DE2926863C2 - Verfahren zur Steuerung des Ausgußschiebers eines Gießgefäßes - Google Patents

Description

L = Länge des Ausflußkanals,
D = Durchmesser des Ausflußkanals,
λ - Widerstandsbeiwert (Strömungswiderstand) g = Erdbeschleunigung

/in = tatsächlich ferrostatische Höhe in dem Gefäß

sind, und die ferrostatische Höhe Im sich aus der Gleichung

hn-ho-ψ
Ao

ergibt mit ho — maximale ferrostatischer Höhe in dem Gefäß, Ao = Querschnittsfläche des Gefäßes und Qn = aus dem Gefäß im Zeitintervall Δ Τ ausgeflossene Schmelzenmenge.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ausgußschieber von einer hydraulischen Arbeits-Kolben-Zylinder-Einheit gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Schieberöffnungen unter Verwendung einer Referenz-Kolben-Zylinder-Einheit gemessen werden, die abseits von den extremen Umgebungsbedingungen des Gefäßes angeordnet ist. wobei Leckflüssigkeitsverluste im Arbeitszylinder berücksichtigt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ausgußschieber von einer zweiseitig beaufschlagbaren Kolbcn-Zylinder-Einheit gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung der Ist-Schieberöffnungen unter Verwendung von den beiden Arbeitskammern des Zylinders zugeordneten Durchflußmessern erfolgt, wobei Leckflüssigkeitsverluste im Zylinder berücksichtigt werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ausgußschieber von einer Kolben-Zylinder-Einheit gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Ist-Schieberöffnungen der dem Kolbendruck entgegenwirkende Druck eines auf den Kolben wirkenden elastischen Elementes gemessen wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Ausgußschiebers eines Gießgefaßes für metallurgische Abgüsse in Abhängigkeit von der Änderung der Badspiegelhöhe der Schmelze im Gießgefäß, insbesondere beim Sequenz-Strangguß.

Bei der Steuerung von Ausgußschiebern, insbesondere von Gießpfannenschiebern zum Stranggießen ist es wichtig, dall durch die Steuerung möglichst konstante Abgußmengen erhalten werden, so daß die Abziehgeschwindigkeit des Gußstrangs konstant bleibt. Ferner ist es wichtig, daß durch die Steuerbewegungen des Ausgußschiebers keine Beunruhigung der Ausgußströmung eintritt.

Die bekannten Steuerverfahren arbeiten nach dem Prinzip der Proportional-Verstellung bzw. auf der Analogbasis, wobei die Ausgußschieberbewegungen dem Badspiegel Änderungen zum Beispiel einer Kokille oder in einem Zwischenbehälter stetig folgen.

Der Nachteil der Analogsteuerung liegt besonders darin, daß die dabei auf der hydraulischen Seite notwendigen Proportionalventile sehr störanfällig und kompliziert sind. Außerdem ist die Abgleichung des eingeprägten Stromes recht schwierig, da die Magnetkraft der Magnetventile, die in der Regel verwendet werden, direkt abhängig ist von der Druckdifferenz, der Viskosität der Schmelze und der Schmelzentemperatur. Da sich diese Parameter im Betrieb ständig ändern, wird die ursprüngliche Abgleichung verlassen und neue Werte angenom-

nen. Dies führt dann während des Betriebes zum Übersteuern oder zum Untersteuern der Sollwerte, was zur stetigen Unruhe der aktiven Prozeßorgane und auch Abgußströmung führt.
Es ist weiterhin bekannt, daß bei der sogenannten »schwimmenden« Proportionalverstellung die Haltbarkeit des feuerfesten Materials im Schieberverschluß sehr begrenzt ist.

Bei dem Verfahren gemäß der DE-OS 28 17 115 ist vorgesehen, daß zur Steuerung der öffnung des Gießpfannenschiebers die Abzugsgeschwindigkeit des Stranges am Ausgang der Stranggießkokille gemessen und die Einstellung des Gießpfannenschiebers bestimmt wird, um die Abzugsgeschwindigkeit des Stranges möglichst konstant zu halten. Ferner ist eine Regelvorrichtung am Eingang der Gießkokille vorgesehen, um den Pegel auf einer konstanten Höhe in der Gießkokille zu halten. Eine derartige Steuerung ist jedoch für die praktischen Erfordernisse nicht ausreichend, da die Meßwerte erst hinter der

Gießpfanne abgegriffen werden und die Regelstrecke zu lang ist, so daß die Regelung nicht früh genug einsetzt, um den gewünschten gleichmäßigen Strangabzug zu gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs definierte Steuerungsverfahren für einen Ausgußschieber insbesondere dahingehend zu verbessern, daß einerseits die Anzahl der Verstellbewegungen des Ausgangsschiebers verringert wird, so daß ein ruhigerer Gießstrahl erreicht wird, und andererseits - bei gleichzeitiger konstruktiver ι ο Vereinfachuiig - die Genauigkeit der für den jeweiligen Gießzeitpunkt notwendigen Gießgeschwindigkeit zu verbessern, so daß sich außer einem geringeren Verschleiß der feuerfesten Geißelemente vor allem auch eine gleichmäßigere Gießstrangqualität ergibt.

Demgemäß besteht die Erfindung in einer Steuerung des Ausgußschiebers, bei der die Steuerungswerte für den Ausgußschieber intermittierend und unter Heranziehung des Wertes der oberhalb des Ausgußschiebers zum jeweiligen Abgußzeitpunkt vorhandenen Badspiegelhöhe mit dem aus dem Zeitintegral der vorhergehenden jeweiligen Ist-Schieberöffnungen ermittelten Schmelzenvolumens ermittelt und eingestellt werden, und daß die Steuerungs-Sollwerte mit mindestens einem, dem Gießstrahl nachfolgenden Badspiegel-Grenzwert-Meßpunkt verglichen werden, wobei eine Verstell-Bewegung des Ausgußschiebers immer dann eingeleitet wird, wenn der Grenzwert-Meßpunkt überschritten wird.

