DE10033656A1 - Verfahren und Stranggießvorrichtung mit einer Einrichtung zum Messen des Kokillenfüllstandes für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl - Google Patents
Verfahren und Stranggießvorrichtung mit einer Einrichtung zum Messen des Kokillenfüllstandes für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen StahlInfo
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Abstract
Ein Verfahren zum Messen des Kokillenfüllstandes in einer Stranggießvorrichtung für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl, arbeitet in der Weise, dass während des Füllens der durch einen Anfahrkopf (7) verschlossenen, gekühlten Stranggießkokille (2) in einem hydraulischen, in tragender Position befindlichen Oszillationsantrieb, bestehend aus mehreren Kolben-Zylinder-Einheiten (3), der Druck in der Hydraulikflüssigkeit kontinuierlich gemessen wird und dass die Druckwerte über den Arbeitsflächen (A1, A2) von mehreren Kolben-Zylinder-Einheiten in einen Füllstand umgerechnet werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Stranggießvorrichtung mit einer Ein
richtung zum Messen des Kokillenfüllstandes für flüssiges Metall, insbesondere für
flüssigen Stahl.
Ein derartiges Verfahren dient zur Unterstützung bei automatisierten Angießvorgän
gen. Die Feststellung des aktuellen Füllstandes ist für die Steuerung einer Stopfen
stange oder eines Schiebers am Gefäß, das die metallurgische Schmelze enthält und
vor Abstechbeginn über die Stranggießkokille oder ein Vorgefäß gefahren wird, von
höchster Bedeutung. Der Stopfen oder Schieber wird entsprechend dem aktuellen
Füllstand der Stranggießkokille während des automatischen Startvorgangs geöffnet
bzw. der Auslaufkanal wird begrenzt oder geschlossen, weil ein Überlaufen der
Stranggießkokille verhindert werden muss. Es besteht bei bisher angewendeten Wir
belstrom-Mess-Systemen der Nachteil eines auf ca. 100 mm begrenzten Messberei
ches von der Oberkante der Stranggießkokille bis zum Gießspiegel. Zum Ausgleich
dieses Nachteils ist ein zusätzlicher Sensor, z. B. ein radioaktives System, erforder
lich.
Aus besonderen Gründen kann auch eine Überwachung des Füllstandes in der
Stranggießkokille für den Startvorgang (ein back-up-System für die sichere
Überwachung im Fall von besonderen Sicherheitsvorschriften) als zweites unabhängiges
System für redundante Ausführungen verlangt werden.
Es ist eine Vorrichtung zum Messen des Pegels eines geschmolzenen Metalls in der
Stranggießkokille bekannt (DE-OS 34 32 987 A1), die mittels einer Wirbelstrom-
Abstandsmesseinrichtung arbeitet. Eine solche Einrichtung kann jedoch nicht für das
erste Auffüllen eingesetzt werden, weil in dieser Zeit ein Schwingen der Stranggieß
kokille nicht stattfindet.
Gemäß einer anderen bekannten Verfahrensweise (EP 0 419 104 B1) wird ein
Schmelzpegel dahingehend ermittelt, dass ein Satz von Sendespulen und Emp
fangsspulen außerhalb der Stranggießkokille angeordnet wird und dass über eine
Wechselspannung ein Wechselmagnetfluss erzeugt wird, wobei durch Erfassen so
wohl des Spannungswertes als auch der Phase des Wechselspannungssignals der
Pegel des schmelzflüssigen Metalls bestimmt wird. Dabei wird die beschriebene
elektrische Einrichtung benötigt, die sich im Bereich der Stranggießkokille befinden
muss.
Es ist ferner ein Apparat zur Messung und Anzeige des Flüssigkeitsniveaus in Gefä
ßen mit schwingenden Wandungen bekannt (EP 0 063 584), deren Frequenz und
Amplitude gemessen und über eine Verarbeitungseinheit der Füllungsgrad berechnet
wird. Dieser Apparat arbeitet daher auch mit Schwingungen des Gefäßes, die beim
Start des Gießens nicht vorliegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das erste Füllen einer für das Gießen vor
bereiteten, noch stillstehenden Stranggießkokille, zu messen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während des Fül
lens der durch einen Anfahrkopf verschlossenen, gekühlten Stranggießkokille in ei
nem hydraulischen, in tragender Position befindlichen Oszillationsantrieb der Druck
in der Hydraulikflüssigkeit kontinuierlich gemessen wird und dass die Druckwerte
über den Arbeitsflächen von mehreren Kolben-Zylinder-Einheiten in einen Füllstand
umgerechnet werden. Dabei kann das Vorhandensein eines hydraulischen Oszillati
onsantriebs in der Weise ausgenutzt werden, dass jede Druckänderung, d. h. das
Einfüllen von flüssigem Metall ein steigendes Gießspiegel-Niveau bedeutet, so dass
sogar die Zeit bis zum Erreichen eines Gießspiegel-Sollwert-Niveaus berechnet wer
den kann.
