DE102010052247A1

DE102010052247A1 - Vorrichtung und Verfahren zur geregelten Sekundärkühlung einer Stranggießanlage

Info

Publication number: DE102010052247A1
Application number: DE102010052247A
Authority: DE
Inventors: Andreas Naujock; Axel Weyer; Axel Stavenow
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2012-05-24
Also published as: EP2643109B2; CN103459065A; CN103459065B; WO2012069234A1; EP2643109B1; EP2643109A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur geregelten Sekundärkühlung mit einem von einem Kühlmedium durchflossenen Netz einer Stranggießanlage, die Segmente (31) zur Führung eines Metallstrangs, insbesondere eines Stahlstrangs, aufweist, an die jeweilige Gießaufgabe, insbesondere in Hinblick auf die Stahlsorte und besondere sich während des Gießprozesses ergebende Aufgaben, anpassbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Drucknetz wenigstens ein selbstregelndes Druckregelorgan umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur geregelten Sekundärkühlung mit einem von einem Kühlmedium durchflossenen Netz einer Stranggießanlage, die an die jeweilige Gießaufgabe, insbesondere in Hinblick auf die Stahlsorte und besondere sich während des Gießprozesses ergebende Aufgaben, anpassbar ist.
Beim Stranggießen von Stahl wird die Erstarrung durch die Primärkühlung des Stahls in der Kokille und die Sekundärkühlung im Bereich der Strangführung erreicht. Innerhalb der Strangführung wird Wasser oder ein Wasser-Luft-Gemisch unter Druck in den zwischen den Strangführungsrollen freibleibenden Bereichen direkt auf die Strangschale gespritzt; dadurch wird dem Strang Wärme entzogen.
Stranggießanlagen, also beispielsweise Brammen-, Dünnbrammen- oder Formatstranggießanlagen, haben zur Strangführung eine Reihe von Segmenten, deren Anzahl vom jeweiligen Produktspektrum bestimmt wird. Sie können aus bis zu zwanzig Segmenten mit einer entsprechenden Rollenbahn bestehen. In einem Segment sind jeweils zwischen zwei und zehn Rollen oder Teilrollen, d. h. Rollen mit entsprechender Teilung, je Segmentrahmen angeordnet. Der Stahlgießanlage und den Segmenten sind mehrere Kühlzonen überlagert. Die Kühlzonen können sich mit einem Segment decken, sie können sich jedoch auch über mehrere Segmente erstrecken. Auch besteht die Möglichkeit, dass nur Teile eines Segments Bestandteil einer Kühlzone sind. Das Segment selber kann, in Produktrichtung gesehen, auch mehrfach geteilte Kühlzonen aufweisen.
Die aus produkttechnischen Gründen vorhandenen Kühlzonen erfordern, dass eine Stahlgießanlage vorzugsweise mit bis zu achtzig oder mehr Regelkreisen ausgestattet ist, wobei jeweils je Kühlzone ein Regelkreis vorgesehen ist. Je Regelkreis wird über wenigstens eine Spritzdüse das Kühlmedium auf das Produkt aufgebracht, um das Produkt entsprechend den Anforderungen zu kühlen.
Je nach den Anforderungen des Produkts werden die einzelnen Regelkreise mit Ein-, Zwei- oder Mehrstoffkühlsystemen ausgeführt. Bei Einstoffkühlsystemen wird als Kühlmittel Wasser eingesetzt. Als Maß für den dem Produkt zugeführten Kühlstoff wird die Wassermenge genutzt. Bei Zwei- oder Mehrstoffsystemen wird dem Produkt über spezielle Spritzdüsen ebenfalls das Kühlmittel Wasser zugeführt. Allerdings werden hier zu dem Wasser an der Spritzdüse entsprechende Zusätze wie komprimierte Luft zugeführt. Zweistoffkühlsysteme ermöglichen eine effizientere Kühlung und schaffen mehr Möglichkeiten zur Beeinflussung der Kühlwirkung. So können auch geringere Wassermengen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung des erforderlichen Spritzbildes durch gleichmäßige Aufbringung des Kühlmittels auf das Produkt realisiert werden.
Ebenfalls ist es möglich, die Kühlwirkung nicht nur über die Wassermenge, sondern im Falle der Zweistoffkühlung auch über den zugeführten Luftdruck zu regulieren.
Wegen des großen Produktspektrums bei neuen Stranggießanlagen wird in der Sekundärkühlung ein großer Regelbereich benötigt, um einerseits LC-Stähle schnell gießen zu können, wobei sehr große Wassermengen benötigt werden, und um andererseits bei peritektischen Stählen und Röhrenstählen im Richtbereich noch mit ausreichender Temperatur die Bramme zu richten zu können, wobei nur sehr kleine Wassermengen zur Kühlung eingestellt werden.
Diese Anforderungen werden traditionell durch ein Zweistoff-Kühlsystem mit Wasser-Luft-Spritzdüsen gelöst, die über einen großen Regelbereich, etwa von 1:14, verfügen. Dagegen weisen mit Wasser arbeitende Einstoffdüsen einen Regelbereich von nur 1:4 auf und sind deshalb für viele Stranggießanlagen wegen der oben beschriebenen Anforderungen nur bedingt geeignet.
Außerdem ist es erforderlich, eine über die Breite des Stranges möglichst gleichmäßige Temperatur einzustellen, damit, z. B. im Richtbereich, keine Risse aufgrund zu kalter Brammenkanten entstehen. Dieses Problem wird durch separat geregelte Spritzzonen gelöst, die verschiedene Gießbreiten abdecken. Dabei ist für jede Breitenzone ein gesonderter Regelkreis erforderlich.