Diese erfindungsgemäße Lösung stellt eine einfache Steuerung Tür Ausgußschieber dar, die auf der Basis von Verstelltakten und Ruhezeitintervallen (Digitalbasis) arbeitet, bei der komplizierte und störanfällige Proportionalventile entbehrlich sind, und die sich insbesondere durch genaue Anpassung der pro Zeiteinheit abgegossenen Schmelzenmenge an eine bestimmte konstante Stranggießgeschwindigkeit auszeichnet, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Daten des vorhergehenden Korrekturschrittes des Ausgußschiebers für den nachfolgenden Korrekturschritt jeweils mitberücksichtigt werden. Ferner werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Berücksichtigung der jeweiligen ferrostatischen Höhe im Gefäß für metallurgische Abgüsse, z. B. in der Gießpfanne und des im vorhergehenden Zeitintervall jeweils abgegossenen Schmelzenvolumens die Änderung der Viskosität, der Temperatur und der Druckdifferenz voll berücksichtigt.

Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für den sogenannten Sequenzguß. Normalerweise bedeutet dieser Betrieb, daß die Gießgeschwindigkeit bei gleichen Ausgußöffnungsflächen von einem Minimum (letzte gießende Pfanne) auf ein Maximum (neu anzugießende Pfanne) umschlägt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine sofortige Korrektur bzw. Anpassung an die geänderten Verhältnisse.

Zur zusätzlichen Sicherheit können die Steuerungs-Sollwerte innerhalb eines durch zwei Badspiegel-Grenzwert-Meßpunkte definierten Sollwertbands liegen, derart, daß eine Bewegung des Auigußschiebers immer dann eingeleitet wird, wenn das Sollwertband über- oder unterschritten wird.

Um in Notfällen, Durchbrüchen etc. eine von der normalen Steuerung unabhängige Steuerbewegung des Ausgußschiebeis auszulösen, kann vorgesehen sein, daß zusätzlich zu den Badspiegel-Grenzwert-Meßpunkten außerhalb des Sollwertbands mindestens ein weiterer Meßpunkt bei Überschreiten bzw. Unterschreiten des Badspiegels über bzw. unter einen obersten bzw. untersten Grenzwert hinaus eine Verstellbewegung des Ausguß- »Π«.

Schiebers mit erhöhter Geschwindigkeit in seine Schließbzw, volle Öffnungsstellung auslöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann im einfachsten Fall im wesentlichen nach den Zusa-nmenhängen gemäß Unteranspruch 6 programmiert sein.

Für die zum erfindungsgemäßen Gieß-Steuerverfahren notwendige sehr genaue Messung der Ist-Werte der Schieberöffnungen können entweder gemäß Unteranfpruch 5 eine Referenz-Kolben-Zylinder-Einheit, die abseits von den extremen Umgebungsbedingungen des Gefäßes angeordnet ist. wobei Leckflüssigkeitsverluste im Arbeitszylinder berücksichtigt werden oder gemäß Unteranspruch 7 Durchflußmessungen angewandt werden, sowie ferner gemäß Unteranspruch 8 der Druck in z.B. eines Federelements herangezogen werden.

Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen näher beschrieben.

Im folgenden wird anhand einer bevorzugten, in den anliegenden Zeichnungen schematisch dargestellten Steuerschaltung und deren Einzelelemente das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine kompatible Taktsteuerung für einen Gießpfannenschieber, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Steuerschaltung arbeitet,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der physikalischen Zusammenhänge,

Fig. 3 eine bevorzugte Steuereinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 eine erste Ausführungsform einer Einrichtung für eine exakte Rückmeldung der Ausgußschieberstellung,

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung für eine exakte Rückmeldung der Ausgußschieberstellung, und

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform einer Einrichtung für eine exakte Rückmeldung der Ausgußschieberstellung.

Fig. 1 zeigt den Grundaufbau der gesamten Steueranlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Gießpfannenschiebers 10. Die Schieberplatte und Ausgußhülse mit Stahlrahmen sind mittels einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit 12 hin- und hsrverschiebbar. Die hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit 12 dient also zur Bewegung der Schieberplatte mit Ausgußhülse, und damit zur Steuerung der Ausgußöffnungsfläche. Mit der Bezugsziffer 13 ist der untere Teil einer Gießpfanne gekennzeichnet.

Die sich in der Gießpfanne 13 befindliche Schmelze wird in eine Kokille oder in ein Zwischengefäß abgegossen, das in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Zur Steuerung der Ausgußöffnungsfläche wird die Änderung des Badspiegels 14 der abgegossenen Schmelzenmenge berücksichtigt. Dabei kann der jeweilige Ist-Wert als Analogsignal »I« oder als Digitalsignal »II« vorliegen. Die die Ist-Werte verarbeitende Steuerungseinheit C ist für beide Signalformen kompatibel. Es werden lediglich unterschiedliche Anschlußklemmen für den Eingang G benutzt. Wird ein Signalgeber nach »I« benutzt, so wird ein Analog-Digital-Wandler (nicht dargestellt) zwischengeschaltet, der für die Schwellwerte entsprechende einstellbare Strom-, Spannungs-, Widerstands-, Induktionsoder Kapazitätswerte vorsieht, wodurch die Digital-Kippwerte bestimmt werden. Somit kann für die weitere Beschreibung die Signalform nach »II« angezogen werden, da das Signalverhalten »I« hinter dem Analog-Digital-Wandler gleichen Charakter hat wie die Signalform

