DE3205480A1 - Verfahren und einrichtung zum regeln des metallbadpegels in einer mehrzahl von vertikalen kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen giesseinheiten - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Müller DipL-Ghem. Dr.Gerhard Schupfner . /

Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger Luolle-Grahn-Slr. 38 - D 8000 München 80

Kaiser Aluminum <■: Chemical Corporation •-Kaiser Building 300 Lakeside Drive Oakland, California 94653 V.St.A.

Verfahren und Einrichtung zum Regeln des Metallbadpegcls in einer Mehrzahl von vertikalen kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießeinheiten

-Verfahren und Einrichtung zum Regeln des Metallbadpegels in ..einer Mehrzahl von vertikalen kontinuierlichen oder halbkon- --.-, tinuierlichen Gießeinheiten

Die-Erfindung bezieht sich auf die Metallbadpegel-Regelung in vertikalen kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen ,.Gießeinheiten, insbesondere solchen Gießeinheiten, bei denen für die Formung des erstarrenden Metalls ein elektromagnetisches Feld genutzt wird, das von einem die Metallbadsäule umschließenden ringförfmigen Induktor erzeugt wird.

Aluminiumblöcke oder -knüppel, die kontinuierlich oder halbkontinuierlich unter Direktkühlung in konventionellen offenendigen rohrförmigen Kokillen gegossen werden, haben üblicherweise in unterschiedlich starkem Maß Oberflächenfehler wie Kaltfaltungen, Seigerungen, Wärmerisse u. dgl., die primär aus dem Kontakt zwischen der Gießform und dem erstarrenden Keim des Metallmantels resultieren. Konventionelle unter Direktkühlung gegossene Blöcke oder Knüppel kennzeichnen sich ferner durch eine erhebliche Legierungsentmischung an der Oberfläche aufgrund der Aufeinanderfolge von anfänglicher Kühlung und Teilerstarrung der Metallbadoberfläche, Kontaktierung der kühlen Oberflächen des Formhohlraums, Wiedererwärmung der Metalloberfläche nach der Kontraktion des Metalls von dem Formhohlraum weg und der .schließlichen Erstarrung des Metallbads, indem dieses direkt

mit Kühlmittel beaufschlagt wird. Konventionell unter Direktkühlung gegossene Blöcke oder Knüppel müssen normalerweise geschält werden, damit sowohl die Oberflächenfehler als auch die legierungsverarmte Zone angrenzend an die Oberfläche entfernt werden, bevor die anschließende Fertigung durch Walzen, Schmieden u. dgl. durchgeführt wird.

Elektromagnetisches bzw. Induktionsgießen ist dem konventionellen Gießen unter Direktkühlung sehr ähnlich, wobei nur anstelle der beim konventionellen Verfahren eingesetzten rohrförmigen Kokille ein ringförmiger Induktor eingesetzt wird, der ein elektromagnetisches Feld um die Metallbadsäule erzeugt, das seinerseits einen radialen Druck auf die Metallbadsäule ausübt, der ausreichend hoch ist, um die Form des Metalls zu bestimmen, bis das Metall durch die direkte Beaufschlagung mit Kühlmittel zu seiner Endform erstarrt ist. Beim Betrieb von Induktions-Gießeinheiten erfolgt während der Erstarrung kein Kontakt mit dem keimenden Metallmantel, so daß die vorgenannten Oberflächenfehler größtenteils ausgeschaltet werden. Durch den nicht vorhandenen Kontakt zwischen dem keimenden Metallmantel und einer kühlen Oberfläche des Formhohlraums resultiert ferner im wesentlichen keine legierungsverarmte Zone angrenzend an die Block- oder Knüppeloberfläche, und somit ist das elektromagnetisch gegossene Metall über seinen Gesamtquerschnitt sehr homogen. Es ist normalerweise nicht notwendig, die elektromagnetisch gegossenen Stücke vor der Fertigung zu schälen, und ferner wird zusätzlich durch den homogenen Aufbau die Kantenrei3-Charakteristik konventionell unter Direktkühlung gegossener Blöcke während des Warmwalzens reduziert bzw. beiseitigt.

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Beim Induktionsgießen wird das elektromagnetische Feld durch einen ringförmigen Induktor erzeugt, und die Wechselwirkung zwischen dem vom Induktor erzeugten Feld und den Wirbelströmen, die in dem Metallbad innerhalb des Innenumfangsbereichs des Induktors induziert werden, erzeugt den elektromagnetischen Druck, der die Querschnittsform des erstarrenden Metalls kontrolliert. Die radialen Kraftkomponenten bestimmen die seitliche Position des Metallbads, und das erstarrende Metallbad wird von nichts kontaktiert, bis auf die aus dem Unterende des Induktors austretende Metalloberfläche Kühlmittel aufgebracht wird. Die Erstarrung des Metalls resultiert primär durch die axiale Wärmeleitung von dem Metallbad weg zu dem Teil des erstarrenden Metalls, auf das Kühlmittel aufgebracht wird.

