DE69512110T2

DE69512110T2 - Niveauregelungssystem für Metalstranggiessanlage oder halbkontinuierliche Giessanlage

Info

Publication number: DE69512110T2
Application number: DE69512110T
Authority: DE
Inventors: Magne Odegard; Jan Sivertsen
Original assignee: Norsk Hydro ASA
Current assignee: Norsk Hydro ASA
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2015-03-08
Also published as: RU95103730A; RU2122920C1; AU1360695A; EP0672486A3; ATE184522T1; AU698880B2; EP0672486A2; IS4272A; CA2144830A1; NO941000D0; NO941000L; NO178919B; IS1660B; US5526870A; EP0672486B1; DE69512110D1; NO178919C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pegelsteuersystem zur Steuerung des Metallpegels in einer kontinuierlich oder halbkontinuierlich arbeitenden Gießanlage z. B. in einer Gießanlage zum Herstellen von Barren oder Blöcken aus Aluminium, wobei die Gießanlage eine Gießform mit einer nach oben geöffneten Zuflußöffnung für geschmolzenes Metall und eine Zuflußrinne oder ähnliches aufweist und ein Auslaß oberhalb der Zuflußöffnung angeordnet ist, um geschmolzenes Metall von einem Warmhalteofen oder dergleichen überzuleiten.
Wenn Metall kontinuierlich oder halbkontinuierlich gegossen wird, wie es oben erwähnt wurde, wird heutzutage überlicherweise ein Metallflußsteuersystem verwandt, das auf der Verwendung von Schwimmern basiert. Dieses System hat begrenzte Möglichkeiten der Steuerung des Metallpegels während des Gießvorganges und keine Möglichkeit, den Metallzufluß während der Anfangsphase des Gießvorganges zu steuern. Daneben ist die Steuerung bei einem derartigen System langsam, was unter anderem zu einer ungleichmäßigen Qualität des gegossenen Metallkörpers führt.
Insbesondere beim Gießen von Walzblöcken sind der Metallzufluß in der Anfangsphase und somit der Metallpegel in der Gießform von sehr großer Bedeutung, da die meisten Schwierigkeiten, die in einer späteren Phase auftreten, durch diese anfänglichen Verhältnisse verursacht sind.
Die DE-A-33 46 650 zeigt eine Vorrichtung zum Steuern des Pegels des Schmelzgutes in einer Gießform und zum Regulieren des Metallausflusses von einer Zuflußrinne, bei der ein induktiver Sensor dazu verwandt ist, den Pegel des Schmelzgutes zu erfassen. Weiterhin offenbaren die US-A-4458530 und die JP-A-54006013 eine Metallgießanlage, bei der Mikrowellensensoren zur Erfassung des Metallpegels verwandt sind. Ein Hauptnachteil bei der obigen Art von Sensoren besteht darin, daß sie aufgrund ihrer geringen Empfindlichkeit direkt über (sehr nahe an) dem Metallpegel vorgesehen werden müssen.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Pegelsteuersystem geliefert, das eine gleichmäßige und schnelle Steuerung des Metallzuflusses in allen Phasen des Gießvorganges möglich macht, das zuverlässig und leicht zu benützen ist und das so vorprogrammiert werden kann, daß optimale Gießverhältnisse zu jeder Zeit während des Gießvorganges erhalten werden. Das liefert eine Anzahl von Vorteilen:
- Beim Gießen mit mehreren Gießformen wird es möglich, die gleichen Metallmengen und Füllraten bei allen Gießformen zu erzielen.
- Gleiche Füllrate von einem Gußteil zum anderen
- Gleicher Metallpegel in den Formen von einem Gußteil zum anderen
- Eine gleichmäßige Füllrate in der Gießform liefert eine verbesserte Metallverteilung gegenüber dem Gießschuh, was wiederum die Wärmeübertragung vom Gußmaterial zum Gießschuh verbessert und von einem Gußteil zum anderen gleich macht. Das wird auch die Neigung zur Schrumpfung beeinflussen und dadurch sicher stellen, daß das Gußmaterial am Gießschuh in einer stabilen Position ist.
- Weniger Gefahr eines festen Schwundes und einer Rißbildung.
- Weniger Gefahr von Oberflächenoxiden, die den Beginn von Rissen auslösen können.
- Weniger Unfallgefahr
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Metallpegel durch eine programmierbare logische Steuereinheit auf der Grundlage eines Signals von einem Radarsensor gesteuert wird, das den Pegel der Metallebene wiedergibt, indem der Metallzufluß durch eine von einem Stellglied betätigte Schließanordnung auf der Grundlage der Signale von der programmierbaren logischen Steuereinheit gesteuert wird, wie es im unabhängigen Anspruch 1 angegeben ist. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 6 geben bevorzugte Äusführungsbeispiele der Erfindung an.
Die Erfindung wird im folgenden weiter anhand von Beispielen unter Bezug auf die zugehörige Zeichnung beschrieben, die schematisch eine Teilschnittansicht einer halbkontinuierlich arbeitenden Gießanlage 1 für die Herstellung von Walzblöcken und ein Pegelsteuersystem 2 zum Steuern des Metallpegels in der Gießanlage zeigt.
Kurz beschrieben umfaßt die Gießanlage eine Gießform 3 mit einer nach oben offenen Zuflußöffnung 4 für geschmolzenes Metall und in Verbindung mit der Bodenseite der Gießform einen auf einem vertikal bewegbaren Träger 5 vorgesehenen Gießschuh. Das Metall wird in die Gießform durch eine Zuflußrinne oder ähnliches gefüllt, die in Verbindung mit einem Warmhalteofen vorgesehen ist, der gekippt werden kann (nicht weiter dargestellt).
