DE4039478A1 - Verfahren zur steuerung des strangabzuges an einer stranggiessanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Strangabzuges an einer Stranggießanlage beim Vergießen von Metallen vorzugsweise an einer Kreisbogenstranggießanlage mit individuellem Antrieb der Treiberrollen durch Gleichstrommotore mit Thyristorsteuerung, deren Regel- und Meßtechnik mit einem Prozeßrechner gekoppelt ist.

Zur Sicherung eines kontinuierlichen Gießprozesses ist es erforderlich, daß stabile Bedingungen für die Ausförderung eines Gießstranges eingehalten werden. Um diese Anforderung zu erfüllen, sind in Stranggießanlagen moderner Bauart Treiberrollen installiert, die in regelmäßigen Abständen am Innen- und Außenbogen einer Kreisbogenstranggießanlage angeordnet sind und über eine Antriebswelle mit Kardangelenk sowie einem Getriebe mit je einem Elektroantrieb verbunden sind. Dabei werden bevorzugt Gleichstrommotore eingesetzt, da sie die Möglichkeit bieten, über das Regeln der Speisegleichspannung stufenlos die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors zu steuern. Anwendung findet bei der Regelung der Speisespannung eine Thyristorsteuerung, dessen Gate-Eingang über einen Prozessor mit einem Signal des an der Motorwelle mechanisch befestigten Tachogenerators rückgekoppelt wird. Die Regelcharakteristik Speisespannung des Elektroantriebes/Gießgeschwindigkeit wird dabei zur Vereinfachung des Aufbaus der elektronischen Einheit linear gewählt. Somit ist zur Aufrechterhaltung einer konstanten Leistung eines Motors die Speisespannung für die zu erreichende Gießgeschwindigkeit und der Ankerstrom für die Überwindung der anstehenden Kräfte verantwortlich. Ausgehend davon bedeutet ein Ansteigen des Treiberstromes eines Elektroantriebes bei unveränderlicher Speisespannung und damit konstanter Gießgeschwindigkeit eine Erhöhung der Belastung des Motors und damit Bereitstellung einer größeren Antriebsleistung.

Gemäß einem in der SU-PS 6 55 468 beschriebenen Verfahrens wird an einer Stranggießanlage der Treiberstrom bei Leerlauf eines Motors gemessen und die Größe des Widerstandes ermittelt, der infolge der Reibung in den Lagern sowie in den Gelenken der Kardanwelle zu überwinden ist. Diese Größe wird als Konstante für alle zu untersuchenden Treiberrollen verwendet. Je nach Form und Größe des gemessenen Treiberstromes während des Gießbetriebes wird auf einen Rollenbruch, unzulässige Rollendurchbiegung oder "Einwalzen" des Gußstückes verwiesen. Unzureichend ist bei diesem Verfahren der Zusammenhang zwischen der Belastung der Treiberrollen und dem Ausförderverhalten des Gießstranges gelöst. Weiterhin ist in der SU-PS 6 85 420 ein Verfahren beschrieben, bei dem zur Steuerung des Stranggießprozesses die Anstellkraft der Treiberrollen, die Schalenstärke des erstarrenden Stranges und die Oberflächentemperatur des Stranges in den einzelnen Zonen der Sekundärkühlzone gemessen und die Anstelldrücke der Treiberrollen nach der Abhängigkeit der arithmetisch gemittelten Werte der Oberflächentemperatur geändert werden, so daß eine bessere Innenqualität des Gießstranges möglich ist. Eindeutig ist jedoch die Abhängigkeit der Innenqualität des Stranges von der Anpreßkraft der Treiberrollen an den Strang nur dann gegeben, wenn auch der zu verbrauchende Strom der Treibmotore in die genannte Abhängigkeit mit einfließt, womit diese Verfahrensweise mit dem klassischen Walzprozeß vergleichbar ist. Nachteilig dabei ist, daß die Messung der Schalenstärke in der Kühlkammer ein aufwendiges und kompliziertes Verfahren ist. Auch wurde für den stationären Gießprozeß die Anstellung der Druckzylinder der Treiberrollen so gewählt, daß er direkt proportional dem anliegenden ferrostatischen Druck ist und somit generell ein "Walzen" oder erhebliches Ausbauchen der Bramme unmöglich gemacht wird. Eine wirkungsvolle Steuerung der Anstellkraft der Treiberrollen zur Qualitätsverbesserung ist damit nur bedingt möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, mit dem der Strangabzug in einer Stranggießanlage so gesteuert werden kann, daß eine überhöhte Belastung der Stranggießmaschine vermieden und die Produktion von fehlerfreiem Halbzeug gesteigert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der die Strangausförderkraft charakterisierende Parameter, der zur Überwindung eines Widerstandes aufzubringende Strom im Ankerkreis eines Elektroantriebes, für alle die in einer Stranggießanlage an der Strangausförderung beteiligten Treibermotore vor und während des Gießbetriebes gemessen und mit vorher für den Leerlaufbetrieb und den Gießbetrieb ermittelten Schwellwerten verglichen wird. Die Ermittlung der beiden Schwellwerte erfolgt anhand einer Anzahl von Versuchen an der jeweiligen Stranggießanlage, wobei durch Messung der Ankerströme der einzelnen Treibermotore die Schwellwerte für den Ankerstrom des i-ten Treibermotors im Leerlaufbetrieb sowie im Gießbetrieb bestimmt wird. Vor dem Einfahren des Kaltstranges in die Stranggießanlage werden alle Motoren der Treiberrollen in Rotation versetzt und die dazu erforderliche Stromaufnahme der einzelnen Treibermotore zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Rotationsbewegung der Treiberrollen gemessen. Überschreitet der an einem Treibermotor gemessene Ankerstrom den Schwellwert, so kann auf einen Lagerbruch, Deformation der Treiberrolle oder Getriebeschaden geschlußfolgert werden und dessen Beseitigung nachfolgend vorgenommen werden. Nach Einführen des Kaltstranges in die Rollenführung der Stranggießanlage und erfolgreichem Anguß sowie Einstellung stationärer Gießbedingungen erfolgt eine weitere Messung des Ankerstromes an den einzelnen Treibermotoren. Diese einzelnen Meßsignale werden nach einer Aufbereitung einem Prozeßrechner zugeführt, der über eine entsprechende implementierte Software zur weiteren Bearbeitung der Signale verfügt.

