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Anordnung zur Steuerung des Aufbringens
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von Gießpulver auf die Badoberfläche in der Kokille einer Stranggießanlage
Für den einwandfreien Betrieb von Stranggießanlagen ist es aus metallurgischen und
prozeßtechnischen Gründen notwendig, die Oberfläche des Schmelzbads in der Kokille
mit einem Gießpulver (auch Abdeckpulver genannt) zu bedecken. Das aus gemahlenen
oxidischen und karbonatischen Materialien bestehende Gießpulver hat folgende Aufgaben:
1. Vermeidung unnötiger Wärmestrahlung; 2. Verhinderung der Reoxidation; 3. Schmierung
zwischen der gekühlten Kokillenwand und der Strangschale; 4. Bindung oxidischer
Einschlüsse.
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Die zeitgerechte und richtig dosierte Gießpulveraufgabe ist bisweilen
eine der Aufgaben des Gießpersonals. Durch
den Einsatz von automatischen
Gießpulveraufgabevorrichtungen wird die Zugabe des Gießpulvers frei von menschlichen
Einflußgrößen automatisch vorgenommen. In diesem Fall ist es bekannt, die Zugabe
von Gießpulver in fest eingestellten Zeitintervallen vorzunehmen. Diese Lösung ist
wegen vieler Einflußgrößen, die den Verbrauch an Gießpulver durch Abbrand und Mitnahme
verändern können, nur wenig geeignet. Eine andere bekannte Lösung besteht darin,
die Gießpulveraufgabe in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur der Badoberfläche
auszulösen. In diesem Fall ist es erforderlich, die Oberflächentemperatur zu messen,
beispielsweise mit Thermoelementen. Schließlich ist es auch bekannt, für die Steuerung
der Gießpulveraufgabe eine Strahlungsmeßeinrichtung vorzusehen, welche auf die von
der Badoberfläche emittierte Licht- oder Wärmestrahlung anspricht, doch ist diese
Lösung mit Unsicherheiten behaftet, weil die emittierte Strahlung nicht nur von
der Bedeckung mit Gießpulver, sondern auch von verschiedenen anderen Faktoren abhängt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung, mit welcher
die Gießpulverzugabe in der Kokille von Stranggießanlagen mit geringem Aufwand optimal
gesteuert werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe enthält die Anordnung nach der Erfindung
eine Sendeeinrichtung zur Aussendung von Licht vorgegebener Intensität, das auf
die Badoberfläche gerichtet ist, eine Empfangseinrichtung zum Empfang des an der
Badoberfläche reflektierten Lichtes und zur Umwandlung des empfangenen Lichtes in
ein elektrisches Signal, und eine an den Ausgang der Empfangseinrichtung angeschlossene
Intensitätsprüfschaltung, die ein von der Intensität des empfangenen Lichts abhängiges
Signal liefert, das zur Steuerung der Gießpulveraufgabe verwendet wird.
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Bei der Anordnunq nach der Erfjndtjnq wl rd dh 'atsacheE
ausgenutzt,
daß die Intensität des an der Badoberfläche reflektierten Lichts von dem Reflexionsgrad
der Badoberfläche abhängt, und daß dieser Reflexionsgrad in Abhängigkeit davon,
ob die Badoberfläche mit Gießpulver bedeckt ist oder nicht, sehr unterschiedlich
ist. Das von der Intensitätsprüfschaltung abgegebene elektrische Signal zeigt daher
an, ob die Badoberfläche ausreichend mit Gießpulver bedeckt ist oder nicht. Dieses
Signal kann zur Auslösung einer Signalvorrichtung verwendet werden, die eine Bedienungsperson
darauf aufmerksam macht, daß die Zugabe von Gießpulver erforderlich ist. Wenn eine
automatische Gießpulveraufgabevorrichtung vorhanden ist, kann diese durch das Ausgangssignal
der Intensitätsprüfschaltung direkt ausgelöst werden.
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Die Erfindung ist insbesondere dann vorteilhaft anwendbar, wenn bereits
eine Sende- und Empfangseinrichtung vorhanden ist, die Licht auf die Badoberfläche
richtet und das reflektierte Licht empfängt. Dies ist insbesondere bei Stranggießanlagen
der Fall, die mit einem elektro-optischen Entfernungsmesser zur Messung des Badspiegels
in der Kokille ausgestattet sind. Eine solche Stranggießanlage ist beispielsweise
in der DE-OS 29 31 199 beschrieben. In diesem Fall ist der für die Steuerung der
Gießpulveraufgabe erforderliche zusätzliche Aufwand sehr gering, weil lediglich
die Intensitätsprüfschaltung benötigt wird, die an den vorhandenen Entfernungsmesser
angeschlossen wird.
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In allen Fällen läßt sich der Einfluß des von der Badoberfläche emittierten
Lichtes und des Streulichtes gegenüber dem Einfluß des reflektierten Lichtes vernachlässigbar
machen, so daß praktisch nurderReflexionsgradderBadoberfläche für die SteuerungderGießpulveraufgabe
maBgeblich ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels,das in der Zeichnung dargestellt ist. In
der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
Stranggießanlage mit einer Anordnung zur Steuerung des Aufbringens von Gießpulver
nach der Erfindung und Fig. 2 das Blockschaltbild des Entfernungsmessers und der
Intensitätsprüfschaltung von Fig. 1.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Stranggießanlage mit einer Kokille 1
und einer elektro-optischen Einrichtung zur Messung und Regelung des Badspiegels
in der Kokille. Die Kokille 1 besteht aus einem doppelwandigen zylindrischen Gehäuse
2, dessen oben und unten offener zentraler Durchlaß 3 die Gießform bildet. Durch
den ringförmigen Hohlraum 4 des Gehäuses fließt Kühlwasser. Oberhalb der Kokille
1 ist ein Zwischenbehälter 5 angeordnet, der einen Vorrat 6 der Schmelze des zu
gießenden Metalls enthält.
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Am Boden des Zwischenbehälters 5 ist eine Ausflußdüse 7 angebracht,
an die sich ein Tauchrohr 8 anschließt, das nach unten in den Formdurchlaß 3 der
Kokille 1 ragt. Die Schmelze kann aus dem Zwischenbehälter 5 durch die Ausflußdüse
7 und das Tauchrohr 8 in die Kokille 1 fließen.
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Die Durchflußmenge der Schmelze wird mit Hilfe eines im Zwischenbehälter
5 angeordneten Stopfens 9 verändert, der mit der Ausflußdüse 7 zusammenwirkt und
mittels eines Stellglieds 10 einstellbar ist.
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Die durch die Ausflußdüse 7 und das Tauchrohr 8 fließende Schmelze
füllt den Formdurchlaß 3 der Kokille 1 bis zu einer gewissen Höhe an, wodurch das
Gießbad 11 gebildet wird. Die Schmelze erstarrt an den gekühlten Kokillenwänden
verhältnismäßig rasch von außen nach innen, so daß sich eine relativ feste äußere
Schale bildet, während das Innere des Stranges noch flüssig bleibt. Damit kontinuierlich
ein fortlaufender Strang gegossen wird,
wird der am unteren Ende
der Kokille austretende Strang 12 mit Hilfe von Abzugswalzen 13 abgezogen, die von
einem Antriebsmotor 14 angetrieben werden. Damit der Strang nicht in der Kokille
kleben bleibt, wird der Kokille eine abwechselnde Auf- und Abwärtsbewegung erteilt,
wie durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
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Ein auf die Oberfläche des Gießbads 11 in der Kokille geworfenes Gießpulver
15 verhindert die Wärmeabstrahlung; außerdem dient es im flüssigen Zustand als Gleitmittel
zwischen der Innenwand der Kokille und dem erstarrten Strang, es bindet oxidische
Einschlüsse und verhindert die Reoxidation. Solche Gießpulver, auch Abdeckpulver
genannt, bestehen gewöhnlich aus Kalk, Kieselsäure, Tonerde und Flußmittel wie Flußspat
und Alkalioxiden sowie einem bestimmten Anteil Kohlenstoff. Da sich das Gießpulver
durch Abbrand und Mitnahme verbraucht, muß von Zeit zu Zeit neues Gießpulver auf
die Badoberfläche aufgebracht werden. Dies geschieht entweder von Hand durch eine
Bedienungsperson oder automatisch durch eine Gießpulveraufgabevorrichtung.
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Für einen betriebssicheren und produktiven Betrieb der Stranggießanlage
ist es erforderlich, den Badspiegel, d.h. das Niveau der Oberfläche des Gießbads
11 in der Kokille, stets auf der richtigen Höhe zu halten.
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Für die Regelung des Kokillen-Füllstands gibt es zwei Stellgrößen:
die Abzugsgeschwindigkeit und den Zufluß der Schmelze zur Kokille. Die Regelung
der Abzugsgeschwindigkeit erfolgt durch Einwirkung auf die Drehzahl des Antriebsmotors
14, und die Regelung des Zuflusses der Schmelze erfolgt durch die Einstellung des
Stopfens 9
mittels des Stellglieds 10. Die Stellgrößen werden von
einem Regler 16 geliefert, der als Regelröße ein Signal empfängt, das die Ilöhe
des Badspiegels in der Kokille anzeigt. Zur Erzeugung dieses Signals ist daher eine
Messung des Badspiegels in der Kokille erforderlich.
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Die Messung des Badspiegels erfolgt mit Hilfe eines elektro-optischen
Entfernungsmessers 20, der beispielsweise nach dem Impulslaufzeitverfahren mit Lichtimpulsen
arbeitet. Ein solcher elektro-optischer Entfernungsmesser sendet in rascher Folge
Sende-Lichtimpulse aus, und er empfängt die an einem Ziel reflektierten Echo-Lichtimpulse.
Eine elektronische Auswerteschaltung mißt den Zeitabstand zwischen jedem Sende-Lichtimpuls
und dem entsprechenden Echo-Lichtimpuls, der ein Maß für die Entfernung zwischen
dem Entfernungsmesser und dem Ziel ist. Im vorliegenden Fall werden die vom elektro-optischen
Entfernungsmesser 20 ausgesendeten Sende-Lichtimpulse mit Hilfe einer optischen
Umlenkeinrichtung 21 vertikal von oben auf die Oberfläche des Gießbads 11 in der
Kokille 1 gerichtet, und die von dieser Oberfläche zurückgeworfenen Echo-Lichtimpulse
werden durch die optische Umlenkeinrichtung 21 zum Entfernungsmesser 20 zurückgeworfen.
Die mit dem elektro-optischen Entfernungsmesser 20 verbundene Auswerteschaltung
22 mißt den Zeitabstand zwischen der Aussendung jedes Sende-Lichtimpulses und dem
Empfang des entsprechenden Echo-Lichtimpulses; dieser Zeitabstand ist dem von den
Lichtimpulsen zwischen dem Entfernungsmesser und dem Badspiegel in beiden Richtungen
zurückgelegten Weg proportional. Aufgrund dieser Zeitmessung liefert die Auswerteschaltung
22 zum Regler 16 ein Signal, das ein Maß für die Höhe des Badspiegels in der Kokille
1 ist. Ein für diesen Zweck geeigneter elektrooptischer Entfernungsmesser ist beispielsweise
in der DE-OS 29 08 854 beschrieben.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Stranggießanlage wird der elektro-optische
Entfernungsmesser 20 zusätzlich dazu ausgenutzt, das auf der Badoberfläche befindliche
Gießpulver zu überwachen und das richtige Aufbringen von neuem Gießpulver in optimaler
Weise zu steuern, so daß immer eine ausreichende Gießpulvermenge auf der Badobe-rfläche
vorhanden ist. Hierfür wird die Tatsache ausgenutzt, daß der elektro-optische Entfernungsmesser
20 mit Licht arbeitet, das an der Badoberfläche reflektiert wird. Die Intensität
des reflektierten Lichts hängt von dem Reflexionsgrad der Badoberfläche ab, und
dieser Reflexionsgrad ist in Abhängigkeit davon, ob die Badoberfläche mit Gießpulver
bedeckt ist oder nicht, sehr unterschiedlich.
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An den elektro-optischen Entfernungsmesser 20 von Fig. 1 ist daher
außer der Auswerteschaltung 22 eine Intensitätsprüfschaltung 24 angeschlossen, die
vom Entfernungsmesser 20 ein Signal empfängt, das für die Intensität der an der
Badoberfläche reflektierten und zum Entfernungsmesser 20 zurückkehrenden Echo-Lichtimpulse
kennzeichnend ist.
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Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des elektro-optischen Entfernungsmessers
20 und der Intensitätsprüfschaltung 24.
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Der elektro-optische Entfernungsmesser 20 enthält in der üblichen
Weise einen Lichtimpulserzeuger 25, beispielsweise eine Laser-Diode, und einen photoelektrischen
Wandler 26, beispielsweise eine Photodiode, welche auftreffende Lichtimpulse in
elektrische Signale umwandelt.
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Ein Sendeimpulsgenerator 27 erzeugt periodisch elektrische Sendeimpulse,
die an den Lichtimpulserzeuger 25 angelegt werden und jeweils die Aussendung eines
Sende-Lichtimpulses verursachen. Gleichzeitig mit der Abgabe
jedes
Sendeimpulses liefert der Sendeimpulsgenerator 27 einen Impuls zu der Auswerteschaltung
22, der die Laufzeitmessung auslöst. Der beim Empfang eines Echo-Lichtimpulses vom
photoelektrischen Wandler 26 erzeugte elektrische Empfangsimpuls wird, gegebenenfalls
nach Verstärkung in einem Verstärker 28, gleichfalls der Auswerteschaltung 22 zugeführt,
um die Laufzeitmessung zu beenden.
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Die Intensitätsprüfschaltung 24 enthält einen Spitzenwertdetektor
30, der weitere Ausgangssignale des Verstärkers 28 im Entfernungsmesser 20 empfängt.
Der Spitzenwertdetektor 30 stellt den Spitzenwert jedes ihm zugeführten Empfangsimpulses
fest und speichert diesen bis zum Eintreffen des nächsten Empfangsimpulses. Der
im Spitzenwertdetektor 30 gespeicherte Spitzenwert liegt am einen Eingang eines
Schwellenwert-Komparators 31 an, der am anderen Eingang einen mittels eines Potentiometers
32 einstellbaren Schwellenwert empfängt. Das Ausgangssignal des Schwellenwert-Komparators
31 kann zur Anzeige verwendet werden, wie symbolisch durch eine Anzeigelampe 33
dargestellt ist, oder es kann einen Schaltvorgang auslösen, wie symbolisch durch
ein Relais 34 angedeutet ist, das einen Schaltkontakt 35 betätigt.
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Der im Spitzenwertdetektor 30 gespeicherte Spitzenwert ist der Intensität
der an der Badoberfläche reflektierten und vom photoelektrischen Wandler 26 aufgefangenen
Echo-Lichtimpulse proportional. Wenn die Badoberfläche mit Gießpulver bedeckt ist,
hat die reflektierte Lichtintensität und somit der gespeicherte Spitzenwert einen
wesentlich höheren Wert als dann, wenn sich kein Gießpulver auf der Badoberfläche
befindet. Die dem Schwellenwert-Komparator 31 zugeführte Schwellenwrsannunq
wird
mittels des Potentiometers 32 so eingestellt, daß der gespeicherte Spitzenwert über
dem Schwellenwert liegt, wenn genügend Gießpulver auf der Badoberfläche vorhanden
ist, und daß der gespeicherte Spitzenwert unter den eingestellten Schwellenwert
fällt, wenn die auf der Badoberfläche befindliche Gießpulvermenge unzureichend ist.