Das Pegelsteuersystem 2 umfaßt einen Radarsensor 8, eine PLC (programmierbare logische Steuerung) 9, ein hydraulisches Aggregat 10, ein Proportionalitäts- oder Servoventil 11 und ein hydraulisches Stellglied 12. Der Radarsensor 8, der eine Antenne aufweist (nicht weiter dargestellt), ist über der Gießanlage in einem Abstand davon vorgesehen und so angeordnet, daß er den Abstand zur Metallebene in der Metallzuflußöffnung 4 mißt. Vorzugsweise ist der Radarsensor in einem ausreichenden Abstand von der Gießanlage, beispielsweise in der Decke der Gießhalle vorgesehen, wo die Steueranordung angeordnet ist. Er wird daher nicht während des Gießvorganges oder während der Arbeit mit der Gießanlage, beispielsweise in Verbindung mit der Wartung der Gießanlage, im Weg stehen.
Darüberhinaus wird bei einer derartigen entfernten Positionierung des Radarsensors vermieden, daß der Sensor durch heißes Metall beschädigt wird. Die Verwendung eines Radarsensors als Abstandsmeßeinrichtung liefert daher einen wesentlichen Vorteil der Erfindung.
Der Radarsensor, d. h. die Antenne erzeugt ein moduliertes Mikrowellensignal und empfängt ein reflektiertes Signal von der Metalloberfläche. Das reflektierte Signal wird demoduliert, von unerwünschten Reflektionen gefiltert und durch einen Mikroprozessor im Sensor analysiert, der seinerseits ein elektrisches Signal an die PLC-Einheit 9 nach Maßgabe des Pegels der Metallebene abgibt. Die Genauigkeit der Messung für den Radarsensor hat sich bei Versuchen als besser als +/- 0,5 mm herausgestellt.
Der Metalldurchsatz in der Zuflußrinne 7 wird durch ein Drosselventil 13 reguliert, das in die Zuflussrinne herunter reicht und das in der vertikalen Richtung mittels eines hydraulischen Stellgliedes 12 bewegbar ist. Das Stellglied besteht aus einer hydraulischen Kolbenzylindereinheit, die durch hydraulisches Öl von einem hydraulischen Aggregat 10 angetrieben wird. Sie weist eine eingebaute elektronische Positionseinrichtung in Form eines Sensors (nicht weiter dargestellt) auf, der an die PLC-Einheit ein Signal nach Maßgabe der Position des Kolbens und dadurch der Drosselventilposition in der Zuflußrinne ausgibt. Der Zufluß an hydraulischem Fluid zum Stellglied 12 wird durch ein Proportionalventil oder ein Servoventil 11 reguliert, das elektrische Signale von der PLC-Einheit 9 empfängt.
Die PLC-Einheit ist das "Gehirn" eines derartigen Steuersystems und kann so programmiert werden, daß die Metallebene während des Gießenvorganges zu jedem Zeitpunkt auf einer Höhe bleibt, die zur Erzielung eines optimalen Gießergebnisses erwünscht ist.
Das Steuersystem nach Maßgabe der Erfindung arbeitet kurz beschrieben wie folgt:
Wenn der Gießvorgang beginnt, öffnet sich über das Stellglied 12 das Drosselventil in der Zuflußrinne derart, das flüssiges Metall in der gewünschten Menge in die Zuflußöffnung 4 der Gießform 3 nach unten fließen kann. Der Pegel der Metallebene in der Gießform wird durch den Radarsensor aufgezeichnet, der fortlaufend dementsprechende Signale an die PLC-Einheit überträgt. Vom Anfang des Gießvorganges an oder während des Gießvor ganges überträgt die PLC-Einheit elektrische Signale auf das Servoventil 11, das seinerseits den Zufluß des hydraulischen Fluides zum Stellglied so beeinflußt, daß dieses die Position des Drosselventils in der Zuflußrinne dem gewünschten Metallstrom entsprechend steuert. Das hydraulische Stellglied liefert fortlaufend Signale bezüglich der Position des Drosselventils in der Zuflußrinne der PLC-Einheit.
Was den Radarsensor anbetrifft, so kann dieser zusätzlich zur Verwendung zur Aufzeichnung des Pegels der Metallebene auch dazu verwandt werden, die Position (Höhe) des Gießschuhs relativ zur Gießform vor dem Beginn des Gießvorganges aufzuzeichnen. Das stellt einen weiteren wesentlichen Vorteil der Erfindung dar, durch den ein Eindringen von Wasser in den Schuh, eine Beschädigung der Anlage und ein Ausfliesen von Metall verhindert werden.
Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen genau beschrieben ist, ist in keiner Weise durch das in der Figur dargestellte und oben beschriebene Beispiel beschränkt. Es kann somit ein elektrisch betriebenes Stellglied anstatt des hydraulisch betriebenen Stellgliedes verwandt werden. Ein hydraulisches Stellglied ist jedoch bevorzugt, da es für hohe Temperaturen (Wärme) wenig empfindlich ist. Eine Düsen/Nadel-Anordung, bei der das Stellglied eine Nadel bewegt, die nach unten in eine Düsenöffnung in der Zuflußrinne reicht, kann weiterhin statt der Schließanordung in Form eines Drosselventils 13 verwandt werden.
Darüberhinaus kann die PLC-Einheit zusätzlich zur Steuerung des Pegels der Metallebene in einer integrierten Funktion auch dazu verwandt werden, die Füllposition des Warmhalteofens zu steuern. Das kann dadurch erfolgen, daß die PLC-Einheit dazu verwandt wird, ein Servoventil in einem hydraulischen System zu steuern, das seinerseits das Kippen des Warmhalteofens entsprechend dem notwendigen Metallstrom in der Zuflußrinne steuern kann.