Ausgehend von gemessenem Ankerstrom, dem Durchmesser der jeweiligen Treiberrolle, den Vorgaben der anlagenspezifischen maximalen und minimalen Gießgeschwindigkeit, des Wirkungsgrades der Getriebe und Lager sowie den elektrischen Parametern des Elektroantriebes wird für die entsprechende Strangabzugsgeschwindigkeit die Strangausförderkraft für den Leerlaufbetrieb sowie für den Gießbetrieb nach der Beziehung

ermittelt, wobei an jeder Treibrolle

η_ik - Wirkungsgrad k Maschinenbauteile an der i-ten Rolle
U_i - Klemmenanschlußspannung am i-ten Motor
I_i - gemessener Treiberstrom an der i-ten Rolle
n_i - Umdrehungsgeschwindigkeit an der i-ten Rolle
l_i - Radius der i-ten Treiberrolle

bedeuten. Die so ermittelten Werte werden mit Schwellwerten für den Leerlaufbetrieb und den Gießbetrieb verglichen. Bei einer Schwellwertüberschreitung während des Leerlaufbetriebes sind deren Ursachen vor Gießbeginn zu beseitigen. Tritt eine Schwellwertüberschreitung im Gießbetrieb auf, so wird die Strangabzugsgeschwindigkeit erhöht und die durch die Erhöhung der Strangabzugsgeschwindigkeit hervorgerufene Veränderung der Strangausförderkraft erneut mit dem Schwellwert verglichen und bei weiterer Überschreitung des Schwellwertes die Strangabzugsgeschwindigkeit verringert und die durch die Verringerung der Strangabzugsgeschwindigkeit hervorgerufene Veränderung der Strangausförderkraft erneut mit dem Schwellwert verglichen und wenn bei weiterer Verringerung der Strangabzugsgeschwindigkeit eine Unterschreitung des Schwellwertes nicht erfolgt, eine Abwertung der Halbzeugqualität oder ein Gießabbruch vorgenommen wird. Bei einer derartigen Verfahrensweise der Steuerung des Strangabzuges an einer Stranggießanlage kann eine überhöhte Belastung der Stranggießmaschine vermieden und die Produktion von fehlerfreiem Halbzeug gesteigert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörenden Zeichnungen zeigt

Fig. 1 Schema des Anschlusses eines Elektroantriebes einer Treiberrolle,

Fig. 2 Abhängigkeit der Gießgeschwindigkeit von der Anschlußgleichspannung des Elektroantriebes,

Fig. 3 Meßschrieb über Klemmsapnnung und Ankerstrom an dem der oszillierenden Kokille am nächsten liegenden Treibermotor bei konstanter Strangabzugsgeschwindigkeit,

Fig. 4 Maßstab über das Verhalten der Klemmanspannung und des Treiberstromes bei veränderlicher Strangabzugsgeschwindigkeit,

Fig. 5 Ablaufschema für die Überwachung und Steuerung des Strangabzuges.

