[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Füllen einer Stranggießkokille
mit metallischer Schmelze, bei dem bzw. der die Schmelze durch eine mittels eines
auf- und abbewegbaren Stopfens verschließbare Bodenöffnung eines metallurgischen
Gefäßes, insbesondere einer Verteilerrinne, geregelt in die Stranggießkokille gegossen
wird, wobei während des Füllens der Stranggießkokille der Stopfen vorgegebene, insbesondere
von der Badspiegelhöhe in der Stranggießkokille abhängige Auf- und Abwärtsbewegungen
ausführt, und wobei ferner während des Füllens der Stranggießkokille am der Bodenöffnung
zugewandten Ende des Stopfens durch eine dort vorgesehene Austrittsöffnung Inertgas,
insbesondere Argon, in die ausströmende Schmelze einblasbar ist.
[0002] Aus der EP-A-0 084 416 ist es bekannt, im Stopfen eine Längsbohrung vorzusehen,
durch die hindurch Inertgas, insbesondere Argon, während des Gießens in die ausströmende
Schmelze einleitbar ist. Der Grund für diese Maßnahme besteht darin, im Bereich der
Bodenöffnung des metallurgischen Gefäßes ein Einfrieren der metallischen Schmelze
sowie die Ablagerung von Aluminiumoxid zu vermeiden (s. Seite 3, Zeilen 20 ff, und
Seite 11, Zeile 5, der EP-A-0 084 416).
[0003] Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bzw. welche eine Feinregelung
der Badspiegelhöhe in der Stranggießkokille unter Vermeidung größerer Bewegungsausschläge
des dem metallurgischen Gefäß zugeordneten Stopfens erlaubt.
[0004] Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch die kennzeichnenden Merkmale des Ansprüches
1 und/oder 2, und vorrichtungstechnisch durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches
3 und/oder 6 gelöst.
[0005] Laborversuche haben gezeigt, daß man durch mehr oder weniger intensives Einblasen
von Inertgas, insbesondere Argon, in die ausströmende Schmelze im Bereich der Bodenöffnung
des metallurgischen Gefäßes die Badspiegelhöhe äußerst exakt einstellen kann, insbesondere
auf eine vorgegebene Sollwerthöhe, und zwar ohne daß der Stopfen dazu bewegt werden
muß. Bekanntermaßen haben selbst geringste Stopfenbewegungen große Auswirkungen auf
die Strömungs-Querschnittsfläche und damit auf die durch die Bodenöffnung ausströmende
Schmelzenmenge mit der Folge, daß mit den herkömmlichen Maßnahmen eine Feinjustierung
der Badspiegelhöhe in der Stranggießkokille praktisch nicht möglich ist. Darüber
hinaus haben Stopfenbewegungen ein relativ unruhiges Strömungsbild zur Folge. Auch
dies wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen vermieden.
[0006] Vorzugsweise ist die ferrostatische Höhe der Schmelze im metallurgischen Gefäß,
insbesondere Verteilerrinne oder "tundish" ebenfalls geregelt, und zwar wie in der
noch nicht veröffentlichten DE-A-38 17 580 der Anmelderin, wonach zu aufeinanderfolgenden
Zeitpunkten jeweils der Istwert der Schmelzenmenge im metallurgischen Gefäß in Form
des Schmelzengewichts oder der Badspiegelhöhe festgestellt bzw. getastet und mit einem
Sollwert, d. h. dem Sollgewicht oder der Soll-Badspiegelhöhe, verglichen wird, und
wonach anschließend zumindest dann, wenn der Istwert größer/gleich dem Sollwert ist,
die Tendenz der Regelabweichung nach oben oder unten festgestellt wird, wobei bei
Annäherung oder Überschreiten eines oberen oder unteren Tendenz-Grenzwertes entsprechend
umgekehrte Stellsignale an den Stopfenverschluß abgegeben werden. Auf diese Weise
läßt sich die Stopfenbewegung zusätzlich auf ein Minimum reduzieren, so daß insgesamt
eine konstante Strangabzugsgeschwindigkeit gewährleistet ist. Mit der letztgenannten
Tendenzerkennung lassen sich auch systemimmanente Toleranzen bestens kompensieren.
[0007] Vorteilhafte Details der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind noch in den Ansprüchen
4 und 5 sowie 7 beschrieben, wobei die Maßnahme nach Anspruch 7, wonach der Badspiegelsensor
mit einer Tendenzerkennungseinrichtung gekoppelt ist, durch die in Abhängigkeit von
der Geschwindigkeit der Badspiegeländerung in der Stranggießkokille das Regelventil
für die Argon-Einblasung steuerbar ist, eine besonders schnelle Einstellung der optimalen
Argonmenge erlauben.