Claims

1. Pegelsteuersystem zum Steuern des Metallpegels in einer kontinuierlich oder halbkontinuierlich arbeitenden Gießanlage beispielsweise in einer Gießanlage zur Herstellung von Barren oder Blöcken aus Aluminium, wobei die Gießanlage eine Gießform (3) mit einer nach oben offenen Zuflußöffnung (4) für geschmolzenes Metall und eine Zuflußrinne (7) oder ähnliches aufweist und ein Auslaß oberhalb der Zuflußöffnung angeordnet ist, um geschmolzenes Metall von einem Warmhalteofen oder ähnlichem überzuleiten, gekennzeichnet durch einen Radarsensor (8) mit Antenne, der in einem Abstand über der Gießanlage vorgesehen ist, um die Strecke bis zur Ebene des geschmolzenen Metalls in der Metallzuflußöffnung (4) zu messen und ein dafür repräsentatives Signal zu erzeugen, eine programmierbare logische Steuerungeinheit (PLC) (9), die in Arbeitsverbindung mit dem Radarsensor steht, eine Schließ/Öffnungsanordung (13) am Auslaß der Metallzuflußrinne (7) und ein Stellglied (12), das in Arbeitsverbindung mit der PLC-Einheit steht, um die Schließanordung (13) anzutreiben, wobei im Betrieb der Metallpegel durch die PLC-Einheit 9 auf der Grundlage des Signals vom Radarsensor (8) gesteuert wird, das den Pegel der Metallebene anzeigt, und der Metallzufluß durch die vom Stellglied (12) betriebene Schließanordung (13) auf der Grundlage der Signale von der PLC-Einheit (9) gesteuert wird.

2. Pegelsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Stellglied (12) eine hydraulisches Stellglied ist und durch ein Proportionalitätsventil oder ein Servoventil (11) gesteuert wird.

3. Pegelsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (12) elektrisch betrieben wird.

4. Pegelsteuersystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließanordung (13) ein Drosselventil (14) ist, das in der Zuflußrinne (7) angehoben und abgesenkt oder gedreht werden kann.

5. Pegelsteuersystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließanordung (13) eine Düsen/Nadel-Anordnung ist.

6. Pegelsteuersystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die PLC-Einheit (9) Signale dem Servoventil (11) in einem hydraulischen System liefert, das das Füllen des Wärmhalteofens auf der Grundlage des notwendigen Metallstroms der Zuflußrinne (7) steuert.