Ein wichtiger Faktor für ein stabilisiertes Regelverhalten ist die jeweilige Stellungsrückmeldung eines Arbeitszylinders 12 bzw. der Schieberplatte 11, da - wie weiter unten noch näher dargelegt werden wird — die augenblickliche Ausgußöffnungsfläche in die Sollwert-Ansteuerung eingeht. Für die Stellungsrückmeldung bieten sich zwei Alternativen an, die hinsichtlich ihrer Genauigkeit unterschiedlich zu bewerten sind:

1) Die Hubzeit über dem Ausgußdurchmesser, die sich aus Pumpenleistung und der Nennweite des Steuerventils ergibt, wird mit der eingeprägten Frequenz Io gemessen, so daß sich für einen bestimmten Hub H bzw. eine bestimmte Querschnittsfläche A_x eine bestimmte Impulsmenge / ergibt.

2) In der Hydraulik D ist eine Referenz-Schaltung 3 enthalten, die anhand der Fig. 4 weiter unten näher erläutert wird. Statt der Referenz-Schaltung 3 können zur Stellungsrückmeldung auch die Einrichtungen gemäß den Fig. 5 und 6 vorgesehen sein.

Die zweite Alternative stellt die exaktere Lösung dar, da die Impulsmenge direkt mit dem Hubweg bzw. der Ausgußöffnungsfläche gekoppelt ist.

Es gilt: Jede Hubstellung H bzw. jede Ausgußöffnungsfläche A_x wird in jedem Augenblick durch eine Impulsmenge / dargestellt; Ebenfalls ist damit auch im voraus eine zu ändernde Querschnittsfläche zA_x durch eine Impulsmenge :I bekannt.

Es sollen nun die physikalischen Zusammenhänge näher erläutert werden, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt werden (vgl. Fig. 2). Das Schema in Fig. 2 zeigt die Prozeßsituation des Gießens aus der Gießpfanne 13 in einen Zwischenbehälter 15 und weiter in eine nicht mehr weiter dargestellte Stranggußkokille. Im gezeigten Beispiel gemäß Fig. 2 wird also der Badspiegel 14 des Zwischenbehälters 15 durch den Gießpfannenschieber 10 geregelt. In gleicher Weise kann dieses Prinzip angewandt werden für eine Regelung des Badspiegels einer Stranggußkokille durch einen Zwischenpfannenschieber bzw. durch den Gießpfannenschieber 10 selbst.

Zur besseren Verdeutlichung der Zusammenhänge ist die Ausgußöffnungsfläche A_x des Gießstrahls als Ersatzbetrachtung nicht kreisförmig, sondern quadratisch bzw. rechteckförmig dargestellt. Die Ausgußöffnungsfläche errechnet sich demnach aus der Gleichung

A₁=^ = Ob (1)

A₁ = a ■ b [m²]

Fig. 2 zeigt die Gießstrahlsäule Q. die eine Überschußleistung q beinhaltet, wenn davon ausgegangen wird, daß die Abgangsleistung in die Stranggußkokille

(2) ist.

Die Überschußleistung q des Flüssigkeitsstrahls wird bestimmt durch:

a-Ab-v —

(3)

Durch die Gleichung (2) wird das Zeitintervall Δ Γ, welches zum Anstieg des Flüssigkeitsspiegels über die Meßstrecke xß = c benötigt wird, bestimmt, α, β stellen Badspiegel-Grenzwert-Meßpunkte dar. wobei die Meßstrecke c ein sogenanntes Sollwertband definieren, innerhalb dem der Badspiegel liegen soll. Die Meßwerte beinhalten bereits alle Werte der Strömungsverluste, da über Δ T die tatsächliche Ist-Überschußleistung q anhand der genau bekannten Größen

A₂^e-I [m²]

ermittelt wird.

Demnach ergibt sich für das Zeitintervall Δ Τ folgende Beziehung:

A . f Γ111* . 111 . ν I

AA_x ■ ν |_ m² ■ m

Die augenblickliche Ausgußöffnungsfläche A_x ist aus der Rückmeldeinformation während des letzten Zeitintervalls AT bekannt (aus der Kolbenstellungs-Rückmeldung).

Die Ausgußgeschwindigkeit ν ist ein wichtiger Faktor, der sich beispielsweise bei einer 3000 to-Pfanne wie 1:10 (volle Pfanne zu fast leerer Pfanne) verhält. Andererseits steht die Öffnungsfläche A_x oder auch die Überschußfläche AA_x, welche die Überschußleistung q verursacht, in direkter Abhängigkeit von dieser sich fortwährend ändernden Strömungsgeschwindigkeit v. Dieser Faktor muß daher aus den gegebenen Größen ermittelt und in der Steuereinheit C (vgl. Fig. 3) zur Steuerung der Schieberbewegungen verarbeitet werden.

Anhand der Fig. 3 wird nunmehr die Steuereinheit C gemäß Fig. 1 näher erläutert.

Ein Frequenzgenerator 1.1 liefert eine eingeprägte konstante Frequenz von z.B. 50 Hz. Diese Frequenz wird mit einer nachgeschalteten Einheit 1.2 auf eine passende, kleinere Rechteck-Impulsrate untersetzt.