Gegenwärtig sind Sekundärkühlvorrichtungen zum Einsatz beim Stranggießen bekannt, bei denen sich die Stellorgane für die Sekundärkühlung außerhalb des Segments im Wasserverteilraum befinden. Durch ein elektrisch angesteuertes Ventil kann die Wassermenge für einen Regelkreis eingestellt werden. Dabei wird mittels einer Durchflussmessung innerhalb der Regelstrecke die aktuelle Wassermenge für einen Regelkreis ermittelt. Die vom Regelkreis eingestellte Wassermenge wird mittels einer Wasserspannplatte des Segmentes an das Segment übergeben und dort über Leitungen und Düsen auf die Brammenoberfläche gespritzt. Dichtelemente auf der Spannplatte sorgen dafür, dass bei Segmenteinbau die Kopplung der Medien dicht ist.
Hierbei ist zu beachten, dass je Regelkreis mindestens eine Übergabestelle in der Wasserspannplatte erforderlich ist. Bei großen Wassermengen können u. U. auch zwei Übergabestellen erforderlich werden. Bei einer großen Anzahl von Regelkreisen werden bisweilen sehr komplexe Wasserspannplatten je Segment benötigt.
Aus der EP 0 650 790 B1 ist ein Verfahren zur thermischen Oberflächenbehandlung von Strängen aus feinkörnigem Baustahl in eine Stranggießmaschine bekannt, der ein Wärmeofen zum Aufheizen der Stränge einer heißen Charge zugeordnet ist, um das Ausscheiden von Verbindungen von Aluminium, Vanadium, Niob und dergleichen zu verhindern und um Oberflächendefekte aufgrund von Spannungen zu eliminieren oder zumindest weitgehend zu reduzieren. Die hierzu eingesetzte Stranggießmaschine weist eine Kokille, eine Sekundär-Kühlkammer, eine Auszieh- und Ausrichteeinheit sowie eine Schneideeinheit auf. Das hierbei eingesetzte Verfahren umfasst einen ersten Kühlschritt für Stränge innerhalb der Sekundär-Kühlkammer und einen zweiten Kühlschritt für Stränge vor der Schneideeinheit. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch ein Oberflächenabschrecken der äußeren Schicht der Stränge mit Hilfe eines zweiten Kühlschrittes, das durch ein intensives und konzentriertes Kühlen der Oberfläche der Stränge erreicht wird, um die Oberflächentemperatur der Stränge nach dem natürlichen, durch den heißen Kern der Stränge verursachten Tempern zwischen etwa 400°C und etwa 900°C zu reduzieren, wobei dieses intensive und konzentrierte Kühlen dadurch realisiert wird, dass durch eine Mehrzahl von Sprühdüsen ein Kühlfluid auf Wasserbasis unter Druck gegen die Oberfläche der Stränge gesprüht wird. Das intensive und konzentrierte Kühlen ist von den Abmessungen der Stränge abhängig und wird unmittelbar oder sofort nach dem Schritt des Ausziehens und Ausrichtens der Stränge durch die Auszieh- und Ausrichteeinheit angewendet.
Aus der EP 1 550 523 A1 ist ein Verfahren zur diversifizierten Regelung der Sekundärkühlung einer Stranggießanlage bekannt, bei der die Sekundärkühlung an die aktuelle Gießaufgabe bezüglich der Stahlsorte, den Schwierigkeiten während des Gießprozesses, etc. angepasst wird. Um eine flexible Regelung zu ermöglichen, die direkter auf die Kühlanforderungen des Stranggießens eingeht, und um eine weitergehende Verbesserung der Sekundärkühlung zu erreichen, besitzen die Segmente der Sekundärkühlung jeweils gesonderte Kühlkreisläufe, die mit einer individuellen aufgabenbezogenen Sollwertvorgabe geregelt werden.
Gemäß diesem Stand der Technik wird die benötigte Kühlwirkung über den dem Produkt zugeführten Wasservolumenstrom geregelt. Dabei werden selbstverständlich auch die sonstigen Stoffmengen berücksichtigt, da diese ebenfalls die Kühlwirkung beeinflussen.
Die heutige Ausführung der Regelkreise für Ein-, Zwei- oder Mehrstoffkühlsysteme unterscheidet sich im wesentlichen in der Berechnung der Sollwasservolumenströme. So werden ausschließlich die den Spritzdüsen zugeführten Wasservolumenströme geregelt. Die anderen Stoffströme werden den Anforderungen entsprechend eingestellt. Alle Regelkreise nach dem Stand der Technik umfassen gegenwärtig eine gemeinsame Druckmessung als Eingangsdruckbestimmung, eine Volumenstrommessung durch einen Sensor für die Wassermenge und ein Regelventil (Aktor) zur Mengenregelung.
Alle Systeme sind an eine zentrale Datenerfassung gekoppelt, die aufgrund von Materialvorgaben und sonstigen Informationen und Auswertungen in Hinblick auf Einsatzstoffe, produkt- und messtechnische Informationen, die Sollwassermengen je Kühlzone berechnen und diese Informationen an die zugehörigen Regelungseinrichtungen als Führungsgröße übergeben.