Nach weiteren Merkmalen wird vorgeschlagen, dass die Gewichtskraft des flüssigen
Metalls zusammen mit den aktuellen geometrischen Parametern der Stranggießko
kille und festen Konstanten in den aktuellen Füllstand umgerechnet werden. Dadurch
kann die Genauigkeit der Messung gesteigert werden.
Da nach dem ersten Auffüllen der Stranggießkokille die Oszillation eingeschaltet
wird, um das Lösen des Gießstranges aus der Stranggießkokille zu bewirken, ist es
weiter vorteilhaft, dass das Messen des Drucks in der Hydraulikflüssigkeit mit Beginn
des Einschaltens des Oszillationsantriebs beendet wird.
Dabei ist es zweckmäßig, nach anderen Merkmalen derart vorzugehen, dass der hy
draulische Oszillationsantrieb bei Erreichen des Gießspiegel-Sollwert-Niveaus einge
schaltet wird. Ab diesem Zeitpunkt kann eine besondere Gießspiegelregelung die
Kontrolle übernehmen.
Nach weiteren Maßnahmen ist vorgesehen, dass bei Erreichen des Gießspiegel-
Sollwert-Niveaus die Strangtransportantriebe eingeschaltet werden. Dadurch kann
eine bessere Koordinierung der einzelnen Antriebe abgestimmt werden.
Die Stranggießvorrichtung mit einer Einrichtung zum Messen des Kokillenfüllstandes
für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl, mit einem Hubtisch, der die
Stranggießkokille trägt und den Hubtisch tragenden hydraulischen Kolben-Zylinder-
Einheiten, löst die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass an die Druck
räume jeder Kolben-Zylinder-Einheit jeweils ein Druckmesser angeschlossen ist,
dass aus den Zylinderdrücken mit den entsprechenden Arbeitsflächen eine Diffe
renzkraft berechenbar ist, die der aktuellen Kraft der jeweiligen Kolben-Zylinder-
Einheit entspricht. Das Gewicht des flüssigen Metalls ergibt dadurch nach Umrech
nung über das Volumen die Füllstandshöhe in der Stranggießkokille.
Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, dass die Summe der momentanen Kräfte
aller Kolben-Zylinder-Einheiten den Basiswert für die Bestimmung der jeweiligen
Füllstandshöhe bildet. Durch die Einbeziehung aller Kolben-Zylinder-Einheiten kann
die Genauigkeit eines Mittelwertes gesteigert werden.
Als Ausgangspunkt für die Messungen und Berechnungen ist es weiter vorteilhaft,
dass die festgestellten Kraftwerte vor Beginn des Füllvorgangs als eine Kalibrier- oder
Nullpunktermittlung einsetzbar sind.
Für eine weitere Steigerung der Genauigkeit des Messergebnisses der Füllstandshö
he ist vorgesehen, dass die aktuellen Parameter der Kokillenbreite, der Konizität, der
Kokillenschmalseite, der Formatdicke, der Lage und der Geometrie des Anfahrkopfes
und/oder der Kokillenform bei der Umrechnung in die Füllstandshöhe miteinbezo
gen sind.
Weiterhin trägt zur Genauigkeitssteigerung des Messergebnisses bei, dass das spe
zifische Gewicht des flüssigen Metalls, ein Haftreibungsbeiwert oder ein Korrektur
wert, das Übersetzungsverhältnis eines mit Hebeln ausgestatteten Oszillationsan
triebs und die Federkennlinie bei Resonanz-Oszillationsantrieben als konstante Grö
ßen bei der Umrechnung in die Füllstandshöhe miteinbezogen sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, anhand dessen das Verfah
ren und die Stranggießvorrichtung mit der Einrichtung zum Messen nachfolgend nä
her beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer hydraulischen Stranggießkokil
len-Oszillation als Blockschaltung,
Fig. 2 eine im Maßstab vergrößerte Ansicht des Kokillenhubtisches ebenfalls
als Blockschaltbild,
Fig. 3 ein Füllstands-Diagramm für eine Brammen-Stranggießvorrichtung,
Fig. 4A ein Diagramm der Zylinderkraft für einen ersten Gießstrang und
Fig. 4B ein Diagramm der Zylinderkraft für einen zweiten Gießstrang.
