DE1964273A1

DE1964273A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Waermeuebergangs an einen laenglichen Koerper

Info

Publication number: DE1964273A1
Application number: DE19691964273
Authority: DE
Inventors: Tiskus John Richard
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1968-12-31
Filing date: 1969-12-22
Publication date: 1970-07-16
Also published as: BR6915672D0; NL166341B; AT303987B; NL166341C; DE1964273B2; GB1302040A; CA959625A; ES374844A1; NL6919420A; BE743450A; FR2027433A1; JPS4825612B1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Wärmeübergangs an einen länglichen Körper₀

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Steuerung des Wärmeübergangs an einen länglichen Körper, der von einem ersten Punkt kontinuierlich zu einer veränderlichen Wärmeübergangsstation läuft, und betrifft insbesondere die Steuerung der Kühlgeschwindigkeit eines gegossenen Stahlstrangs, der die Form verlälJt und durch ein veränderliches Kühlmittel, beispielsweise einen Wasser strahl, läuft. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens,

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Patentanwälte Dipl.-Ing. MaWn Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2, THE RESIENSTRASSE 33 · Teltfom 281202 · T«l«gramm-A(ireiis, Lipatli/MOnchtn Bayer V»reinsbank MOnchin, Zweig»». Oskar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 382495 ■ Potticheck-Kontoi München Nr. 1433 97

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

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Da sich die Gießgeschwindigkeit aus verschiedenen Gründen ändert, kann die Wassermenge unmöglich auf einen konstanten Wert eingestellt werden, weil die pro Längeneinheit des Gußstrangs zugeführte Wassermenge sich ändert, wenn sich die Geschwindigkeit ändert, und zwar auch dann, wenn der Querschnitt des Gußstrangs konstant bleibt. Ferner ist es unmöglich, eine gleichmässlge Abkühlung dadurch zu erhalten, daß die Wassermenge proportional der Geschwindigkeit geändert wird, weil die Stärke der zwischen der Gießform und dem Wasserstrahl stattfindenden Abkühlung sich L· auf die Wassermenge auswirkt, die erforderlich ist, um die gewünschte Kühlung zu erhalten, und diese normale Kühlung nicht direkt proportional der Stranggeschwindigkeit ist, wenn sich die Geschwindigkeit ändert_o

Das gleiche Problem stellt sich ein, wenn einem länglichen Körper, der sich kontinuierlich von einem ersten Punkt zu einer veränderlichen Wärmeübertragungsstation bewegt, Wärme zugeführt wird oder wenn von diesem Körper Wärme abgezogen wird. So könnte beispielsweise verlangt werden, die Temperatur eines Stahlbandes zu erhöhen. In diesem Fall wäre dann die Wärmeübertragungsstation eine Heizvorrichtung,

Erfindungsgemäß wird nun die Zeit gemessen, die für jedes Längeninkrerneut des Gußkörpers vergeht, wenn es von der Gießform austretend oder irgendeinem anderen gewählten Punkt bis zu der Wärmeübergangsstation wandert, und dann wird die Wärmeübertragungsstation gemäß der Zeit gesteuert, die bis zum Erhalten der gewünschten Kühlgeachi/indigkoit verstreicht ο Erfindungsgemäß wird also ein Vorfahren zur Schaffung einor gewünschten WärmeUbergangä3gosohwlndigkeit an einen länglichen Körper geschaffen, dor kontinuierlich von einem ersten Punkt zu einer veränderllohen WtirmeUbergangsstation wandert, wobei sioh dieses Verfahren dadurch

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kennzeichnet, daß die für jedes Längeninkrement des Körpers vergangene Zeit gemessen wird, in der sieh das Längeninkrement von dem ersten Punkt zu der Wärmeübergangsstatioii bewegt, und daß die Wärmeübergangsstation in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit gesteuert wird, um eine gewünschte Wärmeübergangsgeschwindigkeit zu erhalten.

Des weiteren wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Kühlgeschwindigkeit eines eine Kokille verlassenden Gußstrangs geschaffen, die sich dadurch kennzeichnet, daß sie eine variable Kühlvorrichtung enthält, die von der Kokille mit Abstand getrennt und neben dem Bewegungspfad des Gußstrangs angeordnet ist, daß sie ferner eine Vorrichtung zur Messung der für jedes Längeninkrement des Gußstrangs vergangenen Zeit, in der der Guß— strang von dem Kokillenaustritt zu der Kühlvorrichtung wandert, aufweist, und daß sie schließlich mit Mitteln versehen ist, die auf die Meßvorrichtung in der Weise ansprechen, daß sie die Kühlgeschwindigkeit der Kühlvorrichtung einstellen.