[0008] Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Vorrichtung anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert.
In dieser Zeichnung ist mit der Bezugsziffer 13 ein metallurgisches Gefäß, z. B.
eine Verteilerrinne oder ein sogenannter "tundish", gekennzeichnet, dem aus einer
nicht weiter darge stellten Gießpfanne Metallschmelze 10 zugeführt wird. Der Ausguß
am Boden des Gefäßes 13 ist durch eine Bodenöffnung 12 und ein sich daran anschließendes
Tauchrohr 26 definiert. Der Bodenöffnung 12 ist ein auf- und abbewegbarer (Doppelpfeil
23) Stopfen 11 zugeordnet, mit dem die Bodenöffnung 12 verschlossen oder in vorgegebener
Weise geöffnet werden kann. Unterhalb des Gefäßes 13 ist eine Stranggießkokille 25
angeordnet, der unter entsprechender Öffnung der Bodenöffnung 12 Schmelze zugeführt
wird. Diese wird nachfolgend in der Stranggießkokille abgekühlt und in einer nicht
weiter dargestellten Strangführung zu einem festen Stahlstrang erkaltet. Die durch
die Bodenöffnung 12 und das Tauchrohr 26 ausströmende Metallschmelze ist mit den
Pfeilen 28 gekennzeichnet.
[0009] Um den Zufluß der Schmelze aus dem metallurgischen Gefäß 13 in die Stranggießkokille
25 derart verändern zu können, daß der Badspiegel 14 in der Stranggießkokille etwa
in der gleichen Höhe erhalten bleibt, ist in an sich bekannter Weise eine Badspiegel-Regelung
vorgesehen. Diese besteht aus einer Meßeinrichtung für den Badspiegel in der Stranggießkokille
25 und wird von einem radioaktiven Stabstrahler 27 und einem diametral gegenüberliegenden
Szintillationszähler 20 als Empfänger gebildet. Der Stopfen 11 ist über eine Traverse
29 in dem metallurgischen Gefäß 13 heb- und senkbar (Doppelpfeil 23). Das freie Ende
der Traverse 29 ist an einer vertikalen Stütze 30 befestigt, die durch eine nicht
näher dargestellte Einrichtung auf- und abbewegbar ist, und zwar in Abhängigkeit von
der durch die Badspiegel-Meßeinrichtung 20, 27 festgestellten Badspiegelhöhe, wobei
eine Stopfenbewegung immer dann ausgelöst werden soll, wenn der Badspiegel 14 in der
Stranggießkokille 25 eine Obergrenze oder Untergrenze über- bzw. unterschreitet.
Die letzterwähnten Grenzwerte definieren ein Sollwertband, welches durch die nachfolgend
beschriebenen Maßnahmen erheblich verbreitert werden kann, so daß es möglich ist,
ohne Stopfenbewegung innerhalb des erheblich verbreiterten Sollwertbandes die Badspiegelhöhe
auf eine vorgegebene Sollwerthöhe einzustellen und zu halten. Zu diesem Zweck weist
der Stopfen 11 an seinem der Bodenöffnung 12 des metallurgischen Gefäßes 13 zugewandten
Ende eine mit einer Inertgas, insbesondere Argonquelle 17 verbundene Austrittsöffnung
18 auf, durch die hindurch Inertgas, insbesondere Argon, in die ausströmende Schmelze
einleitbar ist (Pfeil 15). Die Austrittsöffnung 18 ist mit einer zentralen Längsbohrung
31 im Stopfen 11 verbunden. Diese wiederum steht über eine Gasleitung 16 mit der Gasquelle
bzw. dem Gasreservoir 17 in Verbindung, wobei zur Regelung der in die Schmelze eingeleiteten
Gasmenge in der Verbindungsleitung 16 ein Regelventil 19 angeordnet ist, dessen Öffnungsgrad
in Abhängigkeit von der mittels des als Badspiegel-Sensor dienenden Szintillationszählers
20 festgestellten Badspiegelhöhe 14 in der Kokille 25 einstellbar ist. Zu diesem Zweck
ist der Ventilkörper 21 des Regelventils 19 durch einen mechanischen, pneumatischen,
hydraulischen oder elektromotorischen Antrieb 24 in Schließstellung oder eine vorgegebene
Öffnungs- bzw. Drosselstellung bewegbar, wobei der Antrieb 24 auf ein vom Szintillationszähler
20 geliefertes Badspiegelsignal (reagiert), derart, daß bei im Verhältnis zu einem
vorgegebenen Sollwert steigendem Badspiegel 14 der Öffnungsgrad des Ventils 19 vergrößert
wird, und umgekehrt, so daß bei im Verhältnis zu einem vorgegebenen Sollwert steigendem
Badspiegel 14 mehr Argon in die ausströmende Schmelze (Pfeil 15) eingeblasen wird
als bei sinkendem Badspiegel, so daß innerhalb des erwähnten Sollwertbandes die Badspiegelhöhe
bei vorgegebenem Öffnungsgrad des Stopfens 11 im wesentlichen konstant gehalten wird.
