellten Kennlinie veranschaulicht. Die Regeleinrichtung 12 ist dabei so eingestellt, daß T₁<T₃ ist. Dies führt dazu, daß der Austrittsquerschnitt der Gießöffnung 4 nicht so weit geöffnet wird, wie dies vor Beginn des Regelvorgangs der Fall war, sondern nur auf einen Querschnitt der um die Größe S von der Größe der vollen Öffnung, die bei Beginn des Regelvorgangs vorhanden war, abweicht, wie in Fig. 4(b) dargestellt.

Deshalb weist die in Fig. 5 dargestellte Flanke R₂ der Kennlinie eine kleinere Steigung als die Flanke R₁ auf; dies zeigt an, daß die Oberfläche 6 der Schmelze in Richtung auf den oberen Grenzwert H₁ langsamer steigt.

Das in Fig. 4(e) angedeutete Unterdrückungssignal unterdrückt eine erneute Signalannahme durch die Regeleinrichtung 12 während des Ablaufs der beschriebenen Steuervorgänge, d. h. während der Zeit der Erzeugung der Impulsfolge.

Wenn der untere Füllstandsmeßfühler 11′ ermittelt hat, daß die Oberfläche 6 der Schmelze den unteren Grenzwert h₂ der Füllstandshöhe erreicht hat und der Regeleinrichtung 12 ein entsprechendes Signal aufgeschaltet wurde, erzeugt diese eine Impulsfolge, die das in Fig. 4(c) dargestellte Muster aufweist. Sie beginnt mit einem unteren Grenzwert-Öffnungsimpuls P₁′, der sich über ein vorgegebenes Zeitintervall T₁′ erstreckt. Nach Ablauf des anschließenden Zeitintervalls T₂′ folgt der untere Grenzwertschließimpuls P₂′, der sich über ein weiteres vorgegebenes Zeitintervall T₃′ erstreckt. Die Schwingungsdauer der Impulsfolge T′ beträgt damit T′=T₁′+T₂′+T₃′.

Der untere Grenzwertöffnungsimpuls P₁′ bewirkt, daß der Elektromotor 14 den Stopfen 7 nach oben verfährt mit der Folge, daß der Austrittsquerschnitt der Gießöffnung 4 in einer sehr kurzen Zeitspanne vollständig geöffnet wird, wie dies durch die ansteigende Flanke L₁′ der Kennlinie in Fig. 4(d) angedeutet ist. Dies bedeutet, daß auch die Füllstandshöhe der Oberfläche 6 der Schmelze sehr nahe an den Sollwert H der Füllstandshöhe herangebracht wird.

Nach Ablauf der Zeitspanne T₁′+T₂′ wird der untere Grenzwertschließimpuls P₂′ erzeugt, der veranlaßt, daß zur Verringerung des Austrittsquerschnitts der Stopfen 7 zur Gießöffnung 4 hin nach unten gefahren wird, wie dies die absteigende Flanke L₁′ der Kennlinie in Fig. 4(d) veranschaulicht. In diesem Falle wird jedoch, weil für die Regeleinrichtung 12 die Einstellung T₁′<T₃′ gilt, der Ausflußquerschnitt der Gießöffnung 4 nicht auf die vor dem Regelvorgang vorhandene Ausgangsgröße gefahren, sondern der Schließvorgang wird beendet, wenn, wie in Fig. 4(d) angedeutet, ein gegenüber der Ausgangsgröße des Austrittsquerschnitts um S′ abweichender Wert erreicht worden ist. Wie bereits (Fig. 5) für den Fall beschrieben, bei dem die Oberfläche 6 den oberen Grenzwert h₁ der Füllstandshöhe erreicht, so wird auch hier die Oberfläche 6 der Schmelze durch Regelung auf eine Füllstandshöhe zwischen dem Sollwert H und dem unteren Grenzwert h₂ gehalten.