In der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, sind in den Figuren 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes gezeigt, während Figur y ein Diagramm mit einer typischen Kurve zeigt, die den Zusammenhang zwischen der Wanderungszeit eines Gußstranginkrementes zwischen der Kokille und der Kühlzone und der zur Erhaltung einer konstanten Kühlung erforderlichen Wassermenge beschreibt.

In Figur i bezeichnet das Bezugszeichen 2 eine Kokille, aus der ein Gußstrang C mit erhöhter Temperatur austritt und darm durch Abzugswalzen h läuft„ Zwischen der Kokille 2 und den Walzen k befindet sich eine veränderliche WärmeUbergangsstation oder mehrere Stationen dieser Art, die

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in Form von zwei Reihen Yiasserstrahlen 8 und 10 angedeutet sind, die durch Ventile 1.2 bzw_o 14 gesteuert werden =

Erfindungsgemäß wird nun ein Impulsgeneratür 16 angeschlossen, der durch die Walzen 4 mit einer Gescnwindigkeit angetrieben wird, die proportional der Gußs traug— geschwindigkeit ist. Die Impulsquelle Io kann ein magnetise..er Zungenschalter beispielsweise ein bO-iiotopulser, hergestellt von der jjynapar Corporation of Gurnee,Illinois, sein, der in der Lage ist, jedesmal wenn ein Längeninkremeiit des Gußstrangs durch die Walzen 4 läuft, ein Signal zu er—

t zeugen. Zu Besehreibuncszweoken wird für dieses Längeninkreinent eine Länge von 15 »2 cm gewählt, und 36 solcher Inkremente sind in der Zeichnung auf dem Gußstrang angezeigt. Der Ausgang des Iiiipulsgeneraturs Ib ist auf den Eingangs-Ausgangs-Abschnitt 16 eines digitalen Computers 20 geschaltet, beispielsweise des Modells 63t>, hergestellt von der Control Data Corporation, Californien. Der Computer weist außerdem einen zentralexi Prozessrechnerteil 22 und einen Speicherten 24 auf. Die Stellung der Ventile 12 und wird durch den Eingangs—Ausgangs—Abschnitt Ιο gesteuert. Ein Taktgeber oder eine Uhr 2(> ist an den zentralen Prozessrechnerteil 22 angeschlossen. Die Ausgange der Temperaturfühler 28, die neben dem Gull st-rang C angeordnet sind,

f stehen mit dem Eingangs-Ausgangs—Teil la in Verbindung. Obgleich hier nur zwei Temperaturfühler 26 dargestellt sind, können Anzahl und Lage dieser Fühler geändert werden, obgleich es sich als vorteilhaft herausgestellt hat, einen dieser Fühler an der Austrittsseite der Wasserstrahlen 10 anzuordnen, wie dies dargestellt ist«

Eine Tafel mit 36 Zellen ist im Speicher oder dem Erinnerungsteil 2h enthalten, wobei eier Inhalt jeder Zelle zu Beginn Null ist« Man wird erkennen» daß diese Aiieahl gleich der Anzahl der Lünp;eninkreniente dos Gußstrangs zwischen

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der Kokille 2 und den Falzen 4 ist, und daß die Zelle 1 dem Gußstranginkrement entspricht, das unmittelbar am Xokillenaustritt liegt, während die Zelle 36 dem die Walzen k verlassenden Inkrement entspricht.