[0010] Die elektrische Verbindung zwischen dem Szintillationszähler 20 und dem Ventilantrieb
24 ist durch die Signalleitung 22 gebildet. In dieser ist noch ein Komparator 32 angeordnet,
welcher feststellt, ob die Badspiegelhöhe 14 in der Kokille 15 noch innerhalb des
vorgegebenen Sollwertbandes liegt. Wird dieses überschritten, erfolgt eine Nachregelung
des Stopfens 11. Das entsprechende Signal zum nicht näher dargestellten Stopfenantrieb
ist mit der Bezugsziffer 33 gekennzeichnet.
[0011] Dem beschriebenen System liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch das im Bodenöffnungsbereich
eingeblasene Argon Schmelze zurückgehalten wird, und zwar in Abhängigkeit von der
Menge des eingeblasenen Argons mehr oder weniger. Auf diese Weise ist die beschriebene
Feinregelung der Badspiegelhöhe 14 in der Stranggießkokille 25 innerhalb des vorgegebenen
Sollwertbandes ohne zusätzliche Nachjustierung der Stopfenstellung möglich. Das Badspiegel-Sollwertband
kann mit Hilfe der beschriebenen Maßnahmen im Vergleich zum herkömmlichen Sollwertband
auf das 2- bis 3-fache verbreitert werden.
[0012] Die Einleitung von Argon kann auch durch eine im Boden des metallurgischen Gefäßes
13 angeordnete und in den Bereich der Bodenöffnung 12 mündende Gasleitung erfolgen,
die ebenfalls mit einem regelbaren Ventil gekoppelt ist, so daß in Abhängigkeit von
der Abweichung der Badspiegelhöhe 14 in der Kokille 25 von einer Sollwerthöhe kein,
mehr oder weniger Argon in die ausströmende Schmelze unter entsprechender Zurückhaltung
derselben einblasbar ist. Letztgenannte Maßnahme kann auch zusätzlich zu der Argon-Einblasung
durch den Stopfen 11 vorgesehen sein.
[0013] Um die Ansteuerung der optimalen Argonmenge zu beschleunigen, ist es denkbar, den
Badspiegelsensor 20 mit einer Tendenzerkennungseinrichtung (nicht dargestellt) zu
koppeln, durch die die Geschwindigkeit der Badspiegeländerung in der Kokille 25 festgestellt
wird und durch die in Abhängigkeit von der festgestellten Änderungsgeschwindigkeit
das Regelventil 19 steuerbar ist, und zwar so, daß die Änderung der Badspiegelhöhe
14 in Tendenzrichtung verzögert wird.
[0014] Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung des Regelventils 19 takt weise (digital).
[0015] Statt der vorbeschriebenen Badspiegel-Meßeinrichtung mit Stabstrahler und Szintillationszähler
können auch elektromagnetische oder optische Badspiegel-Meßeinrichtungen herkömmlicher
art vorgesehen sein. Diesbezüglich handelt es sich um eine an sich bekannte Einrichtung.
[0016] Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik
neu sind.
