Verfahren und Einrichtung zur Regelung der Giessspiegelhöhe im Giessraum einer Bandstranggiessanlage

Abstract

 Die Erfindung befaßt sich mit der Gießspiegelregelung im Gieß­raum 2 einer Bandstranggießanlage und sieht vor, daß der Gieß­spiegel 4 über einen Wirbelstromsensor 5 kontinuierlich berüh­rungslos gemessen, der Wirbelstromsensor 5 mittels Kontaktmes­sung über eine heb- und senkbare Elektrode 8 periodisch geeicht und der Durchlauf der Elektrode 8 durch einen Festpunkt, dem Punkt A über einen Laserstrahl 14 kontrolliert wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Gießspie­gelhöhe im Gießraum einer Bandstranggießanlage, bei dem die Bad­spiegelhöhe kontinuierlich gemessen wird und Abweichungen von einer vorgegebenen Höhenlage in Steuersignale zur Verschiebung des Gießspiegels auf die vorgebene Höhenlage umgesetzt werden, wobei neben der kontinuierlichen berührungslosen Höhenmessung mittels eines Wirbelstromsensors wenigstens ein Istwert der Gießspiegelhöhe durch den bezüglich seiner Höhenlage erfaßbaren Kontakt einer Elektrode mit dem Gießspiegel gemessen und der Istwert der Kontaktmessung zur Eichung der Wirbelstrommessung verwendet wird.
Ausgehend von der europäischen Patentanmeldung 85 102 701.1 (Veröffentlichungsnummer 0 194 327), die ein Verfahren zur Rege­lung der Lage des Gießspiegels im Gießraum einer Bandstranggieß­anlage betrifft, bei dem die von der Badspiegelhöhe abhängigen Meßsignale von Sensoreinheiten in Steuersignale zur Veränderung des Gießspiegels auf eine vorgegebene Gießspiegelhöhe umgesetzt werden, wird in dem deutschen Patent      (Patentanmeldung P      ) vorgeschlagen, für die Höhenmessung einen Wir­belstromsensor einzusetzen und diesen mir einem in das Schmelz­bad eingetauchten Elektrodenmeßfühler zu eichen.
Dieser Elektrodenmeßfühler sieht eine ständig eingetauchte län­gere und eine kürzere Gegenelektrode vor, die erst Kontakt mit der Schmelze bekommt, wenn der Badspiegel entsprechend weit an­gestiegen ist.

[0002] Die Schmelze selbst stellt dann eine leitende Verbindung zwi­schen den beiden Elektroden her und löst so ein diesen Istwert der Gießspiegelhöhe anzeigendes Signal aus, das zur Eichung des Wirbelstromsensors verwendet wird. Auch bei einem Elektrodenmeß­fühler mit mehreren Gegenelektroden wird nicht der Istwert der Gießspiegelhöhe zu einem beliebigen Zeitpunkt gemessen sondern bestätigt, daß bestimmte Istwerte beim Kontakt der Schmelze mit den Gegenelektroden jeweils erreicht sind.
Bei diesem bekannten Verfahren ist es unvermeidbar, daß sich an den Elektroden des Elektrodenmeßfühlers beispielsweise flüssi­ger Stahl ansetzt. Der Ansatz des flüssigen Stahls bildet eine Brücke zwischen den Elektroden und erstarrt leicht, wodurch zu befürchten ist, daß auch dann der leitende Zustand aufrechter­halten bleibt, wenn später der Badspiegel wieder absinkt.
Dieses Meßverfahren, das auf dem leitenden Zustand des Elektro­denmeßfühlers beruht, ist zwar zur Erfassung des Badspiegels zum Zeitpunkt des Beginns des Gießvorganges geeignet, kann aber den Stand des flüssigen Stahls nicht mehr mit hoher Genauigkeit er­fassen, wenn der Gießspiegel seinen vorgegebenen Wert, also einen gewissen stationären Zustand erreicht hat. Beim Beginn des Vergießens steigt das Bad je nach Zufuhr des flüssigen Stahles an, wobei sich keine Brücke, die die Elektroden in leitendem Zu­stand hält, bildet, so daß eine bestimmte Badspiegelhöhe exakt nachgewiesen werden kann.
Nach dem Angießen kommt es nun darauf an, einen vorgegebenen Gießspiegel so genau wie möglich einzuhalten, um ein dünnes Band konstanter Dicke und hoher Qualität erzeugen zu können. Die Gieß­spiegelmessung muß also feinfühlig Schwankungen der Gießspiegel­höhe anzeigen. Hierfür ist die kontinuierliche, berührungslose Messung mittels eines Wirbelstromsensors an sich sehr geeignet, doch gehen in das Meßergebnis auch eliminierbare Einflüsse aus den elektromagnetischen Eigenschaften des Umfeldes ein. Diese Umgebungseinflüsse sind aufgrund thermischer Verformungen der Vorrichtung nicht grundsätzlich konstant und können so im Laufe der Gießzeit zu mehr oder weniger bedeutenden Verzerrungen der Höhenmessung und zu Fehlern in der Gießspiegelregelung führen.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile und die einem sta­tionären Elektrodenmeßfühler anhaftenden Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zur Regelung der Gießspiegelhöhe zu schaffen, dessen Zuverlässigkeit über die gesamte Gießzeit erhalten bleibt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine insbesondere für die Lösung der Verfahrenstechnik geeignete Einrichtung bereit­zustellen.