In der Zähleinheit (Funktionseinheit-Vorwärtszähler) 2.1 werden die Zeitintervalle, welche durch die Grenzwert-Meßpunkte α und β bestimmt werden, als Impulsmengen registriert. Die Anzahl der registrierten Impulse entspricht also der Zeit, die während des Anstiegs bzw. Abfalls des Badspiegels über das durch die beiden Grenzwert-Meßpunkte α und β bestimmte Sollwertband verstreicht. Die registrierte Impulsmenge wird einer Recheneinheit 11.1 mitgeteilt. Die Recheneinheit 11.1 funktioniert nach folgender Gleichung:

Ab =

■ AT-v„

Somit hat die Recheneinheit 11.1 den ersten notwendigen Rechenwert Δ Γ erhalten.

Die Rechenwerte A₂ und c werden als konstante Werte permanent vorgegeben. Diese konstanten Rechenwerte stammen von den Einstellern 11.12 und 11.13. Dabei bedeutet A₂ die Querschnittsfläche des Zwischenbehälters 15 bzw. der Kokille, falls ein Zwischenbehälter fehlt.

Der Rechenwert o, der eine unveränderliche Seitenlänge der Ausgußflächenöffnung darstellt, ist ebenfalls eine vorbestimmte konstante Größe (vgl. Fig. 2). die durch einen Einsteller 3.14 vorgegeben wird.

Mit dem Einsteller 3.14 wird der Ausguß-Durchmesser, welcher zur Verwendung kommen soll, bestimmt.

Es gilt nun, die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Ausgußgeschwindigkeit ν zu jedem Zeitpunkt Γ zu bestimmen und der Recheneinheit 11.1 zur Ermittlung des nächst notwendigen Korrekturschrittes mitzuteilen. Im folgenden soll nun erläutert werden, wie die Ausgußgeschwindigkeit ν ermittelt wird:

Die Position 3.13 stellt die Rückmeldeinformation JR des Ausgußschiebers 10 dar, die durch die Einrichtungen gemäß den Fig. 4 bis 6 erhalten wird (vgl. auch Fig. 1. in der die Rückmeldeinformation IR schematisch dargestellt ist). Durch das Rückmeldesignal IR wird eine Art Rückkopplungsschaltung geschaffen.

Die Rückmelde-Impulse/R werden im Vor-und Rückwärtszähler 3.1 zu jedem Zeitpunkt festgehalten. Im Rechenteil dieses Zählers 3.1 wird in Kombination mit der bereits erfolgten Durchmesserbestimmung 3.14 nach der Beziehung

d/1.

d/

(8)

die augenblickliche Ausgußöffnungsfläche ermittelt.

Dieser Wert wird in die Rechnereinheit 5.1 ständig eingegeben, die nach der Gleichung

die bis zum Aktivitätszeitpunkt »ι aus der Gießpfanne 13 ausgeflossene Schmelzmenge Qn errechnet und fortlaufend hochzählt.

Mit einer Recheneinheit 6.1 wird schließlich zum Aktivitätszeitpunkt η die tatsächliche ferrostatische Höhe hn des Badspiegels in der Gießpfanne 13 wie folgt bestimmt :

= ho-^ Ao

(10)

Die Querschnittsfläche Ao der Gießpfanne 13 wird durch einen Einsteller 6.11 vorgegeben. Ebenfalls wird die maximale ferrostatische Höhe ho in der Gießpfanne 13 durch einen Einsteller 6.14 vorgegeben.

Die ferrostatische Höhe Im wird in die Recheneinheit 4.1 eingegeben, welche die jeweils vorherrschende Ausgußgeschwindigkeit v_n nach der folgenden Gleichung ermittelt:

40

45

Die Gleichung (11) berücksichtigt mit λ und LID die Strömungsverluste im Ausguß.

Der Wert /. wird durch einen Einsteller 4.11 und die Länge L des Pfannenausgusses durch einen Einsteller 4.12 vorgegeben.

Der Ausgußdurchmesser wird als Faktor aus der Zähleinheit 3.1 übernommen.

Die bei jedem Aktivitätszeitpunkt η vorherrschende Strömungsgeschwindigkeit ν wird schließlich der Recheneinheit 11.1 mitgeteilt.

Somit kann die Gleichung (7) bis auf den noch zu erklärenden Faktor Z aktiv werden. Die Recheneinheit 11.1 ermittelt nach der Gleichung (7) eine bestimmte Impulsmenge /A', welche zum nächsten Korrekturschritt für die Veränderung der Querschnittsfläche bzw. Aus- so gußöffnungsfläche A₁ und damit für die Schieberplatten-Steiiung in dem Zeitpunkt notwendig ist, in dem der Badspiegel der abgegossenen Schmelzenmenge die Grenzwert-Meßpunkte α oder β über- oder unterschreitet.

Die sich ergebende Überschußleistung bzw. Unterschußleistung q wird beim nächsten Korrekturschritt eliminiert.

Die Impulsmenge Ik für den nächsten Korrekturschritt wird als einziger Verstellakt an ein Hydraulikventil (Position 1 in der hydraulischen Schaltung I in Fig. 1) gegeben. Gleichzeitig wird die Veränderungsgröße Ik nach der Gleichung

IR

(12)

Von Wichtigkeit sind auch noch die Meßpunkte y und S.

Die Meßpunkte γ und δ stellen unterste und oberste Grenzen dar, bei deren Unter- bzw. Überschreiten der Ausgußschieber mit erhöhter Geschwindigkeit in eine volle Öffnungsstellung bzw. Schließstellung bewegt wird. Das Erreichen dieser Meßpunkte erfordert also jeweils optimale Steuerungsschritte. Mit einer Zähleinrichtung 2.2 (Fig. 3) wird bei Erreichen der Meßpunkte γ oder δ eine jeweils vorgegebene feste Impulsrate direkt als Verstelltakt an ein hydraulisches Bypaßventil (Position 2 in der hydraulischen Schaltung D in Fig. 1) gegeben, wodurch die Schieberplatte 11 sofort ganz geöffnet oder geschlossen wird.