Bei Betriebsbeginn wird ein nicht dargestellter Anfahrstrang durch die Walzen k gezogen, der den Guflkörper aus der Kokille herauszieht. Der Computer wird so eingestellt, daß, sobald das erste Inkrement des Gußstrangs die Kokille verläßt, ein Signal vom Impulsgeneratur 16 in den ¹Ml 18 und damit in den Teil 22 abgegeben wird, wo es mit einem von dem Taktgeber 26 kommenden Signal kombiniert wird und der Speicherzelle 1 als die Laufzeit des ersten Gußstrangsegments oder -inkrements aufgedrückt wird. Wird angenommen, daß die Gußstranggeschwindigkeit 1,83 m/min» ist, dann ergibt sich ein Zeitwert von 5 Sekunden,, Wenn das Signal von dem nächsten Längeninkrement in den Speicher gelangt, darin wird der 5-Sekunden-Wert der nächsten oder zweiten Zelle aufgedrückt, und die neue Zeit auf die erste Zelle übertragen,, Wird angenommen, daß die Strang-Geschwindigkeit für die ersten neunzehn Inkremente konstant bleibt, dann wird die Zahl 5 den ersten neunzehn Zellen aufgedrückt. Wird angenommen, daß die Geschwindigkeit auf 0,9p/niin. zurückgeht, so daß die Zeit für eine Bewegungsstrecke von 0,15 m 10 Sekunden beträgt, dann wird die Zahl 5 auf die erste Zelle mit 5 aufgedrückt, die auf die zweite Zelle bis zur zwanzigsten Zelle aufgedrückt wird. Unter der Voraussetzung, daß sich dann die Geschwindigkeit auf 0,9ni/min. bis zum sechsunddreißigsten Inkrement hält, nehmen die Zahlen in den Zellen I-36 die gezeigten Werte an. Somit ergibt sich, daß beim Auftreten eines von dem Generator kommenden Signals der Inhalt jeder Zelle durch den Inhalt der unmittelbar vorhergehenden Zelle ersetzt wird. Unter den genannten Bedingungen hat der Computer, wenn das vordere Ende des Gußstrangs die Mitte der Wasserstrahlreihe 8 erreioht

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hat, die Zeit berechnet, die seit seinem Verlassen der Kokille vergangen ist, und diese Zeit ist dann gleich der Gesamtzeit der ersten fünfzehn Speicherzellen, beträgt also 75 Sekunden. Der Computer hat veranlaßt, daß sich das Ventil 12 öffnet, wie dies zur Erreichung der gewünschten Kühlung erforderlich ist. Sobald das Vorderende des Gußstrangs die Mitte des Wasserstrahlsatzes 10 erreicht hat, hat der Computer die Zeit berechnet, die vergangen ist, seit-dem der Gußstrang die Kokille 2 verlassen hat, und diese Zeit ist dann gleich der gesamten Zeit der ersten k dreiundzwanzig Zellen oder 135 Sekunden,, Dadurch wurde das Ventil 14t in der erforderlichen Weise geöffnet, um die gewünschte Kühlung herbeizuführen«, Die erforderliche Wassermenge hängt grundsätzlich von der Fahrzeit des Gußstrangs ab, die von der Kokille bis zu der Kühlvorrichtung vergeht, wobei der Computer 20 die Wassermenge für jedes Gußstranginkrement berechtnet, basierend auf einer vorherbestimmten Konstanten, um die gewünschte Kühlung herbeizuführen. Diese vorher festgelegte Konstante kann in Abhängigkeit von der Güte des Stahls und der Ktthlwassertemperatur variiert werden. Die Kühlgeschwindigkeit läßt sich durch ein von den Temperaturfühlern 28 an den Computer abgegebenes Signal verändern, das die Oberflächentemperatur des Gußstrangs ' anzeigt. Auch die Verweilzeit des Metalls in der Kokille kann dem Computer in irgendeiner geeigneten Weise eingegeben wird, um den Ausgang zu modifizieren und damit die Abkühlung des Gußstrangs Ketter zu steuern,, Bei der i,n Figur 1 gezeigten Ausführungsform ließe sich dies auf die folgende Weise erreichen: Angenommen, der Metallspiegel in der Kokille wäre konstant, ein Merkmal, das für die richtige Betriebsweise der Vorrichtung notwendig ist, und dieser Spiegel würde 0,9 m betragen» Dies würde dann in der Kokille sechs Inkremente zu je 0,15 m Länge orgeben. Unter diesen Bedingungen wäre die Verweilzeit des Inkrements 22 in der Kokille gleich der in den sechs Zellen 15-20 einschließlich

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angezeigten Zeit oder 25 Sekunden. F_fills in der Kokille fünf Metallinlcremente vorhanden wären, würde die Zeit gleich der in den fünf Zellen 15-19 gezeigten sein, und mit sieben Inkrementell würde die Zeit gleich der in den sieben Zellen 15-21 gezeigten sein, mit anderen Worten, die Verweilzeit ist immer gleich der in der Anzahl von Zellen aufgezeichneten Zeit, die der Anzahl der Inkremente in der Kokille entspricht, beginnend mit der Zelle 15.

