DE2638015A1 - Photoelectric monitor controlling casting speed of molten metal - flowing from a ladle into a mould - Google Patents

Abstract

Photoelectric monitor controlling the flow of a melt from a ladle into a casting mould. A lens focusses an image of the mould inlet funnel onto >=1 flat photodetector connected to a calculation circuit and a controller actuating a device controlling flow, e.g. a bottom-pour stopper in the ladle. At least two photodetectors (a, b) are pref. used, receiving images from (a) part of the inlet funnel completely covered by the melt; (b) a higher zone of the funnel partly covered by the melt. A further, higher zone (c) of the funnel can be monitored by a third photodetector (c). Controlled speed of mould filling, which can be used in an automatic casting plant.

Description

Ueberwachungseinrichtung zum Vergiessen vonMonitoring device for casting

Schmelze in Giessformen Die Erfindung betrifft eine Ueberwachungseinrichtung zum Vergiessen von Schmelze in Giessformen, mit einem die Ausflussmenge aus einer Giesspfanne beeinflussenden Stellorgan, welches mit einem fotoelektrischen Wandler in Verbindung steht, der auf die Strahlung der im Eingusssystem einer Form befindlichen Schmelze anspricht.Melt in casting molds The invention relates to a monitoring device for pouring melt in casting molds, with one the outflow from one Casting ladle influencing actuator, which with a photoelectric converter which is related to the radiation of the in the gate system of a mold Melt responds.

Bei bekannten Einrichtungen dieser Art (DT-AS 1 2 42 809, CH-PS 404 877) ist eine Fotozelle auf eine solche Stelle der Giessform gerichtet, an welche die Schmelze erst nach Erreichen der gewünschten Formfüllung gelangt, nämlich entweder allf einen Steiger, einen mit dem Giesstrichter durch eine Ueberlaufrinne verbundenen Tümpel oder auf den oberen Rand einer offenen Giessform. Mit solchen Einrichtungen ist es zwar möglich, den Giessvorgang bei einem vorbestimmten Füllstand selbsttätig zu unterbrechen. Dagegen ermöglichen sie infolge der Einpunktmessung nicht, auf Veränderungen zu reagieren, die während dem Füllvorgang oder bei aufeinanderfolgenden Formen auf treten, wie ungleiches Schluckvermögen, variable Ausflussmenge usw. Deshalb ist es notwendig, den Giessstrahl praktisch auf das geringste Schluckvermögen der Formen einzustellen.In known facilities of this type (DT-AS 1 2 42 809, CH-PS 404 877) a photocell is aimed at such a point on the casting mold to which the melt arrives only after reaching the desired filling of the mold, namely either all one riser, one connected to the pouring funnel by an overflow channel Pool or on the upper edge of an open mold. With such facilities it is possible to start the pouring process automatically at a predetermined fill level to interrupt. On the other hand, as a result of the one-point measurement, they do not allow on To react to changes that occur during the filling process or during successive ones Forms occur, such as uneven swallowing ability, variable discharge volume, etc. Therefore it is necessary to reduce the pouring jet practically to the lowest possible swallowing capacity Set shapes.