Bevorzugt wird der Induktor von einer HF-Versorgung gespeist (z. B. 500-15 000 Hz), da bei den höheren Frequenzen die in dem Metallbad induzierten Ströme sich an der Oberfläche des erstarrenden Metalls konzentrieren (dies wird normalerweise als "Skin-Effekt" bezeichnet), so daß in dem Hauptteil des Metallbads nur eine sehr geringe Turbulenz erzeugt wird.

Weitere Einzelheiten über die Grundlagen des Induktionsschweißens sind z. B, ersichtlich aus der US-PS 2 686 864, dem SU-Erfinderschein Nr. 233 186 sowie den US-PS'en 3 467 166, 3 605 865, 3 646 988, 3 702 155, 3 773,101, 3 985 179 und 4 004 631.

Damit ein Block oder Knüppel elektromagnetisch mit gleichbleibenden Querschnittsmaßen über seine axiale Länge gegossen werden kann, muß sich die radiale Komponente des elek-

tromagnetischen Drucks ständig mit dem hydrostatischen Druck des Metallbads im dynamischen Gleichgewicht befinden. Die Durchführung der für das dynamische Gleichgewicht erforderlichen Kontrolle ist erheblich schwieriger, als es den Anschein hat, da geringe Änderungen des elektromagnetischen Feldes, der Fallgeschwindigkeit oder der Höhe des Metallbads erhebliche Auswirkungen auf die Querschnittsmaße des resultierenden Blocks oder Knüppels haben können. Insbesondere während des Anfahrens ist Sorgfalt geboten, da ein lokaler Druck des Metallbads den radialen elektromagnetischen Druck übersteigen kann, was in einem Austreten von Metallbad über den ünterblock resultiert, so daß nach dem Erstarren eiszapfenähnliche Gebilde am Fußende des Blocks oder Knüppels vorhanden sind. Es ist schwierig genug, einen Block oder Knüppel mit gleichbleibenden Querschnittsmaßen über seine Länge zu gießen; es ist noch schwieriger, diese Kontrolle durchzuführen, wenn mehrere Blöcke oder Knüppel an derselben Gießstatin gegossen werden.

Es wurden bereits mehrere Verfahren entwickelt, um die Maßkontrollprobleme zu überwinden, aber keines dieser Verfahren hat breite Anwendung gefunden. Nach der US-PS 4 014 379 wird die Größe des dem Induktor zugeführten elektrischen Stroms aufgrund von erfaßten Abweichungen der Höhe des Metallbads im Induktor geregelt. Gleichermaßen wird nach der US-PS 4 161 206 der elektrische Strom zum Induktor nach Maßgabe von Abweichungen des Abstands zwischen der Induktorinnenfläche und der vertikalen Oberfläche der Metallbadsäule geregelt, wobei dieses Verfahren jedoch offenbar auf Kupfer beschränkt ist. In beiden Fällen wird die Größe des elektrischen Stroms im Induktor verändert zwecks Justierung des elektromagnetischen Drucks, um einen

Ausgleich für Differenzen zwischen dem Ist- und dem SoIl-Abstand zu schaffen.

Mit diesen bekannten Verfahren ist zwar die Kontrolle der Maße des Blocks oder Knüppels in gewissem Grad möglich, die Dimensionsregelung ist jedoch erheblich ungenauer als erwünscht. Ferner eignen sich diese Verfahren für sich nicht ohne weiteres zur Regelung des Induktinsgießens einer Mehrzahl Blöcke oder Knüppel in einer einzigen Gießstation,, Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Lösung der angesprochenen Probleme.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln des Metallbadpegels in einer Mehrzahl von vertikal angeordneten kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießeinheiten, insbesondere solcher Gießeinheiten, bei denen ein von einem elektromagnetischen Induktor erzeugter elektromagnetischer Druck die Form des Metallbads bestimmt, bis dieses zu seiner Endform erstarrt.

Nach der Erfindung wird der Metallhadfluß zu jeder Gießeinheit so geregelt, daß der Metallbadpegel in jeder Gießeinheit während des größten Te-ils des Gießvorgangs im wesentlichen in derselben Ebene gehalten wird. Zur Vereinfachung dieser Regelung ist jede Gießeinheit genau auf einem Tisch oder einer ähnlichen Halterung festgelegt, so daß die Induktoren oder Formen auf dem gleichen Niveau liegen. Die Halterungen für die Unterblöcke sind so ausgebildet, ä->.Z sämtliche Blöcke oder Knüppel mit derselben Geschwindigkeit abgesenkt werden.