Dieser Teil der Gesamtsteuerung kann auch in die oben beschriebene Badspiegelsteuerung (α. β) eingreifen. Es ist für feuerfeste Schieberplatten nicht vorteilhaft, wenn ein Minimum an Öffnungsquerschnitt durch die Rechenschaltung vorbestimmt wird. So kann z. B. gesagt werden, daß ein Öffnungsquerschnitt bzw. eine Ausgußöffnungsfläche von 25% der Gesamtfläche nicht unterschritten werden soll. Wird durch die Steuerung dieser Grenzwert erreicht, kann durch die im folgenden beschriebene Maßnahme ein Eingrifferfolgen:

Ein Schwellwert-Kontakt 3.11, dessen Position durch einen Einsteller 3.12 bestimmt wird, steht in direkter Korrespondenz mit dem Vor- und Rückwärtszähler 3.1.

Der Kontakt 3.11 gibt z.B. bei Erreichen der 25%-Grenze eine feste Impulsrate aus der Einheit 2.2 frei, wodurch der Ausgußschieber 10 sofort über das hydraulische Bypaßventil 2 (Fig. 1) geschlossen wird.

In diesem Falle sind keine anderen Meßgrößen als die Grenzwert-Meßpunkte α-δ an der Steuerung beteiligt.

Die beschriebene Steuereinheit kann auch mit anderen Meßgrößen zusammenwirken, z. B.

a) mit Meßgrößen von einer Wiegeeinrichtung 7.12 der Gießpfanne 13. In diesem Falle wird die Steuereinheit C durch einen Umschalter 6.12 so umgeschaltet, daß auf die ferrostatischen Höhen Ho und Hn durch die Einheiten 6.14 und 6.1 verzichtet werden kann. Diese beiden Einheiten werden bei Verwendung der Meßgrößen einer Wiegeeinrichtüng 7.12 überbrückt. Das Pfannengewicht wird unmittelbar zur Ermittlung der Ausgußgeschwindigkeit ν benutzt.

b) mit der Abzugsgeschwindigkeit des Gußstranges 8.13. In diesem Falle wird die Steuereinheit C durch einen Umschalter 6.13 so umgeschaltet, daß die abgegossene Menge Qyn unmittelbar zur Errechnung der augenblicklichen ferrostatischen Höhe hn in der Gießpfanne herangezogen wird. Dabei errechnet sich die abgegossene Menge Qyn aus "der Gleichung

quittiert. Das Verhältnis IkIJR ist 1 und wird als Idealfall angesteuert. Bei diesem Idealfall befindet sich der Ausgußschieber in der Sollwertstel lung.

65

Qyn = //(0 d/· A₃ (13)

wobei A₃ die Querschnittsfläche des abgezogenen Gußstranges ist. Mit v_y ist die Abzugsgeschwindigkeit des Gußstranges 8.13 bezeichnet.

In Fig. 3 erscheint noch der Wert Ge, der für das Gießpfannengewicht steht. Genauso gut könnte natürlich auch mit einer Wiegeeinrichtung des Zwischenbehälters oder gar der Kokille gearbeitet werden.

Die beschriebene Steuereinheit C (Fig. 3) eignet sich auch ganz besonders, wenn mehrere Abzugsgeschwindigkeiten 8.13 erfaßt werden müssen, z.B. wenn durch einen Zwischenbehälter mehrere Gußstränge beschickt

werden. In diesem Falle bedeutet in der Recheneinheit 8.1 der Wert Qyn die Summe aller abgegossenen Mengen.

Im folgenden soll der Korrekturfaktor Z in der Gleichung (7) näher erläutert werden. Im Idealfall beträgt der Korrekturfaktor Z = 1,0. Der Idealfail liegt vor, wenn der Ausgußschieber bei den durchgeführten Steuerungsschritten in Abhängigkeit von den Prozeßdaten seine optimale Öffnungsstellung erreicht hat, oder erreichen wird.

Während des Entleerungsvorganges einer Gießpfanne über einer Stranggußanlage werden im vorbeschriebenen Steuerungsablauf in einem Parallel-Schieberregister 9.1 Daten gespeichert, und zwar bei jeder Aktivität der Steuerung, also bei Über- oder Unterschreiten der Badspiegel-Grenzwert-Meßpunkte β bzw. α. Dabei werden in dem Parallel-Schieberregister zu jedem Aktivitätszeitpunkt r, bis /„ parallel die Werte Δ Γ, ν, Q, Λ,, Λ und IR gespeichert. Aus den gespeicherten Werten wird ein Korrekturfaktor in einer Recheneinheit 10.1 ermittelt, der dann der Recheneinheit 11.1 zur Ermittlung der Größe des nächstfolgenden Korrekturschrittes eingegeben wird.

Auf diese Art und Weise lernen die nächstfolgenden Korrekturschritte jeweils von den vorhergehenden Korrekturschritten. Der Rechner 11.1 lernt also von Schritt zu Schritt.

Die beschriebene Selbstlern-Einheit hat auch insbesondere den Vorteil, daß bei einem Pfannenwechsel (Sequenzguß) bei der neuen Pfanne automalisch der Anfangswert der vorhergehenden Pfanne eingestellt wird, so daß das vor der ersten Badspiegelmessung der neuen Pfanne noch unkontrollierte ho wenigstens der Erfahrung der vorhergehenden Pfanne entspricht. Jede neue Pfanne lernt also von der vorhergehenden Pfanne, d.h. die Pfanne 2 greift auf die Werte der Pfanne 1 zurück, die Pfanne 3 auf die Werte der Pfanne 2, welche schon von der Pfanne 1 gelernt hat, usw. usw. Die Werte der Pfanne 5 beruhen dann schon auf der Erfahrung der jeweils vorhergehenden Pfannen, die wiederum voneinander gelernt haben. Vor dem Abguß der ersten Pfanne müssen natürlich die Füllstandsverhältnisse von Pfanne und Zwischenbehälter theoretisch einprogrammiert werden.