[0004] Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kontaktmessung mittels einer vertikal verfahrbaren Elektrode während des gesamten Gusses periodisch wiederholt wird und nach jeder Wiederholung eine Eichung der Wirbelstrommessung erfolgt.

[0005] Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Elektrode auf ihrem Absenkweg in Richtung auf den Badspiegel vor Erreichen des Badspiegels eine ortsfeste Lichtschranke durch­läuft und zur Erfassung des Istwertes der Gießspiegelhöhe der Verfahrweg der Elektrode von der Lichtschranke bis zum Kontakt mit dem Gießspiegel gemessen wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­rens geht aus von einer Einrichtung zur Regelung der Gießspiegel­höhe im Gießraum einer Bandstranggießanlage mit einem Wirbel­stromsensor über dem Schmelzbad, mit einer Elektrode, die bei Er­fassung des Istwertes einer Höhenlage des Gießspiegels in Kon­takt mit der Schmelze ist, mit einer Steuervorrichtung, an die der Wirbelstromsensor und die Elektrode angeschlossen sind und die ein Programm enthält, mit dem die kontinuierlichen Signal­folgen des Wirbelstromsensors unter Berücksichtigung des Ist­wertsignals der Elektrode in Steuersignale umsetzbar sind, mit denen wenigstens einer der Gießparameter Zuführmenge der Metall­schmelze in den Gießraum und Gießgeschwindigkeit zum Zwecke der Verschiebung des Gießspiegels auf eine vorgegebene Gießspiegel­höhe veränderbar ist.

[0006] Sie ist erfindungsgemäß derart gestaltet, daß die Elektrode ver­tikal verfahrbar und der Verfahrweg der Elektrode erfaßbar ist, und daß über dem Schmelzbad und über der höchsten vorgesehenen Höhenlage des Gießspiegels und im Verfahrweg der Elektrode eine Lichtschranke oder dergleichen angeordnet ist.
Um Anbackungen von Schmelze an der Elektrode weitgehend auszu­schließen wird zweckmäßigerweise eine Graphitelektrode verwen­det.

[0007] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt schematisch:

Fig. 1 eine Gießspiegelregelung einer Bandstranggießanlage

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gießgefäß einer Bandstrang­gießanlage

Fig. 3 ein Gießdiagramm

[0008] Fig. 1 zeigt aus einer Bandstranggießanlage ein Gießgefäß 1 im Schnitt, dessen Gießraum 2 ein Schmelzbad 3 enthält. Die mit überhöhten Wellen anschaulich dargestellte Oberfläche des Schmelzbades 3 ist im Gießbetrieb der Gießspiegel 4, der beim Bandstranggießen auf einer vorgegebenen Höhenlage zu halten ist. Über dem Schmelzbad 3 ist im Gießraum 2 ein Wirbelstromsensor 5 ortsfest angeordnet, mit dessen Hilfe über die Veränderung der Flußdichte in einer Spule die Höhenlage des Gießspiegels 4 kon­tinuierlich berührungslos gemessen wird.
Unter dem Wirbelstromsensor 5 sei eine stromdurchflossene Spule verstanden, die bekanntlich aufgrund des durchfließenden Stro­mes ein Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld wird beeinflußt, wenn sich ihm ein elektrisch leitender Körper, hier der Gießspiegel 4 nähert. Diese Beeinflussung bewirkt eine Veränderung des Strom­flusses in der Spule, die erfaßt und in einen Höhenwert des Gießspiegels 4 umgesetzt werden kann.