Das Beispiel bezieht sich auf eine Kreisbogenstranggießanlage zum Vergießen von Brammenformaten mit einer Gießdicke von 250 mm. Die Anlage verfügt über je 15 Ober- und Unterrollen, die von je einem Elektroantrieb mit nachgeschalteten Getriebe und über eine Kardanwelle angetrieben werden. Der Elektroantrieb (Fig. 1) besteht aus einem Gleichstrommotor 1 mit paralleler Erregung, gespeist über einen Thyristorgleichrichter 2, dessen Gate-Spannung extern über eine Regeleinheit 5 in direkter Proportionalität der Gießgeschwindigkeit geregelt wird. Der Rotor des Gleichstrommotors 1 ist mechanisch starr mit einem Tachogenerator 4 verbunden, der bei einer vorgegebenen Strangabzugsgeschwindigkeit der externen Regeleinheit 5 ein Signal zuführt, welches in einem Komparator verglichen wird und bei Abweichung von einer festgelegten Generatorspannung dem Tor der Thyristorsteuerung ein Signal liefert, wodurch die vorgegebene Strangabzugsgeschwindigkeit wieder erreicht wird. Im Ankerstromkreis des Motors 1 ist ein Shunt 3 eingeschleift, an dem ein Spannungsabfall erzeugt wird, welcher dem Laststrom direkt proportional ist und einen Prozeßrechner 6 zugeführt wird. In dem Rechner werden weiterhin die aus der mechanischen Fertigung der Treiberrollen bekannten Rollenradien l, der Wirkungsgrad η der zur Strangausförderung erforderlichen Anlagenteile und die Abhängigkeit der Ankerspannung von der Strangabzugsgeschwindigkeit U = f(Vg) eingegeben.

Vor Beginn des Gießbetriebes, der Kaltstrang ist nicht eingefahren, wird über die externe Regeleinheit 5 dem Thyristorgleichrichter 2 das Signal zum Leerlaufbetrieb der Treiberrollen gegeben. In Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Motorspannung von der Gießgeschwindigkeit im Leerlaufbetrieb dargestellt. Bei einer Strangabzugsgeschwindigkeit V_G von 1,0 m/min, die als Basis für den Leerlaufbetrieb verwendet wird, beträgt in diesem Anwendungsfall der Treiberstrom für eine gewartete intakte Treiberrolle ca. 1,2 A. Unter Verwendung dieser Meßgrößen wird die zur Rotation der i-ten Treiberrolle im Leerlaufbetrieb benötigte Kraft nach der Beziehung

ermittelt, wobei

η_ik - Wirkungsgrad der k Maschinenbauteile an der i-ten Rolle
U_iL - Klemmanschlußspannung am i-ten Motor
I_iL - Gemessener Treiberstrom an der i-ten Rolle
n_iL - Umdrehungsgeschwindigkeit der i-ten Rolle
l_iL - Radius der i-ten Treiberrolle

bedeuten.

Ausgehend von dieser so ermittelten Ausförderkraft für den Leerlaufbetrieb wird ein Schwellwert F_iL gewählt, dessen Größe einer Überhöhung des Ankerstroms um ca. 15% entspricht. Durch eine Schwellwertüberschreitung des Ankerstromes wird eine Störung in den Lagern und den weiteren Bauteilen eines Treiberrollenantriebes signalisiert, über die Form des Verlaufs des Ankerstroms sind Rückschlüsse über die Art der Störung möglich. Die Schwellwertüberschreitung wird optisch durch den Prozeßrechner 6 zur Anzeige gebracht. Ist eine solche Anzeige erfolgt, so sind die erforderlichen Reparaturmaßnahmen vorzunehmen. Bei intakten Leerlaufbedingungen erfolgt die Freigabe der Anlage für den Gießbetrieb. Nach Einstellung stationärer Gießbedingungen werden auf die gleiche Art und Weise wie beim Leerlauf der Anlage die vorgenannten Parameter gemessen, der zentralen Recheneinheit 6 zugeführt und die Strangauszugskraft für den Gießbetrieb gemäß der Beziehung

ermittelt und mit einem für die Gießbedingungen festgelegten Schwellwert F_iG verglichen. Die Überwachung und Steuerung des Strangabzuges erfolgt dabei entsprechend dem in Fig. 5 dargestellten Ablaufschema.