Allen Spritzdüsen gemeinsam ist die grundsätzliche Funktion, dass sich einem Durchfluss entsprechend an der Düse ein Wasserdruck einstellt, unabhängig davon, ob es sich um ein Ein-, Zwei- oder Mehrstoffdüsen handelt; allerdings beeinflussen sich die der Düse zugeführten Stoffe gegenseitig.
Stellt man beispielsweise an einer Zweistoffdüse bei konstantem Luftdruck eine konstante Wassermenge ein, so stellen sich ein ebenfalls konstanter Wasserdruck und eine konstante Luftmenge ein. Variiert man nun die Wassermenge, so stellt sich ein neues Gleichgewicht zwischen Wasserdruck und Luftmenge ein.
In der Patentanmeldung DE 10 2009 034 847.6 wird eine Vorrichtung zu geregelten Sekundärkühlung vorgeschlagen, bei der das Netz wenigstens ein erstes Drucknetz umfasst, in dem der Druck des Kühlmediums als Aufgabengröße eingesetzt wird. Es wird somit nicht eine Menge eines Kühlmediums bereitgestellt, sondern ein Druck, gemäß dem sich dann alle Verbraucher innerhalb des Kühlsystems die erforderliche Menge des Kühlmediums entnehmen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine flexibel einsetzbare Vorrichtung zur Sekundärkühlung zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das mindestens eine Drucknetz wenigstens ein selbstregelndes Druckregelorgan umfasst. Dies bedeutet, dass das Druckregelorgan selbsttätig ist.
Zu diesem Zweck werden die Regelkreise komplett neu konzipiert, wobei folgender Aufbau realisiert wird: Es werden eine gemeinsame Druckmessung (Eingangsdruckbestimmung), eine Volumenstrommessung (Sensor für die Wassermenge) und ein durch Fremddruckvorgabe einstellbares Regelventil als Druckregelorgan eingesetzt.
Durch die Verwendung des selbsttätigen Druckregelorgans, welches ohne Einsatz einer Fremdenergie arbeitet, kann das Regelorgan sowohl vor dem Segment, beispielsweise in einem Medienraum, d. h. dem jetzigen standardmäßigen Standort, platziert werden. Dass sich der Standort auf dem Segment befindet, wird durch die Technologie des selbsttätigen Regelorgans erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht, da der Einsatz elektrischer oder sonstiger Hilfsenergie vermieden und auch die Stellgröße ohne elektrotechnische Hilfe dem Druckregelorgan zugeführt wird. Die Stellgröße wird dem Druckregelorgan über eine separate pneumatische oder hydraulische Leitung zugeführt. Das Regelorgan benutzt als Hilfsenergie das zu regelnde Medium selber, also vorzugsweise das Wasser; aber ebenso kann auch die Druckluft hierfür eingesetzt werden.
Je Regelkreis wird also mindestens ein selbstregelndes Druckregelorgan benötigt. Bei Plazierung der Druckregelorgane auf dem Segment werden außer einer entsprechenden Kühlmittelversorgungsleitung und der extern vorzugebenden Stellgröße (Hydraulik oder Pneumatik) keine weiteren Verbindungen für Medien oder Energie benötigt.
Bei Einsatz der Erfindung lassen sich auch zusätzliche Kühlkreisläufe kostengünstig realisieren, insbesondere durch eine „intelligente”, d. h. durch Sensoren und Auswertemittel unterstützte, Kühlmittelverteilung auf dem Segment. Nicht benötigte Kühlmittel- oder Wasserkreisläufe lassen sich abschalten; durch die Erfindung wird eine feinmaschige Aufteilung der Wasserverteilung vorgesehen. Durch dezentrale und autarke Regelungen werden gegenüber dem Stand der Technik bessere Regelergebnisse erzielt. Durch den Einsatz von Regelventilen, welche ohne zusätzliche, von außen zugeführte Hilfsenergie auskommen, wird die Betriebssicherheit erhöht.
Mit dem Einsatz einer Druckregelung kann auf verschiedene Problemstellungen der Wassermengenregelung eingewirkt werden. So kann beispielsweise die Anzahl der Regelkreise erhöht werden, ohne kostspielige Veränderungen außerhalb des Segments durchführen zu müssen, beispielsweise die Streckenverrohrung.
Das Kühlmedium ist entweder ein einziges Fluid, insbesondere Wasser, oder ein Gemisch aus zwei oder mehr Fluiden, beispielsweise aus Wasser und Druckluft.
Vorzugsweise umfasst das mindestens eine Drucknetz wenigstens ein selbstregelndes Druckregelorgan. Hierbei ist mit Vorteil das Druckregelorgan ein Regelventil oder Schaltventil, dem ein Fremddruck als Stellgröße zugeführt wird.
In vorteilhafter Weise wird der Fremddruck als die Stellgröße dem Druckregelorgan über eine separate pneumatische oder hydraulische Leitung zugeführt. Das Druckregelorgan lässt sich besonders praktisch auf oder an einem Segment anordnen.
Die Erfindung sieht vorzugsweise vor, dass das mindestens eine Drucknetz Kupplungstrennstellen, insbesondere am Übergang zwischen den Druckleitungen und den Segmenten, aufweist. Dabei sind die Kupplungstrennstellen beispielsweise als Wasserspannplatten ausgebildet. Die Druckregelorgane lassen sich, bezogen auf die Fließrichtung, vor oder hinter den Kupplungstrennstellen anordnen. Dies bedeutet, dass gemäß der Erfindung selbstregelnde Schalt- oder Regelventile mit hydraulischer oder pneumatischer Führungsgrößenbeaufschlagung zur Steuerung oder Regelung der Sekundärwassermenge mit Anordnung im Wasserverteilraum für die Einstoff- oder Zweistoffkühlung eingesetzt werden. Die Ventile werden vor der Kupplungstrennstelle, d. h. vor der Wasserspannplatte, also beispielsweise im Medienraum, eingesetzt. Alternativ werden die Ventile hinter der Kupplungstrennstelle, also auf oder an dem jeweiligen Segment eingesetzt.