Der Selbstlernefiekt hat auch zur Folge, daß die Ansteuerung des Sollwerts jeweils wesentlich schneller erfolgt. Z ist also ein Korrekturfaktor, der sich aus den Erfahrungswerten der Vorpfannen errechnet.

Selbstverständlich können Individualkorrekturen auch in den einzelnen Rechenstufen eingegeben werden.

Der Korrekturfaktor variiert um den Idealwert 1.0.

Die durch die Abgußöffnung der Gießpfanne im jeweiligen Zeitpunkt fließende Schmelzenmenge hängt von der ferrostatischen Höhe in der Gießpfanne ab. Erfindungsgemäß wird jeweils aus dem Gedächtnis errechnet, wieviel von der Schmelzenmenge in der vorangegangenen Steuerphase abgeflossen sein müßte und korrigiert die Schieberöffnung entsprechend. Die gesamte Steuerung wird von zwei, jedoch mindestens einem Badspiegelmeßpunkt tariert, wobei zuzüglich jeweils zwei Nothalt-Meßpunkte δ und y hinzukommen können. Die Schiebersteuerung erfolgt also in Abhängigkeit von nur wenigen Meßpunkten. Demgemäß vereinfacht sich die gesamte Steuereinheit.

Es bleibt noch zu erwähnen, daß in Fig. 3 die Impulsmengen Ik und /.ν jeweils einem Korrekturhub bzw. Notkorrekturhub entsprechen, der in einem einzigen Schritt durchfahren wird. Die Korrektur erfolgt also nicht durch eine Art Stotterbewegung des Schiebers.

Wie oben bereits dargelegt, spielt für die Durchführung des Verfahrens die Rückmeldung der augenblicklichen und exakten Stellung des Arbeitskolbens für den Antrieb des Gießpfannenschiebers od. dgl. eine große Rolle.

In den Fig. 4 und 6 sind bevorzugte Einrichtungen zur Ermittlung der exakten Stellung eines Arbeitskolbens dargestellt. Die Kolben-Zylinder-Einheit 12, ist. wie Fig. 1 zeigt, in unmittelbarer Nähe der Gießpfanne 13 angeordnet, ist also extremen Umgebungsbedingungen, insbesondere hohen Temperaturen ausgesetzt. Die Kolbenstange 20 des dem Arbeitszylinder 21 zugeordneten Arbeitskolbens 22 ist mit dem Gießpfannenschieber 11 zu dessen Verstellung verbunden.

Abseits von dem Ort extremer Umgebungsbedingungen ist ein dem Arbeitszylinder 21 volumenmäßig äquivalenter Meßzylinder 23 angeordnet, wobei es zweckmäßig ist, die Kolben- und Kolbenstangendurchmesser im gleichen Verhältnis gegenüber dem Arbeitszylinder zu verkleinern, um damit die Hublänge analog /.u vergrößern, was eine bessere Auflösung des Hubes des dem Meßzylinder23zugeordneten Meßkolbens24ermöglicht.

Dadurch, daß der Meßzylinder 23 dem rauhen Stahlwerksbetrieb od. dgl. nicht direkt ausgesetzt ist. kann er in seiner Ausführung kostengünstiger gestaltet werden als der Arbeitszylinder 21.
Wie Fig. 4 deutlich zeigt, sind die jeweils von den Kolbenstangen 20, 25 durchsetzten Arbeitsräume 26. 27 der beiden Zylinder 21. 23 durch eine hydraulische Leitung 28 unmittelbar fluidverbunden. Wenn sich der Arbeitskolben 21 in Fig. 4 nach links bewegt, bewegt sich der Meßkolben 24 nach unten und umgekehrt. Durch die Fluidverbindung 28 beeinflußt die rücklaufende Flüssigkeit im Arbeitszylinder 21 unmittelbar die Stellung des Meßkolbens 24 im Meßzylinder 23. Auf diese Art und Weise ist eine exakte Stellung-Rückmeldung des Arbeitskolbens 22 im Arbeitszylinder 21 gewährleistet.

Am freien bzw. aus dem Meßzylinder 23 heraustretenden Ende der Kolbenstange 25 des Meßkolbens 24 ist eine Blende 29 angeordnet, die in den Block eines Gabelkopplers 30 hineinragt. Der Gabelkoppler 30 ist mit einer elektronischen Positionsanzeige verbunden und liefert ferner die Positionssignale entsprechend der exakten Stellung des Arbeitskolbens 22 an die Position 3.13 gemäß Fig. 3.

Zur Korrektur bzw. zum Ausgleich der Flüssigkeitsübermengen oder Verlustmengen aufgrund von Leckagen im Arbeitszylinder 21 ist eine zwei Druckbegrenzungsventile 31, 32 umfassende Korrektureinrichtung vorgesehen. Das eine Druckbegrenzungsventil 31 ist direkt vom Pumpendruck gesteuert und in der zu der Fluidverbindung 28 fuhrenden Leitung 33 angeordnet. Diese Leitung 33 weist außerdem noch ein Korrekturflußmeßgerät 34 auf, dessen Korrekturfluß-Signale als stetiger Korrekturwert in die Meldung über die Position des Meßkoibens 24 bzw. Arbeitskolbens 22 einbezogen werden. Das Druckbegrenzungsventil 31 erlaubt einen Ausgleich von Leck-Verlusten im Arbeitsraum 26 des Arbeitszylinders 21. Über das Druckbegrenzungsventil 31 wird in der in Fig. 4 rechten Endstellung des Arbeitskolbens 22 soviel Drucköl nachgeliefert, daß dieses sich zwangsläufig in die Synchronposition des Meßkolbens 24 begibt.

