AT502525A1

AT502525A1 - Verfahren zum stranggiessen einer metallschmelze

Info

Publication number: AT502525A1
Application number: AT16642005A
Authority: AT
Inventors: Christian Dipl Ing Furtmueller; Heinz Dipl Ing Bramerdorfer; Karl Dipl Ing Dr Moerwald; Re Luigi Dipl Ing Dr Del; Engelbert Dipl Ing Gruenbacher; Martin Dr Hirschmanner; Christian Ing Froehlich
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-04-15
Also published as: WO2007042170A1; AT502525B1

Description

A401162AT
Verfahren zum Stran[alpha][alpha]iessen einer Metallschmelze:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggiessen einer Metallschmelze, wobei die Metallschmelze von einem Zwischengefäss mengengeregelt unter Bildung eines Metallstranges mit einem flüssigen Kern und einem diesen umhüllenden Strangschale in eine Stranggiesskokille gegossen wird und der Metallstrang mit flüssigem Kern aus der Stranggiesskokille mittels angetriebener Rollen, vorzugsweise elektrisch angetriebener Rollen,

ausgezogen und über eine Strangführung mit in Abständen angeordneten Rollen geführt wird und wobei eine mit dem Strangpumpen korrelierende Messgrösse an mindestens einer angetriebenen Rolle gemessen wird und diese mit dem Strangpumpen korrelierende Messgrösse für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggiesskokille herangezogen wird.
Beim kontinuierlichen Stranggiessen ist es für die Ausbildung einer einheitlichen rissfreien Strangschale generell von besonderer Bedeutung, dass das Badspiegelniveau auf einer weitgehend konstanten Höhe gehalten wird. Dies ermöglicht eine gleichmässige Primärkühlung und ein gleichmässiges Schalenwachstum über die Giesszeit. Bei speziellen Stahlqualitäten, z.

B. peritektischen Stählen, kommt es während des kontinuierlichen Giessvorganges zu einem unregelmässig auftretenden Heben und Senken des Badspiegels, das als "Strangpumpen" (bulging, mold level hunting) bekannt ist. Strangpumpen wird im Weiteren als Phänomen verstanden, bei dem ein ermittelbarer Zusammenhang zwischen einem mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse und der Badspiegelbewegung feststellbar ist.
Es ist ein Merkmal dieser periodisch auftretenden Störung, dass sie bei einer bestimmten Giessgeschwindigkeit mit einer Periodendauer auftritt, die in etwa der durchschnittlichen Rollenteilung mindestens eines Bereiches der Strangführung entspricht. Im besonderen Masse tritt das Strangpumpen bei Stranggiessanlagen auf, bei denen die Rollenteilung in der Strangführung über längere Abschnitte konstant ist.

Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass neben der Grundwelle auch harmonische Oberwellen bis etwa zur 7. Oberwelle auftreten können. In der Fachliteratur finden sich Hinweise, dass bei Strangführungen mit stark wechselnder Rollenteilung entlang ihre Länge das ". . ! m m
Strangpumpen nicht mehr oder nur stark reduziert auftritt. In der EP 1 095720 A1 ist eine Lösung beschrieben, bei der in jedem Segment der Strangführung zumindest eine Rolle ausserhalb einer Standardteilung positioniert ist. Durch eine geeignete Wahl des Rollenplanes und die sich daraus ergebenden Phasenverschiebungen sollen die sich aus konstanter Rollenteilung ergebenden frequenzgebundenen Giessspiegelschwankungen unterbunden bzw. stark gemindert werden.

Das Vorsehen geometrischer Unregelmässigkeiten in einer Strangführung, die keineswegs willkürlich sind und somit wieder eine Regelmässigkeit beinhalten, können das Problem des Strangpumpens wahrscheinlich nicht grundsätzlich lösen und verteuern zusätzlich die Stranggiessanlage. Darüber hinaus ist eine derartige mechanische Lösung bei einer bestehenden Anlage nicht realisierbar.
Es konnte festgestellt werden, dass das Strangpumpen nur oberhalb einer empirisch zu ermittelnden kritischen Giessgeschwindigkeit auftritt, die wiederum vom verwendeten Giesspulver und der angewendeten Sekundärkühlung des Stranges in der Strangführung abhängt.

