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Krupp Stahl Aktiengesellschaft, 4630 Bochum
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Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Füllen einer Stranggießkokille
beim Angießen eines Stranges Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automatischen
Füllen einer Stranggießkokille beim Angiessen eines Stranges gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruches.
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Die Erfindung umfaßt ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
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Ein Verfahren zum automatischen Füllen einer Stranggießkokille beim
Angießen eines Stranges ist Gegenstand der DE-PS 32 21 708.
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Es ist heute allgemeiner Stand der Technik, Stranggießanlagen mit
Uberwachungseinrichtungen zu versehen, die den Gießspiegelstand in der Kokille mittels
radioaktiven oder kurzwelligen Strahlen oder dergleichen erfassen und gleichzeitig
über eine angeschlossene automatische Regelung des Metallzuflusses aus einem Zwischen-
oder Verteilergefäß in die Kokille die Gießspiegelhöhe in der Kokille steuern. Kennzeichnend
für diese bekannten Verfahren zur Steuerung der Gießspiegelhöhe in der Kokille ist,
daß die automatische Regelung des den Ausguß des Zwischengefäßes öffnenden und verschließenden
Organs erst einsetzt, sobald nach Einleiten des Gießvorganges das Metall in der
Kokille
eine vorgegebene Füllstandshöhe erreicht hat.
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Bis zum Erreichen dieser Füllstandshöhe ist es jedoch erforderlich,
die anfangs leere Kokille, die an ihrem unteren Ende mit einem einen Anfahrkopf
aufweisenden Anfahrstrang verschlossen ist, sehr langsam mit dem zu vergießenden
Metall zu füllen. Denn das Metall muß, bevor das Ausziehen des Stranges aus der
Kokille erfolgt, Zeit haben, zu den Wänden der wassergekühlten Kokille hin und am
Anfahrkopf zu erstarren, so daß eine zu Beginn des Stranges feste Strangschale entsteht,
die den Kräften beim Ausziehen des Stranges einen solchen Widerstand entgegensetzen
kann, daß Durchbrüche des im Inneren der Strangschale befindlichen flüssigen Metalls
vermieden werden.
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Zu diesem Zweck wird die Kokille zu Beginn des Gießens portionsweise
mit flüssigem Metall gefüllt, wobei der Ausguß des Zwischengefäßes mehrmals hintereinander
durch Heben und Senken des Verschlußorgans geöffnet und geschlossen wird. Da bei
einem manuellen Angiessen an das Reaktionsvermögen und die Erfahrung des Gießpersonals
hohe Anforderungen gestellt werden, und sich bei manueller Betätigung des Verschlußstopfens
genaue Zeitvorgaben für den Angießvorgang nicht einhalten lassen, schlägt die DE-PS
32 21 708 ein Verfahren zum automatischen Füllen einer Stranggießkokille beim Angießen
eines Stranges vor, bei dem eine metallische Schmelze durch eine mittels eines automatisch
betätigten Stopfens verschließbare Bodenausflußöffnung einer Verteilerrinne oder
eines Zwischengefäßes geregelt in die mit dem Anfahrkopf verschlossene Stranggießkokille
gegossen wird. Bei diesem Verfahren wird für ein schluckweises Füllen der Stranggießkokille
während des Zeitraumes vom Beginn der Schmelzenzufuhr bis zum Erreichen einer bestimmten
Gießspiegelhöhe
in der Kokille die Bodenausflußöffnung des Verteilergefäßes intermittierend automatisch
geöffnet und geschlossen. Die Steuerung der Auf- und Abwärtsbewegungen des die Bodenausflußöffnung
verschliessenden Stopfens erfolgt dabei anhand einer vorgegebenen Kurve. Während
des Schließvorgangs des Stopfens wird anhand einer Füllstandsmessung die jeweilige
Badspiegelhöhe in der Stranggießkokille ermittelt und anhand dieser Füllstandsmessung
die intermittierende Füllphase gesteuert. Nach Erreichen einer vorbestimmten Badspiegelhöhe
in der Kokille wird dann automatisch mit dem Strangabziehen begonnen und das weitere
Stranggießen einer Gießspiegelregelung unterworfen.
