DE2923115C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung beim kontinuierlichen Gießen, insbesondere beim Stranggießen aus einem Schmelzenbe­ hälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche An­ ordnung ist bekannt aus der GB-PS 7 77 213.

Beim kontinuierlichen Gießen ist die Temperatur für das Erstarrungsbild von großer Bedeutung. Beim normalen Gie­ ßen von Stahl oder Eisen fällt die Temperatur während des Gießvorganges meistens um 20°C, manchmal um 30°C, d. h. Δ T = ±15°C. Es wäre gut, wenn man Δ T auf höchstens ±5°C be­ grenzen könnte, wodurch die Qualität des gegossenen Gegen­ standes bedeutend verbessert und zuverlässiger werden würde. Diese Temperaturgrenzen gelten für die Verwendung von Umrüh­ rern an der Seite des Gießstranges hinter der Kokille, wo innere Teile des Gießstranges noch nicht erstarrt sind. Wenn keine Umrührer verwendet werden, dann gelten noch engere Tem­ peraturgrenzen.

Bei der aus der GB-PS 7 77 213 bekannten Anordnung zum kontinu­ ierlichen Gießen sind Mittel vorgesehen, die Temperatur in der Zwischenpfanne möglichst schnell verändern zu können und auf den gewünschten Wert zu bringen, und zwar in beiden Richtun­ gen. Zur Temperaturerhöhung sind Induktionsspulen vorgesehen, und zwar sowohl an der Wand der Zwischenpfanne als auch an der oder den Ausflußöffnungen am Boden der Zwischenpfanne. Für die Herabsetzung der Temperatur in der Zwischenpfanne dienen eben­ falls diese Induktionsspulen, indem sie als hohle Leiter aus­ gebildet sind, die in gut wärmeleitendem Kontakt zu der Wand der Zwischenpfanne stehen und von einem Kühlmittel durchströmt werden. Es ist auch vorgesehen, betriebsmäßig gleichzeitig zu Heizen und zu Kühlen, um sehr schnell eine gewünschte Tempera­ tur einstellen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung beim kontinuierlichen Gießen der eingangs genannten Art zu entwic­ keln, bei welcher mit relativ einfachen Mitteln und geringem Energieaufwand die Temperatur in der Zwischenpfanne auf einen gewünschten, vorzugsweise konstanten, Wert während des ge­ samten Abgießvorganges gehalten werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung beim kontinuier­ lichen Gießen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorge­ schlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeigt das im Un­ teranspruch 2 genannte Merkmal.

Im Schmelzenbehälter fällt die Temperatur der Schmelze gemäß einer bekannten Kurve ab (Kurve 1 in Fig. 2). Die Erfindung nutzt diesen bekannten Verlauf aus, um eine im wesentlichen konstante Temperatur der Schmelze am Einlauf der Kokille beim kontinuierlichen Gießen, wie zum Beispiel beim Stranggießen, zu erhalten.

Durch die Anordnung gemäß der Erfindung kann die Temperatur­ schwankung am Auslauf der Zwischenpfanne auf Werte unterhalb ±5°C begrenzt werden.

Ausgehend von dem vorausberechneten Betrag und dem konstanten Sollwert kann man also den zusätzlichen Wärmebedarf ermitteln, der sich während des Gießverlaufes ständig ändert. Durch ent­ sprechende Steuerung des zusätzlichen Wärmebedarfs in der Zwischen­ pfanne kann eine im wesentlichen konstante Auslauftemperatur aus der Zwischenpfanne erreicht werden. Es ist zweckmäßig, die vorausberechnete Kurve fortlaufend zu überwachen, indem man beispielsweise die Temperatur der Schmelze in der Zwischen­ pfanne, vorzugsweise an deren Ausflußöffnung, von Zeit zu Zeit kontrolliert.