Unter Einsatz der selbstregelnden Druck-Regelventile zur Regelung der Sekundärwassermenge lassen sich beliebig viele Kühlzonen realisieren, ohne dass Erweiterungsmaßnahmen an der Streckenverrohrung vorgenommen werden müssen. Die Aufteilung der Wasserversorgung geschieht in diesem Fall immer in Fließrichtung hinter der Kupplungstrennstelle (Wasserspannplatte). Durch eine Erhöhung der Anzahl der Kühlzonen kann bei entsprechenden Randbedingungen die Oberflächengüte und die strukturelle Güte des Metallstrangs positiv beeinflusst werden.
Bei einer geregelten Verteilung des Kühlmediums je Segment oder je Segmentgruppe ist ein Konstantdrucknetz nicht erforderlich, da man die Kennlinien jederzeit nachmessen kann. Voraussetzung hierfür ist, dass Organe zur Druckmessung oder zur Durchflussmessung je Segment oder je Segmentgruppe, also je Abzweig, vorgesehen sind. Voraussetzung hierbei ist, dass es bei vollem Volumenstrom keine großen Druckabfälle in der Rohrleitung bis zum Ventil geben darf.
In einem Konstantdrucknetz ist weiterhin dafür Sorge zu tragen, dass mit einem Antrieb ausgestattete Ventile nur einen kleinen Bauraum benötigen und für einen robusten Betrieb geeignet sind.
Vorteilhaft ist es auch, wenn sich mehrere, einem einzelnen Ventil zugeordnete Düsen als Stellorgane einzeln kalibrieren lassen. Um die „Düsenmodule”, d. h. mehrere, einem Ventil zugeordnete Düsen als „Stellglieder” einzeln kalibrieren zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, eine Messstrecke einzurichten, über die nach ihrer Freischaltung die Kalibrierung der Kennlinie eines Düsenmodule vorgenommen werden kann. Dies kann während der Wartungsarbeiten oder sogar in Gießpausen geschehen. Vorteil hieran ist, dass man ein Düsenmodul allein vermessen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist das Netz im Bereich des Verteilraums nur eine einzige Kühlmittel-Zufuhrleitung auf, über die von einer Pumpe gefördertes Kühlmittel zu Spannplatten von Segmenten zuführbar ist, wobei Verzweigungen der Leitung im Bereich der Spannplatten und/oder der Segmente angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem lässt sich sowohl mit einer einkomponentigen Kühlung (nur Wasser als Kühlmittel) als auch mit einer zweikomponentigen Kühlung (Wasser und Luft als Kühlmittel) realisieren.
In allgemeiner Weise bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur geregelten Sekundärkühlung mit einem von einem Kühlmedium durchflossenen Netz einer Stranggießanlage, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Pumpenregelkreis oder durch ein Konstantdrucknetz die notwendige Menge des Kühlmediums zur Verfügung stellt und die mengenmäßige Aufteilung auf den Segmenten innerhalb der Strangführung durch Ventile mit definierten Öffnungsstellungen (offen, halb offen, etc.) oder durch Proportionalventile erfolgt.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur geregelten Sekundärkühlung ist erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise dadurch gekennzeichnet, dass ein Pumpenregelkreis die notwendige Menge des Kühlmediums geregelt zur Verfügung stellt und die mengenmäßige Aufteilung auf den Segmenten innerhalb der Strangführung durch Ventile mit definierten Öffnungsstellungen (offen, halb offen, etc.) oder durch Proportionalventile erfolgt.
Vorzugsweise befinden sich bei einer Vorrichtung zur geregelten Sekundärkühlung mit einem von einem Kühlmedium durchflossenen Netz einer Stranggießanlage zur Verteilung des Kühlmediums in der Stranggießanlage und/oder auf einem Segment dienende aktive Stellglieder, insbesondere Ventile und/oder Regler, auf den Segmenten.
Vorzugsweise sind je Segment oder je Segmentgruppe Organe zur Druck- und Volumenstrommessung vorgesehen. Auf jedem der Segmente können mehrere Gruppen von Düsen vorhanden sein, deren jeder mit Vorteil ein einzelnes Ventil zugeordnet ist, wobei sich die diesem zugeordneten Düsen einzeln kalibrieren lassen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur geregelten Sekundärkühlung mit einem von einem Kühlmedium durchflossenen Netz einer Stranggießanlage. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Kühlmediums geregelt wird.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Druck des Kühlmediums pulsierend durch Schalten der Ventile geändert wird. Außerdem lassen sich Ventile in verschiedenen Ausgestaltungen einsetzen. Die Ventile werden beispielsweise als Auf-/Zu-Ventile, als diskret oder als stetig schaltbare Ventile betrieben.
Die Druck-Volumenstromkennlinien werden in bestimmten zeitlichen Abständen kalibriert. Die Kalibrierung erfolgt vorzugsweise jedoch außerhalb des Gießbetriebs in der Stranggießanlage.