Das andere Druckbegrenzungsventil 32 ist in einer zum Reservoir 35 für "das Hydraulikmedium führenden Abzweigung 36 von der Fluidverbindung 28 angeordnet. Dieses Druckbegrenzungsventil dient zum Abführen von Flüssigkeitsübermengen im Arbeitsraum 26 des Arbeits-Zylinders 21. Die Flüssigkeitsübermengen im Arbeitsraum 26 entstehen durch Leckagen zwischen dem Arbeitskolben 22 und der Innenwandung des Arbeitszylin-• ders 21. Die kolbenstangenfreien Arbeitsräume 37. 38

der beiden Zylinder 21,23 sind über ein 4/3-Wegeventil 39 mit der Pumpe P bzw. dem Tank T verbindbar.

Wie oben dargelegt, wird das Druckbegrenzungsventil 31 unmittelbar vom Pumpendruck gesteuert, d.h. ist mit der Pumpe P über die Leitung 33 unmittelbar verbunden. Das Ventil 31 ist so eingestellt, daß es öffnet, wenn der Meßkolben 24 in Fig. 4 seine obere Endstellung erreicht hat. Sofern dann der Arbeitskolben 22 noch nicht seine in Fig. 1 erreichte Endstellung erreicht hat, wird er in diese Stellung durch das über das Ventil 31 nachströmende Hydraulikmedium geschoben. Beide Kolben 22, 24 sind dann wieder synchron geschaltet. Entsprechend wird durch das Begrenzungsventil 32 eine Leckage in umgekehrter Richtung ausgeglichen. Die beiden Druckbegrenzungsventile 31 und 32 gewährleisten also einen vollständigen Ausgleich von Flüssigkeitsübermengen oder Verlustmengen in den Endstellungen der Kolben 22 bzw. 24.

Das Korrekturflußmeßgerät34 liefert nurdann Signale, wenn ein Korrekturfluß in der Leitung 33 auftritt.

Ein immer wieder auftretender Korrekturfluß oder das wiederholte Ansprechen der Ventile 31, 32 sind ein Zeichen dafür, daß der Arbeitszylinder 21 gewartet werden muß. z.B. die Kolbendichtungen erneuert werden müssen.

Zwischen dem Gabelkoppler 30 und dem Eingang 3.13 für die Rückmeldeinformation des Gießpfannenschiebers 11 (Fig. 3) ist ein elektronischer Zähler vorgesehen, in dem die Ausgangssignale des Gabelkopplers 30 verarbeitet werden. Bei Bewegung der Blende 29 längs eines Referenzweges 40 werden periodische Signale erzeugt. Im Zähler werden die periodischen Signale so aufbereitet, daß beim Überfahren eines Signals des Gabelkopplers 30 jeweils ein Vorwärts-Zählimpuls oder ein Rückwärts-Zählimpuls entsteht. Durch Zählen dieser Impulse - und zwar Vorzeichen richtig, von einem beliebig festlegbaren Bezugspunkt aus — wird dann die jeweilige Verfahrstrecke bestimmt, die einer bestimmten Impulsmenge IR entspricht.

Die gezählten Impulse IR werden dann als Stellungsreferenzen der Kolbenstange 20 des Arbeitskolbens 22 bzw. des damit verbundenen Gießpfannenschiebers in die zentrale Steuereinheit Cgemäß Fig. 3 eingegeben, um dort zur Ansteuerung an einen bestimmten Sollwert entsprechend obiger Beschreibung ausgewertet zu werden.

Die Einrichtung gemäß Fig. 4 hat insbesondere den Vorteil, daß empfindliche Signalgeber im Bereich extremer Umgebungsbedingungen entbehrlich sind. Trotz Leckagen im Arbeitszylinder 21 läßt sich die Stellung des Arbeitskolbens 22 bzw. des Gießpfannenschiebers 11 genau feststellen.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausfuhrungsform einer Einrichtung zur Feststellung der exakten Stellung des Arbeitskolbens des Arbeitszylinders 12 dargestellt. In einer zentralen Hydraulikstation ist vor dem Ausgang 41, 42 der beiden hydraulischen Leitungen zu dem in Fig. 2 nicht dargestellten Arbeitszylinder je ein Turbinendurchflußmesser 43, 44 eingebaut. Diese geben über Impulsverstärkereinheiten 45, 46 eine der Durchflußmenge analoge Taktfrequenz an eine verknüpfende Eingangsschaltung in einen Mikroprozessor 47. Die Eingänge E_A werden außerdem verknüpft mit den vom Mikroprozessor 47 kommenden Befehlssignalen E_B für die Wirkungsrichtung des Arbeitszylinders.