Eine weitere bekannte Einrichtung - DT-OS 24 58 160 - weist eine auf die Schmelzenoberfläche in einer Strangguss-Kokille gerichtete Sammellinse mit einer in deren Brennlinie liegenden Fotozellen-Anordnung auf. Mittels einer der Linse vorgeschalteten Blendenanordnung wird versucht, ausgewählte Bereiche der Schmelzenoberfläche auszublenden, deren Strahlung auf der Trennlinie bzw. den Fotozellen konzentriert werden soll. Nachteilig hierbei ist, dass die Blendenanordnung eine starke Helligkeitseinbusse bewirkt und dass die gegebene optische Anordnung es nicht gestattet, die Strahlung bestimmter, getrennter Bereiche eindeutig zu erfassen.Another known device - DT-OS 24 58 160 - has one the melt surface in a continuous casting mold directed converging lens with a in their focal line lying photocell arrangement. Using one of the lens upstream diaphragm arrangement is attempted to select areas of the melt surface fade out whose radiation is concentrated on the dividing line or the photocells shall be. The disadvantage here is that the diaphragm arrangement has a strong loss of brightness causes and that the given optical arrangement does not allow the radiation specific, separate areas to be clearly recorded.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fotoelektrische Ueberwachungseinrichtung so zu gestalten, dass sie den erwähnten, wechselnden Störeinflüssen während des Giessvorganges und bei unterschiedlichen Formen laufend begegnet, d.h. die Ausgussmenge bzw. die Stärke des Giessstrahles dem jeweiligen Aufnahmevermögen der Form dauernd anpasst.The invention is based on the object of a photoelectric monitoring device designed in such a way that they can cope with the changing disturbances mentioned during the The pouring process and with different shapes, i.e. the poured amount or the strength of the pouring jet to the respective absorption capacity of the mold adapts.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass der fotoelektrische Wandler eine Abbildungsoptik aufweist, die einen sich über die Höhe des Giesstrichters erstreckenden Bereich der Trichterwand auf mindestens einen in der Bildebene der Optik angeordneten, flächenhaften Fotodetektor optisch exakt abbildet, welcher mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, die während der Dauer der Formfüllung in Abhängigkeit von der entsprechend der Trichterfüllung veränderlichen Flächenausleuchtung des Detektors ein variables Stellsignal für das Stellorgan erzeugt.The solution to this problem is that the photoelectric Converter has imaging optics that extend over the height of the pouring funnel extending area of the funnel wall to at least one in the image plane of the Optically arranged, planar photodetector exactly depicts which one with an evaluation circuit is connected, which during the duration of the mold filling in Dependence on the surface illumination, which changes according to the funnel filling of the detector generates a variable control signal for the actuator.

Auf diese Weise wird ein geschlossener Regelkreis geschaffen, welcher eine weitgehende, anpassungsfähige Automatisierung des Giessvorganges und eine Steigerung der Giessleistung ermöglicht.In this way a closed control loop is created, which extensive, adaptable automation of the casting process and an increase the casting performance enables.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ueberwachungseinrichtung mit Giesspranne und Giessform, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Giesstrichter mit Angabe einer bevorzugten Lage des abgebildeten Bereiches, Fig. 5 einen Vertikalschnitt in der optischen Achse durch den fotoelektrischen Wandler und einen Teil des Giesstrichters, Fig. 4a einen beispielsweisen Verlauf der geregelten Ausflussmenge s der Schmelze und Fig. 4b den zugehörigen Verlauf des Füllstandes h im Giesstrichter bzw. des Detektorsignales in Funktion der Zeit t und Fig. 5 eine Variante mit drei Fotodetektoren in analoger Darstellung wie Fig. 5.The invention is illustrated below with reference to exemplary embodiments in Connection with the drawing explained in more detail. Show it: Fig. 1 a schematic representation of the monitoring device with casting ladle and casting mold, 2 shows a vertical section through a pouring funnel with details of a preferred one Position of the area shown, FIG. 5 shows a vertical section in the optical axis through the photoelectric converter and part of the pouring funnel, Fig. 4a a example of the course of the regulated outflow quantity s of the melt and FIG. 4b the associated course of the filling level h in the pouring funnel or the detector signal as a function of time t and FIG. 5 shows a variant with three photodetectors in analog Representation as in Fig. 5.