Durch die Verlagerung der Regelorgane direkt auf das Segment in die Nähe der Verbraucher wird die Möglichkeit geschaffen, ohne Anpassungen an der Regelgröße (Sollwert) direkt den erforderlichen Druck einzustellen. Die direkte Druckregelung in Verbindung mit der Nähe zum Verbraucher ermöglicht zudem noch eine erheblich schnellere Reaktion auf etwaige Störgrößen, was dazu führt, dass Druckstöße des Kühlmediums am Verbraucher reduziert werden. Insbesondere wird ein beispielsweise durch eine Verstopfung hervorgerufener Düsenausfall schnell erkannt, da die Kühlmittelmenge unmittelbar über den Druck geregelt wird. Die dadurch entstehende beruhigte Drucksituation am Verbraucher begünstigt zudem die gleichförmige Beaufschlagung mit dem Kühlmedium und führt wiederum zu einer Verbesserung der Oberflächengüte und der strukturellen Güte des Gießprodukts.
Durch die Realisierung feiner gegliederter Regelungskreise können im Gegensatz zu konventionellen Lösungen die geforderten Temperaturen besser und schneller auf der gesamten Strangbreite des Metallstrangs eingestellt werden; dies führt insgesamt zu einer Verbesserung der Oberflächen und der strukturellen Güte des Metallstrangs.
Durch den Einsatz dieser Technologie kann die Verrohrung außerhalb Gießmaschine und der Strangführung erheblich reduziert werden. In einer sehr einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist es daher möglich, lediglich eine einzige Rohrleitung je Segment vorzusehen. Auch der nach dem Stand der Technik erforderliche Wasserverteilerraum kann entfallen. Durch diese Maßnahmen werden in erheblichem Umfang Kosten eingespart. Auch kann die üblicherweise vorhandene Volumenstrommessung entfallen, wenn man aus dem sich einstellenden Druck des Kühlmediums an der Düse (Regelungsresultat) und der Düsenkennlinien und -auslegungen auf den Verbrauch des Kühlmediums schließt und darauf verzichtet, dieses Ergebnis durch eine Volumenstrommessung zu verifizieren. Gegenüber dem Stand der Technik lassen sich mehr Kühlzonen realisieren, bei bestehenden Anlagen lässt sich die Ausrüstung auf dem Segment einfach umbauen.
Dadurch, dass nicht mehr für jeden Regelkreis auf dem Segment eine separate Kühlmittelleitung mit einem Regelventil und mit einer Volumenstrommessung aufgebaut werden muss, ist es ohne Aufwendungen möglich, die Anzahl der Regelkreise zu erhöhen, ohne dadurch außerhalb des Segments Mehrkosten zu verursachen.
Die Erweiterung der Regelkreise kann sich auch verbessernd auf die Oberflächengüte des Gießprodukts auswirken, wenn durch spezielle Kühlstrategien Nachteile der eine geringere Anzahl von Regelkreisen einsetzenden konventionellen Kühlung ausgeglichen werden, was sich wiederum positiv auf die Produktionskosten auswirkt.
Ebenso ergibt sich durch den Einsatz der Technologie der Vorteil, gerade bei Nachrüstungen oder Erweiterungen vorhandener Systeme eine kostengünstige oder eine durch den Einsatz der Erfindung überhaupt erst wirtschaftliche Realisierung. Die Kostenersparnis ergibt sich dadurch, dass eine sonst zusätzliche Streckenverrohrung nicht mehr benötigt wird. Auch die Messtechnik vereinfacht sich.
Bei Ausfall einer Düse – von einem Ausfall spricht man, wenn die Düse keine oder nur noch eine geringe Kühlmittelmenge ausbringt, beispielsweise bei einer Verstopfung – und unter der Voraussetzung, dass eine Volumenstromregelung eingesetzt wird, werden die verbleibenden Düsen mit einer entsprechend erhöhten Menge des Kühlmediums versorgt, wobei der Systemdruck steigt.
Beim Einsatz einer Druckregelung kommt es zu einer Reaktionsverbesserung des Gesamtsystems, da der sich einstellende Systemdruck an jeder Düse konstant gehalten wird. Zwar wird die Gesamtkühlmittelmenge reduziert, aber die Einzelkühlmittelmengen je Düse verändern sich nicht.
Die Reduktion der Gesamtkühlmittelmenge kann durch gezielte Erhöhung des Vorgabedrucks bewusst ausgeglichen werden.
Zur Volumenstromregelung des Gesamtvolumens eines Segments können die Druckvorgaben eines jeden selbsttätigen Druckregelorgans gleichgeschaltet werden. Die Volumenstrommessung dient dann im Regelkreis als Istwert, der gewünschte Volumenstrom als Führungsgröße (Sollwert) und die Druckvorgaben eines jeden selbsttätigen Druckregelorgans als Stellgröße. Schaltet man die Stellgrößen zusammen, so kann durch deren Veränderung der Istwert entsprechend beeinflusst werden, um die Führungsgröße zu erreichen.
Durch Veränderung der Verhältnisse der Druckvorgaben zueinander kann die Kühlmittelaufteilung bei gleichzeitiger Beibehaltung des Gesamtkühlmittelstroms realisiert werden. Selbstverständlich können so auch die Verhältnisse bei geänderten Kühlmittelvolumenströmen realisiert werden.
