Verfahren und Stranggiessvorrichtung mit einer Einrichtung zum Messen des Kikollenfüllstandes für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl

Abstract

 Ein Verfahren zum Messen des Kokillenfüllstandes in einer Stranggießvorrichtung für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl, Arbeit 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.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Stranggießvorrichtung mit einer Einrichtung zum Messen des Kokillenfüllstandes für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl.

[0002] Ein derartiges Verfahren dient zur Unterstützung bei automatisierten Angießvorgängen. Die Feststellung des aktuellen Füllstandes ist für die Steuerung einer Stopfenstange 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 Wirbelstrom-Mess-Systemen der Nachteil eines auf ca. 100 mm begrenzten Messbereiches von der Oberkante der Stranggießkokille bis zum Gießspiegel. Zum Ausgleich dieses Nachteils ist ein zusätzlicher Sensor, z.B. ein radioaktives System, erforderlich.

[0003] 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.

[0004] 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 Stranggießkokille nicht stattfindet.

[0005] Gemäß einer anderen bekannten Verfahrensweise (EP 0 419 104 B1) wird ein Schmelzpegel dahingehend ermittelt, dass ein Satz von Sendespulen und Empfangsspulen außerhalb der Stranggießkokille angeordnet wird und dass über eine Wechselspannung ein Wechselmagnetfluss erzeugt wird, wobei durch Erfassen sowohl 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.

[0006] Es ist ferner ein Apparat zur Messung und Anzeige des Flüssigkeitsniveaus in Gefäßen 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.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das erste Füllen einer für das Gießen vorbereiteten , noch stillstehenden Stranggießkokille, zu messen.

[0008] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während des Füllens der durch einen Anfahrkopf verschlossenen, gekühlten Stranggießkokille in einem 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 Oszillationsantriebs 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 werden kann.

[0009] Nach weiteren Merkmalen wird vorgeschlagen, dass die Gewichtskraft des flüssigen Metalls zusammen mit den aktuellen geometrischen Parametern der Stranggießkokille und festen Konstanten in den aktuellen Füllstand umgerechnet werden. Dadurch kann die Genauigkeit der Messung gesteigert werden.

[0010] 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.

[0011] Dabei ist es zweckmäßig, nach anderen Merkmalen derart vorzugehen, dass der hydraulische Oszillationsantrieb bei Erreichen des Gießspiegel-Sollwert-Niveaus eingeschaltet wird. Ab diesem Zeitpunkt kann eine besondere Gießspiegelregelung die Kontrolle übernehmen.

[0012] 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.

[0013] 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 Druckräume jeder Kolben-Zylinder-Einheit jeweils ein Druckmesser angeschlossen ist, dass aus den Zylinderdrücken mit den entsprechenden Arbeitsflächen eine Differenzkraft berechenbar ist, die der aktuellen Kraft der jeweiligen Kolben-Zylinder-Einheit entspricht. Das Gewicht des flüssigen Metalls ergibt dadurch nach Umrechnung über das Volumen die Füllstandshöhe in der Stranggießkokille.

[0014] 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.

[0015] Als Ausgangspunkt für die Messungen und Berechnungen ist es weiter vorteilhaft, dass die festgestellten Kraftwerte vor Beginn des Füllvorgangs als eine Kalibrieroder Nullpunktermittlung einsetzbar sind.

[0016] Für eine weitere Steigerung der Genauigkeit des Messergebnisses der Füllstandshöhe 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 miteinbezogen sind.

[0017] Weiterhin trägt zur Genauigkeitssteigerung des Messergebnisses bei, dass das spezifische Gewicht des flüssigen Metalls, ein Haftreibungsbeiwert oder ein Korrekturwert, das Übersetzungsverhältnis eines mit Hebeln ausgestatteten Oszillationsantriebs und die Federkennlinie bei Resonanz-Oszillationsantrieben als konstante Größen bei der Umrechnung in die Füllstandshöhe miteinbezogen sind.

[0018] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, anhand dessen das Verfahren und die Stranggießvorrichtung mit der Einrichtung zum Messen nachfolgend näher beschrieben werden.

[0019] Es zeigen:

Fig. 1

eine perspektivische Darstellung einer hydraulischen Stranggießkokillen-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.

[0020] 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 Zylinder 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 ändert sich daher mit der aktuellen Position S.

[0021] In Fig. 2 ist auf dem Hubtisch 1 die Stranggießkokille 2 gelagert, wobei die wesentlichen 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 Kokillenschmalseite 2b, der Formatdicke 10, der Lage und der Geometrie des Anfahrkopfes 7 und der Kokillenform 11 werden bei der Umrechnung in die Füllstandshöhe 8 miteinbezogen.

[0022] Das spezifische Gewicht des flüssigen Stahls, ein Haftreibungsbeiwert zur Kokillenwandung oder ein Korrekturwert, das Übersetzungsverhältnis eines mit Hebeln ausgestatteten hydraulischen Oszillationsantriebs, der auf das Mehrwegeventil 4 wirkt, und ggfs. die Feder-Kennlinie bei Resonanz-Oszillationsantrieben werden als konstante Größen bei der Umrechnung in die Füllstandshöhe 8 ebenfalls berücksichtigt.

[0023] Das ausgeführte Verfahren zum Messen des Kokillenfüllstandes in einer Füllstandshöhe 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 Stützwalzengerüstes gestartet und die Füllstandsmessung wird abgeschaltet. Gleichzeitig wird das Messen des Druckes 1 und des Druckes 2 in der Hydraulikflüssigkeit beendet.

[0024] Die Füllstandshöhe kann noch als redundantes System ( die Erfindung kann ebenfalls als redundantes System eingesetzt werden) über ein radioaktives Mess-System 15 zur Nachprüfung gemessen werden.

[0025] 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 Oszillation 14 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird das Messen des Einfüllvorgangs beendet. Es findet wiederum die redundante Messung über das radioaktive Mess-System 15 statt.

Bezugszeichenliste

[0026] 

1

Hubtisch

2

Stranggießkokille

2a

Kokillenbreitseite

2b

Kokillenschmalseite

3

Kolben-Zylinder-Einheit

3a

Druckraum

3b

Druckraum

3c

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

Ansprüche

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, gekühlten Stranggießkokille in einem 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.

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 Einschaltens 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 Strangtransportantriebe eingeschaltet werden.

6. 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,
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 Kalibrier- 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 ausgestatteten Oszillationsantriebs und die Federkennlinie bei Resonanz-Oszillationsantrieben als konstante Größen bei der Umrechnung in die Füllstandshöhe miteinbezogen sind.

Zeichnung