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Die Pegelregelung nach der Erfindung erfolgt durch Erfassen des Metallbadpegels in jeder Gießeinheit, durch Erzeugen von Signalen, die jeweils die erfaßten Metallbadpegel bezeichnen, und durch Vergleichen dieser Signale mit einem von einem Führungsregler gelieferten Sollsignal, das den Metallbad-Sollpegel in sämtlichen Gießeinheiten bezeichnet. Wenn zwischen dem den Istpegel in einer bestimmten Gießeinheit bezeichnenden Signal und dem Sollsignal eine vorbestimmte Differenz vorhanden ist, wird der Metallbadfluß zu dieser bestimmten Gießeinheit automatisch in der erforderlichen Weise geregelt, so daß der Metallbadpegel in dieser Gießeinheit auf den Sollwert gebracht wird. Während der Regelperiode nach dem Anfahren sollte sich der Metallbadpegel in jeder einzelnen Gießeinheit um nicht mehr als 0,25 cm bevorzugt weniger als 0,13 cm, ändern. Nach der Anfahrperiode sollte bevorzugt der Metallbadpegel in sämtlichen Induktoren an derselben Gießstation um nicht mehr als 0,25 cm voneinander abweichen. Wenn diese Grenzwerte nicht eingehalten werden, können erhebliche Abweichungen der Querschnittsmaße über die Länge der einzelnen Blöcke oder Knüppel und zwischen den Querschnittsmaßen von im gleichen Fall gegossenen Blöcken oder Knüppeln eintreten.

Das Anfahren einer Mehrzahl Induktions-Gießeinheiten stellt ein äußerst schwieriges Problem dar, weil das Metallbad in sämtlichen Induktions-Gießeinheiten auf denselben bestimmten Pegel gebracht werden muß, bevor die Unterblöcke nach unten bewegt werden, ohne daß dabei ein merkliches Erstarren von Metallbad in der Zwischenpfanne oder in irgendeiner Gießeinheit auftritt und ohne daß Metallbad in erheblichen Mengen über den Rand des Unterblocks, der beim Anfahren innerhalb

des Induktors positioniert ist, austritt. Die von der Metallbadquelle am weitesten entfernten Gießeinheiten neigen dazu, zuerst Erstarrungserscheinungen aufzuweisen, so daß der Metallbadfluß zu diesen entfernten Gießeinheiten größer als zu den näherliegenden Gießeinheiten ist. Bevorzugt werden sämtliche Gießeinheiten während der gesamten Dauer des Gießvorgang:; gedrosselt gespeist, d. h. der Metallbadfluß abwärts durch den Auslauf zur Gießeinheit ist geringer als der maximale Metallbadfluß, um so eine gewisse Kontrolle durchzuführen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Perspektivansicht einer Induktions-Gießeinheit;

Fig. 2 eine Draufsicht von oben auf mehrere Induktions-Gießeinheiten an einer einzigen Gießstation;

Fig. 3 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht von zwei Induktions-Gießeinheiten längs der Schnittlinie III-III von Flg. 2;

Fig. 4 eine Seiten- bzw. eine Ansicht von oben auf die und 5 Ventilbetätigungsarmvorrichtung, die den

Schmelzbadstrom aus der Pfanne in die Form oder den Induktor regelt;

Fig. 6 eine schematische Ansicht des Schmelzbadpegel-Steuersystems; und.

Fig. 7 eine Grafik, die die Steuerung der Schmelzbadkopfhöhe beim Anfahren des Gießvorgangs verdeutlicht.

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Nach den Fig. 1-3 umfaßt die elektromagnetische bzw. Induktions-Gießeinrichtung eine Kühlmantel-Induktoreinheit 10, eine Unterblockeinheit 11 und eine Schmelzbad-Zufuhreinheit 12.

Die Kühlinantel-Induktoreinheit 10 umfaßt einen elektromagnetischen Induktor 14 als innerste Wandung der Einheit, der mit einem Oberteil 15, einem Unterteil 16 und einer Rückwand

17 hermetisch dicht fest verbunden ist. Eine Trennwand 18 angrenzend an die Rückwand des Induktors 14 und konzentrisch mit dieser unterteilt das Innere der Gießeinrichtung 10 in zwei ringförmige Kühlmittelkammern 19 und 20. Die Trennwand

18 weist eine Leitung 21 zum Leiten von Kühlmittel aus der Kammer 19 in die Kammer 20 auf. Das Kühlmittel aus der Kammer 20 strömt durch die im unteren Teil des Induktors 14 vorgesehenen Austrittsleitungen 22 auf den erstarrenden Block oder Knüppel 23. Die Kühlmantelteile 15, 16, 17 und 18 bestehen bevorzugt aus nichtmetallischen Werkstoffen, z. B. geeigneten Kunststoffen.