Eine Beschränkung der Giessgeschwindigkeit ist jedoch aus Sicht eines steten Trends zu Kapazitätssteigerungen nicht akzeptabel.
Grundlegende übereinstimmende Überlegungen zum Entstehen von periodischen Badspiegelschwankungen infolge Strangpumpens finden sich bereits in der AT 410409 B und der EP 1 095720 A1. Aus der JP 11-170021 A1 ist bereits ein Verfahren zur automatischen Feststellung des Strangpumpens beschrieben. Hierbei werden die Antriebsströme elektrisch angetriebener Treiberrollen messtechnisch erfasst und Änderungen dieser Antriebsströme mit Änderungen des Badspiegelniveaus in der Kokille verglichen.

Eine weitgehende Übereinstimmung im Signalverlauf für die Änderung des Giessspiegels und der Antriebsströme wird als Indiz für Strangpumpen angesehen.
Ein regeltechnisches Verfahren zur Dämpfung der Badspiegelschwankungen ist bereits aus der gattungsbildenden DE 102 14497 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird an einer oder mehreren Treiberrollen die Stromaufnahme gemessen und die StromaufnahmeMesswerte als Korrekturwert für die Mengenregelung bei der Zufuhr der Metallschmelze vom Zwischengefäss in die Stranggiesskokille berücksichtigt, indem der StromaufnahmeMesswert als Störgrösse in einen Regelkreis aufgeschalten wird.

Änderungen in der Stromaufnahme, die beispielsweise durch eine Änderung der Giessgeschwindigkeit hervorgerufen werden, oder periodisch wiederkehrende Störungen der StromaufnahmeWerte, beispielsweise hervorgerufen durch Rollenschläge unrund laufender Treiberrollen, werden vorab aus dem gemessenen Stromaufnahme-Signal herausgefiltert.

Das beschriebene Regelverfahren ist jedoch nicht geeignet, beispielsweise Eingangstotzeiten zu kompensieren, sodass stets nur ein Teil der auf das Strangpumpen zurückführbaren Badspiegelbewegungen beseitigt werden kann.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die oben beschriebenen Schwierigkeiten und Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, bei dem das Regelverhalten eines Reglers zur Vermeidung von Giessspiegelschwankungen infolge von Strangpumpen wesentlich verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,

dass mindestens eine mit dem Strangpumpen korrelierende Messgrösse unter Einbindung zumindest einer Rechenvorschrift in einer Recheneinheit verarbeitet und der solcherart ermittelte Wert für die Regelung der Füllstandshöhe in der Stranggiesskokille herangezogen wird.
Bei dem hiermit ermittelten Wert kann es sich zum einen um einen die Regelung verbessernden Informationswert handeln, wie beispielsweise eine Näherung der Periodendauer der Grundfrequenz des Strangpumpens. Zum anderen kann der Wert direkt als momentaner Korrekturwert für die Regelung der Füllstandshöhe herangezogen werden.
Die Rechenvorschrift kann auch ein mathematisches Modell umfassen.

Mit der Einbindung einer Rechenvorschrift oder eines mathematischen Modells zur Verarbeitung mindestens einer mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse wird zukünftiges Verhalten prädiktiert, indem bekanntes, dem mathematischen Modell zugrunde gelegtes Systemwissen herangezogen und/oder indem aus der Messgrösse ableitbares Systemwissen mit der Rechenvorschrift oder des mathematischen Modells generiert wird.
Als Systemwissen wären hier beispielsweise die systemimmanenten Totzeiten anzusehen, die sich aus baulichen Gegebenheiten und Materialtransport, sowie durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Sensorik und Steuerung,

sowie weiteren unvermeidbaren Verzögerungen zu einer Systemtotzeit summieren.
Auf Basis des bisher bekannten Wissens zur Mechanik und dem dynamischen Verhalten der Strangschale auf der Transportstrecke zwischen den jeweils aufeinander folgenden Strangführungsrollen, wie es in der DE 102 14497 A1 dargelegt ist, und aus dem Vergleich von Kurvenverläufen des Stromaufnahmesignals der Treiberrollen und des Badspiegelsignals in der Stranggiesskokille war es bis zu diesem Zeitpunkt nicht möglich und es wurde als unwahrscheinlich angesehen - aus diesen Signalverläufen regelungstechnisch verwertbare Aussagen für das zukünftige Systemverhalten abzuleiten.

