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Vorrichtung zur automatischen Regelung der
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sekundären Strang-Abkühlung in "Schmelze auf Schmelze"-Metallstranggieß-Anlagen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Regelung der Sekundärabkühlung
eines Stranges in Anlagen zum Metallstranggießen nach dem "Schmelze auf Schmelze"-Verfahren.
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Im wesentlichen bekannt (vgl. AT-PS 188 452) ist eine Vorrichtunq
zur automatischen Steuerung der Abkthlung eines Stranges in Anlagen zum Stahlstranggießen,
die aus Verbrauchsreglern für das zu den einzelnen Sektionen der Sekundärabkühlungszone
zuzuführende Kühlwasser, Verbrauchseinstellern und einem Messer der Gießgeschwindigkeit
besteht,
der auf die Einsteller bei beliebigen Abweichungen der Gießgeschwindigkeit einwirkt.
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Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß keine Korrektur
des Verbrauches des Kühlwassers abhängig von der Temperatur des flüssigen Metalls
in der Pfanne vorgesehen ist.
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Ferner ist im wesentlichen bekanntgeworden (vgl.
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B.I. Krasnow, "Optimale Steuerung der Betriebsdaten beim Stahlstranggießen",
Verlag "Metallurgie", Moskau 1975, S. 258-259) eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, wobei allerdings das Metallstranggießen nicht nach dem "Schmelze-auf-Schmelze"-Verfahren
erfolgt.
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Im übrigen wird dort vom Signalverteiler das Signal entsprechend der
Temperaturdifferenz mit verschiedenen Proportionalitätsfaktoren zwischen den Verbrauchseinstellern
von einzelnen Sektionen der Sekundärabkühlungszone verteilt.
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Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß sich
beim Stranggießen des Metalls nach dem Schmelze-auf-Schmelze 11-Verfahren die gemessene
oder Ist-Temperatur des flüssigen Metalls, das der Anlage zum Metallstranggießen
(zum Zeitpunkt, wo sich die neu angekommene Gießpfanne in der Arbeitsstellung befindet)
zugeführt ist, von der Temperatur des flüssigen Metalls aus der vorhergehenden Schmelze
wesentlich unterscheiden kann, die noch in der Anlage stranggegossen wird. In diesem
Fall werden den Einstellern der Verbrauchsregler von einzelnen Sektionen von dem
Signalverteiler neue Werte der Korrektursignale zugeführt, und zwar zu einer Zeit,
wo
sie gar nicht erforderlich sind. Aus diesem Grunde wird eine bedeutende Metallmenge
aus der vorhergehenden Schmelze, die in dem Zwischenbehälter, Kühlkokillen und in
der Rollenführung der Sekundärkühlungszone verbleibt, Abkühlungsbedingungen ausgesetzt,
die den wärmephysikalischen Parametern des Metalls der vorhergehenden Schmelze nicht
entsprechen.
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Unter diesen Bedingungen entstehen im Strang unzulässige Wärmespannungen,
die zu Störungen des Innengefüges des Stranges führen.
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Ein derartiger Betriebszustand bleibt so lange erhalten, bis die
ganze Anlage mit Metall aus der neu zugeführten Schmelze gefüllt ist.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, unter Beseitigung des erwähnten
Nachteils eine Vorrichtung zur automatischen Regelung der sekundären Abkühlung eines
Stranges in Anlagen zum Metallstranggießen nach dem "Schmelze-auf-Schmelze"-Verfahren
zu schaffen, die eine Erhöhung der Homogenität des Innengefüges des Stranges und
von dessen Qualität durch eine zweckmäßigere Verteilung des zu den einzelnen Sektionen
der Sekundärabkühlungszone zuzuführenden Kühlmittels unter der Berücksichtigung
der Temperaturführung der vorhergehenden und der nachfolgenden Schmelze erzielt.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolg: durch die Lehre
nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung sichert eine Erhöhung der Homogenität
des Innengefüges des Strangs und von dessen Qualität.
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Die Erfindung wird vorteilhaft weitergebildet durch die Lehre nach
dem Patentanspruch 2.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 die Vorrichtung zur sekundären Abkühlung eines Stranges in Anlagen
zum Metallstranggießen nach dem "Schmelze-auf-Schmelze"-Verfahren;
Fig.
2 eine elektrische Schaltung, die den Verbrauch an Kühlwasser nach der Temperatur
der Oberfläche des Stranges am Ausgang aus äe einer Sektion der Sekundärabkühlungszone
korrigiert.
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Die Vorrichtung zur automatischen Regelung eines Stranges in einer
Anlage zum Metallstranggießen nach dem "Schmelze auf Schmelze"-Verfahren, die einen
Zwischenbehälter I(i'tig.J), in den über eine Pfanne 2 das flüssige Metall zugeführt
wird, enthält, besitzt erfindungsgemäX Verbrauchsregler 3 für das zu den einzelnen
Sektionen der Zone der Sekundärabkühlung zuzuzuführende Kühlwasser, wobei an den
Eingangen dieser degler Verbrauchseinsteller 4 angeschlossen sind.
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Die Anzahl der anzubringenden Verbrauchsregler 3 für das Kühlwasser
und der Verbrauchseinsteller 4 entspricht der Anzahl der Sektionen, in welche die
Rinne 5 der Anlage zum etallstranggieBen eingeteilt ist.
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In der Pfanne 2 wird ein Thermoelement 6 vom einmaligen Eintauchen
angeordnet, das an den Eingang eines Normungsumformers 7 mit einem Speicher angeschlossen
ist, wobei der Ausgang des genannten Normungsumformers an einen der Eingänge eines
algebraischen Sumuiators 8 angeschlossen ist. An den anderen Einfang des algebraischen
Summators d ist ein Einst@ller 9 der Nenntemperatur des flüssigen Metalls angeschlossen,
während der Ausgang des algebraischen Summators 8an den Eingang eines Begrenzers
IO angeschaltet ist. Der Ausgang des Begrenzers IO ist mit einem Verteiler II der
Signale verbunden,
dessen Ausgänge an Schalter 12 verschiedener
Sektionen angeschlossen sind. Der Ausgang jedes Schalters 12 ist an den Verbrauchseinsteller
4 angeschloEsen.
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An jeder Rinne 5 sind Messer 13 zum essen der Gießgeschwindigkeit
angeordnet, deren Ausgänge mit den Eingängen entsprechender Susimatoren 14 verbunden
sind. Die Anzahl der Eingänge jedes Swnmators 14 ist der Anzahl der Rinnen gleich.
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Der Ausgang jedes Summators 14 ist an den einen Eingang eines Integrators
15 angechlossen, während der andere Eingang desselben mit einem Signalgeber 16 verbunden
ist. Der andere Ausgang des Signalgebers 16 ist an einen zusätzlichen Normungsumformer
17 angeschlossen, der mit einem Geber ld des tMietallgewichtes verbunden ist, welcher
unterhalb des Zwischenbehälters I angeordnet ist. Der Eingang des Signal gebers
16 ist an einen Geber 19 für das Offnen des Dosierorganes (der Pfanne 2) angeschlossen.
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Der Ausgang des Integrators 15 ist mit einem der Eingänge eines zweiten
Summators 20 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem zusätzlichen Normungsumformer
17 verbunden ist, während der Ausgang des zweiten Suminators 20 mit einem Signalgeber
21 verbunden ist, der Signale für die Entleerung des Zwischenbehälters vom Metall
aus der vorhergehenden Schmelze liefert. Andere Ausgänge des Signalgebers 21 sind
an die Rinnen 5 der Anlage anueschlossen. Am Ausgang des Signalgebers 21 ist ein
zweiter Integrator 22 angeordnet, bei dem der eine Eingang mit dem Messer 13 zum
Messen der Geschwindigkeit und der andere Eingang mit dem Signalgeber 16 verbunden
sind.
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Der Ausgang des zweiten Integrators 22 ist mit dem Einzwang eines
signalverteilers 23 verbunden, bei dem der eine Ausgang an den Eingang eines dritten
Sum.aators 24, und die anderen Ausgänge an die übrigen Sektionen der Rinne 5 anjeschlossen
sind. Ein weiterer Eingang des dritten Summators 24 ist an einen Einsteller 25 der
Koordinate des Endes je einer Sektion angeschlossen, und am Ausgang des dritten
Summators 24 ist ein Signalgeber 26 angeordnet, der mit dem Eingang des Schalters
12 verbunden ist. Ein weiterer eingang des Schalters 12 ist mit einem Einsteller
27 des konstanten Tiorrektursignals verbunden.
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Die Vorrichtung hat folgende ArbeSsweise (Es wird hier die Arbeitsweise
einer Rinne und einer Sektion in dieser Rinne behandelt, denn die Arbeitsweise der
übrigen Rinnen und Sektonen ist vollkommen ähnlich).
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Während des Stranggießens nach dem "Schmelze auf Schmelze" -Verfahren
wird ein Signal von dem Thermoelement 6 vom einmaligen Eintauchen, das die Temperatur
des in die Anlage zugeführten flüssigen Metalls mißt, über den diese Temperatur
in Form eines einheitlichen Signals speichernden Normungsumformer 7 in den algebraischen
Summator 8 geleitet. Dem anderen Eingang des algebraischen Summators 8 wird ein
Signal von dem Einsteller 9 der Nenntemperatur zugeführt, das der Ne atemperatur
des flüssigen Metalls proportional ist. Die an dem algebraischen Summator 8 erhaltene
Differenz zwischen dem Sollwert der Temperatur des flüssigen Metalls für die gegebenen
Metallsorte und dem Istwert der Temperatur des Metalls
wird dem
Begrenzer IO zugeführt, wo man in Abhangigkeit von der Größe des Eingangssignals
entweder ein konstantes Signal (falls keine tiberhitzung des Metalls) oder ein Signal
erhält, das dem Ausgangssignal des algebraischen Summators 8, d.h. der Oberhitzang
des Metalls proportional ist.
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Vom Begrenzer IO wird das Signal dem Signalverteiler 11 ur Übertragung
der Einwirkung gleichzeitig auf die Schalter 12 von allen Sektionen der Sekundärabkühlungszonen
zugeführt.
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Gleichzeitig wird ein Signal von den Messern 13 zum hlessen der Gießgeschwindigkeit
an allen Rinnen im Summator 14 summiert und dem Integrator 15 zugeführt, wobei die
Integration auf das vom Signalgeber 16 gegebene Kommando hin beginnt, der durch
den Geber 19 für das Öffnen des Doierorganes (der Pfanne) ausgelöst wird. Gleichzeitig
wird durcn den Signalgeber 16 der zusätzliche Normungsumformer 17 geöffnet, in dem
das Metallgewicht im Zwischenbehälter 1 gespeichert wird, das vom Geber 18 des Metallgewichtes
im Zwischenbehälter 1 angegeben wird.
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Das von dem integrator 15 gelieferte Signal, das der Summen-Menge
- des an allen Rinnen seit dem Ankommen einer neuen Pfanne stranggegossenen Metalls
proportional ist, wird im zweiten Summator 20 mit dem Signal des wietallgewichtes
im Zwischenbehälter 1 algebraisch summiert, das von dem zusätzlichen Normungsumformer
17 geliefert wird.
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Nachdem diese Signale gleich geworden sind, d.h. nachdem der Zwischenbehälter
1 mit dem Metall aus einer neuen Schmelze gefüllt ist, wird der Signalgeber 21 für
die Entleerung des Zwischenbehälters von der vorhergehenden Schmelze ausgelöst,
der die zweiten Integratoren 22 an allen Rinnen
der Anlage einschaltet.