Der obere Abschnitt 25 des elektromagnetischen Induktors 14 ist bevorzugt von der Vertikalachse der Kühlmantel-Induktoreinheit 10 weg geneigt, so daß die auf den oberen Teil der Metallsäule 26 wirkenden elektromagnetischen Kräfte besser reduziert und genauer gesteuert werden können (entsprechend der US-PS 3 985 179). Der Winkel der Fläche 25 relativ zur Vertikalachse der Einheit 10 hängt von verschiedenen Faktoren, z. B. dem Schmelzbadkopf, der Größe des Blocks oder Knüppels u. dgl. ab. Normalerweise wird ein vorteilhafter Winkel empirisch bestimmt und liegt im Bereich von ca. 10-50°.

Der Induktor 14 ist metallisch, z. B. aus Kupfer oder Aluminium, und ist bevorzugt vor einem ungewollten Kontakt mit der Schmelze durch eine nichtmetallische Beschichtung oder Oberfläche (nicht gezeigt) geschützt, die das vom Induktor erzeugte elektromagnetische Feld praktisch nicht beeinträchtigt.

Die~Kühlmantel-Induktoreinheiten 10 sind in geeigneter Weise (nicht gezeigt) auf dem Gießtisch 27 befestigt, der an einer Seite schwenkbar angeordnet oder auf Rollen gelagert sein kann, so daß er mit den darauf befindlichen Induktoreinheiten 10 am Ende des Gießvorgangs wegbewegbar ist, damit die gegossenen Blöcke oder Knüppel 23 aus der Gießgrube entnehmbar sind.

Die Unterblockeinheit 11 ist am besten in Fig. 3 zu sehen. Jeder Unterblock 30 ist auf derselben Tisch- oder Auflagefläche 31 mittels eines Ständers 32 abgestützt und befestigt, um jede Änderung der Fallrate zwischen den Gießeinheiten auszuschließen. Absenken der Auflagefläche oder Platte 31 sollte stoßfrei und mit gleichmäßiger Geschwindigkeit erfolgen, da jede plötzliche Bewegung die Größe und Form des Blocks oder Knüppels nachteilig beeinflussen kann. Die Unterblöcke 30 sind erwünschtenfalls einzeln absenkbar, es. ist jedoch vorteilhafter, sie sämtlich auf dem gleichen Tisch 31 abzustützen, wie dies auch bisher üblich ist, und den Tisch 31 zum Senken sämtlicher Unterblöcke abzusenken.

Die Metallbad-Zufuhreinheit 12 umfaßt eine Speisepfanne 35, bevorzugt aus einem geeigneten nichtmagnetischen Werkstoff Wie korrosionsfreiem Stahl, mit einer feuerfesten Ausklei-

dung 36. Metallbad 37 wird auf eine Mehrzahl von Induktions-Gießeinheiten 10 aus Ausläufen 38 verteilt, die in den Innenumfangsbereich der Induktoren 14 ragen. Der Metallbadstrom zum Induktor 14 wird durch einen Stromungsregelstift oder Ventilstopfen 40 geregelt. Das Unterende 41 des Ventilstopfens 40 sitzt in einer Vertiefung 42, die im oberen Teil des Auslaufs 38 ausgebildet ist.

Wie insbesondere aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht, weist der obere Teil 43 des Ventilstopfens 40 bevorzugt ein Gewinde sowie einen entsprechenden Gewindebund 44 für kleinere Justierungen der Lage des Stopfens 40 in bezug auf die Ausnehmung 42 auf.

Der Gewindebund 44 weist Arme 45 auf, die in Aussparungen 46 in einem Joch 47 eines Hebelarms 48 sitzen. Der Hebelarm 48 ist an Drehpunkten 49 und 50 schwenkbar, so daß bei einer Rotation des Hebelarms 48 um diese Drehpunkte der Metallbadstrom-Regelstopfen 40 gehoben oder gesenkt wird, wodurch der Metallbadstrom zum Innenumfang des Induktors 14 geregelt wird. Das Ende des Hebelarms 48 weist ein Ausgleichsgewicht 51 auf.

Die Bewegung des Hebelarms 48 erfolgt durch Drehen eines Nockens 55, der von einem Motor oder Rotationsstellantrieb 56 aufgrund eines geeigneten Stellsignals getrieben wird. Der Nocken 55 bzw. Steuerkurvenkörper hat bevorzugt Evolventenform, da hierbei jede Einheit der Winkeldrehbewegung des Nockens 55 eine gleiche lineare Bewegungseinheit des Hebelarms 48 und damit des Metallbadstrom-Regelstopfens 40 bewirkt.

Jeder Stopfen 40 wird vor dem Anfahren des Gießvorgangs bevorzugt über den Motor 56 ferneingestellt, so daß sich eine vorbestimmte Ventilöffnung ergibt. Die von der Metallbadquelle am weitesten entfernten Gießeinheiten sollten größere öffnungen und damit einen größeren Metallbadfluß als die der Metallbadquelle zunächstliegenden Gießeinheiten aufweisen. Diese Justierungen schaffen einen Ausgleich für den Anfangsstrom des Metallbads zu den der Metallbadquelle näheren Gießeinheiten und tragen ferner dazu bei, ein Erstarren vor dem Anfahren des Gießvorgangs zu verhindern.

Die Erfassung des Metallbadpegels in jeder Gießeinheit erfolgt durch einen Schwimmer 60, der auf der Oberfläche 61 der Metallsäule 26 im Induktor 14 aufliegt. Der Schwimmer ist über eine Stange 62 und ein Verbindungselement 63 mit der Welle 64 eines Verschiebungs-Meßwertumformers 65 verbunden, der ein Ausgangssignal entsprechend dem vom Schwimmer 60 erfaßten Metallbadpegel erzeugt. Ein Leitglied oder Haltearm 66 ist an der Seite der Speisepfanne 35 befestigt zum Führen der Vertikalverstellung der Stange 62 während des Gießvorgangs. Eine Hülse 67 ist auf der Stange 62 vorgesehen und verhindert die Abwärtsbewegung des Schwimmers 60 während Perioden, in denen kein Gießen erfolgt.

Der Verschiebungs-Meßwertumformer 65 sollte einen Bereich von ca. 10,16 cm haben und innerhalb von 0,025 cm, bevorzugt innerhalb von 0,013 cm, genau sein. Ein geeigneter Meßwertumformer ist z. B. Model 2000 HPA der Schaevitz Corp., New York. Die Pegelerfassungs- und Signalerzeugungseinheit wird zwar im vorliegenden Zusammenhang als Schwimmer beschrieben, der betriebsmäßig mit einem Linearversehiebungs-Meßwertumformer verbunden ist; selbstverständlich können aber auch

andere Mittel für die Pegelerfassung und die Erzeugung eines den erfaßten Pegel bezeichnenden Signals eingesetzt werden.

Die vertikale Positionierung des Schwimmers 60 ist für die genaue Steuerung des Metallbadpegels 61 im Induktor 14 von großer Bedeutung. Das Schwimmermaterial sollte normalerweise geschmolzenes Metall oder Verunreinigungen nicht absorbieren, und es muß seine Integrität wahrend des ganzen Gießvorgangs aufrechterhalten, so daß jegliche Änderung in der Verschiebung des Schwimmers 60 auf der Metallbadoberfläche 61 unterbunden wird. Ein geeigneter Werkstoff für den Schwimmer ist Marinite ^=H ein hitzebeständiges leichtes Fasermaterial (Magnesiumsilikat), das von der Johns Manville Corp. hergestellt wird.

Die Gießpfanne 35 ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, auf dem Gießtisch 27 genau positioniert, da der Verschiebungs-Meßwertumformer 65 an der Gießpfanne festgelegt ist und eine genaue Positionierung des Meßwertumformers zu dem Zeitpunkt, in dem die Gießpfanne in ihre Lage gebracht wird, erforderlich ist, damit der Metrallbadpegel im Induktor 14 genau bestimmt werden kann. Die Positionierung der Gießpfanne erfolgt durch eines oder mehrere konusförmige Elemente 68 am Ende 69 der Gießpfanne 35, die genau in Aufnahmen 70 eingesetzt werden. Das entgegengesetzte Ende der Gießpfanne ist genau an der Austrittsseite oder der Pfanne einer Filter-Entgasungs-Einheit (nicht gezeigt)festgelegt.

Das Schmelzbadpegel-Regelsystem für sämtliche Gießeinheiten, das in Fig. 6 schematisch gezeigt ist, umfaßt einen Führungs- oder Überwachungsregler 80, der Anweisungen und ein Metallbadpegel-Sollwertsignal an örtliche Regler 81 liefert,

die jeweils einer einzelnen Gießeinheit zugeordnet sind. Jeder örtliche Regler 81 vergleicht das den erfaßten Zustand, z. B. den Metallbadpegel, bezeichnende Signal mit dem Sollwert-Signal vom Führungsregler 80 und führt erforderliche Korrekturen durch. Zur Vereinfachung ist in Fig. 6 nur ein Teil einer Gießeinheit gezeigt. Der Führungsregler 80 kann.auch andere Tätigkeiten leiten, z. B. das Senken der Unterblöcke durch einen Regler 82 und die Regelung des Kühlmittelstroms.

Eine geeignete Reglereinheit für den Führungsregler 80 ist der Modicon-Regler Nr. 484 der Gould Company, Modicon Division, Andover, MA., und geeignete örtliche Regler 81 sind Elektromax III der Leeds & Northrup Co., North Wales,

Während des Gießens wird der Schmelzbadpegel 61 von dem Schwimmer 60 erfaßt, und der Verschiebungs-Meßwertumformer 65 erzeugt ein Signal, das den erfaßten Metallpegel bezeichnet. Der Metallbadpegel-Istwert wird dem örtlichen Regler zugeführt, der das Istwert-Signal mit einem Sollwert-Signal vom Führungsregler 80 vergleicht. Im Fall einer Differenz gibt der Regler 81 ein Stellsignal an den Antriebsmotor 56 zum Antrieb des Nockens 55, wodurch der Stellstopfen 40 gehoben oder gesenkt wird, um den Metallbadfluß zu der Gießeinheit in geeigneter Weise so einzustellen, daß die Oberfläche 61 des Metallbads auf dem Sollpegel gehalten wird.