Auf diese Weise kann man eine sehr exakte Vorausberechnungs­ kurve bekommen, die dem Istwert der Temperatur im Schmelzen­ behälter entspricht. Durch dieses Vorausberechnungsverfahren vermeidet man also die Schwierigkeiten, die normalerweise beim Messen der Temperatur im Schmelzenbehälter auftreten.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Anordnung nach der Erfindung mit einem als Zwischenpfanne dienenden Niederfrequenz- Rinnenofen mit Einlauf und Auslauf,

Fig. 2 eine Vorausberechnungskurve für den Temperaturab­ fall im Schmelzenbehälter,

Fig. 3-5 ein Beispiel für eine Zwischenpfanne mit Heizorgan und Verteilerkasten für die Anordnung nach der Er­ findung,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung zur Steu­ erung der der Schmelze in der Zwischenpfanne zuge­ führten Wärmemenge.

In Fig. 1 deutet der Pfeil 2 a die Stelle an, an der von einem in der Arbeitsablaufkette vorgeschalteten Schmelzenbe­ hälter 2 Schmelze in den LFR-Ofen eingefüllt wird. Über den Auslauf 3 a erfolgt das Abfüllen in die Gießkokille. Das vorausberechnete Temperatursignal, also das Istwertsignal für die Temperatur im vorgeschalteten Schmelzenbehälter, wird über den Eingang 3 einem Gerät 5 zu­ geführt. Über den Eingang 4 wird intermittierend oder konti­ nuierlich ein Temperatursignal zugeführt, das dem Istwert in der Zwischenpfanne entspricht. Man erhält hier die Möglich­ keit, im Gerät 5 die vorausberechnete Kurve zu ändern, und das Steuersignal für das induktive Heizorgan wird über den Ausgang 6 dem induktiven Heizorgan zugeführt. Die Lei­ stung des induktiven Heizorgans wird in Abhängigkeit des ge­ nannten Steuersignals auf übliche Weise gesteuert, wodurch man am Auslauf 3 a eine im wesentlichen konstante Temperatur der Schmelze erreicht. Das induktive Heizorgan kann, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, aus einem separaten Nieder­ frequenz-Rinneninduktorofen (LFR-Ofen) bestehen, der derart unmittelbar an der Zwischenpfanne montiert ist, daß die Schmelze durch diesen Ofen hindurch und dann in den Verteil­ lerkasten 7 strömt. Der LFR-Ofen kann beispielsweise ein solcher sein, dessen Seitenrinnen vertikal verlaufen, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Es sind aber auch Rinnenöfen mit horizontalen Seitenkanälen verwendbar, wie es bei einem Zweikammerofen der Fall ist.

Fig. 2 zeigt die Temperaturabfall-Kurve 1 für die Schmelze im Schmelzenbehälter 2, der in Fig. 1 nur symbolisch ange­ deutet ist. Wie man erkennt, erleidet die Schmelze vom Beginn des Gießverlaufes zum Zeitpunkt A bis zum Schluß des Gieß­ verlaufes im Zeitpunkt B eine erhebliche Senkung der Tem­ peratur, beispielsweise zwischen 20 und 30°C während eines 100 Minuten in Anspruch nehmenden Gießverlaufes. Man braucht also die Temperatur im Schmelzenbehälter 2 nicht zu messen, sondern man berechnet die gezeigte Kurve 1 im voraus. Da­ durch, daß man die Temperatur in der Zwischenpfanne (4, Fig. 1) hin und wieder kontrolliert, kann man die vorausberechnete Kurve justieren, siehe die Stellen für Korrekturen 8 und 9, wodurch man die vorausberechnete Kurve so verbessern kann, daß sie ziemlich genau dem Istwert in dem vorgeschalteten Schmelzen­ behälter 2 entspricht. Es wird also die Induktorleistung derart gesteuert, daß die Temperatur des Stahles beim Ab­ fließen aus der Zwischenpfanne, also am Auslauf 3 a, konstant wird.