In der Fig. 1 sind vereinfacht die Giesspfanne 1 - im vorliegenden Fall eine Stopfenpfanne mit Stopfen 2 und seinem Stellorgan 8 -sowie die Giessform 5 mit dem Giesstrichter 4 und dem Formhohlraum 5 während des Giessvorgangs dargestellt. Zur Erzeugung eines Giessstrahles 6 mit zeitlich veränderlicher Ausflussmenge, könnte anstelle der Stopfenpfanne auch ein Kippgefäss oder dergleichen vorgesehen sein. Die dargestellte Ueberwachungseinrichtung enthält einen fotoelektrischen Wandler 10 mit einer Abbildungsoptik 12 und mindestens einem flächenhaften Fotodetektor 14 (Fig. 5), eine elektronische Reehenschaltung 16 sowie die Reglerschaltung 18. Die Leitung 15 führt das Signal des Fotodetektors 14 der Rechensehaltung 16 zu, deren Ausgangsleitung 17 das aufbereitete Signal (entsprechend dem Istwert des Füllstandes h, Fig. )) der Reglerschaltung 18 zuleitet. An der Leitung 17 kann ein Istwert- Schreiber 21 angeschlossen sein. Die Reglerschaltung 18 erhält ferner, wie bei 20 angedeutet, einen manuell einstellbaren oder programmierten Sollwert sowie ggf. Steuerbefehle von Gebern einer automatischen Giessanlage, zum Beispiel entsprechend der richtigen Positionierung der Giessform 5. Die Leitung 19 führt das von der Reglerschaltung 18 erzeugte, variable Stellsignal für das Stellorgan 8 des Stopfens.In Fig. 1 are simplified the ladle 1 - in the present Case a stopper pan with stopper 2 and its actuator 8 - as well as the mold 5 shown with the pouring funnel 4 and the mold cavity 5 during the pouring process. To generate a pouring jet 6 with a time-varying outflow quantity, could Instead of the stopper pan, a tilting vessel or the like can also be provided. The monitoring device shown contains a photoelectric converter 10 with imaging optics 12 and at least one flat photodetector 14 (FIG. 5), an electronic circuit 16 and the regulator circuit 18. Line 15 feeds the signal from photodetector 14 to arithmetic logic unit 16, whose output line 17 carries the processed signal (corresponding to the actual value of the fill level h, Fig.)) of the regulator circuit 18. On line 17, an actual value Clerk 21 must be connected. The regulator circuit 18 also receives, as indicated at 20, a manually adjustable or programmed setpoint and, if necessary, control commands from encoders of an automatic casting system, for example according to the correct one Positioning of the casting mold 5. The line 19 carries the from the regulator circuit 18 generated, variable control signal for the actuator 8 of the stopper.

Fig. 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des fotoelektrischen Wandlers 10 und dessen Anordnung in bezug auf den Giesstrichter 4. Ein Bereich 15 der Trichterwand, welcher sich über die Trichterhöhe erstreckt (siehe auch Fig. 2), wird durch die Optik 12 auf den in der Bildebene der Optik angeordneten flächenhaften, vorzugsweise streifenförmigen Fotodetektor 14 exakt abgebildet.Fig. 3 shows the basic structure of the photoelectric converter 10 and its arrangement in relation to the pouring funnel 4. An area 15 of the funnel wall, which extends over the funnel height (see also Fig. 2), is through the Optics 12 on the planar, preferably arranged in the image plane of the optics strip-shaped photodetector 14 exactly mapped.

Entsprechend der im Trichter 4 auf- und absteigenden Oberfläche 7 der Schmelze, d.h. in Funktion der Füllhöhe h, wird der Fotodetektor 14 von der Schmelze über eine mehr oder weniger grosse Fläche ausgeleuchtet und gibt dadurch ein mit der Füllhöhe variierendes, vorzugsweise dieser proportionales Signal ab.Corresponding to the surface 7 rising and falling in the funnel 4 the melt, i.e. as a function of the filling height h, the photodetector 14 is of the Melt illuminated over a more or less large area and thereby gives a signal that varies with the fill level and is preferably proportional to the fill level.

In Fig. 4a und 4b ist ein beispielsweiser zeitlicher Verlauf der Führungsgrösse h (Füllstand) und der Stellgrösse s (Ausflussmenge) während eines Giessvorganges dargestellt für den Fall, dass die Ausflussmenge auf zwei diskrete Werte A, EI eingestellt werden kann.In FIGS. 4a and 4b there is an exemplary time course of the reference variable h (level) and the manipulated variable s (flow rate) during a pouring process shown for the case that the outflow rate is set to two discrete values A, EI can be.