Falls gewünscht, läßt sich der Computer 20 so betreiben, dai3 die Speicherzelle 1 die Gesamtzeit aufnimmt, die seit Beginn des Herausziehens des Gußstrangs aus der Kokille vergangen ist, wobei nach'dem Abgeben jedes Signals von dem Generator 16 der Inhalt jeder Speicherzelle durch den Inhalt der unmittelbar vorhergehenden Zelle ersetzt wird. Auf diese \/eise läßt sich die Zeit, die für irgendein Inkrement erforderlich ist, um die Mitte der Kühlzone zu erreichen, dadurch bestimmen, daß der Inhalt der Zelle des betreffenden Inkrements von dem Inhalt der Zelle 1 subtrahiert wird.

Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform wird ein sich automatisch rüekstellender, eingestellter Zähler 30 zwiseilen dem Impulsgenerator k und dem Computer 20 verwendet, wobei die Steuerung des liasserstroms mit Hilfe eines genormten', analogen Reglers 32 erfolgt, der mit dem Computer 20 verbunden ist, und wobei Vorkehrungen für eine Ferneinstellung des Einstellpunktes mit Hilfe des Computers getroffen sind und nur ein Wasserstrahlsatz 34 vorgesehen ist, der von einem einzigen Ventil 36 gesteuert wird» Der eingestellte Zähler 30 Bammelt die von dem Generator 16 kommenden Impulse und erzeugt nach Ansammlung einer Anzahl Impulse, die die Lieferung des gewünschten Gußstranginkreraents (im vorliegenden Beispiel 15oin) darstellt, ein Ausgangssignäl.

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Es versteht sich, daß diese Veränderungen in der Ausrüstung nichts mit den grundlegenden, hier angeführten Gedanken zu tun haben, so daß die in den Figuren ί und 2 gezeigte Ausrüstung auswechselbar ir I₅ wobei die einzigen Unterschiede in dc?r Datenspeicher^;'*; und Ja tenbereohnung auftreteiu Hei der hier gezei.'/tci! Außi'üiirnn.'irjiorm entopricht die Abgäbezeit im Speicher der ■■ -<tjgiuI :-:oi ΐ, die von Beginn des Gießvorgangs I)Ii; zum Zei tpnnir- d^r .^-rnuriZXOiieHO dei? entsprechenden Guß— strang inkrcinen te ;ήο f^ rokille vergangen iEifc. Daher betract Ίϊο verfraii'ii.-nf- '/.■.-' ^;., die IHr das lnkremenfc 22 lii g JjrreJ oüurifT. der Mitte ö ■.?■:- lasKers !".ralilsntzes ei'f order] i eil ißt, £6[i —125 O'5'ir l^-:<> :_^:e"ln3nden« l:·: versteht yieli, daß * dabei eine Geeohiri.udi c-Irel t:sänderwnE: von 1,8 m/min« aui 0,9 m/niin, nnoli 'lein Austrete;« ds?« nciPi'^eiin ί en Inlu'einents aus der Koltille giat ί ißiid.

In Fi^ur 3 "Ji^;il flie verlangten Veränderungen des aui cii! ΐ4ίΐπΕθϊϊ1ΐ>]·-ΐ"οκ:6ηί, d-i5 Guflßtraugf? auftretenden liasserstrahls bei dear:^!.::-^: Ih?r-;h,': an/r du roh die Ivasserstrahlkaim'seifür einen be&i"/r_: ..·.■·" ·'■".·t;;h I *:'^rp unter '^scüRneii ik-dingun." cn dargoßtellt. \ on «'er KiO-O f atui ^· κ;:?:!; werden, daß sie. der Gleichung

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daß die verstrichene Zeit gemessen wird, die erforderlich ist, um ein Längeninkreinent von der Kokille zur Kühlvorrichtung gelangen zu lassen, und daß die Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit gesteuert wird. Durch Verkleinerung der Länge der Inkremente erholt sich die Steuerungsgenauigkeit, wobei jedoch die hier beschriebene Inkrementlänge sich in der Praxis als geeignet erwiesen nat.

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Claims

Pa tentansprUche

1. Verfahren zur Steuerung des Wärmeübergangs an einen länglichen Körper, der sich kontinuierlich von einem ersten Punkt zu einer veränderlichen Wärmeübergangsstation bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die für jedes Längeniukroment dieses Körpers vergangene Zeit gemessen wird, in der sich das Längeninkrement von dem ersten Punkt zu der Wärmeüberganges ta tion bewegt, und daß die Wärmetibergang ssta tion in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit gesteuert wird, inu die gewünschte Wärmeübergangsgeschwindigkeit zu erhalten.