Die Temperatur des aus dem Schmelzenbehälter 2 in die Zwischen­ pfanne fließenden Stahls variiert aufgrund der Wärmeverluste, welche der Stahl im Schmelzenbehälter erleidet. Diese Wärmeverluste hängen von mehreren Faktoren ab, wie zum Bei­ spiel der Dicke der Schlackendecke, der Dicke der Ausfütterung und dem Vorwärmungsgrad des Schmelzenbehälters. Da es manch­ mal schwierig ist, die Endtemperatur mit Hilfe eines als Wär­ meausgleichsmodell programmierten Rechners mit hinreichender Präzision genau zu berechnen, nimmt man Korrekturen vor, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. Man nimmt diese Korrekturen in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit vor, d. h. in Abhängigkeit von der Aufenthaltsdauer des Stahls in dem Schmelzenbehälter, welche zum Beispiel 100 Minuten betragen kann (Zeitabstand zwischen den Zeitpunkten A und B in Fig. 2). Diese Korrekturen beruhen auf einer Messung der Temperatur der Schmelze in der Zwischenpfanne, und zwar vorzugsweise am Auslauf 3 a aus der Zwischenpfanne bzw. dem an die Zwischen­ pfanne angebauten Verteilerkasten 7. In Abhängigkeit dieser Messungen werden die Korrekturen 8 und 9 an der vorausberech­ neten Kurve 1 in Fig. 2 vorgenommen.

Die Fig. 3-5 zeigen eine Zwischenpfanne mit vertikalen Seitenrinnen 10 des Induktors und mit einer Induktorprimär­ spule 11, deren Leistung gesteuert wird. Das Einfüllen von Schmelze aus dem vorgeschalteten Schmelzenbehälter, dessen Temperaturistwert vorausberechnet wird, erfolgt über die Öffnung 12, und das Abfüllen erfolgt über Öffnung 13. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird an mehreren Stellen abgefüllt. Na­ türlich kann eine solche Anordnung auch mit nur einer einzigen oder einer sehr großen Anzahl von Abfüllstellen versehen sein. Die eigentliche Zwischenpfanne ist mit einem Deckel 14 abge­ deckt, und auch die an der Zwischenpfanne angebaute Vertei­ lerrinne ist mit einem Deckel 15 versehen. Der Eisenkern des LFR-Induktors ist mit 16 bezeichnet.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel des Steuerteils für die Leistung des induktiven Heizorgans für die Zwischenpfanne ausführlicher dargestellt. Der Temperaturabfall der Schmelze im Schmelzenbehälter 2 wird von Rechengliedern 17′, 17′′, 17′′′ vorausberechnet. Diese Rechenglieder sind mit einem motorisch verstellbaren Potentiometer 18 verbunden, dessen Motor über einen Schalter 19 vorlaufend und zurücklaufend in Gang gesetzt werden kann. Dieses Potentiometer in Verbindung mit den Rechen­ gliedern erzeugt eine Zeitfunktion für den Temperaturabfall der Schmelze im Schmelzenbehälter (siehe Fig. 2). Die Tempe­ raturfunktion kann durch einen Auswahlschalter 20, durch wel­ chen über Schalter 21 das Rechenglied 17′, 17′′ oder 17′′′ für die gewünschte vorausberechnete Tem­ peraturabfallkurve durchgeschaltet wird, aus­ gewählt werden.

An einem Potentiometer 22 wird die Temperatur T _{0 in} der Schmel­ ze im Schmelzenbehälter zu Beginn des Gießvorganges einge­ stellt. Wenn der Gießvorgang beginnt, wird der Antriebsmotor des Potentiometers 18 in Gang gesetzt und der vorausberechnete Temperaturabfall Δ T _in wird von T _{0 in} subtrahiert. Der ge­ wonnene Differenzwert ist die vorausberechnete Temperatur der Schmelze im Schmelzenbehälter. Dieser Wert wird über Ver­ stärker 24 und 25 von einem Anzeigeglied 23 angezeigt. Dieses Instrument kann für einen Temperaturbereich von 1550-1700°C gewählt werden.