Die entsprechenden Anspreehgrenzen der Führungsgrösse bzw. des Füllstandes im Trichter sind mit hl (Uebergang von A auf H) bzw.The corresponding response limits of the reference variable or the fill level in the funnel are marked with hl (transition from A to H) or

h2 (Uebergang von H auf Null, Stopfen vollstandig schliessen) bezeichnet. Zur Illustration ist der '2ideale" Verlauf der Ausflussmenge in Fig. 4a gestrichelt eingezeichnet, nämlich derjenige, welcher theoretisch erforderlich ist, um - unter Annahme eines konstanten Schluckvermögens der Form - für den Füllstand eine Sprungfunktion (Sprung leer/voll) zu erhalten. Die Darstellung des Füllstandsignals z.B. auf einem Schreiber 21 kann hierbei nützlich sein, da aus dessen Verlauf auf die optimale Wahl des Stellwertes EI geschlossen werden kann.h2 (transition from H to zero, close plug completely). For illustration, the “ideal” course of the outflow quantity is dashed in FIG. 4a drawn, namely the one which is theoretically required to - under Assumption of a constant swallowing capacity of the form - a step function for the filling level (Jump empty / full). The display of the level signal e.g. on a Writer 21 can be useful here, since its course is based on the optimal Choice of the manipulated variable EI can be closed.

Die Fig. 4a und 4b veranschaulichen die mit der Einrrchtung nach Fig. 1 erreichte gute Annäherung an den "idealen" Verlauf bzw.4a and 4b illustrate the with the device according to Fig. 1 achieved a good approximation of the "ideal" course or

an die praktischen Erfordernisse, nämlich das rasche "Angiessen" mit maximaler Ausflussmenge bei noch leerem Giesstrichter, die anschliessende, entsprechend dem Schluckvermögen geregelte Verminderung der Ausflussmenge wälirend der Formfüllung und schliesslich die selbsttätige Unterbrechung des Giessvorganges, wenn der Füllstand im Trichter bei unterbrochenem Giessstrahl nicht mehr absinkt.to the practical requirements, namely the rapid "pouring" with maximum flow rate with an empty pouring funnel, the subsequent one accordingly the swallowing capacity regulated reduction of the flow rate rolling the mold filling and finally the automatic interruption of the pouring process when the fill level no longer drops in the funnel when the pouring jet is interrupted.

Um Störeinflüsse durch Schwankungen der Strahlungsintensität (Temperaturanderungen) der Schmelze, der Formwandstrahlung sowie der atmosphärischen Strahlungsabsorption auszuschalten, können Referenzmessungen verwendet werden. In Fig. 5 ist eine entsprechende Anordnung mit drei in der Bildebene der Optik 12 liegenden Fotodetektoren 14s, 14u, 14w schematisch dargestellt, auf welche drei übereinanderliegende Teilbereiche 13s, lnu, ldw der Trichterwand durch die Optik 12 exakt und voneinander getrennt abgebildet werden. Der mittlere Detektor 14u, in dessen Bereich 13u normalerweise die Oberfläche 7 der Schmelze liegt, entspricht dem über eine variable Fläche ausgeleuchteten Detektor 14 nach Fig. 5, während der Detektor 14s ein Referenzsignal für die Strahlung der Schmelze und der Detektor 14w ein Referenzsignal für die Stahlung der Formwand liefert. Die drei entsprechenden Signale zum ßs 2 und werden in der Rechenschaltung 16 in an sich bekannter Weise so w ausgewertet, dass an seiner Ausgangsleitung 17 das dem Füllstand proportionale Signal erscheint.Reference measurements can be used to eliminate interference caused by fluctuations in the radiation intensity (temperature changes) of the melt, the mold wall radiation and the atmospheric absorption of radiation. In Fig. 5 a corresponding arrangement with three photodetectors 14s, 14u, 14w lying in the image plane of the optics 12 is shown schematically, onto which three superimposed partial areas 13s, lnu, ldw of the funnel wall are mapped exactly and separately from each other by the optics 12. The middle detector 14u, in the area 13u of which the surface 7 of the melt normally lies, corresponds to the detector 14 according to FIG Radiation of the mold wall supplies. The three corresponding signals for ßs 2 and are evaluated in the arithmetic circuit 16 in a manner known per se so that the signal proportional to the level is at its output line 17 appears.

Da diese rechnerische Auswertung der Detektorsignale auf einer Verhältnisbildung beruht, werden dabei sowohl Schwankungen im Verhältnis der Schmelzestrahlung zur Formwandstrahlung als auch atmosphärisch bedingte Signalschwankungen kompensiert.Since this computational evaluation of the detector signals is based on a ratio formation is based, both fluctuations in the ratio of the melt radiation to Wall radiation as well as atmospheric signal fluctuations are compensated.

