DE3421344C2 - Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Füllen einer Stranggießkokille beim Angießen eines Stranges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automatischen Füllen einer Stranggießkokille beim Angießen eines Stranges, bei dem eine metallische Schmelze durch eine mittels eines automatisch betätigten Stopfens verschließbare Bodenausflußöffnung einer Verteilerrinne geregelt in die mit einem Anfahrkopf verschlossene Stranggießkokille vergossen wird, wobei während des Füllens der Kokille der Stopfen vorgegebene Auf- und Abwärtsbewegungen ausführt. Dabei wird mit der ersten Aufwärtsbewegung des Stopfens die Bodenausflußöffnung in einem ersten Füllabschnitt in vollem Querschnitt freigegeben und in weiteren Füllabschnitten der Stopfen auf verminderte Durchflußquerschnitte zurückgefahren. Die Füllmengen pro Zeiteinheit werden allein durch die Stopfenposition bestimmt. Die Erfindung umfaßt ferner eine Steuereinrichtung für die Hubbewegung des Stopfens.

Description

schnitt 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 Kokillenquerschnitten 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. 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 Kokillenhöhe 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 Ausgußsteines auftreten, so daß ein Öffnungssollwert konstanter Größe nicht mehr eingehalten werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum automatischen Füllen einer Stranggießkokille der eingangs genannten Art so weiterzuentwikkeln, 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.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

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 Aufrechterhaltung 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

Vor jedem Angießen eines Stranges wird bei leerem Verteilergefäß unter Zuhilfenahme einer Schließdruckmeßvorrichtung die Schließposition des Stopfens ermittelt und die su crniiücuc SchüeGpcsition 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 Differenzdrukkes 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
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

2ü 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

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.

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 Stopfenpositjonserfassung wird die Stopfenkrone mehr oder weniger tief in den Ausguß gedrückt, wodurch die über den Stopfenweg angefahrenen Öffnungspositionen 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.

Das Füllen der leeren Kokille mit Metall nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt automatisch anhand einer vorgegebenen Füllstandskurve, die einem Steuerprogramm für die Stopfenverstellung eingegeben wird.

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.

Eine zur Durchführt!"" des Verfahrens o^pitmptf* 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 Hydraulikzylinder ist weiterhin mit einer Meßvor-

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richtung zur Bestimmung der Reibungskräfte in der wird dabei bei noch leerem Verteilergefäß die Stopfen-Hubvorrichtung selbst sowie der jeweils benötigten An- position erfaßt. Nach Füllen des Verteilergefäßes mit druckkraft für den Stopf en versehen. Metall wird dann der Stopfen aus der Schließposition V₀

Der Positionsgeber und die mit dem Positionsgeber in die voll öffnende Position Vi verfahren und dort für verbundene Meßvorrichtung sind zusammen an eine die 5 einige Sekunden (Zeitabschnitt X2) gehalten. Dadurch Stopfenbewegung steuernde vorprogrammierte elek- wird das sich an den Ausguß anschließende und in die tronische Steuereinheit angeschlossen. Diese Steuerein- Kokille ragende Tauchrohr schnell mit Metall gefüllt richtung ist weiterhin mit einer Meßvorrichtung ver- und ein Einfrieren vermieden. Anschließend wird der bunden, die an der Kokille selbst die Füllstandshöhe im Stopfen in die Position V2 zurückgefahren und in dieser oberen Teil der Kokille mißt. Diese Messung kann bei- 10 Position für eine weitere Zeit (Zeitabschnitt Xi) gehalspielsweise auf radiometrischer oder optischer Basis er- ten. Diese Position ermöglicht eine geregelte Zugabe folgen. kleiner Metallmengen, ohne daß ein Einfrieren zu be-

Vor dem Füllen der Verteilerrinne mit metallischer fürchten ist. Am Ende des Zeitabschnittes A3, dies ent-Schmelze wird über die Meßvorrichtung die Reibung in spricht ca. 80% der Kokillenhöhe, wird dann der Ander Hubvorrichtung des Stopfens erfaßt. Nach Erfas- 15 fahrstrang automatisch ausgefahren und auf vollautosung dieser Reibungskraft wird der Stopfen über den matisches Gießen mit Hilfe der Badspiegelregelung um-Hydraulikzylinder mit einer dem Material der Stopfen- geschaltet. Im Zeitabschnitt X3 kann der Stopfen um die krone angepaßten Kraft in die Bodenausflußöffnung ge- Position V2 auch pulsierend auf- und abbewegt werden, preßt Nach Füllen der Verteilerrinne mit metallischer wie dies durch den Linienzug ρ dargestellt ist. Schmelze wird zu Beginn des Angießens über den Hy- 20 Aus dem Schema ist ersichtlich, daß der anfangs mit draulikzylinder anhand eines vorbestimmten, der elek- einem definierten Anpreßdruck geschlossene Stopfen j|. tronischen Steuereinheit 8 eingegebenen Programmes, zum Gießen nur einmal geöffnet und dann nur noch in f/i der Stopfen zunächst in eine maximale öffnungsposi- Positionen bewegt wird, bei denen er nicht mehr ge- I; tion gefahren und dann anschließend wieder in eine schlossen wird. Die benötigten Füllmengen pro Zeitein- i^!; niedrigere Position gefahren, ohne daß es zu einem voll- 25 heit werden somit allein durch die Stopfenposition, die ί ständigen Schließen des Stopfens kommt ein Maß für den jeweiligen Ausflußquerschnitt darstellt, V.