Gemäß Fig. 1 trägt ein Hubtisch 1 eine Stranggießkokille 2. Der Hubtisch 1 selbst ist
auf vier Kolben-Zylinder-Einheiten 3 gestützt, die jeweils einen Zylinder 1, einen Zy
linder 2, einen Zylinder 3 und einen Zylinder 4 besitzen. Die Kolben-Zylinder-
Einheiten 3 werden jeweils über ein Mehrwegeventil 4 betätigt, wobei über an beiden
Druckräumen 3a und 3b angeschlossene (nicht näher gezeigte) Messfühler der
Druck 1 und der Druck 2 gemessen werden. Aus den Drücken 1 und 2 wird sodann
bezogen auf eine Fläche A1 und eine Fläche A2 in einem Datenverarbeitungsgerät 5
die aktuelle Kraft berechnet, so dass eine aktuelle Kraft F über den Kolben 3c und
einen Maßstab 3d auch die aktuelle Position S bekannt ist. Die aktuelle Kraft F än
dert sich daher mit der aktuellen Position S.
In Fig. 2 ist auf dem Hubtisch 1 die Stranggießkokille 2 gelagert, wobei die wesentli
chen Bauteile der Stranggießkokille 2 aus der Kokillenbreitseite 2a und der
Kokillenschmalseite 2b gebildet sind. In die Stranggießkokille 2 ragt ein Tauchrohr 6 zum
Zuführen des flüssigen Metalls und die noch ungefüllte Stranggießkokille 2 ist von
unten mittels eines Anfahrkopfes 7 verschlossen und abgedichtet. Die Summe der
momentanen Kräfte F aller Kolben-Zylinder-Einheiten 3 bilden den Basiswert für die
Bestimmung der jeweiligen Füllstandshöhe 8. In dem noch leeren Zustand der
Stranggießkokille 2, d. h. vor Beginn des Füllvorgangs wird die festgestellte aktuelle
Kraft F als eine Kalibrier- oder Nullpunktermittlung in die Berechnung eingegeben.
Die aktuellen Parameter der Kokillenbreitseite 2a, der Konizität 9, der Kokillen
schmalseite 2b, der Formatdicke 10, der Lage und der Geometrie des Anfahrkopfes
7 und der Kokillenform 11 werden bei der Umrechnung in die Füllstandshöhe 8 mit
einbezogen.
Das spezifische Gewicht des flüssigen Stahls, ein Haftreibungsbeiwert zur Kokillen
wandung oder ein Korrekturwert, das Übersetzungsverhältnis eines mit Hebeln aus
gestatteten hydraulischen Oszillationsantriebs, der auf das Mehrwegeventil 4 wirkt,
und ggfs. die Feder-Kennlinie bei Resonanz-Oszillationsantrieben werden als kon
stante Größen bei der Umrechnung in die Füllstandshöhe 8 ebenfalls berücksichtigt.
Das ausgeführte Verfahren zum Messen des Kokillenfüllstandes in einer Füllstands
höhe 8 für eine Brammenstranggießanlage ist näher aus Fig. 3 ersichtlich. Aus der
aktuellen Kraft F (Nullpunktermittlung 12) erfolgt im Füllabschnitt 13 der Füllvorgang
der Stranggießkokille 2 mit flüssigem Stahl einer eingestellten Gießtemperatur. Bei
Erreichen der Füllstandshöhe 8 wird der Strangantrieb für die Rollen des Stützwal
zengerüstes gestartet und die Füllstandsmessung wird abgeschaltet. Gleichzeitig
wird das Messen des Druckes 1 und des Druckes 2 in der Hydraulikflüssigkeit been
det.
Die Füllstandshöhe kann noch als redundantes System (die Erfindung kann eben
falls als redundantes System eingesetzt werden) über ein radioaktives Mess-System
15 zur Nachprüfung gemessen werden.
Aus den Fig. 4A und 4B ist jeweils ein Diagramm für den Kraftanstieg in den Kolben-
Zylinder-Einheiten 3 für einen Strang 1 und für einen Strang 2 aufgezeichnet. Der
Füllvorgang der Stranggießkokille 2 findet im Füllabschnitt 13 statt. Anschließend
erfolgt der Start der Antriebe für das Stützrollengerüst. Gleichzeitig wird die Oszillati
on 14 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird das Messen des Einfüllvorgangs be
endet. Es findet wiederum die redundante Messung über das radioaktive
Mess-System 15 statt.
