DE102018215566A1 - Verfahren und Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Oszillationsvorrichtung sowie die entsprechende Oszillationsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Oszillationsvorrichtung für eine Stranggießkokille innerhalb einer Stranggießanlage zum Erzeugen eines Gießstrangs. Die Oszillationsvorrichtung 100 dient zum Oszillieren der Stranggießkokille mit einem Hubverlauf über mindestens einer Periode, um Reibung zwischen dem frisch gegossenen Gießstrang und der inneren Kokillenwand zu reduzieren. Um individuelle Oszillation-Geschwindigkeitsverläufe für einzelne Anwendungsfälle bzw. Gießaufträge vorgeben und mit der Oszillationsvorrichtung umsetzen zu können, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, bei der Ermittlung des Hubverlaufes für die Oszillation die Flächeninhalte der von einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf für die Oszillation und der x-Achse innerhalb einer Periode eingeschlossenen positiven und negativen Teilflächen oberhalb und unterhalb der x-Achse zu berechnen und zu prüfen, ob diese Flächeninhalte gleich groß sind. Falls dies nicht der Fall ist, wird der vorgegebene Geschwindigkeitsverlauf entsprechend verändert bzw. angepasst. Der Hubverlauf für die Oszillation wird dann durch Integration des Geschwindigkeitsverlaufes mit den gleich großen Teilflächen ermittelt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Oszillationsvorrichtung für eine Stranggießkokille innerhalb einer Stranggießanlage zum Erzeugen eines Gießstrangs. Die Erfindung kann Anwendung finden bei Block-, Knüppel-, BBL-, Brammen- und Dünnbrammenstranggießanlagen. Derartige Stranggießanlagen können als Senkrechtabbiege-, Bogen- oder Vertikalbrammenanlagen ausgebildet sein.
• Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Oszillationsvorrichtung, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Bekannte Oszillationseinrichtungen verwenden typischerweise hydraulische oder elektromechanische Antriebe bzw. Anstellelemente zum Oszillieren der Kokille.
• Stand der Technik:
• Um der Reibung der Strangschale an den Kokillenplatten entgegen zu wirken, arbeiten die Stranggießanlagen mit oszillierenden Kokillen. Die hochwertige Produktion von Gießprodukten erfordert hierbei einen definierten Geschwindigkeitsverlauf der Kokillenoszillation in Abhängigkeit bestimmter Gießparameter.
• Das Zuordnungskriterium/Auswahlkriterium (der Oszillationskurvenverläufe) ist vorzugsweise die zu vergießende Stahlqualität (Stahlanalyse der Schmelze die vergossen werden soll) und die Gießgeschwindigkeit.
• Der gewählte Oszillationskurvenverlauf (Geschwindigkeitsverlauf) wird dann für die Produktion einer Stahlqualität gemeinsam mit dem variablen Produktionsparameter „Gießgeschwindigkeit“ verwendet. Eine dynamische Anpassung der Hubhöhe und Hubfrequenz erfolgt dann in der Abhängigkeit zur Gießgeschwindigkeit.
• Somit ist u.a. auch eine gezielte Einstellung eines „Negativ Strip Wertes“ möglich.
• Negativ Strip ist der Zeitbereich in der die Kokille in der Geschwindigkeit (bei der Bewegungsrichtung der Oszillation in Produktionsrichtung des erzeugten Stranges, also mit der Richtung der Gießgeschwindigkeit) die eingestellte Gießgeschwindigkeit überschreitet.
• Der Negativ Strip wird meist in Prozent einer gesamten Oszillationsperiode angegeben. Der Oszillationskurvenverlauf der Oszillationsgeschwindigkeit ist dabei die Basis und Grundlage für die genannten weiteren Abhängigkeiten und Einstellungen.
• Der verfahrenstechnische Hintergrund für den Verlauf der Oszillationsbewegung ist eine gezielte Reduzierung der Reibung zwischen der Strangschale an den Kupferplatten der Kokille während der Oszillationsbewegung. Die Oszillationsbewegung begünstigt hierbei die Speisung des Spalts zwischen Strang und Kokillenplatten mit Gießpulver, Gießgranulat oder flüssigen Schmiermitteln (z. B. Öl). Die Eigenschaften (u.a. die Viskosität und das Aufschmelzverhalten) des verwendeten Schmiermittels (z. B. Gießpulver) kann daher auch ein ergänzendes Auswahlkriterium für die Wahl der Oszillationskurve und deren Parameter darstellen.