Diese vorprogrammierten Stopfenpositionen ermög- bestimmt. '^::

liehen eine geregelte Zugabe kleiner Metallmengen, oh- _;

ne daß ein Einfrieren zu befürchten ist Hierzu 2 Blatt Zeichnungen i

Der Vorteil der Vorrichtung besteht insbesondere 30

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.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

F i g. 2 ein Angießschema zum Füllen der Kokille.

F i g. 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 Hydraulikzylinder 5 betätigt Der Hydraulikzyiinder 5 ist zur Erfassung der jeweiligen KoI-benstellung des Zylinders mit einem Positionsgeber 6 versehen. Hydraulikzylinder 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 einer elektronischen Steuereinheit 8 verbunden, die ein Programm zur Steuerung der Bewegung des Stopfens 3 enthält Die Steuereinheit 8 ist mit einer Meßvorrichtung 9 zur Bestimmung der Füllhöhe der Kokille IO verbunden. 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

In F i g. 2 ist die Stopfenposition in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt In einem ersten Zeitabschnitt X_x

Claims (5)

1 2 Ein Verfahren zum automatischen Füllen einer Patentansprüche: Stranggießkokille beim Angießen eines Stranges ist Ge genstand der DE-PS 32 21 708.

1. Verfahren zum automatischen Füllen einer Es ist heute allgemeiner Stand der Technik, Strang-Stranggießkokille beim Angießen eines Stranges, 5 gießanlagen mit Überwachungseinrichtungen zu versebei dem eine metallische Schmelze durch eine mit- hen, die den Gießspiegelstand in der Kokille mittels ratels eines automatisch betätigten Stopfens ver- dioaktiven oder kurzwelligen Strahlen oder dergleichen schließbare Bodenausflußöffnung einer Verteilerrin- erfassen und gleichzeitig über eine angeschlossene aune oder eines Zwischengefäßes geregelt in die mit tomatische Regelung des Metallzuflusses aus einem einem Anfahrkopf verschlossene Stranggießkokille io Zwischen- oder Verteilergefäß in die Kokille die Gießgegossen wird und nach Erreichen einer vorbe- spiegeihöhe in der Kokille steuern. Kennzeichnend für stimmten Badspiegelhöhe automatisch mit dem diese bekannten Verfahren zur Steuerung der Gießspie-Strangabziehen begonnen und das weitere Strang- gelhöhe in der Kokille ist, daß die automatische Regegießen einer Gießspiegelregelung unterworfen wird, lung des den Ausguß des Zwischengefäßes öffnenden wobei während des Füllens der Stranggießkokille 15 und verschließenden Organs erst einsetzt, sobald nach der Stopfen vorgegebene Auf- und Abwärtsbewe- Einleiten des Gießvorganges das Metall in der Kokille gungenausführt, dadurch gekennzeichnet, eine vorgegebene Fülistandshöhe erreicht hat Bis zum daß mit der ersten Aufwärtsbewegung des Stopfens Erreichen dieser Fülistandshöhe ist es jedoch erforderaus seiner Schließposition die Bodenausflußöffnung lieh, die anfangs leere Kokille, die an ihrem unteren in einem vorgegebenen ersten Füllabschnitt in ihrem 20 Ende mit einem einen Anfahrkopf aufweisenden Anvollen Querschnitt freigegeben und die anschließen- fahrstrang verschlossen ist, sehr langsam mit dem zu de erste Abwärtsbewegung vor Erreichen der vergießenden Metall zu füllen. Denn das Metall muß, Schließposition zur Aufrechterhaltung eines vermin- bevor das Ausziehen des Stranges aus der Kokille erderten Durchflusses beendet wird, und daß in einem folgt. Zeit haben, zu den Wänden der wassergekühlten zweiten Füllabschnitt der Stopfen ständig in geöff- 25 Kokille hin und am Anfahrkopf zu erstarren, so daß eine neten Positionen gehalten wird. zu Beginn des Stranger, feste Strangschale entsteht, die