Ein geeigneter Rotations-Stellantrieb ist der Stellantrieb Modell Nr. SM-1180 von Foxboro/Jordan, Inc., Milwaukee, WI..

Ein Foxboro/Jordan-Verstärker, ζ. B. Modell Nr. AD 7530, ist normalerweise zum Antrieb des Stellantriebs vorgesehen.

Der Führungsregler 80 liefert das gleiche Metallbadpegel-Sollwertsignal an jeden der örtlichen Regler 81 für die einzelnen Induktions-Gießeinheiten, so daß der Metallpegel in jeder Gießeinheit im wesentlichen in derselben Horizontalebene liegt. Deshalb müssen sämtliche Gießeinheiten mit den jeweiligen Induktoren, den Pegelerfassungs-Schwimmern und den Verschiebungs-Meßwertumformern genau auf dem gleichen relativen Pegel positioniert sein. Um während des Gießens eine wärmebedingte Verwerfung, die eine Fehlausrichtung von Teilen der Gießeinheit bewirken könnte, werden die Gießpfanne 35 und die Induktoreinheit bevorzugt wassergekühlt.

Der Anfahrvorgang beim Induktionsgießen ist der am schwierigsten zu regelnde Teil des Gießvorgangs, weil das System sich zu dem Zeitpunkt nicht im dynamischen Gleichgewicht befindet und viele Fehler auftreten können. Ein besonders wirksames Anfahrverfahren ist grafisch in Fig. 7 gezeigt. Dabei werden die Metallbadstrom-Stellstopfen 40 beim Anfahren so positioniert, daß der Metallbadfluß zu den von der Metallbadquelle am weitesten entfernten Gießeinheiten am größten ist, wodurch so weit wie möglich der Metallbadfluß zu sämtlichen Einheiten ausgeglichen wird und Erstarrungsprobleme minimiert werden. Die Schwimmer 60 steigen mit steigendem Metallbadpegel in den schalenförmigen Unterblökken 30 innerhalb der Induktoren 14 beim Anfahren. Wenn der in jeder Gießeinheit erfaßte Metallbadpegel 61 einen vorbestimmten Anfangswert erreicht (Punkt A in Fig. 7), liefert der Führungsregler 80 ein rampenförmig ansteigendes Sollsi-

gnal, das den Metallbadpegel-Sollwert in bezug auf die Zeit (Linie AB in Fig. 7) bezeichnet, an die einzelnen örtlichen Regler 81 für die Regelung des Metallbadflusses zu den einzelnen Gießeinheiten. Die Position des Badfluß-Stellstopfens 40 wird automatisch durch den Rotations-Stellantrieb 56 so eingestellt, daß die durch das ansteigende Sollsignal vom Führungsregler 80 vorgegebene Metallbadhöhe erhalten wird. Der Metallbadpegel der Gießeinheit, die die automatische Regelung initiiert, folgt der Linie AB in Fig. 7, und diese Gießeinheit ist in Fig. 7 mit Nr. T bezeichnet. Bei den weiteren Gießeinheiten 2-5 in Fig. 7 justieren die örtlichen Regler 81 die Badfluß-Stellstopfen 40 für die Regelung des Metallflusses, so daß die Metallbadpegel in den Gießeinheiten 2-5 dem ansteigenden Sollwert folgen. Die Metallbadpegel in sämtlichen Gießeinheiten erreichen den von dem ansteigenden Sollwert geforderten Pegel und folgen diesem, bevor ein vorbestimmter Metallbadpegel gemäß Punkt B in Fig. 7 erreicht wird. Am Punkt B wird die Änderungsrate des ansteigenden Sollwertsignals vom Führungsregler 80 verringert, wobei gleichzeitig die Geschwindigkeit des Metallbadpegelanstiegs verringert wird. Dies ist in Fig. 7 als Linie BC gezeigt. Der Metallbadpegel in sämtlichen Gießeinheiten folgt dieser langsameren Füllgeschwindigkeit, weil dadurch die Metallbadpegel in den Gießeinheiten sich langsam dem Endsollpegel (Punkt C in Fig. 7) nähern können, ohne daß der Grenzwert erheblich überschritten wird. Die ünterblockbewegung wird bei einem vorbestimmten Metallbadpegel oder Zeitpunkt ausgelöst, unmittelbar bevor das Metall den Endpegel in sämtlichen Gießeinheiten in der letzten Phase erreicht, z. B. wenn der Metallbadpegel innerhalb von 0,63 cm vom Endsollpegel liegt.