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Das Verfahren nach der DE-PS 32 21 708 liefert jedoch reproduzierbare
Werte nur für große Kokillenquerschnitte, z.B. für Brammenquerschnitte, bei denen
die Längsseite 1500 bis 2200 mm, die Schmalseite 150 bis 250 mm, beträgt. Nur bei
diesem großen Kokillenquerschnitt ist es möglich, mit hinreichender Sicherheit mittels
des die gesamte Kokillenhöhe überstreichenden Füllstandsmeßsystems die jeweilige
Füllstandshöhe in der Kokille beim portionsweisen Füllen der Kokille mit hinreichender
Sicherheit zu erfassen. Außerdem bietet der große Kokillenquerschnitt die Möglichkeit,
die einzelnen portionsweise zugegebenen Metallmengen so groß zu wählen, daß ein
Einfrieren während der intermittierenden Phase vermieden wird. Bei kleinen Kokillenquer-Schnitten
jedoch, so bei Kokillen für den Knüppelstrangguß mit Querschnitten von 100 bis 150
/ 100 bis 150 mm gelingt es jedoch nicht, mit dem Verfahren nach der DE-PS 32 21
708 reproduzierbare Werte einzustellen.
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Wegen des kleinen Kokillenquerschnittes, der zudem noch durch das
sogenannte Tauchrohr, das sich an den Bodenausguß des Verteilergefäßes anschließt
und in die
Kokille hineinragt, verringert wird, ist eine Füllstandsmessung
über die gesamte Rokillenhöhe nicht möglich, so daß ein genaues Erfassen der portionsweise
einfließenden Metallmenge nicht gewährleistet ist. Da nur kleine Metallmengen portionsweise
durch abwechselndes Heben und Senken des Stopfens einfließen, ist die Gefahr des
Einfrierens des Metalls bereits im Ausguß sowie im Tauchrohr und in der Kokille
sehr groß. Hinzu kommt, daß durch das jeweilige Heben und Senken des Stopfens plastische
Verformungen des aus feuerfestem Material bestehenden Stopfens und des Ausguß ste
ines auftreten, so daß ein öffnungssollwert konstanter Größe nicht mehr eingehalten
werden kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
automatischen Füllen einer Stranggießkokille der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln,
daß insbesondere bei kleinen Kokillenquerschnitten ein Einfrieren des flüssigen
Metalls vermieden und ein geregelter kontinuierlicher Zufluß kleiner Metallmengen
pro Zeiteinheit beim Füllen der leeren Kokille ermöglicht wird.
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Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß bei Erreichen eines vorwählbaren
Metallgewichtes in der Verteilerrinne der Stopfen schnell in eine querschnittsabhängige
geöffnete Position verfahren wird, wobei mit der ersten Aufwärtsbewegung des Stopfens
aus seiner Schließposition die Bodenausflußöffnung in einem vorgegebenen ersten
Füllabschnitt in ihrem vollen Querschnitt freigegeben und die anschließende erste
Abwärtsbewegung vor Erreichen der Schließposition zur Aufrechterhal-
tung
eines verminderten Durchfluß beendet wird. Danach wird in einem zweiten Füllabschnitt
der Stopfen ständig in geöffneten Positionen entsprechend einer vorgegebenen Füllgeschwindigkeit
des Metalls gehalten. Dabei kann es vorteilhaft sein, daß im zweiten Füllabschnitt
der Stopfen keine konstante Position einnimmt, sondern für ein pulsierendes Füllen
der Stranggießkokille mehrere Auf-und Abwärtsbewegungen ausführt.
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Vor jedem Angießen eines Stranges wird bei leerem Verteilergefäß unter
Zuhilfenahme einer Schließdruckmeßvorrichtung die Schließposition des Stopfens ermittelt
und die so ermittelte Schließposition als Bezugspunkt für die Hubsteuerung des Stopfens
einem Steuerprogramm eingegeben. Dazu wird der Stopfen mit vorberechneter hydraulischer
Kraft geschlossen. Diese Kraft wird ermittelt durch Messung des Differenzdruckes
des Verstellzylinders und entsprechender Bewertung der Flächenverhältnisse Kolben
/ Kolbenstangenseite. Damit unterschiedliche Reibungsverhältnisse der Stopfenverstellmechanik
ihre Berücksichtigung finden, wird der Stopfen zunächst einmal voll geöffnet und
dann erst geschlossen. Bei dieser Stopfenbewegung werden die aktuellen Verstellkräfte
gemessen und mit ihrer Hilfe die notwendige Schließkraft des Stopfens korrigiert.
Bei dieser korrektur wird auch die Temperatur der vor Einfüllen des Metalls vorgeheizten
Verteilerrinne berücksichtigt.
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Mit dieser Methode wird erreicht, daß die Stopfenkrone aus feuerfestem
Material sich nicht unterschiedlich tief in den Ausgußstein, der ebenfalls aus feuerfestem
Material besteht, eindrückt, sondern daß bei jedem ersten Andrückvorgang sich die
Stopfenkrone gleichstark an den Ausguß drückt. Beim Öffnen des Stopfens kann daher
aus dieser Position heraus, die genau festliegt, die
Durchflußmenge
des Stahls errechnet werden, da beim Heben des Stopfens in Abhängigkeit vom Querschnitt
des Ausgusses eine genau definierte Durchflußöffnung freigegeben wird. Die Durchflußregelung
für den Angießvorgang kann somit allein in Abhängigkeit von der Hubhöhe des Stopfens
erfolgen. Einer Füllstandsmessung, die, wie nach dem Stand der Technik, die gesamte
Kokillenhöhe während des Angießens überstreicht, bedarf es daher nicht.
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Die zu Beginn des Füllvorgangs gewählte höhere Durchflußmenge ist
notwendig, um insbesondere bei kleineren Querschnitten das sich an den Ausguß anschließende
und in die Kokille hineinragende Tauchrohr rasch aufzufüllen und somit ein Einfrieren
des Stahles zu verhindern.
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Entscheidend bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß der Stopfen
vor Beginn nicht undefinierbar geschlossen wird, sondern diese Schließposition reproduzierbar
unter Berücksichtigung der aktuellen mechanisch bedingten Reibwerte angefahren wird.
Ohne diese Stopfenpositionserfassung wird die Stopfenkrone mehr oder weniger tief
in den Ausguß gedrückt, wodurch die über den Stopfenweg angefahrenen öffnungpositionen
nicht reproduzierbare öffnungsquerschnitte freigeben würden, die wiederum ein exaktes
Einfüllen von Stahl in die Kokille nicht gewährleisten. Im Extremfalle würde dies
dazu führen, daß schon beim ersten Hub ein so minimaler Querschnitt freigegeben
wird, der zur Folge hat, daß Ausguß und Tauchrohr einfrieren. Durch die erfindungsgemäße
Stopfenandruckermittlung wird ein Einfrieren mit Sicherheit vermieden und gleichzeitig
ein kontinuierlich durchflußgeregeltes Angießen beliebiger Kokillenquerschnitte
ermöglicht.
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Das Füllen der leeren Kokille mit Metall nach dem er-
findungsgemäßen
Verfahren erfolgt automatisch anhand einer vorgegebenen Füllstandskurve, die einem
Steuerprogramm für die Stopfenverstellung eingegeben wird.
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Hat sich die Kokille soweit gefüllt, daß das Metall von den üblichen
Badspiegelmeßsystemen erfaßt werden kann, das sind üblicherweise die oberen 100
bis 150 mm der Kokille entsprechend rund 80 % der Füllhöhe der Kokille, wird über
die automatische Steuerung der Anfahrstrang angefahren und auf automatische Kokillenfüllstandsregelung
umgeschaltet.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht
aus einer die Bodenausflußöffnung einer mit metallischer Schmelze gefüllten Verteilerrinne
verschließenden Stopfenverschlußvorrichtung, wobei die Hubvorrichtung für die Bewegung
des Stopfens im Hydraulikzylinder einen Positionsgeber zur Erfassung der jeweiligen
Kolbenstellung des Zylinders aufweist. Der Hydraulik zylinder ist weiterhin mit
einer Meßvorrichtung zur Bestimmung der Reibungskräfte in der Hubvorrichtung selbst
sowie der jeweils benötigten Andruckkraft für den Stopfen versehen.
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Der Positionsgeber und die mit dem Positionsgeber verbundene Meßvorrichtung
sind zusammen an eine die Stopfenbewegung steuernde vorprogrammierte elektronische
Steuereinheit angeschlossen. Diese Steuereinrichtung ist weiterhin mit einer Meßvorrichtung
verbunden, die an der Kokille selbst die Füllstandshöhe im oberen Teil der Kokille
mißt. Diese Messung kann beispielsweise auf radiometrischer oder optischer Basis
erfolgen.
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Vor dem Füllen der Verteilerrinne mit metallischer
Schmelze
wird über die Meßvorrichtung die Reibung in der Hubvorrichtung des Stopfens erfaßt.
Nach Erfassung dieser Reibungskraft wird der Stopfen über den Hydraulikzylinder
mit einer dem Material der Stopfenkrone angepaßten Kraft in die Bodenausflußöffnung
gepreßt.