Die verknüpften Signale werden in einer Funktionsrechenheit unmittelbar ausgewertet und in Form einer Impulsmenge IR der zentralen Steuereinheit als Rückmeldung mitgeteilt (Position 3.13 in Fig. 3). Dieser Vorgang ist stetig und erfolgt nicht erst in Zeit- oder Befehlsstufen. Leckflüssigkeitsverluste werden berücksichtigt und in der Funktionsrecheneinheit verarbeitet.
In Fig. 6 ist eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform einer Einrichtung für die Rückmeldung der exakten Stellung des Arbeitskolbens dargestellt. Mit der Bezugsziffer 48 ist der Arbeitszylinder der Kolben-Zylinder-Einheit 12 gekennzeichnet, dessen Kolben 49 über eine Kolbenstange 50 mit einem Stellorgan 49 z. B. dem Geißpfannenschieber, in Verbindung steht. Der Kolben ist über eine Hydraulikleitung 51 einseitig beaufschlagbar und gegen die Wirkung einer Gasfeder 54 in einem Blasenspeicher 53 über den fluidgefüllten Raum 52 und 57 nach rechts bewegbar. Der Rücklauf des Kolbens 49 in seine Anfangsstellung, in Fig. 6 linke Stellung, erfolgt durch die Expansion des zuvor zusammengedrückten Gases im Gaspolster 54 bzw. des Blasenspeichers 53, wenn der druckmittelgefüllte Arbeitsraum des Zylinders 48 mit einem Tank verbunden wird. Das Gaspolster 54 bildet ein elastisches Element, das dem Kolbendruck bei dessen Beaufschlagung durch das Arbeits- bzw. Druckmedium entgegenwirkt.

Das Gaspolster kann auch durch eine im Zylinder 48 angeordnete Feder ersetzt werden. Ebensogut ist es möglieh, den Blasenspeicher 53 durch einen Faltenbalg-Speicher zu ersetzen.

Der Gegendruck, den das elastische Element, in Fig. 6 das Gaspolster 54, auf den Kolben 49 ausübt, wird durch ein Druckmeßgerät 55 festgestellt, mittels dem der Druck des Arbeits- bzw. Druckmediums bei jeder Stellung des Kolbens 49 im Zylinder gemessen wird. Der gemessene Druck entspricht jeweils dem Gegendruck des elastischen Elementes und bei bestimmter Elastizitäts- bzw. Feder-Kennlinie einer bestimmten Stellung des Kolbens 49 im Zylinder 48. Die gemessenen Druckwerte werden zur automatischen Ansteuerung an eine vorgegebene Kolbenstellung verwertet. Die Auswertung der gemessenen Druckwerte sowie die Verwertung dieser gemessenen Werte zur Ansteuerung an einen Sollwert erfolgen in der Steuereinheit C gemäß Fig. 3. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, ist neben der automatischen Ansteuerung auch noch eine Handsteuerung möglich. Die Handsteuerung erfolgt durch Betätigung eines Schalters 56, durch den die automatische Sollwertansteuerung unterbrochen werden kann.

Die Ausgangssignale der Druckauswertung und der Steuereinheit C mit Funktionsrechnern dienen zur Steuerung der hydraulischen Regeleinrichtung 57, die mit einer Hydraulikpumpe 58, einem Tank 59 einerseits und dem Druckmittelraum 60 des Arbeitszylinders 48 andererseits in Fluidverbindung steht.

Die Vorteile der beschriebener. »Gegenkraft-Vorrichtung« liegen auf der Hand. Es ist nur eine einzige Hydraulikleitung 51 zu dem Arbeitszylinder 48 erforderlich.

Bei einem Defekt dieser Leitung bewirken die elastischen Elemente sofort eine Bewegung des Arbeitskolbens 49 nach links, wobei die linke Endstellung des Kolbens 49 vorzugsweise der Schließstellung des mit dem Kolben 49 bzw. der Kolbenstange 50 verbundenen Gießpfannen-

Schiebers entspricht, örtliche Signalgeber sind auch bei dieser Vorrichtung nicht erforderlich.

Die in Fig. 6 dargestellte Einrichtung ist mit der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung kombinierbar.
Die beschriebenen Einrichtungen zur Rückmeldungder

Stellung des Arbeitskolbens, der mit dem Gießpfannenschieber in Wirkverbindung steht, arbeiten extrem genau. Damit wird ein äußerst stabilisiertes Verhalten der gesamten Sollwertansteuerung erhalten.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung des Ausgußschiebers eines Gießgefäßes fur metallurgische Abgüsse in Abhängigkeit von der Änderung der Badspiegelhöhe der Schmelze im Gießgefäß, insbesondere beim Sequenz-Strangguß, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungswerte fur den Ausgußschieber intermittierend unter Heranziehung des Wertes der oberhalb des Ausgußschiebers zum jeweiligen Abgußzeitpunkt vorhandenen Bad spiegelhöhe mit dem aus dem Zeitintegral der vorhergehenden jeweiligen Ist-Schieberöffnungen ermittelten Schmelzenvolumens ermittelt und eingestellt werden und daß die Steuerungs-Sollwerte mit mindestens einem, dem Gießstrahl nachfolgenden Badspiegel-Grenzwert-Meßpunkt verglichen werden, wobei eine Verstell-Bewegung des Ausgußschiebers immer dann eingeleitet wird, wenn der Grenzwert-Meßpunkt überschritten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungs-Sollwerte innerhalb eines durch zwei Badspiegel-Grenzwert-Meßpunkte definierten Sollwertbands liegen, derart, daß eine Bewegung des Ausgußschiebers immer dann eingeleitet wird, wenn das Sollwertband über- oder unterschritten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Badspiegel-Grenzwert-Meßpunkten außerhalb des Sollwertbandes mindestens ein weiterer Meßpunkt bei Überschreiten bzw. Unterschreiten des Badspiegels über bzw. unter einen obersten bzw. untersten Grenzwert hinaus eine Verstellbewegung des Ausgußschiebers mit erhöhter Geschwindigkeit in seine Schließbzw, volle Öffnungsstellung auslöst.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Ausgußgeschwindigkeit in einem Rechner nach folgender Gleichung ermittelt wird: