-
-
Gießspiegelregelung für den Füllstand der
-
Schmelze in Stranggießkokillen Die Erfindung betrifft eine Gießspiegelregelung
für den Füllstand der Schmelze in Stranggießkokillen, bestehend aus mindestens einer
Füllstandsmeßeinrichtung, einem den Istwert des Füllstandes mit dem vorgegebenen
Sollwert vergleichenden Regler, dessen Stellgröße ein den Stopfenstellzylinder betätigendes
Servoventil beeinflußt.
-
Durch die DE-AS 24 35 485 ist bereits eine Gießspiegelregelung der
vorgenannten Gattung bekannt, bei welcher der Regler des Stopfenstellers als Stetigregler
ausgebildet ist.
-
Das wird dadurch erreicht, daß von einem PID-Regler die
Stellgröße
über ein elektromagnetisch-ölhydraulisches Stellmittel dem Stopfensteller zugeführt
wird. Nachteil einer derartigen Regelung ist, daß der Arbeitsbereich des PID-Reglers
bei geöffnetem Regelkreis aufgrund des I-Anteils auswandert und bei Schließen der
Regelschleife ein falsches Stellsignal liefert. Daher muß der Regler beim Übergang
auf Handsteuerung abgeschaltet und bei Fortsetzung der selbsttätigen Regelung wieder
eingeschaltet werden. Der Regler hat den weiteren Nachteil, daß dieser bei kleinen
Regelabweichungen nicht anspricht.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Regelkreis zu erstellen, bei dem
das Stellsignal dauernd an dem Servoventil ansteht, wodurch dauernd das elektrische
Stellsignal in ein hydraulisches Stellsignal umgewandelt und nur durch Kurzschließen
dieses aufgehoben wird und damit die manuelle Beeinflussung des Füllstandes durch
den Stopfensteller erfolgt.
-
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird vorgeschlagen, als Stellgrößengeber
für das Servoventil einen PD-Regler zu verwenden, das Servoventil eine nichtlineare
Kennlinie aufweist, die hydraulische Stellgröße zur Korrektur des Verschiebeweges
des Stellzylinders fortwährend an den Druckmittelzuleitungen des Stellzylinders
ansteht und durch Zwischenschalten eines Kurzschlußventils in die Druckmittelzuleitungen
des Stellzylinders dieser auf Handbetrieb umschaltbar ist.
-
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist das Servoventil nach einer
vorgegebenen Arbeitskennlinie mit im Bereich des Koordinaten-Kreuzes flach ansteigendem
Mittelteil und seitlich steilen Flanken zur Steuerung des Stellzylinders versehen.
Das Servoventil sowie das Kurzschlußventil sind mit
dem Stellzylinder
als kompakte Einheit verbunden. Der Stellzylinder ist vorzugsweise als Differentialzylinder
ausgebildet, kann jedoch auch in bisher bekannter Bauform verwendet werden.
-
Vortel der Regeleinrichtung ist, daß der Arbeitspunkt des PD-Reglers
nicht auswandern kann. Durch die besonders flache Kennlinie des Servoventils im
Arbeitsbereich ist es möglich, die kleinsten elektrischen Signale direkt in hydraulische
Stellsignale umzusetzen und somit die Stopfenposition entsprechend dem Reglerausgang
zu verschieben. Das integrale Verhalten des Stellzylinders sorgt auch dafür, daß
bei einer Verschiebung des Arbeitspunktes des Stopfens durch Veränderungen an der
Durchflußcharakteristik des Stellgliedes diese Verschiebung ausgeglichen wird und
der Regler somit ohne bleibende Regelabweichung arbeitet. Die Kennlinie des Servoventils
ist so bemessen, daß entsprechend der hohen Stopfenverstärkung trotzdem kleinste,
stetige Stellbewegungen möglich sind.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die Zeichnung dar. Es
zeigen: Fig. 1 die Regeleinrichtung im Prinzip, Fig. 2 die Arbeitskennlinie des
Servoventils, Fig. 3 die Kompaktanordnung von Stellzylinder und Servoventil im Prinzip
und Fig. 4 die bauliche Darstellung der Kompaktanordnung nach Fig. 3.
-
In den Fig. 1, 3 und 4 ist mit 1 ein Gießbehälter bezeichnet, dem
aus einer nicht weiter dargestellten Gießpfanne Metall-
schmelze
zugeführt wird. Der Ausguß 1a an dem Boden des Gießbehälters 1 ist durch einen Stopfen
2 verschlossen und wird geöffnet, sobald der unterhalb des Gießbehälters 1 befindlichen
Stranggießkokille 3 Schmelze kontinuierlich zugeführt werden soll, die nachfolgend
längs der Strangführung 4 der Stranggießanlage abgezogen und abgekühlt wird und
zu einem festen Stahlstrang 4a mit knüppel- oder brammenförmigem Querschnitt erkaltet.
-
Um den Zufluß der Schmelze aus dem Gießbehälter 1 in die Stranggießkokille
3 derart verändern zu können, daß der Gießspiegel der Schmelze stets in der gleichen
Höhe erhalten bleibt, ist eine Gießspiegelregelung vorgesehen. Diese besteht aus
einer Meßeinrichtung für das Niveau des Gießspiegels in der Stranggießkokille 3
und wird beispielsweise von einander gegenüberliegenden radioaktivem Stabstrahler
6 als Sender und einem Szintillationszähler 7 als Empfänger gebildet. Andererseits
ist der Stopfen 2 über eine Traverse 9 in dem Gießbehälter 1 heb- und senkbar. Das
freie Ende der Traverse 9 ist an einer Kolbenstange 10a befestigt. Die Kolbenstange
10a, an welcher ein Handhebel 1Ob gelenkig angreift und um ein Festlager oder eine
Zahnstange schwenkbeweglich ist, ist mit einem in einem hydraulischen Stellzylinder
11 geführten Arbeitskolben 10 verbunden. Der Stellzylinder 11 ist als Differentialzylinder
ausgebildet, und die beiden durch den Arbeitskolben'10 getrennten Zylinderkammern
11a und 11b sind über Druckmittelzuleitungen 13, 13a mit einem elektro-hydraulischen
Servoventil 14 verbunden, dessen Steuerschieber 14a mittels eines Elektromagneten
14b gegen die Kraft einer Rückstellfeder 14c in die Stellungen I bis III verschiebebeweglich
ist. Das Servoventil 14 hat eine nach der Fig. 2 dargestellte nichtlineare Durchflußkennlinie
mit
schwach geneigtem Mittelteil I und sich beiderseits anschließenden abgeknickten
steilen Flanken II. Das Servoventil 14 ist über eine Druckmittelrückleitung 16 sowie
über eine Leckölrückleitung 16b mit Rückschlagventil R mit einem Druckmittelsammelbehälter
17 verbunden. Weiter führt zum Servoventil 14 eine Druckmittelzuleitung 15, welche
von dem Druckmittelsammelbehälter 17 über eine von einem Motor angetriebene Druckmittelpumpe
15a verläuft. Zwischen dem Stellzylinder 11 und dem Servoventil 14 ist zwischen
die Druckmitteleitungen 13, 13a in den Leitungszweig 20 eine von Hand mit Handhebel
19a zu betätigendes Kurzschlußventil 19 eingeschaltet, von dem aus eine Druckmittelrückleitung
16a mit Rückschlagventil R zu der Druckmittelrückleitung 16 führt.
-
Das Kurzschlußventil 19 ist in die Stellungen I und II einstellbar.
Der Empfänger 7 zur Erfassung der Füllstandshöhe ist über eine elektrische Leitung
21 mit einem Niveau-Meßgerät 22 verbunden, welches den Istwert des Gießspiegels
über eine elektrische Leitung 23 einem PD-Regler 24 zuführt.
-
Weiter wird über eine elektrische Leitung 25 von einem Sollwertgeber
26 die dem Sollwert des Gießspiegels entsprechende elektrische Spannung dem PD-Regler
24 zugeschaltet. Die Stellgröße wird von dem Ausgang des PD-Reglers 24 über eine
elektrische Leitung 28, in welche ein Leistungsverstärker 27 eingeschaltet ist,
dem linearen Magnetsystem (Torque Motor)14b des Servoventils414 zugeleitet.
-
Das Servoventil 14 hat eine in der Fig. 2 dargestellte Durchfluß-Kennlinie,
bei der im Koordinatenkreuz in der Ordinatenachse die Druckmittelmenge Q in t/min
und in der Åbszissenachse der Strom I der Stellgröße in mA aufgetragen ist. Der
mittlere Arbeitsbereich wird durch eine das Koordinatenkreuz
im
Mittelpunkt schneidende leicht ansteigende Gerade I gebildet, an die sich beiderseits
steil abknickende Flanken II anschließen. Dadurch können in dem mittleren Arbeitsbereich
I noch kleinste Stellgrößen der Gießspiegelabweichung ausgeregelt werden, während
im Bereich der steil abgeknickten Flanken II eine große Druckmittelmenge pro Zeiteinheit
von dem Servoventil 14 der einen oder anderen Zylinderkammer 11a bzw. 11b des Stellzylinders
11 zugeführt werden kann, so daß ein schnelles Zustellen oder Öffnen des Stopfens
2 bewirkt wird, was beim Anfahren oder Unterbrechen der Zufuhr von Schmelze infolge
einer Störung erforderlich ist.
-
Das Servoventil 14 ist vorteilhafterweise gemeinsam mit dem Kurzschlußventil
19 als Baueinheit an dem Stellzylinder 11 befestigt, so daß für die Druckmittelzuleitungen
13, 13a auf Schlauchleitungen verzichtet werden kann und ein starres Druckmittelübertragungssystem
geschaffen wird, wodurch bldruckschwingungen sowie Regelungenauigkeiten infolge
Atmens der Schlauchleitungen vermieden werden. Das Servoventil 14 und das Kurzschlußventil
19 können auch baulich getrennt sein. Die Fig. 3 stellt die Baueinheit von Servoventil
14 und Kurzschlußventil 19 in Verbindung mit dem Stellzylinder 11 im Prinzip und
die Fig. 4 die Baueinheit konstruktiv dar. Mit 11 ist der Stellzylinder bezeichnet,
der über die Druckmittelleitungen 13, 13a direkt mit dem Servoventil 14 und dem
Kurzschlußventil 19 mit Handhebel 19a verbunden ist.
-
Die Arbeitsweise der Regelung ist folgende: Bei eingeschalteter Regelung
wird zum Einflißen der Schmelze aus dem Gießbehälter 1 in die Kokille 3 das Kurzschlußventil
19 geöffnet und über den Handhebel 1Ob die Kolben-
stange 10a und
damit über die Traverse 9 der Stopfen 2 um einen geringen Hub angehoben. Die Schmelze
fließt durch den Ausguß 1a in die Kokille 3, so daß der Gießspiegel in der Kokille
1 ansteigt. Sobald der Gießspiegel sich in dem Bereich der Meßwerterfassung befindet,
wird das Kurzschlußventil 19 wieder geschlossen, so daß die Verstellung des Stopfens
2 über den Regelkreis erfolgt. Dabei werden die der Höhe des Gießspiegels entsprechenden
Signale des Empfängers 7 über die elektrische Leitung 21 dem Niveau-Meßgerät 22
zugeführt und in eine dem Gießspiegel proportionale elektrische Spannung umgewandelt,
welche über die elektrische Leitung 23 dem PD-Regler 24 zugeführt und mit einer
dem Sollwert 26 entsprechenden1 über die elektrische Leitung 25 anstehenden elektrische
Spannung verglichen wird. Die aus dem Ist-Sollwertvergleich der Spannungen resultierende
elektrische Stellgröße wird einem in die elektrische Leitung 28 eingeschalteten
Leistungsverstärker 27 zugeführt, der den der Stellgröße entsprechende Strom dem
linearen Magnetsystem 14b auf schaltet, so daß der Schieber 14a des Servoventils
14 um den Betrag verstellt wird, daß eine der elektrischen Stellgröße proportionale
Druckmittelmenge den in dem Stellzylinder 11 geführten Kolben 10 und damit den Stopfen
2 in der Weise verstellt, daß der Gießspiegel der Schmelze in der Kokille 3 dem
Sollwert entspricht.