Eine Verbesserung des Regelergebnisses tritt im Fall der Anordnung der selbsttätigen Druckregelorgane auf den Segmenten ein, da dann die Distanz zwischen dem Druckregelorgan und dem Verbraucher, d. h. der Düse, deutlich geringer ist. Die Regelungsstrecke hat eine geringere regelungstechnische Ordnung, damit befindet sich das Regelergebnis in einem höheren Genauigkeitsbereich als beim Standardfall, bei dem das Regelorgan in einem Medienraum aufgestellt ist und somit erhebliche Entfernungen und Höhenunterschiede zu überbrücken und zu berücksichtigen sind.
Dies beruht darauf, dass die bleibenden Druckverluste der Rohrleitungen zwischen dem Druckregelorgan, den Durchflussmessgeräten und Drucksensoren sowie der Sekundärdruckmitteldüse weitaus geringer werden und die sich einstellende Volumenstrommenge erheblich weniger beeinflusst wird als bei der Lösung gemäß dem Stand der Technik, gemäß der sich die Regelorgane im Medienraum befinden. Der gemäß dem Stand der Technik vorgegebene Höhenunterschied zwischen dem Kühlmittelverteilraum (Medienraum) ist entsprechend der erfinderischen Lösung nicht mehr gegeben und kann daher zusätzlich unberücksichtigt bleiben.
Bei der Lösung nach dem Stand der Technik muss die Höhendifferenz oder Niveaudifferenz zwischen den Regelungseinheiten und der Düsenposition berücksichtigt werden; die dadurch entstehende Druckdifferenz liegt unter Berücksichtigung des Niveauunterschieds und der bleibenden Druckverluste anlagenspezifisch im Bereich von 0,5 bis 3 bar.
Die Druckregelung kann dazu herangezogen werden, bei Ausfall der Volumenstrommessung die Regelung zu übernehmen und trotz dieses Ausfalls die Anlage weiter betreiben zu können.
Durch diese Möglichkeit, die Regelstrategie redundant auszuführen, erhöht sich die Verfügbarkeit jeder einzelnen Kühlmittelkühlung und somit auch die Gesamtverfügbarkeit der Anlage.
Durch den Einsatz der anstelle elektrischer Vorgaben extern pneumatisch oder hydraulisch vorgegebenen Stellgröße, welche über Rohrleitungen auf das Segment geführt wird, erhöht sich die Betriebssicherheit bei der Variante „Regelung auf dem Segment”.
Elektrische Verbindungen, Anschlüsse und Regelungstechnik auf dem Segment werden durch die extremen Umgebungsbedingungen, insbesondere durch hohe und wechselnde Temperaturen, wechselnde Feuchten, aggressive Gießpulver, in der Standzeit begrenzt. Durch die Verwendung selbsttätiger Druckregelorgane, insbesondere durch Fremddruckvorgabe einstellbarer Regelventile, schafft die Erfindung hier Abhilfe.
Gemäß der Erfindung lässt sich durch die Regelung des Drucks des Kühlmediums auf den Volumenstrom schließen, insbesondere unter Verwendung der jeweiligen Düsenkennlinien und Auslegungen der Segmente.
Bei Ausfall der Volumenstromregelung, beispielsweise bei einer Fehlfunktion der Volumenstromregelung, kann die Druckregelung aktiviert werden. So ist es möglich, mit defekter Volumenstrommessung die Anlage weiter zu betreiben, ohne diese zu beeinträchtigen. Durch diese Redundanz kann die Verfügbarkeit jeder einzelnen Volumenstromregelung und damit auch die Gesamtverfügbarkeit der Anlage erhöht werden.
Erfindungsgemäß regeln mit Vorteil selbstregelnde Regel- oder Schaltventile mit pneumatischer oder hydraulischer Führungsgrößenbeaufschlagung den Druck des Kühlmediums. Zur Regelung der Menge des Kühlmediums wird die gemeinsame Volumenstrommessung als Istwert herangezogen und mit einer Führungsgröße verglichen. Das Ergebnis der Regelung wird in einen Druck umgesetzt und als pneumatische oder hydraulische Führungsgrößenbeaufschlagung den selbstregelnden Regel- oder Schaltventilen zugeführt. Durch Veränderungen der jeweiligen Druckvorgabe kann so der dem Strang zugeführte Volumenstrom geregelt werden. Für den Fall, dass die selbstregelnden Regel- oder Schaltventile auf dem Segment plaziert sind, wird nur eine gemeinsame Streckenverrohrung benötigt. Durch die Nähe der selbstregelnden Regel- oder Schaltventile zum Verbraucher und die damit einhergehende geringere regeltechnische Ordnung kann das Regelorgan eventuell auftretende Druckschwankungen leicht selbsttätig ausregeln. Durch diesen Umstand werden systembedingte Druckstöße und Druckschwankungen reduziert. Durch die Erfindung wird eine Gesamtvolumenstromregelung mit einer Teilmengenbeeinflussung geschaffen; auch durch diesen Aspekt der Erfindung wird das Regelergebnis verbessert. Durch die Erfindung wird auch eine Ausfallstrategie für die Volumenstrommessung geschaffen, beispielsweise bei Ausfall der Volumenstrommessung.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Pumpenregelkreis oder ein Konstantdrucknetz die Menge des Kühlmediums, insbesondere die Wassermenge, vorhält und die mengenmäßige Aufteilung auf den Segmenten der Strangführung in bzw. quer zur Gießrichtung durch Volumenstromregler vorgenommen wird, die sich auf den Segmenten befinden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur geregelten Sekundärkühlung mit einem von einem Kühlmedium durchflossenen Netz einer Stranggießanlage. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Kühlmediums geregelt wird.