[0009] Der Wirbelstromsensor 5 steht über eine Leitung 6 mit einem Steuergerät 7 in Verbindung.
Über dem Schmelzbad 3 ist eine Elektrode 8 an einer Elektroden­aufhängung 9 angeordnet und vertikal verfahrbar, indem ein re­versierbarer Schrittmotor 10 aktiviert wird. Die jeweilige Po­sition der Elektrode 8 wird vom Schrittmotor über eine Leitung 11 dem Steuergerät eingegeben.
In ihrer unteren Position hat die gestrichelt gezeichnete Elek­trode 8′ Kontakt mit dem Gießspiegel 4, wobei dabei durch den Kontakt von der Elektrode 8′ ein Signal ausgelöst wird, welches über die Elektrodenaufhängung 9 und die Leitung 11 ebenfalls dem Steuergerät 7 übertragen wird.
Eine aus Sender 12, Empfänger 13 und Lichtstrahl, hier einem La­serstrahl 14 bestehende Lichtschranke steht mit einer weiteren Leitung 15 ebenfalls mit dem Steuergerät 7 in Verbindung. Weiterhin sind eine Umlenkrolle 16 und ein Abschirmrohr 17 vor­gesehen.
Der Verfahrweg 18 der Elektrode 8 ist durch eine strichpunktier­te Linie angedeutet, die den Lichtstrahl 14 der Lichtschranke im Punkt A kreuzt; der unteren Position der Elektrode 8′ ist der Kontaktpunkt B zugeordnet.

[0010] Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Gießgefäß 1 einer Bandgieß­anlage, wobei hier zwischen dem Wirbelstromsensor 5 und der Elek­trode 8 eine Abschirmplatte 19 vorgesehen ist. Eine Tragvorrich­tung 20 hält den Wirbelstromsensor 5. Am vorderen Ende des Gieß­gefäßes 1 liegt die Gießdüse 21, die bei einer Zweirollen-Band­gießmaschine zusammen mit zwei übereinander angeordneten, nicht dargestellten gekühlten Gießwalzen den Gießschlitz bildet.

[0011] In dem Gießdiagranm nach Fig. 3 ist die Gießspiegelhöhe H über der Gießzeit t aufgetragen, wobei h1, h2, h3, h4 eine Höhendif­ferenz zwischen dem vom Wirbelstromsensor 5 angezeigten und von der Elektrode 8 gemessenen Wert zu den Gießzeiten t1 , t2, t3 und t4 angeben.

[0012] Im Folgenden wird anhand der Figuren das Wesentliche der vor­liegenden Erfindung zusammen mit ihrer Wirkung weiter erklärt. Bei Fig. 1 handelt es sich um ein System zur direkten Messung des Badspiegels nach dem Berührungsverfahren, und zwar mit dem Ziel, die Korrekturinformation für den Wirbelstromsensor 5 zu bekommen. Über dem Badspiegel 4 wird ein Meßterminal vom Be­rührungs-Typ, nämlich eine Elektrode 8 angebracht, welche mittels des Schrittmotors 10 oder eines ähnlichen Motors, der die Drehung exakt messen kann, mit einer konstanten Geschwin­digkeit auf- bzw. abwärts bewegt wird. Die Elektrode 8 besteht aus Graphit, so daß bei der Berührung von deren unterem Ende mit dem Badspiegel 4 ein Strom fließen kann. Sie bewegt sich im Ver­fahrweg 18 auf und ab. Damit man erkennt, ob sich die Elektrode 8 am Punkt A befindet oder nicht, ist das aus Sender 12 und Em­pfänger 13 bestehende optische System installiert. Wenn z. B. ein Laserstrahl 14 aus dem Sender 12 emittiert wird, wobei der Lichtweg durch die Elektrode 8 unterbrochen wird, wird wahrge­nommen, daß sich die Elektrode 8 am Punkt A befindet. Zur Er­fassung am Bezugspunkt A kann ein anderes Sensorelement - wie z. B. ein Grenzschalter - ebenfalls verwendet werden. Ausgehend von dem obigen Zustand, wird die Elektrode 8 vom Schrittmotor 10 bis zum Kontaktpunkt B herabgelassen. Wenn es sich dabei um eine Elektrode 8 handelt, die aus Graphit besteht, wird diese über einen Draht unter Spannung gesetzt. Berührt die Elektrode 8 den Badspiegel 4, so fließt ein Strom, dessen Erfassung als Nach­weis dafür herangezogen werden kann, ob sich die Elektrode 8 am Berührungspunkt B befindet oder nicht. Umgekehrt kann die Elek­trode 8′ am Kontaktpunkt B eingestellt und von dort nach oben bewegt werden, damit die Bewegungsstrecke, die die Elektrode 8 vom Kontaktpunkt B bis zum Punkt A zurücklegt, gemessen werden kann.