Die Berücksichtigung von Systemwissen ermöglicht nunmehr eine das Regelverhalten verbessernde Veränderung der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse. -
Eine weitergehende und grundlegende Verbesserung des Regelverhaltens wird dadurch erreicht, dass zusätzlich zur mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse auch der zeitlicher Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse unter Einbindung zumindest einer Rechenvorschrift in einer Recheneinheit verarbeitet wird und der solcherart ermittelte Wert für die Regelung der Füllstandshöhe in der Stranggiesskokille herangezogen wird.
Die kontinuierliche,

zeitdiskrete oder gelegentliche Aufnahme der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse und die Analyse des zeitlichen Verlaufes dieser Messgrösse aus einem unmittelbar zurückliegenden Zeitintervall unter Anwendung vorgegebener Analysemethoden liefert Informationen zu den System- und Störeigenschaften, die wiederum für die Berechnung der momentanen Korrekturwerte herangezogen werden können.
Neben dem bekannten Wissen über die Frequenz des Strangpumpens, das bei annähernd konstanter Rollenteilung der Strangführungsrollen weitgehend mit dieser Strangteilung korreliert, ermöglicht der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messwerte die Ermittlung einer oder gegebenenfalls mehrerer Frequenzinformation, insbesondere die Berechnung der momentanen Strangpumpfrequenz, mit annähernd grosser Genauigkeit, um daraus einen Wert oder Korrekturwert zu generieren,

der den Badspiegel in der Stranggiesskokille weitgehend stabilisiert. Weitere Frequenzinformationen können sich aus den Oberschwingungen im zeitlichen Verlauf des Messwertes ergeben.
Eine weitere Verbesserung des Regelverhaltens kann erreicht werden, wenn der Zeitverlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse zur Gewinnung von Korrekturgrössen verwendet wird, die System- und Störeigenschaften repräsentieren und quantifizieren, und die eine laufende Verbesserung der Regelparameter und eine prädiktive oder adaptive Regelung ermöglichen.

Eine aus dem zeitlichen Verlauf der mit mm. .. dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse errechnete Frequenz des Strangpumpens kann hierbei über ein internes Modell zu einem Steuersignal verarbeitet werden, mit dem eine an sich bekannte Feedbackregelung mit Eingang Giessspiegelniveau und Ausgang Stopfen- oder Schieberposition wesentlich verbessert wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die mit dem Strangpumpen korrelierende Messgrösse und der zeitlicher Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse in einem mathematischen Modell unter Anwendung eines Algorithmus oder eines selbstlernenden Systems oder unter Verwendung von gegebenen Systemeigenschaften verarbeitet und der solcherart ermittelte momentane Korrekturwert für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggiesskokille herangezogen.
Vorzugsweise wird als eine mit dem Strangpumpen

korrelierende Messgrösse der Stromaufnahme-Messwert einer Strangführungsrolle herangezogen, wobei der Verlauf des Stromaufnahme-Messwertes den Leistungschwankungen an den Strangführungsrollen entspricht. Dieses Messsignal liefert ein leicht zu messendes und für das Strangpumpen besonders charakteristisches Signal.