In Fig. 3 und Fig. 4 ist der Zusammenhang zwischen Treiberstrom/Treiberspannung und dem Stranggießprozeß dargestellt. Um besonders aussagefähige Zusammenhänge zu dokumentieren, wurden Treiberstrom/Treiberspannung an dem der oszillierenden Kokille am nächsten liegenden Antrieb über einen langen Zeitraum erfaßt.

In Fig. 3 ist deutlich ein Schlagen der Treiberrolle zu erkennen. In periodischen Abständen steigt der Treiberstrom und verursacht das typische Erscheinungsbild einer defekten Treiberrolle. Die Zyklen t₁ bis t₄ entsprechen bei der eingestellten Gießgeschwindigkeit einer vollständigen Umdrehung der Treiberrolle. Das Schlagen des Treibers ruft eine "Quetschung" des Stranges hervor, dies ist eine der Ursachen für das Auftreten von Innenrissen in stranggegossenem Halbzeug. Das Pulsieren des Ankerstroms innerhalb eines Zyklus t_i ist die Auswirkung der Reibkräfte zwischen Strang und oszillierender Kokille. Das Ansteigen des Ankerstromes von 15%, hervorgerufen durch das Schlagen des Treibers und von 8%, hervorgerufen durch die Auswirkung der Reibung zwischen Strang und oszillierender Kokille, zeigt die eindeutige Möglichkeit der Bewertung des Zustandes des Halbzeuges auf Grund der gemessenen Größen.

In Fig. 4 erreichen die Stromspitzen Werte, die um 30% höher als Normalwerte sind. Eine Analyse der Innenqualität zeigt bei einem derartigen Verlauf eine deutlich vermehrte Rißbildung bei der Änderung der Strangabzugsgeschwindigkeit in den in Fig. 4 angezeigten Grenzen.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Gleichstrommotor
2 Thyristorgleichrichter
3 Shunt
4 Tachogenerator
5 Regeleinheit
6 Prozeßrechner
7 Erregerspule

Claims (3)

1. Verfahren zur Steuerung des Strangabzuges an einer Stranggießanlage mit individuellen Antrieb der Treiberrollen durch Gleichstrommotore mit Thyristorsteuerung und Treiberstrommessung dadurch gekennzeichnet, daß vor Gießbeginn und während des Gießvorganges an allen zur Ausförderung eines Warmstranges aus einer Stranggießanlage eingesetzten Elektroantrieben der im Ankerkreis der Elektroantriebe der Treiberrollen fließende Strom gemessen und daraus die Kraft zur Überwindung des Rotationswiderstandes für den Leerlaufbetrieb und den Gießbetrieb nach der Beziehung an jeder Treiberrolle ermittelt wird, wobeiη_ik - Wirkungsgrad der k Maschinenbauteile an der i-ten Rolle
U_i - Klemmenanschlußspannung am i-ten Motor
I_i - gemessener Treiberstrom an der i-ten Rolle
n_i - Umdrehungsgeschwindigkeit an der i-ten Rolle
l_i - Radius der i-ten Treiberrollebedeuten und die so ermittelten Werte mit Schwellenwerten für den Leerlaufbetrieb und den Gießbetrieb verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung des Schwellwertes für den Leerlaufbetrieb Maßnahmen zur Behebung der Ursachen der Schwellwertüberschreitung vor dem Gießbeginn eingeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung des Schwellwertes für den Gießbetrieb die Strangabzugsgeschwindigkeit erhöht und die durch die Erhöhung der Strangabzugsgeschwindigkeit hervorgerufene Veränderung der Strangausförderkraft erneut mit dem Schwellwert verglichen wird und bei weiterer Überschreitung des Schwellwertes die Strangabzugsgeschwindigkeit verringert und die durch die Verringerung der Strangabzugsgeschwindigkeit hervorgerufene Veränderung der Strangausförderkraft erneut mit dem Schwellwert verglichen wird und wenn bei weiterer Verringerung der Strangabzugsgeschwindigkeit eine Unterschreitung des Schwellwertes nicht erfolgt, eine Abwertung der Halbzeugqualität oder ein Gießabbruch vorgenommen wird.