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Wenn der Metallbadpegel 61 den Endsollwert erreicht, wird dieser während des ganzen Gießvorgangs automatisch unterhalten. Geringe Nachstellungen des Metallbadpegels während des Gießens können durch manuelle Eingabe eines neuen Sollwerts an den örtlichen Regler 81 über den Führungsregler 80 durchgeführt werden. Die Regelung muß innerhalb sehr enger Grenzen erfolgen, da jede geringe Änderung der Metallbadkopfhöhe erhebliche Änderungen der Abmessungen des Blocks oder Knüppels bedingt. Bevorzugt sollte das System eine hörbare oder sichtbare Warnung abgeben, wenn der örtliche Regler 81 den Metallbadpegel im Induktor nicht aufrechterhalten kann. Aus Sicherheitsgründen werden die örtlichen Regler 81 so programmiert, daß sie die Metallfluß-Stellstopfen 40 in die Schließstellung bringen, wenn sich ein erheblicher Abfall des elektromagnetischen Felds einstellt. Der Gießvorgang wird beendet durch manuelles oder automatisches Unterbrechen des Metallbadflusses aus der Metallbadquelle, wobei das Metallbad aus der Pfanne in die Gießeinheiten ablaufen kann. Die Beendigung wird an einem vorbestimmten Punkt des Prozesses eingeleitet (der z. B. auf der Zeit oder der Länge des Metallgußstücks basiert), so daß eine erwünschte Block- oder Knüppellänge erhalten wird, wobei die Metallbadmenge, die nach Unterbrechung des Metallbadflusses von der Metallbadquelle in der Pfanne verbleibt, berücksichtigt wird. Kleinere Änderungen der Metallbadpegel können vor dem Abstellen der Metallbadquelle erwünscht sein, um etwaige Unterschiede der zu den verschiedenen Gießeinheiten fließenden Metallbadmenge auszugleichen. Häufig wird gefunden, daß die von der Metallbadquelle am weitesten entfernten Gießeinheiten weniger Metall als die näher an der Metallbadquelle liegenden Gießeinheiten erhalten, wenn der Metallbadfluß von der Quelle abgestellt wird. Die Kühlmittelbeaufschlagung der

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Block- oder Knüppeloberfläche wird bevorzugt fortgesetzt, bis die Enden der Blöcke oder Knüppel aus den Austrittsenden der Gießeinheiten austreten und der Block vollständig erstarrt ist.

Das System und das Verfahren nach der Erfindung ermöglichen eine sehr genaue Regelung der Größe und Form von Blöcken oder Knüppeln. Beim Induktikonsgießen von fünf Blöcken mit einem Sollmaß von 48,3 χ 109,2 χ 350,5 cm betrug ζ. B. die größte Abweichung der größten Querschnittsabmessung über die Blocklänge (mit Ausnahme der normalen Schwellung des Fußendes) weniger als 0,25 cm. Zwischen den einzelnen Blöcken betrug die größte Abweichung weniger als 0,64 cm.

Claims (13)

Patentansprüche

1. Verfahren zum exakten Regeln des Metallbadpegels in einer Mehrzahl von vertikal angeordneten kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießeinheiten, wobei das Metallbad zum oberen Einlaßende jeder Gießeinheit fließt und aus den Austrittsenden der Gießeinheiten erstarrte oder teilerstarrte Blöcke oder Knüppel, die von Unterblöcken abgestützt sind, austreten,

gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

A) Erfassen des Metallbadpegels in jeder Gießeinheit;

B) Erzeugen eines den Metallbad-Istpegel in jeder Einheit bezeichnenden Signals für jede Gießeinheit;

C) Erzeugen eines den Metallbad-Sollpegel für sämtliche Gießeinheiten bezeichnenden Sollsignals;

D) Vergleichen jedes Metallbadpegel-Istsignals mit dem Metallbadpegel-Sollsignal zur Bestimmung einer Differenz zwischen dem Ist- und dem Sollpegel; und

E) Regeln der in die einzelnen Gießeinheiten fließenden Metallbadmenge nach Maßgabe der Differenzen zwischen den verglichenen Signalen.

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2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Fallgeschwindigkeiten der ünterblöcke so geregelt werden, daß sie für sämtliche ünterblöcke gleich sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Metallbadpegel in jeder Gießeinheit im wesentlichen in derselben Horizontalebene gehalten werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß zum Formen des Metallbads während dessen Erstarrung in den Gießeinheiten ringförmige elektromagnetische Induktoren eingesetzt werden, die das elektromagnetische Feld und den resultierenden elektromagnetischen Druck in dem Metallbad innerhalb des Induktors zur Bestimmung der Form des Metallbads bis zu dessen Erstarrung zur Endform erzeugen.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß Amplitude und Frequenz des jedem ringförmigen Induktor zugeführten elektrischen Stroms im wesentlichen gleich sind und während des gesamten Gießvorgangs gleich bleiben.