Als Messgrösse kann gegebenenfalls zusätzlich das Signal der Giessspiegelhöhenmessung oder das Signal der Abzugsgeschwindigkeitsmessung in der Regelung mit verarbeitet werden.
Bei einer Regelung der Füllstandshöhe in der Stranggiesskokille mit dem erfindungsgemäss ermittelten momentanen Korrekturwert kann dieser sowohl als Regelgrösse für die Zuflussregelung der Metallschmelze vom Zwischengefäss in die Stranggiesskokille als auch als Regelgrösse für die Abzugsregelung des gegossenen Metallstranges herangezogen werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen:

Fig. 1 eine Stranggiessanlage in schematischer Darstellung in einem Längsschnitt unter Einbindung der erfindungsgemässen Regelung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm mit der Einbindung der erfindungsgemässen Regelung in die Stranggiessanlage, Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Stranggiessanlage mit einer erfindungsgemässen Badspiegelregelung aus regelungstechnischer Sicht,
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemässen Regelung mit einer Recheneinheit zur Realisierung einer prädiktiven Regelung,
Fig. 5 Darstellung eines Störsignales Y(t) und dessen Überlagerung mit einem Störsignal aus einer früheren Zeitperiode Y(t-T),
Fig. 6 Darstellung eines prognostizierten Störsignals Yp zum Zeitpunkt (t-T-dT),
Fig. 7 Verlauf der Giessspiegelschwankung ohne Prädiktion und mit einer Prädiktion gemäss Figur 6,
Fig.

8 Verlauf der Giessspiegelschwankung unter Einbeziehung einer adaptiven Einstellung der Totzeit und des Verstärkungsfaktors,
Fig. 9 Blockdiagramm einer erfindungsgemässen Regelung unter Einbindung eines zusätzlichen Rechenprogramms zur Bestimmung von Störgrösseneigenschaften.
In Figur 1 ist eine Stahl-Stranggiessanlage mit ihren wesentlichen Bauteilen, ohne Berücksichtigung besonderer Strangformate, Kühlbedingungen oder sonstiger baulicher Eigenheiten, dargestellt. Stahlschmelze 1 wird aus einer Giesspfanne 2 durch einen Bodenauslass 3 in ein oberhalb einer Stranggiesskokille 4 angeordnetes Zwischengefäss 5 eingefüllt. Die Stahlschmelze 1 fliesst vom Zwischengefäss 5 über eine Bodenöffnung 6 in eine Stranggiesskokille 4, wobei der freie Querschnitt der Bodenöffnung 6 mittels eines Stopfens 7 verschliessbar ist.

Zur Einstellung der Durchflussmenge ist der Stopfen 7 mit einem Regler 8 entsprechend der gewünschten Stahldurchtrittsmenge höheneinstellbar. Anstelle des Stopfens 7 kann auch ein hier nicht dargestellter Schieberverschluss am Zwischengefäss vorgesehen sein.
In der Stranggiesskokille bildet sich ein Strang 9 mit einem flüssigem Kern 10 und einer diesen Kern 10 umhüllenden Strangschale 11 , deren örtliche Dicke wesentlich von der Intensität der Primärkühlung innerhalb der Stranggiesskokille und im Weiteren von der Sekundärkühlung in einem der Stranggiesskokille 4 nachfolgenden Bereich der Strangführung 12 abhängt. Bei einem vorgesehenen Niveau N bildet sich in der Stranggiesskokille 4 ein Giessspiegel 13 aus, der von einer Giesspulverschicht 14 bedeckt ist.

Das Giesspulver bildet zwischen den Kokillenseiten wänden 15 und der Strangschale 11 eine Gleitschicht aus, die reibungsvermindernd wirkt, die allerdings auch den Wärmeübergang vom Strang 9 zur Stranggiesskokille 4 beeinflusst.
Der in der Stranggiesskokille ausgebildete Strang 9 wird über eine bogenförmig gestaltete Strangführung 12 zumindest bis zu seiner Durcherstarrung geführt. Sie weist unterhalb der Stranggiesskokille Fussrollen 16 mit sehr kleinem Durchmesser und damit geringer Rollenteilung auf, die den Strang mit der noch sehr dünnen Strangschale gut abstützen. Von diesen Fussrollen ist jedoch nur eine dargestellt.
Den Fussrollen 16 nachfolgend sind beidseitig des Stranges jeweils im äquidistanten Abstand 17 (Rollenteilung) Strangführungsrollen 18, 19 angeordnet, die ein Ausbauchen der strangschale infolge des ferrostatischen Druckes weitgehend verhindern sollen.