Vorzugsweise werden die Ventile entweder als Auf-/Zu-Ventile, als diskret oder als stetig schaltbare Ventile betrieben. Ebenso wird mit Vorteil durch die Regelung des Drucks des Kühlmediums auf den Volumenstrom geschlossen.
Von Vorteil ist es, wenn zur Volumenstromregelung des Gesamtvolumenstroms eines Segments die Druckvorgaben eines jeden selbsttätigen Druckregelorgans gleichgeschaltet werden.
Vorzugsweise dienen der jeweils gemessene Volumenstrom im Druckregelkreis als Istwert, der gewünschte Volumenstrom als Führungsgröße und die Druckvorgaben eines jeden selbsttätigen Druckregelorgans als Stellgröße.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens regeln selbstregelnde Regel- oder Schaltventile mit pneumatischer oder hydraulischer Führungsgrößenbeaufschlagung den Druck des Kühlmediums.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, dass, insbesondere je Segment, ein gemessener Volumenstrom des Kühlmediums als Istwert verwendet und mit einer Führungsgröße verglichen wird, dass zur Regelung des Drucks des Kühlmediums aus dem Ergebnis zur Regelung der Menge eine hydraulische oder pneumatische Führungsgröße gewonnen wird, die den selbstregelnden Regel- oder Schaltventilen zugeführt wird.
Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht durch ein Segment einer Strangführung in einer Stranggießanlage und
2 eine Ausführungsform zur Versorgung eines in der Draufsicht dargestellten Segments mit einem Kühlmedium, wobei neben einer Wasserspannplatte eine Steuerluftspannplatte als kuppelbares Element an dem Segment für die Zuführung von Druckluft als Führungsgröße zu den Einstellorganen auf der Wasserspannplatte angebracht ist.
Gemäß der Erfindung (1) ist vorgesehen, dass eine Strangführung in einer Anlage zum Gießen eines Metallstrangs in einer Gießrichtung A eine Mehrzahl von in der Gießrichtung hintereinander angeordneten und jeweils mit Rollen 1a zur Führung des Strangs ausgestatteten Segmenten 1 auf. Jedes Segment 1 weist zwei oder mehr Spritzzonen auf, die in der Regel je nach der Breite des zu gießenden Strangs betrieben werden. Auf jedem Segment wird das Kühlmedium mittels Spritzdüsen 4 von der Oberseite und Düsen 4a von der Unterseite aufgebracht. Die Düsen 4, 4a sind jeweils in den Bereichen zwischen den Rollen 1a angebracht. Entsprechend der Dicke des zu transportierenden Metallstrangs sind die Düsen 4 in ihrer Höhe verstellbar.
In einem Ausführungsbeispiel (2) ist ein Segment 31 dargestellt, das über drei Regelkreise 32, 33, 34 mit einem Kühlmedium versorgt wird, also beispielsweise mit Wasser oder einem Wasser-Druckluft-Gemisch. Der Regelkreis 32 bringt das Kühlmedium über einen zentralen Zuführungsstrang 35 auf den mittleren Bereich des Segments 31 auf. Von dem Zuführungsstrang wird das Kühlmedium zu den einzelnen Spritzdüsen 4 verteilt. Die Regelkreise 33 und 34 weisen jeweils zwei parallel zueinander verlaufende Zuführungsstränge 39, 40 bzw. 41 und 44, von denen das Kühlmedium zu den zugeordneten Spritzdüsen 4 gelangt.
In an sich bekannter Weise wird das Kühlmedium, im vorliegenden Fall Wasser, über eine Wasserspannplatte 45 den Regelkreisen 32 bis 34 über Schalt- oder Regelventile 46, 47 und 48 jeweils zugeführt. Die Schalt- oder Regelventile 46 bis 48 sind jeweils mit Einstellorganen 49 bis 51 ausgestattet, über die pneumatisch die Schalt- bzw. Regelstellung der Schalt- oder Regelventile 46 bis 48 eingestellt wird, indem die Einstellung oder Position der Einstellorgane 49 bis 51 durch den Druck der als Führungsgröße eingesetzten Druckluft eingestellt wird.
Die Druckluft wird über eine als Steuerluftspannplatte 52 ausgebildete Kupplung den Einstellorganen 49 bis 51 zugeführt. Menge und Druck der Druckluft werden von einer Steuereinrichtung, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) 53, bereitgestellt. Über regelbare pneumatische Ventile 54, 55 und 56 wird der Druck als Führungsgröße für die Einstellorgane 49 bis 51 eingestellt und diesen jeweils über eigene Leitungen 57, 58, 59 über die Steuerluftspannplatte 52 zugeführt.
Die Wasserversorgung wird über einen Medienraum 60 gewährleistet, in dem Messstellen 61, 62 für die Durchflussmenge des Wassers bzw. für dessen Druck vorgesehen sind. Von dort wird das Wasser auf die als Kupplung an dem Segment 31 dienende Wasserspannplatte 45 und zu den Schalt- oder Regelventilen 46 bis 48 weitergeleitet.
Bezugszeichenliste

1: Segment
1a: Segmentrollen
4: Düsen
4a: Düsen
30: Bramme
31: Segment
32: Regelkreis
33: Regelkreis
34: Regelkreis
35: Zuführungsstrang
39: Zuführungsstrang
40: Zuführungsstrang
41: Zuführungsstrang
44: Zuführungsstrang
45: Wasserspannplatte
46: Regelventil
47: Regelventil
48: Regelventil
49: Einstellorgan
50: Einstellorgan
51: Einstellorgan
52: Steuerluftspannplatte
53: Speicherprogrammierbare Steuerung
54: Ventil
55: Ventil
56: Ventil
57: Leitung
58: Leitung
59: Leitung
60: Medienraum
61: Messstelle
62: Messstelle
A: Gießrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0650790 B1 [0012]
EP 1550523 A1 [0013]
DE 102009034847 [0019]

Claims

Sekundärkühlungsvorrichtung zum Kühlen eines in einer Strangführungseinrichtung einer Stranggießanlage geführten Metallstrangs wobei die Sekundärkühlungsvorrichtung aufweist: – mehrere entlang der Strangführungseinrichtung angeordnete Kühlzonen; – mindestens ein von wenigstens einem Kühlmedium durchflossenes Druckleitungsnetz; – Spitzdüsen zum Aufbringen des wenigstens einen Kühlmediums aus dem Druckleitungsnetz zumindest innerhalb einer Kühlzone auf den Metallstrang; – mindestens eine Druckmesseinrichtung zum Messen des Ist-Drucks des wenigstens einen Kühlmediums in dem Druckleitungsnetz; und – mindestens einen Regelkreis mit mindestens einem Regelventil als Regler und Stellglied zum Anpassen der innerhalb der Kühlzone mit Hilfe des Druckleitungsnetzes und mit diesem verbundener Spritzdüsen an den Metallstrang abgegebenen, vorgegebenen Kühlleitung; dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil als selbstregelndes Druckregelorgan ausgebildet ist und dass der Regelkreis als Druckregelkreis ausgebildet ist, in welchem ein Solldruck und der von der Druckmesseinrichtung gemessene Ist-Druck des wenigstens einen Kühlmediums in dem Druckleitungsnetz dem Druckregelorgan zum Zwecke der Druckregelung zugeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckregelorgan (46, 47, 48) ein Fremddruck als Führungs- oder Stellgröße zuführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fremddruck als Stellgröße dem wenigstens einen Druckregelorgan über eine separate pneumatische oder hydraulische Leitung (57, 58, 59) zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Druckregelorgan (46, 47, 48) an oder unmittelbar vor einem Segment (1, 31) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Drucknetz Kupplungstrennstellen, insbesondere am Übergang zwischen den Druckleitungen und den Segmenten, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungstrennstellen als Wasserspannplatten (45) und/oder Steuerluftspannplatten (52) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Druckregelorgan (46, 47, 48) vor oder hinter den Kupplungstrennstellen (45, 52) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Vorrichtung zur Volumenstrommessung des Kühlmediums in oder auf den Segmenten oder in Gruppen von Segmenten (1, 31) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Organe zur Druck- und Volumenstrommessung je Segment (1) oder je Segmentgruppe vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spritzgruppe ein einzelnes Ventil umfasst, wobei die diesem zugeordneten Düsen einzeln kalibrierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Netz im Bereich des Verteilraums eine einzige Leitung aufweist, über die von einer Pumpe gefördertes Kühlmittel zu Spannplatten von Segmenten (1) zuführbar ist und dass Verzweigungen der Leitung im Bereich der Spannplatten und/oder auf den Segmenten (1) angeordnet sind.
Vorrichtung zur geregelten Sekundärkühlung mit einem von einem Kühlmedium durchflossenen Netz einer Stranggießanlage, dadurch gekennzeichnet, dass sich zur Verteilung des Kühlmediums in der Stranggießanlage und/oder auf einem Segment (1, 31) aktive Stellorgane, insbesondere Ventile und/oder Regler, auf den Segmenten befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pumpenregelkreis oder ein Konstantdrucknetz die Menge des Kühlmediums, insbesondere die Wassermenge, vorhält und die mengenmäßige Aufteilung auf den Segmenten der Strangführung in bzw. quer zur Gießrichtung durch Volumenstromregler vorgenommen wird, die sich auf den Segmenten befinden.
Verfahren unter Nutzung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur geregelten Sekundärkühlung mit einem von einem Kühlmedium durchflossenen Netz einer Stranggießanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Kühlmediums geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (46, 47, 48; 54, 55, 56) entweder als Auf-/Zu-Ventile, als diskret oder als stetig schaltbare Ventile betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Regelung des Drucks des Kühlmediums auf den Volumenstrom geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Volumenstromregelung des Gesamtvolumenstroms eines Segments (1, 31) die Druckvorgaben eines jeden selbsttätigen Druckregelorgans (46, 47, 48; 54, 55, 56) gleichgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils gemessene Volumenstrom im Druckregelkreis als Istwert, der gewünschte Volumenstrom als Führungsgröße und die Druckvorgaben eines jeden selbsttätigen Druckregelorgans als Stellgröße dienen.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass selbstregelnde Regel- oder Schaltventile (46, 47, 48; 54, 55, 56) mit pneumatischer oder hydraulischer Führungsgrößenbeaufschlagung den Druck des Kühlmediums regeln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere je Segment (1, 31), ein gemessener Volumenstrom des Kühlmediums als Istwert verwendet und mit einer Führungsgröße verglichen wird, dass zur Regelung des Drucks des Kühlmediums aus dem Ergebnis zur Regelung der Menge eine hydraulische oder pneumatische Führungsgröße gewonnen wird, die den selbstregelnden Regel- oder Schaltventilen zugeführt wird.