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- den Kräften beim Ausziehen des Stranges einen solchen zeichnet, daß für ein pulsierendes Füllen der Strang- Widerstand entgegensetzen kann, daß Durchbrüche des gießkokille der Stopfen im zweiten Füllabschnitt im Inneren der Strangschale befindlichen flüssigen Memehrere Auf- und Abwärtsbewegungen ausführt. 30 tails vermieden werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, Zu diesem Zweck wird die Kokille zu Beginn des dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem Angießen Gießens portionsweise mit flüssigem Metall gefüllt, woeines Stranges bei leerem Verteilergefäß unter Zu- bei der Ausguß des Zwischengefäßes mehrmals hinterhilfenahme einer Schließdruckmeßvorrichtung die einander durch Heben und Senken des Verschlußorgans Schließposition des Stopfens ermittelt wird und die 35 geöffnet und geschlossen wird. Da bei einem manuellen so ermittelte Schließposition als Bezugspunkt für die Angießen an das Reaktionsvermögen und die Erfahrung Hubsteuerung des Stopfens einem Steuerprogramm des Gießpersonals hohe Anforderungen gestellt wereingegeben wird. den, und sich bei manueller Betätigung des Verschluß-

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Stopfens genaue Zeitvorgaben für den Angießvorgang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus 40 nicht einhalten lassen, schlägt die DE-PS 32 21 708 ein einer mit metallischer Schmelze gefüllten Verteiler- Verfahren zum automatischen Füllen einer Stranggießrinne mit einer mittels eines hydraulisch betätigten kokille beim Angießen eines Stranges vor, bei dem eine Stopfens verschließbaren Bodenausflußöffnung, da- metallische Schmelze durch eine mittels eines automadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung (4) tisch betätigten Stopfens verschließbare Bodenausflußfür die Bewegung des Stopfens (3) im Hydraulikzy- 45 öffnung einer Verteilerrinne oder eines Zwischengefälinder (5) mit einem Positionsgeber (6) zur Erfassung ßes geregelt in die mit dem Anfahrkopf verschlossene der Kolbenstellung des Zylinders (5) versehen ist Stranggießkokille gegossen wird. Bei diesem Verfahren und weiterhin der Hydraulikzylinder (5) mit einer wird für ein schluckweises Füllen der Stranggießkokille Meßvorrichtung (7) zur Bestimmung der Reibungs- während des Zeitraumes vom Beginn der Schmelzenzukräfte in der Hubvorrichtung (4) sowie der Andruck- 50 fuhr bis zum Erreichen einer bestimmten Gießspiegelkraft für den Stopfen (3) verbunden ist. höhe in der Kokille die Bodenausflußöffnung des Ver-

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- teilergefäßes intermittierend automatisch geöffnet und zeichnet, daß der Positionsgeber (6) und die Meß- geschlossen. Die Steuerung der Auf- und Abwärtsbewevorrichtung (7) an eine die Bewegung des Stopfens gungen des die Bodenausflußöffnung verschließenden (3) steuernde vorprogrammierte elektronische 55 Stopfens erfolgt dabei anhand einer vorgegebenen Kur-Steuereinheit (8) angeschlossen ist, die wiederum mit ve. Während des Schließvorgangs des Stopfens wird einer Meßvorrichtung (9) zur Bestimmung der Füll- anhand einer Füllstandsmessung die jeweilige Badspiehöhe der Kokille (10) verbunden ist. gelhöhe in der Stranggießkokille ermittelt und anhand

dieser Füllstandsmessung die intermittierende Füllpha-

60 se gesteuert Nach Erreichen einer vorbestimmten Badspiegelhöhe in der Kokille wird dann automatisch mit dem Strangabziehen begonnen und das weitere Strang-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gießen einer Gießspiegelregelung unterworfen,
automatischen Füllen einer Stranggießkokille beim An- Das Verfahren nach der DE-PS 32 21 708 liefert je-

gießen eines Stranges gemäß dem Oberbegriff des 65 doch reproduzierbare Werte nur für große Kokillen-Hauptanspruches, querschnitte, z. B. für Brammenquerschnitte, bei denen Die Erfindung umfaßt ferner eine Vorrichtung zur die Längsseite 1500 bis 2200 mm, die Schmalseite 150 bis Durchführung des Verfahrens. 250 mm, beträgt. Nur bei diesem großen Kokillenquer-