Einige dieser Rollen sind angetriebene Strangführungsrollen 19.
Um das Phänomen des Strangpumpens weitestgehend zu vermeiden, wird gemäss dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Stellung des Stopfens 7 und damit die Stahlschmelze-Durchflussmenge in folgender Weise geregelt: Mittels einer BadspiegelMesseinrichtung 20 wird der Istwert des Niveaus der Metallschmelze in der Stranggiesskokille 4 kontinuierlich gemessen und dieses Giessspiegelsignal als Regelgrösse h dem Regler 8 zugeführt. Weiters wird dem Regler 8 zumindest ein mit dem Störsignal z korrelierendes Messsignal Y, im vorliegenden Fall eine mit dem Strangpumpen korrelierende Messgrösse, insbesondere ein Stromaufnahme-Messwert lneiner angetriebenen Strangführungsrolle zugeführt, der von einem Stromstärke-Messgerät 21 kontinuierlich erfasst wird.

Zweckmässig wird die Stromaufnahme an mehreren Strangführungsrollen gemessen, da aus vielen Gründen, die mit dem Strangpumpen nichts zu tun haben, der Reibkontakt und damit die Drehmomentubertragung zwischen der Strangführungsrolle und dem Strang varieren kann. Aber auch giessprozessbedingte Giessgeschwindigkeitsänderungen, die ebenfalls eine Änderung der Stromaufnahme bedingen, sollen erfasst und berücksichtigt werden.

Derartige periodisch wiederkehrende oder singulär auftretende Störungen in den einzelnen Stromaufnahmesignalen sollen vorab im Regler aus dem Störgrössensignal herausgefiltert werden. > <
Der gegebenenfalls gefilterte Stromaufnahme-Messwert wird in einer Recheneinheit 22 mit einer Rechenvorschrift oder einem vorgegebenen mathematischen Modell entsprechend einer spezifischen Zielsetzung, die im Weiteren im Detail erläutert wird, verarbeitet und der solcherart ermittelte momentane Korrekturwert u einem Aktuator 25, im vorliegenden Fall einem Druckmittelzylinder zugeführt, mit dessen Beaufschlagung die Position des Stopfens 7 und damit die der Stranggiesskokille zugeführte Stahldurchflussmenge verändert wird.

Damit wird das Giessspiegelniveau h unter weitgehendem Verschwinden des Strangpumpens neu eingestellt.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Blockbilddarstellung eine Stranggiessanlage und einen ihr zugeordneten Regler. Der Regelung ist eine Referenzbadspiegel höhe hr[beta]f vorgegeben. An der Stranggiessanlage werden zumindest Momentanwerte der Badspiegelhöhe h und der Stromaufnahme y an den Strangführungsrollen gemessen, wobei der Momentanwert der Badspiegelhöhe h dem Regler unmittelbar zugeführt wird und der Momentanwert der Stromaufnahme y einer rechentechnischen Verarbeitung in einer Recheneinheit zugeführt wird. Unter Berücksichtigung von anlagenspezifischen und produktionsspezifischen Systeminformationen wird ein momentaner Korrekturwert ermittelt und der Regelung als Störgrösse auf geschalten.

Mit dem Korrekturwert u erfolgt die Beeinflussung Zuflussmenge in die Kokille über die Position des Stopfens und gegebenenfalls mit dem Korrekturwert u eine Anpassung der Strangabzugsgeschwindigkeit.
Anhand der Figuren 3 bis 5 soll beispielhaft gezeigt werden, dass man den künftigen Wert einer Störgrösse aus einer nahezu periodischen Störung näherungsweise berechnen kann und dass die Einspeisung dieses Wertes als Sollwertkorrektur oder als Korrekturwert des Stopfensignals die Störung unterdrücken kann, wobei hier auf die meist unvermeidlichen, wenn auch häufig nur kleinen Totzeiten, als Ausgangsgrösse für eine Prädiktion hingewiesen wird.
Figur 3 zeigt in einem Blockschaubild die hier regelungstechnisch relevanten Komponenten einer Stranggiessanlage. Die Abzugsgeschwindigkeit wird hier als konstant angenommen, könnte aber auch geregelt sein.

Das Stellsignal u sollte so vorgegeben werden, dass die Giessspiegelhöhe h einer gewünschten Referenzhöhe href entspricht und sollte üblicherweise im kontinuierlichen Anlagenbetrieb möglichst konstant sein. Durch das Stellsignal u wird über das Stopfenservosystem der Stopfen bewegt und erlaubt somit eine Änderung des Zuflusses zur Kokille. Üblicherweise gibt es durch bauliche Gegebenheiten und Materialtransport sowie durch Verarbeitungsgeschwindigkeiten von Sensorik und Steuerung zusätzliche unvermeidbare Verzögerungen, die hier als Totzeit Td zusammengefasst sind. Der Abfluss entspricht der Menge der flüssigen Metallschmelze die durch den bewegten Strang abgezogen wird und ist proportional zu der Abzugsgeschwindigkeit bzw. der Giessgeschwindigkeit. Im Summationspunkt wir das vom Strang kommende und unbekannte Pumpen Z eingezeichnet.

Dieses Pumpen ist durch eine Kopplung mit dem an den Antriebsmotoren messbaren korrelierendes Messsignal (Stromaufnahmesignal) gekoppelt, welches als Messsignal zur Verfügung steht.
Ein genaues physikalisches Modell dieser Kopplung besteht nicht. Gewisse Eigenschaften dieser Kopplung sind allgemein bekannt, weiter Eigenschaften sind anlagenspezifisch und somit für eine gegebene Anlage auch bekannt. Es besteht aber im Rahmen der Prädiktion die Möglichkeit ein Modell dieser Kopplung zu erstellen, bzw. eine Prädiktion ohne genauen Wissen dieser Kopplung durchzuführen, was rein effektorisch erfolgt.
Der resultierende Zustrom aus dem Zufluss vom Verteiler (Zwischengefäss), dem Abfluss durch Abzug des Stranges aus der Stranggiesskokille und dem Zu-/ Abfluss durch das Pumpen wird von der Kokille aufgefangen und bildet dort einen resultierenden Füllstand, die Giessspiegelhöhe.

Mit einem Sensor (Badspiegelmesseinrichtung) wird dieser Füllstand gemessen und kann dann der Verarbeitung zugeführt werden.
In der folgenden Betrachtung werden die Dynamik des Stopfenservosystem und die des Sensors als schnell betrachtet und diese daher ignoriert. Die Kopplung wird vereinfacht als konstanter Faktor gesehen. Man erkennt nun, dass das Energieaufnahmesignal Y als Schätzwert für die Störung Z gesehen werden kann. Wenn man nun das Energieaufnahmesignal Y zum aktuellen Zeitpunkt verwendet (Y(t)) und dieses dann um die Totzeit des Systems (Td) in der Zukunft als Y(t+Td) zur Verfügung hätte, so kann man die Störung durch das Pumpen kompensieren, indem Y(t+Td) einfach am Eingang des Systems subtrahiert wird. Dies wird in Figur 4 gezeigt.

Hier wird ein üblicher Regler (z.B. ein Pl-Regler) verwendet, der grundsätzlich die Badspiegelhöhe h so regelt, sodass diese der Referenzhöhe href entspricht. Dieser Regler wird nun durch den Prädiktionsblock ergänzt, indem das Kompensationssignal (momentane Korrekturwert) K ermittelt wird. Näherungsweise sollte als Ergebnis für das Kompensationssignal K(t)=Z(t+Td) gelten um das Pumpen zu unterdrücken.
Folgend wird beschrieben wie diese Prädiktion beispielsweise durchgeführt werden kann. Das Signal Y(t) , welches dem Energieaufnahme-Messwert entspricht, ist in Figur 5 - dargestellt. Es hat gewisse periodische Eigenschaften, die anlagenbedingt gegeben sind. Nimmt man nun an, dass man die Periodendauer T der Grundschwingung kennt, so kann man dieses Signal kausal um eben diese Zeit T verschieben und man erhält das Signal Y(t-T), in Figur 5 als punktierte Linie dargestellt.

