AT502525B1 - Verfahren zum stranggiessen einer metallschmelze - Google Patents

Description

2 AT 502 525 B1

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. Obenveile auftreten können. In der Fachliteratur finden sich Hinweise, dass bei Strangführungen mit stark wechselnder Rollenteilung entlang ihre Länge das Strangpumpen nicht mehr oder nur stark reduziert auftritt. In der EP 1 095 720 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 410 409 B und der EP 1 095 720 A1. Aus der JP 11-170021 A2 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.

Aus der JP 9-29408 A2 ist ein Regelverfahren zur Unterdrückung unregelmäßigen Strangpumpens und daraus resultierenden Qualitätsminderungen am gegossenen Produkt bekannt. Ne- 3 AT 502 525 B1 ben der Messung der Badspiegelhöhe und der Strangabzugsgeschwindigkeit und der darauf basierenden üblichen Regelung des Zuflusses wird zusätzlich die Ausbauchung des Stranges zwischen benachbarten Strangführungsrollen messtechnisch erfasst. Das hierbei generierte Messsignal wird zur Abschätzung des Strangpumpens herangezogen und zur Kompensation verwendet. Der Einsatz eines geeigneten Messgerätes an dieser exponierten Stelle zwischen den Strangführungsrollen, an der es permanent Hitze, Schmutz und Kühlmittel ausgesetzt ist, lässt auf hohe Störungsanfälligkeit und zumindest nur sehr ungenaue Messergebnisse schließen.

Die JP 10-146658 A2 offenbart eine Regelverfahren zur Verminderung von Gießspiegelschwankungen in der Stranggießkokille und beschäftigt sich in einem Teilbereich mit der Verminderung von Bulging, wobei hierfür der zeitliche Verlauf der Gießspiegelschwankungen bezogen auf ein Referenzniveau herangezogen wird. Das Gießspiegelsignal wird einer Frequenzanalyse unterzogen. Langwellige Störungen werden dem Bulging zugeordnet und über eine Regelung der Abzugsgeschwindigkeit kompensiert. Kurzwellige und unregelmäßige Störungen werden durch eine Regelung der Zuflussmenge in der Kokille kompensiert. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Gießspiegel einer Vielzahl von Störungen unterworfen ist, wie beispielsweise Schwerewellen an der Badoberfläche, Rezirkulationseffekte aus der Schmelzenströmung in der Kokille, Anlagerungen am Tauchrohr oder am Stopfen und somit unvorhersehbare Durchflussveränderungen, aber auch schnelle Durchflussänderungen durch das plötzliche Ablösen von Anlagerungen. Zusätzlich ändern sich die Streckeneigenschaften mit der Zeit. Da sich die tatsächliche Gießspiegelhöhe zusätzlich aus einer Überlagerung von Zufluss, Strangabzug und Strangpumpen ergibt, ist eine Bestimmung der Störgröße (Pumpen) aus dem Gießspiegelsignal nur sehr schwer ermittelbar. Eine Trennung dieser Einflüsse wäre nur durch ein genaues Prozessmodell der Strecke möglich, das aber wegen der sich zeitlich verändernden Streckeneigenschaften nicht realistisch ist.

Ein regeltechnisches Verfahren zur Dämpfung der Badspiegelschwankungen ist bereits aus der gattungsbildenden DE 102 14 497 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird an einer oder mehreren Treiberrollen die Stromaufnahme gemessen und die Stromaufnahme-Messwerte als Korrekturwert für die Mengenregelung bei der Zufuhr der Metallschmelze vom Zwischengefäß in die Stranggießkokille berücksichtigt, indem der Stromaufnahme-Messwert 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 Stromaufnahme-Werte, 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 zu-rückführbaren 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 die mit dem Strangpumpen korrelierende an mindestens einer Rolle oder einem Rollenantrieb gemessene Messgröße und der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden 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. 4 AT 502 525 B1

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 14 497 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 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 selbst- 5 AT 502 525 B1 lernenden 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 Korrektunwert 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 6 AT 502 525 B1 aus, der von einer Gießpulverschicht 14 bedeckt ist. Das Gießpulver bildet zwischen den Kokillenseitenwänden 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 Badspiegel-Messeinrichtung 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 ln einer 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 Drehmomentübertragung zwischen der Strangführungsrolle und dem Strang variieren 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 Referenzbadspiegelhöhe href 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 aufgeschalten. 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 7 AT 502 525 B1 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 korrelierenden 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 PI-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

Claims (9)

1. 8 AT 502 525 B1 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 wurden 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 href möglichst klein wird. In 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 hydraulisch-elektrischen Antrieb verfügen, wobei bei hydraulisch angetriebenen Rollen eine Berücksichtigung der sich ändernden Hydraulik-Drücke erfolgen müsste. 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 9 AT 502 525 B1 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 die mit dem Strangpumpen korrelierende an mindestens einer Rolle oder einem Rollenantrieb gemessene Messgröße und der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden 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. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße zur Berechnung einer Frequenzinformation des Strangpumpens herangezogen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der mit dem Strangpumpen korrelierenden Messgröße zur Berechnung eines momentanen Korrektunwertes für die Regelung der Füllstandhöhe in der Stranggießkokille herangezogen wird.
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenvorschrift ein mathematisches Modell umfasst.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, 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.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Strangpumpen korrelierende Messgröße ein Stromaufnahme-Messwert einer Strangführungsrolle ist.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Signal einer Gießspiegelhöhenmessung oder ein Signal der Abzugsgeschwindigkeitsmessung zur Verbesserung der Regelung mitverarbeitet wird.
9. 9. 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. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen