DE102008055650A1

DE102008055650A1 - Verfahren zur Minimierung des Energiebedarfs und des CO2 Ausstoßes bei Dünnbrammenanlagen

Info

Publication number: DE102008055650A1
Application number: DE200810055650
Authority: DE
Inventors: Uwe Plociennik; Tilmann BÖCHER; Ingo Schuster; Uwe Dr. Grafe; Holger Dr. Beyer-Steinhauer
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2010-05-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimierung des Energiebedarfs und des CO2-Ausstoßes bei einem einer Stranggießanlage, insbesondere Dünnbrammenanlage, nachgeordneten Durchlaufofen unter Verwendung einer Modellrechnung mit einem Datenaustausch zwischen Rechner und Dünnbrammenanlage. Dabei werden in das Rechenmodell zunächst die werkstoffabhängige Kühlstrategie und Grenzwerte eingegeben, dann zu den Prozessdaten die Stahlsorte und die chemische Analyse, das Gießformat, die Gießtemperatur, die Gießgeschwindigkeit, das verwendete Gießpulvere und die Wassermengen in der Kokille und für die Sekundärkühlung gehören sowie von der Anlage als Kontrolldaten die Daten der Gießspiegelbewegung übernommen werden und eine Kraftmessung zur Bestimmung der Position der Durcherstarrung des Stranges erfolgt sowie eine Temperaturerfassung und Oberflächenfehlererkennung und dass hieraus die für die Kühlung notwendige Wassermenge und deren Verteilung in der Anlage sowie die Gießgeschwindigkeit ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimierung des Energiebedarfs und des CO₂ Ausstoßes bei einem einer Stranggießanlage, insbesondere Dünnbrammenanlagen, nachgeordneten Durchlaufofen unter Verwendung einer Modellrechnung mit einem Datenaustausch zwischen Rechner und Dünnbrammenanlage.
Es ist bei CSP-Anlagen bekannt, dass durch das Anheben der Ofeneintrittstemperaturen der Dünnbramme der Energieinhalt angehoben, der Gasverbrauch reduziert und somit die Betriebskosten gesenkt werden können. Durch den geringeren Energiebedarf wird zusätzlich der CO₂ Ausstoß reduziert. Dies erfolgt mit Hilfe physikalischer Modelle und Messwerten von der Anlage.
Aus der EP 0 841 994 B1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Stranggießanlage bekannt, bei dem nach Festlegen des Brammenformates am Kokillenaustritt von den Gießparametern mindestens die Gießgeschwindigkeit in der Weise eingestellt wird, dass die Bramme beim Eintritt in den Ausgleichsofen die gewünschte Walztemperatur besitzt und die Sumpfspitze sich stets im Mündungsbereich der Stranggießmaschine befindet. Außerdem sind Maßnahmen zur Beeinflussung des Wärmeenergieinhaltes der Bramme nach Verlassen der Stranggießmaschine getroffen worden, und zwar durch Änderung der Gießgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Brammendicke.
Vorgesehen ist dabei auch, dass der durcherstarrte Strang zur Vermeidung einer Wärmeabstrahlung isoliert geführt wird.
Aus der EP 1 289 691 B1 ist es bekannt, dass zur Ausbildung eines gewünschten Gefüges im gegossenen Strang das Stranggießen unter on-line Berechnung unter Zugrundelegung eines Rechenmodells erfolgt.
Dieses Rechenmodell beinhaltet thermodynamische Zustandsänderungen des Stranges, wie Änderungen der Oberflächentemperatur, der Schalenstärke etc..
Schließlich ist aus der WO 2004/048016 ein dynamisches Spritzsystem zur Sekundärkühlung bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Eintrittstemperatur in den Durchlaufofen zu maximieren ohne die Qualität des Stranggießproduktes zu beeinträchtigen oder den Gießprozess zu gefährden, um so den Energiebedarf des nachfolgenden Erwärmungsprozesses zu reduzieren.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorzugsweise Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur Realisierung einer maximalen Ofeneintrittstemperatur der Dünnbramme sind erforderlich:

• Abdeckungen zur Minimierung der Abstrahlungsverluste des Stranges nach dem Verlassen der Strangführungsgerüste bzw. dem Verlassen der Sekundärkühlung.
• Datei mit werkstoffabhängigen Kühlstrategien
• Temperatur- und Gefügemodell zur Simulation des Temperaturverlaufes und der Strangschalenbelastung
• Temperaturmessung zur Erfassung der Dünnbrammentemperatur vor dem Eintritt in den Durchlaufofen.
• Messverfahren zur Erfassung der Sumpfspitze
• Messverfahren zur Erfassung der Badspiegelschwankungen
• Verfahren zur Erfassung der Strangoberflächenqualität
• Regelung mit dem Ziel, die mittlere Temperatur der Dünnbramme am Eintritt in den Durchlaufofen zu maximieren.

Die Regelung erfolgt nach folgendem Schema:

1. Temperatur- und Gefügesimulation mit den aktuellen Prozessparametern und den werkstoffabhängigen Kühlstrategien.
2. Regelung der Wassermengen oder der Gießgeschwindigkeit bzw. deren Kombination zum Anheben der mittleren Temperatur der Dünnbramme bei Ofeneintritt.
3. Simulation, ob die Abkühlung nicht zu duktilitätsmindernden Ausscheidungsprozessen in Bereichen, wo eine Umformung (Biege- und Richttreiber) stattfindet, führt. Dabei kann es sich um AIN oder Karbonitride der Mikrolegierungselemente handeln.
4. Kontrolle, ob Badspiegelschwankungen infolge von Bulging zunehmen.
5. Kontrolle, ob sich die Sumpfspitze innerhalb der Strangstützung befindet.
6. Kontrolle, ob die Qualität der Dünnbrammenoberfläche beeinträchtigt wird.
7. Kontrolle, ob die Oberflächentemperatur der Dünnbramme vor dem Eintritt in den Durchlaufofen ansteigt.

Mit diesem Regelungskonzept kann auch mit der maximal möglichen Gießgeschwindigkeit der jeweiligen Stahlsorte produziert werden.
Die Erfindung soll nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert werden.
Dabei zeigt:
1 den Datenaustausch zwischen Stranggießanlage und Modell und
2 die Ermittlung der Kontrollsignale bei zwei Anlagentypen.
Bei der Darstellung in der 2 ist links eine Senkrecht-Stranggießanlage schematisch dargestellt und rechts eine Bogengießanlage.
Im Einzelnen erfolgt die Regelung dann dadurch, dass
mit dem Temperaturmodell die Startgießgeschwindigkeit berechnet wird. Das bedeutet, dass die Position der Sumpfspitze ca. 500 mm vor dem Ende der Gießmaschine liegen soll.
Die Startgießgeschwindigkeit kann mit Hilfe eines Nullstellenverfahren, eines Reglers oder mittels einer Iteration berechnet werden. Hierbei werden berücksichtigt:

– Anlagenkonfiguration
– Aktuelle Analyse des Werkstoffes
– Kühlprogramm des Werkstoffes mit Schätzwert für die Startgießgeschwindigkeit, Angabe des unzulässigen Temperaturintervalls im Biege- und Richtbereich, einer maximalen Dehngrenze oder maximalen Ausbauchung zum Verhindern des Bulging.
– Aktuelle Gießtemperatur (Überhitzung)

Die Startgießgeschwindigkeit wird an den Prozessrechner geleitet.
Die Erfassung der wirklichen Position der Sumpfspitze mit entsprechenden Messmethoden nach Erreichen der theoretischen Position der Sumpfspitze (ca. 500 m vor dem Ende der Gießmaschine) erfolgt.
Mit der aktuellen Position der Sumpfspitze und der gemessenen Temperaturen am Austritt der Gießmaschine erfolgt eine Adaption der Randbedingungen, so dass die neuen Berechnungen mit den gemessenen Werten übereinstimmen.
Die Regelung erhöht nun die Gießgeschwindigkeit bis die Position der Sumpfspitze ca. 100 mm vor dem Ende der Gießmaschine liegt.
Alternativ wird geprüft, ob produktionsbedingt (Konstante Gießgeschwindigkeit, Logistik) die Kühlung reduziert werden kann.
Die Badspiegelfrequenz wird während des Gießprozesses erfasst und die Amplitude der Badspiegelschwankung mit einem Referenzwert verglichen.
Wird der Referenzwert überschritten, sucht das Temperaturmodell die energetisch günstigere Lösung aus den Varianten:
Reduzieren der Gießgeschwindigkeit.
Erhöhen der Kühlwassermengen in der Sekundärkühlung.
Mit der Erfassung der Oberflächenqualität des stranggegossenen Material wird je nach Werkstoff entschieden, ob die Kühlung erhöht oder reduziert werden muss.
Die Qualität der Bramme hat die höchste Priorität.
Die Temperaturmessung der Bramme wird genutzt:

– um z. B. die zulässigen Temperaturintervalle im Biege-/Richtbereich zu überprüfen und einzuhalten.
– Um die berechneten Temperaturen vor den Eintritt in den Ofen zu adaptieren.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0841994 B1 [0003]
- EP 1289691 B1 [0005]
- WO 2004/048016 [0007]

Claims

Verfahren zur Minimierung des Energiebedarfs und des CO₂ Ausstoßes bei einem einer Stranggießanlage, insbesondere Dünnbrammenanlagen, nachgeordneten Durchlaufofen unter Verwendung einer Modellrechnung mit einem Datenaustausch zwischen Rechner und Dünnbrammenanlage, wobei in das Rechenmodell zunächst die werkstoffabhängige Kühlstrategie und Grenzwerte eingegeben werden, dann Prozeßdaten und Kontrolldaten der Stranggießanlage berücksichtigt werden, wobei zu den Prozeßdaten die Stahlsorte und die chemische Analyse, das Gießformat, die Gießtemperatur, die Gießgeschwindigkeit, das verwendete Gießpulver und die Wassermengen in der Kokille und für die Sekundärkühlung gehören, sowie von der Anlage als Kontrolldaten die Daten der Gießspiegelbewegung übernommen werden und eine Kraftmessung zur Bestimmung der Position der Durcherstarrung des Stranges erfolgt, sowie eine Temperaturerfassung und Oberflächenfehlererkennung, und dass hieraus die für die Kühlung notwendige Wassermenge und deren Verteilung in der Anlage sowie die Gießgeschwindigkeit ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmessung an den Rollen der letzten Segmente der Strangführung erfolgt
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung in der Anlage am Ende der Strangführung und vor dem Durchlaufofen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießgeschwindigkeit zunächst so eingestellt wird, dass die Position der Sumpfspitze ca. 500 mm vor dem Ende der Gießmaschine liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Startgießgeschwindigkeit mit Hilfe eines Nullstellenverfahren, eines Reglers oder mittels einer Iteration berechnet wird, wobei berücksichtigt werden: – Anlagenkonfiguration – Aktuelle Analyse des Werkstoffes – Kühlprogramm des Werkstoffes, mit Schätzwert für die Startgießgeschwindigkeit, Angabe des unzulässigen Temperaturintervalls im Biege- und Richtbereich, einer maximalen Dehngrenze oder maximalen Ausbauchung zum Verhindern des Bulging. – Aktuelle Gießtemperatur (Überhitzung)
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächliche Position der Sumpfspitze nach Erreichen der theoretischen Position der Sumpfspitze ermittelt wird und dass mit der aktuellen Position der Sumpfspitze und der gemessenen Temperaturen am Austritt der Gießmaschine eine Adaption der Randbedingungen erfolgt, so dass die neuen Berechnungen mit den gemessenen Werten übereinstimmen, wobei dann die Gießgeschwindigkeit erhöht wird, bis die Position der Sumpfspitze ca. 100 mm vor dem Ende der Gießmaschine liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob produktionsbedingt bei konstanter Gießgeschwindigkeit und Logistik die Kühlung reduziert werden kann.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Badspiegelfrequenz während des Gießprozesses erfasst wird und die Amplitude der Badspiegelschwankung mit einem Referenzwert verglichen wird, wobei bei Überschreiten des Referenzwertes, das Temperaturmodell die energetisch günstigere Lösung aus den Varianten: – Reduzieren der Gießgeschwindigkeit. – Erhöhen der Kühlwassermengen in der Sekundärkühlung. sucht und mit der Erfassung der Oberflächenqualität des stranggegossenen Materials je nach Werkstoff entschieden wird, ob die Kühlung erhöht oder reduziert werden muss.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung der Bramme dazu genutzt wird, die zulässigen Temperaturintervalle im Biege-/Richtbereich zu überprüfen und einzuhalten, um die berechneten Temperaturen vor den Eintritt in den Ofen zu adaptieren.