-
q Der Regelkreis ist während des gesamten Gießvorganges in Betrieb
und regelt fortlaufend auftretende Gießspiegelabweichungen aus. Dabei arbeitet das
Servoventil 14 bzw. der Steuerschieber 14a nach der in Fig. 2 dargestellten Durchflußkennlinie
vorzugsweise in dem mittleren, leicht geneigten Arbeitsbereich I, in welchem auch
kleinste Stellgrößen ein Verstellen des Kolbens 10 in dem Stellzylinder 11 und damit
des Stopfens 2 bewirken.
-
Die sich an den mittleren Arbeitsbereich I beiderseits anschließenden
steil abgeknickten Teile des Arbeitsbereichs II der Durchflußkennlinie dienen einerseits
dem schnellen Auffinden des Stopfenarbeitspunktes und andererseits dem schnellen
Schließen des Ausgusses durch den Stopfen 2 als Überlaufsicherung und für Notfälle.
-
Bei Umstellen auf Handbetrieb wird das Kurzschlußventil 19 geöffnet,
so daß über den Leitungszweig 20 einerseits ein Druckmittelausgleich zwischen den
Zylinderkammern 11a und 11b bei Verstellen des Kolbens 10 mittels Handhebel 1Ob
und andererseits der Ausgleich des Druckmittels in den Leitungen 13, 13a über das
geöffnete Kurzschlußventil 19 in der Leitung 19a erfolgen kann. Der Regelkreis ist
auch bei Handsteuerung weiter. in Betrieb, so daß ein Stellsignal dauernd an dem
Servoventil 14 ansteht und in ein hydraulisches Stellsignal umgesetzt wird. Bei
Schließen des Kurzschlußventils 19 liegen die hydraulischen Stellsignale sofort
wieder an den Zylinderkammern 11a und 11b des Stellzylinders 11 an.
-
Der Steuerschieber 14a des Servoventils 14 ist nach den Fig.
-
1 und 3 in der Stellung I derart geschaltet, daß die Druckmittelleitung
13a mit der Druckmittelzuleitung 15 und die Druckmittelleitung 13 mit>-der Druckmittelrückleitung
16 verbunden ist, so daß die untere Zylinderkammer 11bades Stellzylinders 11 mit
Druckmittel beaufschlagt wird und der Kolben 10 sowie der Stopfen 2 sich nach oben
bewegen.
-
In der Stellung II ist der Steuerschieber.14a derart geschaltet, daß
die Druckmittelleitungen 13 und 13a verschlossen
sind. Dabei befindet
sich entsprechend der Durchflußkennlinie nach Fig. 2 der Steuerschieber 14a bei
einem Steuerstrom I von der Größe Null im Mittelpunkt des Koordinatenkreuzes zwischen
Q und I.
-
In der Stellung III ist der Steuerschieber 14a derart geschaltet,
daß die Druckmittelzuleitung 15 mit der Druckmittelleitung 13 und die Druckmittelrückleitung
16 mit der Druckmittelleitung 13a verbunden ist, so daß die obere Zylinderkammer
11a des Stellzylinders 11 mit Druckmittel beaufschlagt wird und der Kolben 10 sowie
der Stopfen 2 sich nach unten bewegen.
-
Das Kurzschlußventil 19 in dem Leitungszweig 20 ist mit Handhebel
19a nach den Fig. 1 und 3 derart betätigbar, daß in der Stellung I die Druckmittelleitungen
13 und 13a über die Druckmittelleitung 20 kurzgeschlossen sind, damit zwischen der
oberen Zylinderkammer 11a und der unteren Zylinderkammer 11b beim Verstellen des
Kolbens 10 über die Kolbenstange 10a ein Druckmittelausgleich erfolgen kann. Über
die Rückleitung 16a und ein Rückschlagventil R wird ein Druckmittelüberschuß infolge
der unterschiedlich großen wirksamen Kolbenflächen in den Druckmittelsammelbehälter
17 abgegeben.
-
In der Stellung II ist die Druckmittelleitung 20 aufgetrennt, so daß
die Stellwerte der Regelung von dem Servoventil 14 wieder an den Zylinderkammern
lla, lib des Stellzylinders 11 anliegen.
-
In die Regelung kann in bekannter Weise ebenfalls die Abzugsgeschwindigkeit
des Stranges 4a mit einbezogen werden.