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Das von dern Ausgang der zweiten Integratoren 22 gelieferte Signal,
das der ersten Metallteilmenge aus der neuen Schmelze in der Sekundärabkühlungszone
proportional ist, wird über den Signalverteiler 23 den dritten Summatoren 24 je
einer Sektion zugeführt, wo es mit dem von dem Einsteller 25 der Koordinate des
Endes je einer Sektion gelieferten Signal vergleichen wird, das den 3tand zwischen
dem Ende jeder Sektion und dem Meniskus proportional ist. Beim Zusammenfallen dieser
Signale spricht der Signalgeber 26 an, und er schaltet den Schalter 12 um. Dabei
wird dem Einsteller 4 des Verbrauchs reglers 3 für Kühlwasser von dem Signalverteiler
11 ein Korrektursignal zugeführt, das den Wasserverbrauch zwischen den Sektionen
beim Vorhandensein einer Überhitzung vergrößert; beim Ausbleiben einer Überhitzung
wird dabei ein konstantes Korrektursignal geliefert.
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Bevor eine neue Metallteilmenge die entsprechende Sektion der Sekundärabkühlungszone
passiert hat, wird der Einsteller 4 des Verbrauchsreglers für Kühlwasser nach dem
Signal vom Einsteller 27 des konstanten Korrektursignals korrigiert, der an den
Eingang des Schalters 12 angeschlossen ist.
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Vor Beginn der Arbeit der Schaltung werden die Integratoren 15 und
22 nach einem Kommando vom Signalgeber 16 cuf Null gesetzt, der beim Öffnen der
Feststellvorrichtung der neu angekommenen Pfanne durch den Geber 19 des Öffnens
des Dosierorganes, z.B. der Pfanne 2,ausgelöst wird.
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Die oben beschriebene Vorrichtung berücksichtigt jedoch
die
Werte der Temperaturen an der Oberfläche des Stranges nicht. Die durchgeführten
Forschungen haben es gestattet, den Charakter der Abhängigkeit der Gießgeschwindigkeit
von der optimalen Temperatur der Oberfläche des Stranges entlang der technologischen
Achse der Anlage zu ermitteln, welche Abhängigkeit dem qualitätsmäßig besseren Innengefüge
des Strange entspricht. Diese Abhängigkeit kann wie folgt dargestellt werden:
mit T - Temperatur der Oberfläche des Stranges am Ausgang aus der Sektion; V - Gießgeschwindigkeit;
X - Koordinate der technologiscnen Achse, die von der unteren Endfläche der Kühlkokille
abgezählt wird; a1, a2, a3, a4, a5, -Koeffizienten, die von der Stahlsorte abhängig
sind.
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zur die fixierten Stellen Xi(i=I... n) der Anordnung der optischen
Pyrometer, d.h. der Ausgänge aus den Sektionen, nimmt die Formel (I) eine vereinfachte
Form an und sieht wie folgt aus:
Zur Erfassung der Temperatur der Oberfläche des Stranges sowie auch zum Messen der
Temperatur beim Übergang von einer Gießgeschwindigkeit zu anderen wird an den Eingang
des Verbrauchseinstellers 4 eine elektrische Schaltung 28 (Fig. 2) angeschlossen,
wobei dem Eingang dieser schaltung
ein Signal vom Messer 13 zum
kesseln der Geschwindigkeit zugeführt wird.
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Die elektrische Schaltung 28 enthält erfindungsgemäß eine Vergleichseinheit
29, deren Ausgang mit dem Eingang des Verbrauchseinsteller 4 verbunden ist. Einer
der Eingänge der Vergleichseinheit 29 ist mit einem Messer 30 der Temperatur an
der Oberfläche des Stranges am Ausgang je einer Sektion verbunden, und an den anderen
angang ist ein Einsteller 31 der Temperatur der Oberfläche des Stranges von der
entsprechenden Sektion angeschlossen, der die Größe Ai einstellt. An den Eingang
des Einstellers 31 der Temperatur der Oberfläche des Stranges ist ein algebraischer
Summator 32 angeschlossen, der an seinem Ausgang für jede Sektion die Abhängigkeit
wiedergibt, wobei an einen der Eingänge des algebraischen Surumators ein Signaleinsteller
33 angeschlossen ist, während der andere Eingang mit einer Einheit 34 xuu, Radizieren
der quadratwurzel verbunden ist, welche mit dem Messer 13 zum Idessen der Gießgeschwindigkeit
gekoppelt ist.