Bezugszeichenliste:
[0017]
10 Schmelze
11 Stopfen
12 Bodenöffnung
13 metallurgisches Gefäß
14 Badspiegelhöhe
15 Pfeil
16 Verbindungsleitung
17 Inertgas-, insbesondere Argonquelle
18 Austrittsöffnung
19 Drosselventil
20 Sensor (insbesondere Szintillationszähler)
21 Ventilkörper
22 Signalleitung
23 Doppelpfeil
24 Antrieb
25 Stranggießkokille
26 Tauchrohr
27 Stabstrahler
28 Strömungspfeil
29 Traverse
32 Stütze
31 Längsbohrung
32 Komparator
33 Stopfenantriebssignal
1. Verfahren zum Füllen einer Stranggießkokille (25) mit metallischer Schmelze, bei
dem die Schmelze (10) durch eine mittels eines auf- und abbewegbaren Stopfens (11
) verschließbare Bodenöffnung (12) eines metallurgischen Gefäßes (13), insbesondere
einer Verteilerrinne, geregelt in die Stranggießkokille gegossen wird, wobei während
des Füllens der Stranggießkokille der Stopfen (11 ) vorgegebene, insbesondere von
der Badspiegelhöhe (14) in der Stranggießkokille (25) abhängige Auf- und Abwärtsbewegungen
ausführt, und wobei ferner während des Füllens der Stranggießkokille (25) am der Bodenöffnung
(12) zugewandten Ende des Stopfens (11 ) Inertgas, insbesondere Argon, einblasbar
ist (Pfeile 15),
dadurch gekennzeichnet, daß
das Inertgas, insbesondere Argon, in Abhängigkeit von der Badspiegelhöhe (14) in der
Kokille (25) eingeblasen wird, derart, daß bei im Verhältnis zu einem vorgegebenen
Sollwert steigendem Badspiegel mehr Argon eingeblasen wird als bei sinkendem Badspiegel,
so daß bei vorgegebenem Öffnungsgrad des Stopfens (11 ) die Badspiegelhöhe im wesentlichen
konstant gehalten wird.
2. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß durch eine in den Bereich der Bodenöffnung (12) mündende Leitung - gegebenenfalls
zusätzlich - Inertgas, insbesondere Argon, zur Regelung der Badspiegelhöhe (14)
in der Kokille (25) eingeblasen wird unter entsprechender Drosselung des freien Strömungsquerschnitts
im Bereich der Bodenöffnung (12) des metallurgischen Gefäßes (13).
3. Vorrichtung zum Füllen einer Stranggießkokille (25) mit metallischer Schmelze (10),
bei der die Schmelze durch eine mittels eines auf- und abbewegbaren Stopfens (11)
verschließbare Bodenöffnung (12) eines metallurgischen Gefäßes (13), insbesondere
einer Verteilerrinne, geregelt in die Stranggießkokille gießbar ist, wobei der Stopfen
(11) am der Bodenöffnung (12) zugewandten Ende eine über eine Leitung (16, 31) mit
einer Inertgas-, insbesondere Argonquelle (17), verbundene Austrittsöffnung (18)
aufweist, durch die hindurch Inertgas, insbesondere Argon, in die ausströmende Schmelze
blasbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
in der Verbindungsleitung (16) zur Inertgas-, insbesondere Argonquelle (17) ein Regelventil
(19) angeordnet ist, dessen Öffnungsgrad in Abhängigkeit von der mittels eines Sensors
(20) festgestellten Badspiegelhöhe (14) in der Kokille (25) einstellbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ventilkörper (21 ) des Regelventils (19) durch einen mechanischen, pneumatischen,
hydraulischen oder elektromotorischen Antrieb (24) bewegbar ist, wobei der Antrieb
(24) auf ein vom Badspiegelsensor (20) geliefertes Signal (Signalleitung 22) reagiert,
derart, daß bei im Verhältnis zu einem vorgegebenen Sollwert steigendem Badspiegel
(14) der Öffnungsgrad des Ventils (19) vergrößert wird, und umgekehrt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
durch den Badspiegelsensor (20) eine Badspiegelober- und Badspiegeluntergrenze festgelegt
ist, zwischen denen der Badspiegelsollwert liegt, wobei erst nach Überschreiten der
Ober- und Untergrenze eine kompensierende Stopfenbewegung (Doppelpfeil 23) eingeleitet
wird.
6. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
in den Bereich der Bodenöffnung (12) des metallurgischen Gefäßes (13) mindestens
eine - gegebenenfalls weitere - Leitung zum Einblasen von Inertgas, insbesondere
Argon, mündet, in der ein regelbares Ventil angeordnet ist, so daß in Abhängigkeit
von der Abweichung der Badspiegelhöhe (14) in der Kokille (25) von einer Sollwerthöhe
kein, mehr oder weniger Argon in die durch die Bodenöffnung (12) hindurch ausströmende
Schmelze (10) einblasbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Badspiegelsensor (20) mit einer Tendenzerkennungseinrichtung gekoppelt ist, durch
die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Badspiegeländerung das Regelventil
(19) steuerbar ist.