Die Zeitintervalle T₁, T₂, T₃ sowie T₁′, T₂′, T₃′ und weiter die Zeitspanne T+T des Unterdrückungsimpulses sind als Tabelle veränderlicher Konstanten in verschiedensten Kombinationen vorgebbar. So kann z. B. dann, wenn der Regeleinrichtung 12 erneut ein Signal aufgeschaltet worden ist, das das Erreichen des oberen Grenzwertes H₁ der Füllstandshöhe meldet, die Oberfläche 6 der Schmelze dadurch mit größerer Genauigkeit wieder auf den Sollwert H der Füllstandshöhe zurückgebracht werden, daß bei der Aufschaltung dieses zweiten Signals die Summe der kombinierten Zeitintervalle T₁, T₂ und T₃ gemäß Fig. 4(a) auf einen gegenüber der Summe der vorhergehenden Zeitintervalle höheren Wert vorgegeben und damit erreicht werden, daß die Steigung der in Fig. 5 dargestellten Flanke Q₂ größer ist als die der Flanke Q₁.

Eine Versuchsanlage mit der erläuterten Regeleinrichtung wurde bei der Produktion von Blöcken/Knüppeln eingesetzt. Das Gießen der Metallschmelze erfolgte mit einer Fließmenge von 20 000 cm³/min, die Kokille hatte einen Durchmesser von 200 mm. Mit Füllstandsmeßfühlern, die mit einer Regelabweichung von +/-5 mm in der Kokille angeordnet waren und mit einem Mikrocomputer als Regeleinrichtung konnte die Oberfläche der Metallschmelze mit einer Toleranz von +/-7 mm auf dem Sollwert der Füllstandshöhe gehalten werden, und zwar mit der Vorgabe-Programmierung der Zeitintervalle T₁=0,3 sec, T₂=1,5 sec, T₃=0,2 sec und T=1,0 sec, sowie T₁′=0,4 sec, T₂′=1,5 sec, T₃′=0,3 sec und T′=0,5 sec.

Claims

1. Regeleinrichtung für die Füllstandshöhe von Metallschmelzen in Kokillen von Stranggießeinrichtungen, bei denen die Schmelze aus einer mit einem motorisch heb- und senkbaren Stopfen verschließbaren Gießöffnung einer Gießpfanne in die Kokille fließt, wobei in Abhängigkeit von Signalen, die das Erreichen vorgegebener, von einem Sollwert der Füllstandshöhe abweichender oberer bzw. unterer Grenzwerte der Füllstandshöhe von Füllstandsmeßfühlern erfassen und an eine Regel- und Steuereinrichtung abgeben, die Steuereinrichtung eine Veränderung der Größe des Austrittsquerschnitts der Gießöffnung durch Ändern der Hubstellung des Stopfens herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (12) aufgrund des Signals für das Erreichen des oberen Grenzwertes (h₁) der Füllstandshöhe eine Impulsfolge erzeugt, die bewirkt, daß der Stopfen (7) für die Gießöffnung (4) für eine vorgegebene erste Zeitspanne (T₁) vollständig verschließt und nach Ablauf einer anschließenden, ebenfalls vorgegebenen zweiten Zeitspanne (T₂) für eine weitere vorgegebene dritte Zeitspanne (T₃) so weit wieder öffnet, daß die Größe des Austrittsquerschnitts (S) etwas kleiner ist als die bei Beginn der Impulsfolge gegebene Größe, und daß die Regeleinrichtung (12) aufgrund des Signals für das Erreichen des unteren Grenzwertes (H₂) der Füllstandshöhe eine Impulsfolge erzeugt, die bewirkt, daß der Stopfen (7) die Gießöffnung (4) für eine vorgegebene erste Zeitspanne (T₁′) vollständig öffnet und anschließend nach Ablauf einer ebenfalls vorgegebenen zweiten Zeitspanne (E₂′) für eine weitere vorgegebene dritte Zeitspanne (E₃′) so weit wieder verschließt, daß die Größe des Austrittsquerschnitts (S) etwas größer ist als die bei Beginn der Impulsfolge gegebene Größe.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolge aus Rechteckimpulsen besteht.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer aus der Summe der einzelnen Zeitspannen (T₁, T₂, T₃) bzw. (T₁′, T₂′, T₃′) gebildeten Zeitspanne (T) bzw. (T′) für die erste Impulsfolge die entsprechenden vorgegebenen einzelnen Zeitspannen für die nächste Impulsfolge so bemessen sind, daß die Zeitspanne dieser Impulsfolge größer ist, als die der vorgegebenen Impulsfolge.