[0013] Der Bewegungsabstand zwischen Punkt A und Kontaktpunkt B kann durch Zählung der Schritte am Schrittmotor 10 in Erfahrung ge­bracht werden. Nach dem hier beschriebenen Verfahren läßt sich der Gießspiegel 4 des Schmelzbades 3 mit einer unter +/- 0,1 mm liegenden hohen Genauigkeit messen. Der so gemessene Gießspie­gel 4 wird dem Steuergerät 7 zugeführt, um als Information zur Korrektur an dem durch den Wirbelstromsensor 5 gemessenen Wert herangezogen zu werden.
Da nach dem o.g. Verfahren der Punkt A an einer vom Badspiegel 4 entfernten Stelle eingestellt werden kann, ist zu vermeiden, daß die Elektrode 8 einer hohen Temperatur der vom Badspiegel 4 aus­gestrahlten Wärme ausgesetzt wird. Dies bedeutet, daß ohne Be­einflussung durch Temperaturen und thermische Ausdehnung usw. der Badspiegel 4 mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann. Auch wenn sich an der Spitze der Elektrode 8 beispielsweise flüssiger Stahl einmal angesetzt hat, kann die Elektrode 8 wie­derholt benutzt werden, weil das Meßprinzip zur Erfassung des Badspiegels nicht auf leitendem Zustand beruht. Da ferner die am Kontaktpunkt B befindliche Elektrode 8 beim Wiederhochfahren mit Hilfe des Laserstrahles 14 erfaßt wird, bleibt der sich ansetzen­de flüssige Stahl oder das Grundmetall ohne Einfluß auf die Meß­genauigkeit.
Bei auf- oder abwärtiger Bewegung der Elektrode 8 könnte es vor­kommen, daß dessen Position und Bewegung das Meßergebnis des Wirbelstromsensors 5 beeinflußt. Deshalb ist es zu empfehlen, um die Elektrode 8 ein Abschirmrohr 17 oder eine Abschirmplatte 19 anzubringen.

[0014] In Fig. 2 ist als Draufsicht dargestellt, wie die Elektrode 8 durch die Abschirmplatte 19 vom Wirbelstromsensor 5 abgeschirmt ist.
An der Badoberfläche bilden sich während der Zufuhr des flüssi­gen Stahls oder des Gießvorganges Wellen, welche ebenfalls das Meßergebnis der Elektrode 8 beeinflussen können.

[0015] In diesem Fall können an mehreren Stellen im Gießraum 2 Elek­troden 8 angeordnet werden, damit man darauf beruhend den Gieß­spiegel 4 erfaßt, indem eine oder mehrere der Elektroden 8 durch Berührung mit dem Badspiegel 4 angesprochen haben; somit kann der Einfluß von Wellenbildung unterdrückt werden.

[0016] Die Erfindung wurde mit einer Zweirollen-Bandgießmaschine bei der Herstellung von Edelstahlbändern erprobt.
Flüssiger nichtrostender Stahl mit SUS 304-Zusammensetzung wurde dem Schmelzbad 3 zugeführt und Bänder mit einer Dicke von 2,0 mm und einer Breite von 650 mm gegossen. Das Verhalten des Gieß­spiegels 4 des dem Schmelzbad 3 gelieferten flüssigen Stahls nach Beginn der Zufuhr nahm man als Diagramm Fig. 3 auf, das ei ­nen ansteigenden Kurvenverlauf verzeichnete. Als jedoch zum Zeit ­punkt t1 während der Zufuhr von flüssigem Stahl der Badspiegel 4 mittels der Elektrode 8 gemessen wurde, war der vom Wirbelstrom­sensor 5 gemessene Wert mit Fehler h1 behaftet. Infolgedessen wird der Fehler h1 im Steuergerät 7 errechnet, damit der vom Wirbelstromsensor 5 erfaßte Wert nach oben korrigiert wird. Bei fortgesetzter Zufuhr von flüssigem Stahl erhöhte sich der Füllstand im Gießraum 2 noch weiter. Zu dem Zeitpunkt t2, wo der Gießspiegel 4 sein stationäres Niveau erreichte, wurde dieser erneut mittels der Elektrode 8 gemessen. Dabei wurde festge­stellt, daß der Meßwert des Wirbelstromsensors 5 mit Fehler h2 behaftet war. Beruhend auf dem Meßfehler h2 wurde auf gleiche Weise der vom Wirbelstromsensor 5 erfaßte Wert nach oben korri­giert.
Im Stadium, in dem der Badspiegel 4 des Schmelzbades 3 seinen stationären Zustand erreichte, wurde das Badniveau mittels der Elektrode 8 periodisch gemessen. Unter Zugrundelegung des je­weils zum Zeitpunkt t3, t4 festgestellten Meßfehlers h3, h4 wur­de der jeweilige Meßwert des Wirbelstromsensors 5 nach oben bzw. unten entsprechend korrigiert. Auf diese Weise wurde unter Auf­rechterhaltung des Gießspiegels 4 auf dem Soll-Niveau der flüs­sige Stahl zugeführt, so daß Bänder gegossen wurden.