Der Wert T _in wird mit einem Sollwert T _out für die Ausfluß­ temperatur der Schmelze aus der Zwischenpfanne verglichen. Dieser Sollwert wird an einem einstellbaren Potentiometer abgegriffen und der Vergleich erfolgt im Summierungsglied 27. Das Differenzsignal T _out -T _in wird in einem Verstärker 28 ver­ stärkt und auf ein Multiplikationsglied 31 gegeben, wo der Wert mit der Faktor · c _p multipliziert wird. Dabei be­ schreibt die pro Zeiteinheit durch die Zwischenpfanne fließenden Schmelzenmenge m, und c _p ist eine von dem Schmelzenmaterial abhängige Konstante. Der Wert kann mittels eines Gießtachometers gewonnen werden, welches in konstanter Höhe eines Eingußtrichters angebracht werden kann. Der Wert · c _p kann durch eine Potentiometeranordnung 29 gewonnen werden, deren Ausgangsgröße durch den Verstärker 30 verstärkt wird. Die Ausgangsgröße des Multiplikations­ gliedes ist die Steuergröße, welche die Wärmemenge bestimmt, die in der Zwischenpfanne der Schmelze zugeführt werden muß, um den Temperaturabfall im Schmelzenbehälter zu kompensieren. Zu dieser Größe wird im Summierungsglied 32 noch ein am Potentiometer 33 einstellbarer und dann konstant bleibender Wert addiert, durch welchen der Wärmeverlust in der Zwischen­ pfanne selbst ausgeglichen wird. Die Ausgangsgröße p _ind des Summierungsgliedes 32 steuert die Wärmeabgabe des Rinnenofens oder sonstigen Heizgliedes der Zwischenpfanne.

Zur Überprüfung der Temperatur T _in wird - wie bereits er­ wähnt - die tatsächliche Temperatur der Schmelze in der Zwischenpfanne mehrmals während des Gießvorganges gemessen. Wenn die vorausberechnete Temperatur T _in von der gemessenen abweicht, werden die erwähnten Korrekturen 8 und 9 in Fig. 2 durch Verstellungen am Potentiometer 22 vorgenommen.

Wenn der Gießvorgang beendet ist, wird das Antriebsglied des Potentiometers 18 durch Umlegen des Schalters 19 in die Ausgangsstellung zurückgefahren, wonach die Anordnung für einen weiteren Gießvorgang bereit ist.

In den Gliedern 17′, 17′′ und 17′′′ werden die Temperaturab­ fallkurven nicht im eigentlichen Sinne "berechnet". Bei diesen Gliedern handelt es sich um Funktionsgeneratoren, die als Funktion der Zeit Temperaturabfallkurven gemäß Fig. 2 auswerfen. Dieser Kurvenverlauf ist jedoch bereits in den Gliedern 17′-17′′′ gespeichert. Die eigentliche Gewinnung dieser Kurven, deren Werte dann in den Gliedern 17′-17′′′ in geeig­ neter Weise gespeichert werden, erfolgt empirisch oder rechnerisch.

Die Anordnung nach der Erfindung kann im Rahmen des offenbar­ ten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

Claims (2)

1. Anordnung beim kontinuierlichen Gießen, insbesondere beim Stranggießen aus einem Schmelzenbehälter, bei dem zwischen dem Schmelzenbehälter und der Gießkokille eine Zwischenpfanne mit einem induktiven Heizglied und einem Auslauf zur Kokille ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Istwertgeber für die Temperatur im Schmelzenbehälter (2) vorhanden ist, welcher aus einem Gerät zur Vorausberechnung des Temperaturabfalls im Schmelzenbehälter während des Gieß­ verfahrens besteht, wobei das Ausgangssignal des Istwertgebers mit einem Sollwertsignal für eine im wesentlichen konstante Temperatur am Auslauf (3 a) der Zwischenpfanne verglichen wird und das Differenzsignal das Heizglied steuert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das induktive Heizglied ein Rinneninduk­ torofen ist.