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Nach Füllen der Verteilerrinne mit metallischer Schmelze wird zu Beginn
des Angießens über den Hydraulikzylinder anhand eines vorbestimmten, der elektronischen
Steuereinheit 8 eingegebenen Programmes, der Stopfen zunächst in eine maximale öffnungsposition
gefahren und dann anschließend wieder in eine niedrigere Position gefahren, ohne
daß es zu einem vollständigen Schließen des Stopfens kommt.
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Diese vorprogrammierten Stopfenpositionen ermöglichen eine geregelte
Zugabe kleiner Metallmengen, ohne daß ein Einfrieren zu befürchten ist.
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Der Vorteil der Vorrichtung besteht insbesondere darin, daß der Stopfen
jeweils mit genau der gleichen hydraulischen Kraft angehoben ist, die vorher nötig
war, um die Reibung in der Stopfenführung selbst zu überwinden sowie den Stopfen
mit definiertem Druck in den Bodenausguß einzupressen. Dadurch werden genau definierte
öffnungsquerschnitte freigegeben, die es ermöglichen, genau definierte kleine Metallmengen
pro Zeiteinheit in die Kokille zuzugeben.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
Fig.
2 ein Angießschema zum Füllen der Kokille.
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Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Verteilerrinne 1,
die in ihrem Boden eine Bodenausflußöffnung 2 aufweist, die über einen Stopfen 3
mittels einer Stopfenführung 4 verschließbar ist. Die Stopfenführung 4 wird über
einen Hydraulik zylinder 5 betätigt.
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Der Hydraulik zylinder 5 ist zur Erfassung der jeweiligen Kolbenstellung
des Zylinders mit einem Positionsgeber 6 versehen. Hydraulik zylinder 5 und Positionsgeber
6 sind mit einer Meßvorrichtung 7 verbunden, mit deren Hilfe es möglich ist, die
Reibungskräfte in der Stopfenführung 4 zu bestimmen. Weiterhin kann mit dieser Meßvorrichtung
7 eine vorbestimmte Andruckkraft, mit der der Stopfen 3 in die Bodenausflußöffnung
2 gepreßt wird, vorgegeben werden. Der Positionsgeber 6 und die Meßvorrichtung 7
sind mit einerelektronischen Steuereinheit 8 verbunden, die ein Programm zur Steuerung
der Bewegung des Stopfens 3 enthält.
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Die Steuereinheit 8 ist mit einer Meßvorrichtung 9 zur Bestimmung
der Füllhöhe der Kokille 10 verbunden.
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Über die Meßvorrichtung 9 wird die intermittierende Auf- und Abbewegung
des Stopfens 3 während des Füllvorgangs der leeren Kokille auf automatische Füllstandsregelung
umgeschaltet, sobald die Kokille zu ca. 80 bis 90 % gefüllt ist.
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In Fig. 2 ist die Stopfenposition in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.
In einem ersten Zeitabschnitt X1 wird dabei bei noch leerem Verteilergefäß die Stopfenposition
erfaßt. Nach Füllen des Verteilergefäßes mit Metall wird dann der Stopfen aus der
Schließposition Y0 in die voll öffnende Position Y1 verfahren und dort für einige
Sekunden (Zeitabschnitt X2) gehalten. Dadurch wird das sich an den Ausguß anschließende
und
in die Kokille ragende Tauchrohr schnell mit Metall gefüllt und ein Einfrieren vermieden.
Anschließend wird der Stopfen in die Position V2 zurückgefahren und in dieser Position
für eine weitere Zeit (Zeitabschnitt X3) gehalten. Diese Position ermöglicht eine
geregelte Zugabe kleiner Metallmengen, ohne daß ein Einfrieren zu befürchten ist.
Am Ende des Zeitabschnittes X3, dies entspricht ca. 80 % der Kokillenhöhe, wird
dann der Anfahrstrang automatisch ausgefahren und auf vollautomatisches Gießen mit
Hilfe der Badspiegelregelung umgeschaltet. Im Zeitabschnitt X3 kann der Stopfen
um die Position Y2 auch pulsierend auf- und abbewegt werden, wie dies durch den
Linienzug p dargestellt ist.
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Aus dem Schema ist ersichtlich, daß der anfangs mit einem definierten
Anpreßdruck geschlossene Stopfen zum Gießen nur einmal geöffnet und dann nur noch
in Positionen bewegt wird, bei denen er nicht mehr geschlossen wird. Die benötigten
Füllmengen pro Zeiteinheit werden somit allein durch die Stopfenposition, die ein
Maß für den jeweiligen Ausflußquerschnitt darstellt, bestimmt.