Man kann eindeutig erkennen, dass die beiden Signale (erwartungsgemäss) ähnlich, fast deckungsgleich sind. Man kann nun diese Eigenschaft dazu verwenden um einen Schätzwert des Signals Y(t) in die Zukunft um die Zeit Td zu machen, indem man die Vergangenheit des Signals Y(t-T+Td) verwendet. Der Wert Y(t-T+Td) kann nun als Schätzwert für den Wert Y(t+Td) dienen (Figur 6).
Verwendet man obiges Verfahren so kann das Ergebnis in Figur 7 erreicht werden. Hier ist im Zeitraum von 250 s bis 300 s gezeigt, wie der Standardregler Regler aus Fig. 4 ohne dem erfindungsgemässen Verfahren die Giessspiegelhöhe einstellt.

Wird bei Zeit=300s die Kompensation mit der Prädiktion zugeschaltet, so kommt es, im Zeitraum zwischen 300s und 400s, zu einer wesentlichen Verminderung der Giessspiegelschwankungen.
In obigen Ausführungen wurde eine bekannte Totzeit und eine bekannte Verstärkung durch die Kopplung angenommen. Diese Werte können vorab bestimmt werden, oder auch im Betrieb automatisch eingestellt werden, sodass die Abweichung der Giessspiegelhöhe h vom Referenzwert hr[beta], möglichst klein wird. Im Figur 8 ist das Ergebnis einer solchen adaptiven Einstellung (durch eine mathematische Berechnung) dargestellt. Zum Zeitpunkt 500s wird die Kompensation mit dem adaptiven Verstärkungsfaktor und der adaptiven Totzeitbestimmung eingeschaltet. Es kommt zu einer Veränderung der im Prädiktor verwendeten Totzeit und zu einer Verstärkungsänderung der Rückführung dieses prädiktierten Signals.

Die Giessspiegelschwankungen nehmen von diesem Zeitpunkt ab und bleiben daraufhin gering.
In obigen Annahmen wurde z.B. die Dynamik des Stopfenservosystems vernachlässigt. Diese kann aber z.B. durch zusätzliche Schätzung dieser Dynamik und abschliessender Inversion dieser in der Prädiktion berücksichtigt werden und somit eine weiter Verbesserung erreicht werden.
Die Berechnung eines Korrekturwertes setzt Informationen über das System (Verstärkungen, Totzeiten) sowie über die Eigenschaften der Störung (die auch Eigenschaften des Systems sind) voraus. Diese Eigenschaften können a priori bekannt sein, oder können aus verschiedenen Quellen stammen, zum Beispiel aus der Messung der Giessspiegelhöhe oder der Strangabzugsgeschwindigkeit. Erfindungsgemäss kann aber auch die Messung der Ströme dazu verwendet werden, diese Informationen zu ergänzen oder neu zu erhalten.

Zum Beispiel kann das Stromsignal, wie in Figur 9 dargestellt, dazu verwendet werden die aktuelle Periodendauer (bzw. Frequenz) des Pumpens zu schätzen. Dies erfolgt mit dem zusätzlichen Block zur Bestimmung von Störgrösseneigenschaften. Mit dieser Periodendauer kann dann zum Beispiel eine Prädiktion, wie zuvor beschrieben, erfolgen.
Konkret kann die Periodendauer z.B. durch eine Autokorrelation aus dem Signal Y geschätzt werden oder z.B. die Periodendauer T mittels einer Optimierungsroutine, in der der Fehler des Signals Y mit sich selber um die Periodendauer T verschoben über einen gewissen Zeitabschnitt minimiert wird, bestimmt.
Es ist darüber hinaus erfindungsgemäss auch möglich, die Strominformation entweder allein oder zusammen mit anderen Grössen für die Korrektur der Reglerparameter zu verwenden, welche auch in Abwesenheit des Pumpens verwendet werden, bzw.

zwischen Reglerstrukturen umzuschalten oder sonstige Änderungen an der Reglerstruktur vorzunehmen. Es ist erfindungsgemäss somit auch möglich, unter Verwendung von durch das Signal Y ermittelte Parameter, spezielle Reglerstrukturen zu verwenden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist bei Strangführungsrollen mit unterschiedlichen Antriebssystemen verwirklichbar. Die Strangführungsrollen können sowohl elektrisch angetrieben sein, als auch über einen hydraulischen oder kombiniert hydraulischelektrischen Antrieb verfügen, wobei bei hydraulisch angetriebenen Rollen eine Berücksichtigung der sich ändernden Hydraulik-Drücke erfolgen müsste.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggiessen einer Metallschmelze, wobei die Metallschmelze von einem Zwischengefäss mengengeregelt unter Bildung eines Metallstranges mit einem flüssigen Kern und einem diesen umhüllenden Strangschale in eine Stranggiesskokille gegossen wird und der Metallstrang mit flüssigem Kern aus der Stranggiesskokille mittels angetriebener Rollen, vorzugsweise elektrisch angetriebener Rollen, ausgezogen und über eine Strangführung mit in Abständen angeordneten Rollen geführt wird und wobei eine mit dem Strangpumpen korrelierende Messgrösse an mindestens einer angetriebenen Rolle gemessen wird und diese mit dem Strangpumpen korrelierende Messgrösse für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggiesskokille herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet,

dass mindestens eine mit dem Strangpumpen korrelierende an mindestens einer Rolle oder einem Rollenantrieb gemessene Messgrösse unter Einbindung zumindest einer Rechenvorschrift in einer Recheneinheit verarbeitet und der solcherart ermittelte Wert für die Regelung der Füllstandshöhe in der Stranggiesskokille herangezogen wird.

dass mindestens eine mit dem Strangpumpen korrelierende Messgrösse unter Einbindung zumindest einer Rechenvorschrift in einer Recheneinheit verarbeitet und der solcherart ermittelte Wert für die Regelung der Füllstandshöhe in der Stranggiesskokille herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der zeitlicher Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse unter Einbindung zumindest einer Rechenvorschrift in einer Recheneinheit verarbeitet wird und der solcherart ermittelte Wert für die Regelung der Füllstandshöhe in der Stranggiesskokille herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse zur Berechnung einer Frequenzinformation des Strangpumpens herangezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse zur Berechnung eines momentanen Korrekturwertes für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggiesskokille herangezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse zur Berechnung eines momentanen Korrekturwertes für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggiesskokille herangezogen wird. I

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse zur Gewinnung von Korrekturgrössen verwendet wird, die eine laufende Verbesserung der Regelparameter und eine prädiktive oder adaptive Regelung ermöglichen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenvorschrift ein mathematisches Modell umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Strangpumpen korrelierende Messgrösse und der zeitlicher Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgrösse in einem mathematischen Modell unter Anwendung eines Algorithmus oder eines selbstlernenden Systems oder unter Verwendung von gegebenen Systemeigenschaften verarbeitet werden und der solcherart ermittelte momentane Korrekturwert für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggiesskokille herangezogen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Strangpumpen korrelierende Messgrösse ein StromaufnahmeMesswert einer Strangführungsrolle ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Signal einer Giessspiegelhöhenmessung oder ein Signal der

Abzugsgeschwindigkeitsmessung zur Verbesserung der Regelung mitverarbeitet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der momentane Korrekturwert als Regelgrösse für die Zuflussregelung der Metallschmelze vom Zwischengefäss in die Stranggiesskokille oder als Regelgrösse für die Abzugsregelung des gegossenen Metallstranges herangezogen wird. Patentansprüche:

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der momentane Korrekturwert als Regelgrösse für die Zuflussregelung der Metallschmelze vom Zwischengefäss in die Stranggiesskokille oder als Regelgrösse für die Abzugsregelung des gegossenen Metallstranges herangezogen wird.