[0017] Die so unter Konstanthaltung des Gießspiegels 4 auf dem Soll-­Wert während gesamter Phase des Bandgießens, also unter stabiler Betriebsbedingung hergestellten Bänder wiesen weder fehlerhafte Banddicke noch Gaseinschluß usw. auf und zeichneten sich durch hervorragende Eigenschaft aus.
Bei dem oben erläuterten Beispiel handelte es sich um eine Stranggießmaschine nach dem Duowalzenverfahren mit unterschied­lichen Walzendurchmessern Doch die vorliegende Erfindung wird keineswegs durch das hier erläuterte Beispiel eingeschränkt und kann auf die sonstigen nach dem Duowalzen-, Einzeltrommel-, Ein­zelgürtel-, Duogürtel-, Walzengürtelverfahren u. a. arbeitenden Stranggießmaschinen angewandt werden, bei denen aus dem im Bad abgegebenen flüssigen Stahl durch rasche Abkühlung und Erstar­rung Bänder hergestellt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Regelung der Gießspiegelhöhe im Gießraum einer Bandstranggießanlage, bei dem die Badspiegelhöhe konti­nuierlich gemessen wird und Abweichungen von einer vorgegebenen Höhenlage in Steuersignale zur Verschiebung des Gießspiegels auf die vorgegebene Höhenlage umgesetzt werden, wobei neben der kon­tinuierlichen berührungslosen Höhenmessung mittels eines Wirbel­stromsensors wenigstens ein Istwert der Gießspiegelhöhe durch den bezüglich seiner Höhenlage erfaßbaren Kontakt einer Elek­rode mit dem Gießspiegel gemessen und der Istwert der Kontakt­messung zur Eichung der Wirbelstrommessung verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktmessung mittels einer vertikal verfahrbaren Elektrode während des gesamten Gusses periodisch wiederholt wird und nach jeder Wiederholung eine Eichung der Wirbelstrommessung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrode auf ihrem Absenkweg in Richtung auf den Bad­spiegel vor Erreichen des Badspiegels eine ortsfeste Licht­schranke durchläuft und zur Erfassung des Istwertes der Gieß­spiegelhöhe der Verfahrweg der Elektrode von der Lichtschranke bis zum Kontakt mit dem Gießspiegel gemessen wird.

3. Einrichtung zur Regelung der Gießspiegelhöhe im Gieß­raum einer Bandstranggießanlage mit einem Wirbelstromsensor über dem Schmelzbad, mit einer Elektrode, die bei Erfassung des Ist­wertes einer Höhenlage des Gießspiegels in Kontakt mit der Schmelze ist, mit einer Steuervorrichtung, an die der Wirbel­ stromsensor und die Elektrode angeschlossen sind und die ein Programm enthält, mit dem die kontinuierlichen Signalfolgen des Wirbelstromsensors unter Berücksichtigung des Istwertsignals der Elektrode in Steuersignale umsetzbar sind, mit denen wenigstens einer der Gießparameter Zuführmenge der Metallschmelze in den Gießraum und Gießgeschwindigkeit zum Zwecke der Verschiebung des Gießspiegels auf eine vorgegebene Gießspiegelhöhe veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrode (8) vertikal verfahrbar und der Verfahrweg der Elektrode (8) erfaßbar ist, und daß über dem Schmelzbad (3) und über der höchsten vorgesehenen Höhenlage des Gießspiegels (4) und im Verfahrweg der Elektro­de (80 eine Lichtschranke (14) oder dergleichen angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrode aus Graphit besteht.

Zeichnung