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Die elektrische Schaltung 28 der Vorrichtung hat folgende Arbeitsweise.
Bei einer bestimmten stationären Gießgeschwindibkeit wird von den Verbrauchsreglern
3 für das Rühlwasser in Übereinstimmung mit den Befehlen der VerbrauchEeinsteller
4 in jeder Sektion der ekundärabkühlunszone ei bestimmter Wasserverbrauch aufrechterhalten.
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Wenn dabei im stationären Betriebszustand durch irgendwelche zufällige
Faktoren Abweichungen der Temperatur der Oberfläche des Stranges am Ausgang aus
irgenwelcher Sektion
von dem vorgegebenen Wert, der durch den Einsteller
31 festgesetzt wird, hervorgerufen werden, dann wird vom Ausgang der Vergleichseinheit
29 dieser Sektion dem Eingang des Verbrauch einstellers 4 ein Korrektursignal zugeführt,
das den vorgegegebenen Wert bis zur Wiederherstellung der vorgegebenen emperatur
der Oberfläche am Ausgang aus der genannten Sektion ändert.
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hllich arbeitet die Vorrichtung beim Übergang von einer Gießgeschwindigkeit
zu der anderen. In diesem Fall wird nach dem vom Messer 13 zum Messen der Gießgeschwindigkeit
gelie-Betten Signal von den Ausgäen der algebraischen Summatoren 32 dem Eingang
der Einstellers 31 ein neuer vorgegebener Wert der Temperatur der Oberfläche des
Stranges am Ausgang aus den entsprechenden Sektionen zugeführt, welcher Wert über
die Vergleichseinheit 29 dem Eingang des Einstellers 4 zugeführt wird.
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VORRICHTUNG ZUR AUTOMATISCHEN REGELUNG DER SEKUNDÄREN ABKÜHLUNG EINES
STRANGES IN ANLAGEN ZUM METALLSTRANG-GIEREN NACH DEM "SCHMELZE- AUF SCHMELZE"-VERFAHREN
KURZFASSUNG Es wird eine Vorrichtung zur automatischen Regelung der sekundären Abkühlung
eines Stranges in Anlagen zum Metall stranggießen nach dem "Schmelze auf bchmelze"-
Verfahren Worgeschlagen, die Verbrauchsregler (3) für das zu den einzelnen Sektionen
der Zone der ekundärabkühlung zuzuführende KühlWasser 7 Verbrauchseinsteller (4)
für das Kühlwasser, ein 'i'hermoelement (6), das die Temperatur des flüssigen Mefalls
mifSt, einen Geber (18) des Metallgewichtes im Zwischenbehälter, einen Geber (19)
für das Öffnen des Dosierorganes der Pfanne, Messer (13) zum Messen der Gießgeschwindigkeit,
Messer (30) zum Messen der Temperatur der Oberfläche des Stranges enthält.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt den Verbrauch des Kühlwassers
für einzelne Sektionen der Sekundärabkühlungszone in Abhangigkeit von der Gießgeschwindigkeit
in der Rinne unter einer Korrektur nach der Temperatur der Oberfläche des Stranges
ein.
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Es iet auch eine Vergrößerung des Kühlwasserverbrauches in einzelnen
Sektionen der Zone der Sekundärabkühlung bji einer Uberhitzang des Metalls in der
Pfanne vorgesehen, die die vorgegebene Grenze überschreitet. Dabei wird beim Stranggießen
des Metalls nach dem "Schmelze auf Schmelze"-Verfahren
eine Folgeregelung
des Metalls aus der vorhergehenden und aus der neu angekommenen Schmelze durchgeführt.
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Fig. I
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