1
Hubtisch
2
Stranggießkokille
2
a Kokillenbreitseite
2
b Kokillenschmalseite
3
Kolben-Zylinder-Einheit
3
a Druckraum
3
b Druckraum
3
c Kolben
4
Mehrwegeventil
5
Datenverarbeitungsgerät
6
Tauchrohr
7
Anfahrkopf
8
Füllstandshöhe
9
Konizität
10
Formatdicke
11
Kokillenform
12
Nullpunktermittlung
13
Füllabschnitt
14
Oszillation
15
radioaktives Mess-System
Zylinder 1
Zylinder 2
Zylinder 3
Zylinder 4
Druck 1
Druck 2
Arbeitsfläche A1
Arbeitsfläche A2
aktuelle Kraft F
aktuelle Position S
Zylinderdruck D1
Zylinderdruck D2
Strang 1
Strang 2
Zylinder 1
Zylinder 2
Zylinder 3
Zylinder 4
Druck 1
Druck 2
Arbeitsfläche A1
Arbeitsfläche A2
aktuelle Kraft F
aktuelle Position S
Zylinderdruck D1
Zylinderdruck D2
Strang 1
Strang 2
Claims (10)
1. Verfahren zum Messen des Kokillenfüllstandes in einer Stranggießvorrichtung
für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl,
dadurch gekennzeichnet,
dass während des Füllens der durch einen Anfahrkopf verschlossenen, ge
kühlten Stranggießkokille in einem hydraulischen, in tragender Position befind
lichen Oszillationsantrieb der Druck in der Hydraulikflüssigkeit kontinuierlich
gemessen wird und dass die Druckwerte über den Arbeitsflächen von mehre
ren Kolben-Zylinder-Einheiten in einen Füllstand umgerechnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gewichtskraft des flüssigen Metalls zusammen mit den aktuellen
geometrischen Parametern der Stranggießkokille und festen Konstanten in
den aktuellen Füllstand umgerechnet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Messen des Drucks in der Hydraulikflüssigkeit mit Beginn des Ein
schaltens des Oszillationsantriebs beendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der hydraulische Oszillationsantrieb bei Erreichen des Gießspiegel-
Sollwert-Niveaus eingeschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei Erreichen des Gießspiegel-Sollwert-Niveaus die Strangtransportan
triebe eingeschaltet werden.
6. Stranggießvorrichtung mit einer Einrichtung zum Messen des Kokillenfüllstan
des für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl, mit einem Hubtisch,
der die Stranggießkokille trägt und den Hubtisch tragenden hydraulischen
Kolben-Zylinder-Einheiten,
dadurch gekennzeichnet,
dass an die Druckräume (3a; 3b) jeder Kolben-Zylinder-Einheit (3) jeweils ein
Druckmesser angeschlossen ist, dass aus den Zylinderdrücken (D1, D2) mit
den entsprechenden Arbeitsflächen (A1, A2) eine Differenzkraft berechenbar
ist, die der aktuellen Kraft der jeweiligen Kolben-Zylinder-Einheit (3) entspricht.
7. Stranggießvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Summe der momentanen Kräfte aller Kolben-Zylinder-Einheiten (3)
den Basiswert für die Bestimmung der jeweiligen Füllstandshöhe (8) bildet.
8. Stranggießvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die festgestellten Kraftwerte vor Beginn des Füllvorgangs als eine Kali
brier- oder Nullpunktermittlung einsetzbar sind.
9. Stranggießvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aktuellen Parameter der Kokillenbreitseite (2a), der Konizität (9), der
Kokillenschmalseite (2b), der Formatdicke (10), der Lage und der Geometrie
des Anfahrkopfes (7) und/oder der Kokillenform (11) bei der Umrechnung in
die Füllstandshöhe (8) miteinbezogen sind.
10. Stranggießvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das spezifische Gewicht des flüssigen Metalls, ein Haftreibungsbeiwert,
oder ein Korrekturwert, das Übersetzungsverhältnis eines mit Hebeln ausge
statteten Oszillationsantriebs und die Federkennlinie bei Resonanz-
Oszillationsantrieben als konstante Größen bei der Umrechnung in die Füll
standshöhe miteinbezogen sind.
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DE (1) | DE10033656A1 (de) |
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2001
- 2001-07-03 EP EP01116087A patent/EP1172160A1/de not_active Withdrawn
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8130 | Withdrawal |