2₀ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Abklihlungsgeschwindigkeit eines eine Kokille verlassenden und durch eine veränderliche, von der Kokille mit Abstand getrennte Kühlvorrichtung laufenden GuUstrangs gesteuert wird, wobei die für jedes Längeninkreuiei des üußstrarigs auf seiner fahrt von dom Kokillonausbritt zu der Kühlvorrichtung vergangene Zeit gemessen wird, und daß

Patentanwalts Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtith.-lnq. Axel Hartmann, Dipl. Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN J, ΓΗ2 RES IENSTRASSE 33 ■ Ttlifan 381302 ■ Tiiaarawüi -AJre«·« UpMU/Mandwn Bayer. Vsreinibink M¹Jd Stasi, Zvdigit. Oikar-von-Mllltr Rir.g, Kto.-Mr. 862493 · Poituhsdc Konto: /Λϋη*»η Nr. 163397

.■,\rjiii-arBüroi PATiNTANVVAU DR. REINHOLD SCHMIDT

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die Kühlvorrichtniiii in Abhängigkeit von der vergangenen Zeit gesteuert vrird, um die gewünschte Abkühlgeschwindigkeit zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch C₅ dadurch gekennzeichnet,. ύϊ-'Λ ein Signa] er/o: et wird, v;emi jedes Ijängeninkroiuent tief: Gußstrangs die If^ i:iiIe verläßt, daß die Anzahl der Lan?eninkreoente der- Gui'-si rangs zwischen deia Eolcil.lenaustri tt und der Kühlvorrichtung bestimmt virü, und daß die Zeit ermittelt v/irt?_E dia fin- jedes? Lün/r.eiii.nlfj'einent erforderlich iptj, uiu sich von dir Kokille zn entfernen.

h« Υθ3":·ΐ·νϊ;1,υί.·7 :eur tuf-onBati&chGn Steuerung der Abk."Uhl unfis.itfis'." h\n ndi -ik^it eirms eine Kokille verlassentlen (iußsfci-aiifit-, rif:-'iu;-=-..ii ^ckcnnsei clniet, daß die Vorrichtung iair vci-fiiiderliciH¹!·, Kl·.hl^;jnrieJiton^ei! C₅1.0) eusgestettet sindj die von der r.o!^ri'^:e (i:} a(?i,r^r-~:}iit η (3 lien dem Bei.-egungspf nd dos Gu/ißtrsiig;? C -■·]}:.-;-nj ¹CJiH-1 ;. lud, dal? oine Einrichtung (l'ö) /uv ricsßusr, uci' *-!■ j ... voi"üa;jfk;a ist_f die jedes Langeniiikrp.Ksent dee (iui'strangii *ΐί?i?ii1 igt, um ^ron d^iii ifokillenaustritt ?:\% αβί iülJilvorriohtuTi'A Cj, K)) zu gGlnn^eu, nut» daß ani." diese ιίοϋ^Η!^ anijjirecheiHie i-'itiel (12,i^;ij vorgesehen sind_P die die Ahkiihlmjcse,esc;.^:rjn?ii i^rsil dor L'.iihlvorriohtung einstellen,:

^:j_r Yen richtung noch Anspruoh k_v darlurcli gekcnii.-"-ii:h.-"i:-Hf;i UhIa Jin iiinriohtung zur ί-lossung der '-"eretri ohciien Zf-ifc fin ^ !ui,;.^l.i: (2b) y^nr TivougUDg eines lUrnGlr., teenn jeder.·. ?-?^:nt0T·· inlirenen i fic^:R aui'-^i-ran^s die Kokille Πι) verliißt._s v?;ri<chci· if? S.. r--f-i-;i(-: πι = κλ ΐ t«^;-Tii (20) ϊηγ iiep.sung der ';.i;it UA*. ^r^r j * ·.?'- ri f.-aiiR^r.-iii" --J-.;=;-^.?.'* «ij'i ordcrl J ah ifj(. _ς uü« £:'?.clf tob ■;;:«

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadui~ch gekennzeichnet, daß die veränderliche Kühlvorrichtung (8,10, 3'Ji) eine Wassersprühvorrichtung aufweist sowie ein Ventil (l2_f14,36) zur Steuerung des Wasserzuflusses zu dieser Sprühvorrichtung,

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Messeinrichtung ansprechenden Mittel einen Reeler zur Veränderung der Stellung des Ventils (36) aufweisen.

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