Unter der Voraussetzung, dass die Strahlung der Formwand viel kleiner ist als diejenige der Schmelze, liefern die beiden Signale 3 Und allein allein bzw. deren Verhältnis eine ausreichend genaue 5 Führungsgrösse; entsprechend sind in diesem Fall nur zwei Fotodetektoren 14u, 14s notwendig.Provided that the radiation of the mold wall is much smaller is than that of the melt, the two signals deliver 3 And alone or the ratio of which is a sufficiently precise reference variable; accordingly are in in this case only two photo detectors 14u, 14s are necessary.

Insbesondere lässt sich aus dem Absolutwert des Signals &ein Steuersignal gewinnen, welches angibt, ob der Uebergang 7 zwischen Schmelze und Trichterwand sich im Bereich des Detelctors 14u befindet.In particular, a control signal can be derived from the absolute value of the signal & win, which indicates whether the transition 7 between the melt and the funnel wall is located in the area of the detector 14u.

Durch Wahl besonderer Fotodetektoren oder durch Vorschalten von StraJilungsfiltern kann die Auswertung auf einen Teilbereich des Spektrums beschränkt werden, wodurch sich zum Beispiel der Einfluss von Fremdlicht vermindern lässt.By choosing special photo detectors or by adding radiation filters the evaluation can be limited to a part of the spectrum, whereby For example, the influence of extraneous light can be reduced.

Die vorstehend beschriebene Einrichtung lässt sich sowohl beim Giessen in Sandformen als auch bei Kokillen anwenden. LeerseiteThe device described above can be used both during casting use in sand molds as well as in ingot molds. Blank page

Claims (3)

Patentansprüche 1. Ueberwachungseinrichtung zum Vergiessen von Schmelze in Giessformen, mit einem die Ausflussmenge aus einer Giesspfanne beeinflussenden Stellorgan, welches mit einem fotoelektrischen Wandler in Verbindung steht, der auf die Strahlung der im Eingusssystem einer Form befindlichen Schmelze anspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der fotoelektrische Wandler (10) eine Abbildungsoptik (12) aufweist, die einen sich über die Höhle des Giesstrichters (4) erstreckenden Bereich (13) der Trichterwand auf mindestens einen in der Bildebene der Optik (12) angeordneten, flächenhaften Fotodetektor (14) optisch exakt abbildet, welcher mit einer Auswerteschaltung (16, 18) verbunden ist, die während der Dauer der Formfüllung in Abhängigkeit von der entsprechend der Trichterfüllung veränderlichen Flächenausleuchtung des Detektors ein variables Stellsignal für das Stellorgan (8) erzeugt.Claims 1. Monitoring device for pouring melt in casting molds, with one influencing the flow rate from a pouring ladle Actuator, which is connected to a photoelectric converter, the responds to the radiation of the melt in the pouring system of a mold, characterized in that the photoelectric converter (10) has imaging optics (12), which extends over the cavity of the pouring funnel (4) Area (13) of the funnel wall on at least one in the image plane of the optics (12) arranged, planar photodetector (14) optically exactly images, which with an evaluation circuit (16, 18) is connected, which during the duration of the mold filling depending on the surface illumination, which changes according to the funnel filling of the detector generates a variable control signal for the control element (8). 2. Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Fotodetektoren (14u, 14s) vorhanden sind, auf welche die Optik (12) zwei übereinanderliegende Teilbereiche (13u, 13s) der Trichterwand getrennt abbildet, wobei während des Giessvorganges der eine Teilbereich (13s) vollständig und der andere (13u) teilweise von der Schmelze bedeckt sind..2. Monitoring device according to claim 1, characterized in that that at least two photo detectors (14u, 14s) are present on which the optics (12) two superimposed partial areas (13u, 13s) of the funnel wall separated images, with one sub-area (13s) being completely during the casting process and the other (13u) are partially covered by the melt .. 3. Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen dritten Fotodetektor (14w), auf den die Optik (12) einen weiteren, höher liegenden Teilbereich (15w) abbildet.3. Monitoring device according to claim 2, characterized by a third photodetector (14w) on which the optics (12) have a further, higher-lying one Partial area (15w) is shown.