6. Verfahren zum Einregeln des Metallbadpegels in einer Mehrzahl von vertikal angeordneten kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießeinheiten während des Anfahrens auf im wesentlichen dieselbe Horizontalebene, wobei Metallbad zu den oberen Eintrittsenden der Gießeinheiten fließt und aus den Austrittsenden von Unterblöcken abgestützte erstarrte oder teilerstarrte Blöcke oder Knüppel austreten,

gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

A) Erfassen des Metallbadpegels in jeder Gießeinheit;

B) Erzeugen von Signalen, die den in jeder Gießeinheit :! erfaßten Metallbadpegel bezeichnen?

C) Erzeugen eines Sollsignals, wenn das jeweilige Metall- ~ bad in einer Gießeinheit einen vorbestimmten Pegel erreicht, wobei die Größe des Sollsignals in bezug auf die Zeit ansteigt und das Sollsignal einen Metallbadpegel-Sollwert darstellt, der während eines Zeitraums auf einen Endpegel steigt;

D) Vergleichen jedes in jeder Gießeinheit erfaßten Metallbadpegel-Istsignals mit dem ansteigenden Sollsignal, das den ansteigenden Metallbadpegel-Sollwert bezeichnet; und

E) Regeln des Metallbadflusses zu den einzelnen Gießeinheiten nach Maßgabe der Differenzen zwischen den verglichenen Signalen zum Einstellen des Metallbads in den Gießeinheiten auf den steigenden Sollpegel.

7. Verfahren nach Anspruch 6, ■
dadurch gekennzeichnet,

daß die Periode der steigenden Metallbadpegel in den Gießeinheiten zwei Phasen umfaßt, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit des Metallbadpegels in bezug auf die Zeit in der ersten Phase größer als in der zweiten Phase ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Metallbadpegel in sämtlichen Gießeinheiten in der ersten Phase den durch das ansteigende Sollsignal geforder-

ten Wert erreichen und im wesentlichen in derselben Horizontalebene liegen.

9. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Abwärtsbewegung der Unterblöcke vor dem Ende der Periode des ansteigenden Metallbadpegels beginnt.

10. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß zum Formen des Metallbads während dessen Erstarrung in den Gießeinheiten ringförmige elektromagnetische Induktoren vorgesehen sind, die das elektromagnetische Feld und den resultierenden elektromagnetischen Druck auf das Metallbad im Induktor erzeugen zur Bestimmung der Form des Metallbads, bis dieses zu seiner Endform erstarrt.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß Amplitude und Frequenz des jedem ringförmigen Induktor zugeführten Stroms im wesentlichen gleich sind und während der Dauer des Anstiegs der Metallbadpegel im wesentlichen gleich bleiben.

12. Einrichtung zum Regeln des Metallbadpegels in einer Mehrzahl von vertikal angeordneten kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießeinheiten, wobei jede Gießeinheit eine Vorrichtung zum Formen einer Metallbadsäule während deren Erstarrung, Mittel zum Richten von Metallbad zum Einlaßende der Metallbadformvorrichtung sowie eine Unterblockeinheit zum Abstützen und Senken des aus dem Auslaßende

der Metallformungsmittel austretenden erstarrten oder teilerstarrten Blocks oder Knüppels aufweist, gekennzeichnet durch

A) einen Fühler (60) zum Erfassen des Metallbadpegels (61) in jeder Gießeinheit;

B) einen Geber (65) zum Erzeugen eines Signals, das die in jeder Gießeinheit erfaßten Metallbadpegel bezeichnet;

C) eine Einheit (80) zum Erzeugen eines Sollsignals, das den Metallbadpegel-Sollwert für sämtliche Gießeinheiten bezeichnet;

D) einen jeder Gießeinheit zugeordneten Regler (81), der das Metallbadpegel-Istsignal einer bestimmten Gießeinheit mit dem Metallbadpegel-Sollsignal für sämtliche Gießeinheiten vergleicht und ein Differenzsignal erzeugt;und

E) jeder Gießeinheit zugeordnete Organe (40, 55, 56), die den Metallbadfluß zu der Gießeinheit nach Maßgabe des Signals regeln, das die Differenz zwischen dem Metallbadpegel-Istsignal der jeweiligen Gießeinheit und dem Metallbadpegel-Sollsignal darstellt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung zum Formen des Metalls ein ringförmiger elektromagnetischer Induktor (14) ist, der ein elektromagnetisches Feld um eine Metallbadsäule innerhalb des Induktors erzeugt, das in einem das Metallbad beaufschlagenden elektromagnetischen Druck resultiert, wodurch die Form des Metallbads bis zu dessen Erstarrung zur Endform bestimmbar ist.