Der Schwellenwert-Komparator 31 spricht auf das Unterschreiten des eingestellten
Schwellenwerts an, und er gibt dann am Ausgang ein Signal ab, das die Anzeigelampe
33 zum Aufleuchten bringt, um der Bedienungsperson anzuzeigen, daß die Aufgabe von
Gießpulver erforderlich ist, oder das das Relais 34 zum Ansprechen bringt, so daß
der Schaltkontakt 35 einen Steuerstromkreis schließt, der eine automatische Gießpulveraufgabevorrichtung
auslöst. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß immer rechtzeitig Gießpulver auf
die Badoberfläche aufgebracht wird, wenn die vorhandene Menge des Gießpulvers unzureichend
wird.
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Wenn das elektro-optische Entfernungsmeßgerät 20, wie dies aus der
DE-OS 29 08 854 bekannt ist, eine nach dem Sampling-Verfahren arbeitende Zeittransformationsstufe
enthält, welche sowohl die vom Sendeimpulsgenerator 27 gelieferten Auslöseimpulse
als auch die vom photoelektrischen Wandler 26 erzeugten Empfangsimpulse einer Zeitdehnung
unterwirft, so daß die Auswerteschaltung 22 mit den zeittransformierten Impulsen
arbeitet, dann können die zeittransformierten Empfangs impulse auch der Intensitätsprüfschaltung
24 zugeführt werden, die damit in gleicher Weise wie mit den Echtzeit-Impulsen arbeiten
kann.
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Die Verwendung der Intensitätsprüfschaltung 24 ist nicht auf den Fall
beschränkt, daß der elektro-optische Entfernungsmesser 20 mit kurzen Lichtimpulsen
nach dem
Impulslaufzeitverfahren arbeitet. Das beschriebene Prinzip
setzt lediglich voraus, daß Licht empfangen wird, das an der Badoberfläche reflektiert
wird und dessen Intensität vom Reflexionsgrad der Badoberfläche abhängt. Eine entsprechend
angepaßte Intensitätsprüfschaltung kann daher auch in Verbindung mit einem elektro-optischen
Entfernungsmesser bekannter Art verwendet werden, der kontinuierlich Licht aussendet
und empfängt, wobei die Entfernungsmessung beispielsweise auf der Messung der Phasenverschiebung
einer dem Licht aufgeprägten Modulation beruht. In diesem Fall enthält die Intensitätsprüfschaltung
anstelle des Spitzenwertdetektors eine Helligkeitsmeßschaltung, die ein der Helligkeit
des empfangenen reflektierten Lichtes proportionales elektrisches Signal liefert,
das dem Schwellenwertkomparator zugeführt wird.
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In allen Fällen besteht ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen
Anordnung darin, daß ein bereits vorhandener elektro-optischer Entfernungsmesser
zusätzlich zur Steuerung der Gießpulveraufgabe ausgenutzt wird. Der hierfür erforderliche
zusätzliche Schaltungsaufwand ist sehr gering. Wenn bei einer Stranggießanlage kein
elektrooptischer Entfernungsmesser zur Messung des Badspiegels vorhanden ist, kann
natürlich ein eigener Lichtsender und Lichtempfänger ausschließlich für den Zweck
der Steuerung der Gießpulveraufgabe vorgesehen werden. Auch in diesem Fall ist der
Aufwand nicht sehr groß, weil der Lichtsender und der Lichtempfänger dann wesentlich
einfacher ausgeführt sein können als bei einem elektro-optischen Entfernungsmeßgerät.