• Die Hubamplituden der Kokille liegen beispielhaft in einem im typischen Bereich um ± 3 mm (bei Geißgeschwindigkeiten um 1 m/min). Bei einem sinusförmiger periodischen Verlauf der Oszillationskurve wird dabei eine Kokillenhubfrequenz im Bereich bis zu ca. 70 Hüben je Minute je m/min Gießgeschwindigkeit eingestellt.
• Aus der WO-2016/162141 A1 ist z.B. Folgendes bekannt: Flüssiges Metall wird in eine Stranggießkokille der Stranggießanlage gegossen. Das flüssige Metall erstarrt an den Seitenwänden der Stranggießkokille zu einer Strangschale. Die Strangschale wird mittels einer Abzugseinrichtung der Stranggießanlage mit oder ohne noch flüssigen Kern in einer Gießrichtung mit einer Gießgeschwindigkeit aus der Stranggießkokille abgezogen. Die Stranggießkokille wird mittels einer Oszillationseinrichtung der Stranggießanlage in der Gießrichtung periodisch bewegt. Die Oszillationseinrichtung wird von einer Steuereinrichtung der Stranggießanlage gesteuert. Die Bewegung der Stranggießkokille ist in einem ersten Zeitabschnitt der Periode eine harmonische Schwingung, der ein Geschwindigkeitsoffset überlagert ist. In einem zweiten Zeitabschnitt der Periode erfolgt die Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit. Als harmonisch wird eine Schwingung bezeichnet, deren Verlauf durch eine Sinusfunktion beschrieben werden kann.
• Aus der DE-19742794-A1 ist eine weitere Lösung für die Oszillationsbewegung bekannt. Im Vergleich zu einer einfachen sinusförmigen oder nicht-sinusförmigen Schwingung mit vergleichbarer Frequenz und Amplitude können der Wärmeübergang in der Kokille und damit die Schalenbildung gesteuert und damit die Qualität des Gußproduktes gezielt verbessert werden. Dazu wird vorgeschlagen, dass bei beliebig vorgegebener Strangabzugsgeschwindigkeit die Null-Linie der Kokillenschwingungen relativ zur Lage des Badspiegels während des Gießvorganges nach oben und/oder nach unten bewegt (durch eine zweite überlagerte Schwingung) wird.
• In der DE-19854329-A1 wird zusätzlich ein Verfahren zum Oszillieren einer Stranggießkokille mittels variabler Oszillationsparameter beschrieben. Die dort beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oszillieren einer Stranggießkokille mittels vertikal reziprozierender Bewegungen in Gießrichtung bzw. in Gegenrichtung, wobei Hub und Frequenz der Oszillation nach Maßgabe der Gießgeschwindigkeit einstellbare Parameter sind und bei voreilender Geschwindigkeit der Kokille relativ zum Strang, dem sog. Negativstrip, flüssiges und/oder festes Gießmedium in den Spalt zwischen Kokille und Strang eingezogen wird.
• Die vorbekannten Lösungen weisen folgende Nachteile auf:
• Die bisher im Stand der Technik beschriebenen Oszillationskurven (Geschwindigkeitsverläufe) sind oft sinusförmig, besitzen einen sinuiden Charakter, haben einen sinusförmigen Anteil oder sind aufwendig zusammengesetzte Kurvenverläufe über einem zeitlichen Verlauf der Oszillationsbewegung.
• Die Generierung eines Oszillationskurvengeschwindigkeitsverlaufes ist mit hohem Aufwand verbunden. Durch spezifisch erstellten Maschinencode können die Geschwindigkeitsverläufe nur eingeschränkt erzeugt werden. Eine Übertragung der Verläufe über Datenträger (von Erstellungssystem zur Steuerung) ist umständlich bzw. zeitintensiv.
• Da auch sinusförmige Kurvenverläufe die Freiheitsgrade einer Kurvengenerierung einschränken, ist den verfahrenstechnischen Vorgaben mit den bisher im Stand der Technik bekannten Möglichkeiten eine Grenze gesetzt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren und Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Oszillationsvorrichtung für eine Stranggießkokille sowie eine bekannte entsprechende Oszillationsvorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass individuelle Oszillations-Geschwindigkeitsverläufe für einen konkreten Anwendungsfall bzw. Gießauftrag vorgegeben und in der Oszillationsvorrichtung umgesetzt werden zu können.
• Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hubverlauf, mit welchem die Stranggießkokille oszilliert wird, wie folgt ermittelt wird:
• - Vorgeben eines beliebigen Geschwindigkeitsverlaufs für die Oszillation über der Periode;
• - Berechnen der Flächeneinhalte der von dem Geschwindigkeitsverlauf und der x-Achse innerhalb der Periode eingeschlossenen positiven und negativen Teilflächen oberhalb und unterhalb der x-Achse;
• - Prüfen, ob die Flächeninhalte der positiven und negativen Teilflächen gleich groß sind; und
• - falls ja: Ermitteln des Hubverlaufs für die Stranggießkokille durch Integrieren des Geschwindigkeitsverlaufs mit den gleich großen Teilflächen oberhalb und unterhalb der x-Achse über der Periode.
• Das beanspruchte Verfahren bietet den Vorteil, dass beliebige, d. h. frei vorgebbare und frei parametrierbare Geschwindigkeitsverläufe für die Oszillation der Stranggießkokille vorgegeben werden können, wie dies von der Verfahrenstechnik bzw. Metallurgie zunehmend gefordert wird. Diese beanspruchte Vorgabe von beliebigen Geschwindigkeitsverläufen, angepasst für eine konkrete Gießaufgabe bietet folgende Möglichkeiten:
• - den Schmiermitteleinzug zwischen Innenwand der Kokille und sich bildender Schale des Gießstrangs in der Kokille zu verbessern bzw. dort die Reibung zu reduzieren;
• - die Oberflächenqualität eines Gießstrangs durch die Beeinflussung der Oszillationsmarken (dies sind die Abdrücke die durch die Oszillationsbewegung auf der Strangoberfläche entstehen) in ihrer Ausprägung (Tiefe und Verlauf) zu optimieren bzw. zu verbessern; und
• - den Oszillationsgeschwindigkeitsverlauf so zu gestalten, dass eine Anregung von möglichen unerwünschte Resonanzen (insbesondere die Vermeidung von Sinusschwingungen als Anregungsschwingung) bei Einrichtungen in unmittelbarer Nähe der Oszillation (z.B. Kokille, Gießbühne, Strangführung, Segmente) vermieden wird.
• Der Begriff „x-Achse“ meint im Sinne der Erfindung typischerweise eine Zeit- oder Winkel-Achse, d. h. der Geschwindigkeitsverlauf V für die Oszillation wird für die vorliegende Erfindung vorzugsweise in Form eines V(t)- oder V(α)-Verlaufs angegeben. Gleichermaßen wird der Hubverlauf ebenfalls vorzugsweise über der Zeit oder über dem Winkel, weiter vorzugsweise innerhalb einer Periode angegeben. Eine Umrechnung der Abszisse von einer zeitlichen Dimension in eine Winkeldimension, und umgekehrt, ist jederzeit möglich. Das bedeutet, ein Periodendurchlauf einer Oszillationsbewegung entspricht 360° in der Winkeldarstellung und - analog dazu - einer Periodenzeit T in der Zeitdarstellung.
• Der beanspruchte Prüfschritt, in welchem geprüft wird, ob die Flächeninhalt der positiven und negativen Teilflächen des vorgegebenen Geschwindigkeitsverlaufes gleich groß sind, ist deswegen erforderlich, weil nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, gewährleistet ist, dass die Kokille durch die Oszillation nicht sukzessive höhenversetzt wird. Umgekehrt hätte dies den Nachteil, dass wenn die Teilflächen unterschiedlich groß sind, dass dann die Kokille durch die Oszillation sukzessive höhenversetzt würde, was nicht gewollt ist.
• Der Anspruch 1 betrifft zunächst den Fall, dass der vorgegebene Geschwindigkeitsverlauf von vorneherein in einer solchen Form vorgegeben wird, dass seine Teilflächen oberhalb und unterhalb x-Achse tatsächlich den gleichen Flächeninhalt haben.
• Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird der Fall behandelt, dass bei dem beliebig vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf für die Oszillation die Teilflächen oberhalb der x-Achse tatsächlich nicht gleich sind. In diesem Fall ist eine Korrektur des Geschwindigkeits-Verlaufes erforderlich, wie sie in dem Anspruch 1 beansprucht wird, um die Gleichheit der Teilflächen herzustellen, und um das besagte unerwünschte Höhenversetzen der Kokille durch die Oszillation zu verhindern.
• Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Geschwindigkeitsverlauf in Form eines kontinuierlichen Kurvenverlaufs oder in Form von mindestens drei Stützpunkten über einer Periode vorgegeben werden. In letzterem Fall wird der entsprechend vorgegebene Geschwindigkeitsverlauf dann vorzugsweise durch Interpolation, beispielsweise durch lineare Interpolation ermittelt.
• Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der durch Integration ermittelte Hubverlauf für die Kokille auf eine maximal gewünschte Oszillationsamplitude, beispielsweise angegeben in der Einheit mm umgerechnet, und/oder eine gewünschte Hubfrequenz, d. h. normiert wird.
• Vorzugsweise enthält der vorgegebene Geschwindigkeitsverlauf für die Oszillation auch einen Bereich bzw. ein Zeitintervall, in welchem die Oszillationsgeschwindigkeit in Gießrichtung größer ist als die Gießgeschwindigkeit. Dieser Bereich ist dann der Bereich des „negativen Strips“, wie er oben im Stand der Technik mit zugehörigen Vorteilen beschrieben ist.
• Der vorgegebene Geschwindigkeitsverlauf kann auch insofern beliebig sein, als dass er nicht nur einen, sondern eine Mehrzahl von Nulldurchgängen, nicht nur ein absolutes, sondern auch zusätzlich noch zumindest ein lokales Maximum und/oder nicht nur ein absolutes Minimum, sondern darüber hinaus auch noch beispielsweise mindestens ein lokales Minimum aufweist.
• Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 8 sowie eine Oszillationsvorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst. Die Vorteile dieser beiden Lösungen entsprechen den oben mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.
• Die beanspruchte Oszillationsvorrichtung weist vorzugsweise eine Eingabeeinrichtung auf zum manuellen Vorgeben des beliebigen Geschwindigkeitsverlaufes in Form von mindestens drei Stützpunkten über einer Periode. Zu diesem Zweck besitzt die Eingabevorrichtung vorzugsweise eine Anzeigevorrichtung, welche die Möglichkeit bietet, den Geschwindigkeitsverlauf bzw. die den Geschwindigkeitsverlauf repräsentierenden Stützpunkte grafisch vorgeben zu können und auch eine Interpolation der Stützpunkte zu dem Geschwindigkeitsverlauf für eine Bedienperson grafisch darzustellen. Neben dem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf zeigt die Anzeigevorrichtung vorzugsweise weiterhin auch den zum Ausgleich der positiven und negativen Teilflächen verschobenen Geschwindigkeitsverlauf und/oder den letztendlich berechneten Hubverlauf zumindest während einer Periode für die Bedienperson an. Alternativ oder zusätzlich zu der manuellen Eingabemöglichkeit kann die Oszillationsvorrichtung auch über eine Datenschnittstelle verfügen zur Vorgabe des Geschwindigkeitsverlaufs z. B. per Speicherstick oder Netzwerkschnittstelle.
• Der Beschreibung sind insgesamt 5 Figuren beigefügt, wobei
• 1 die erfindungsgemäße Oszillationseinrichtung;
• 2a und 2b das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Oszillationsvorrichtung;
• 3 die Vorgabe des Geschwindigkeitsverlaufes in Form von Stützpunkten;
• 4 mögliche verschiedenartige vorgebbare Geschwindigkeitsverläufe pro Periode; und
• 5 die Interpolation des Geschwindigkeitsverlaufs und den „Negativ Strip“
veranschaulicht.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
• 1 zeigt die erfindungsgemäße Oszillationsvorrichtung 100. Diese Oszillationsvorrichtung 100 dient zum Oszillieren einer Stranggießkokille 210 einer Stranggießanlage 200. Neben der Stranggießkokille 210 umfasst die Stranggießanlage 200 im Wesentlichen noch eine der Stranggießkokille 210 in Gießrichtung R nachgelagerte Strangführungseinrichtung 220.
• Die Kokille 210 wird insbesondere während eines Gießvorgangs zum Erzeugen des Gießstrangs 300 mit Hilfe der Oszillationseinrichtung 100 in Oszillation, d. h. in Schwingungen in und entgegen der Gießrichtung R versetzt. Diese Oszillationsrichtung ist in 1 mit dem vertikalen Doppelpfeil neben der Kokille 210 veranschaulicht. Im Gießbetrieb wird die Kokille 210 mit einer Metallschmelze befüllt. Innerhalb der Kokille 210 erstarrt die Schmelze an den gekühlten Wänden der Kokille und es bildet sich ein Gießstrang 300 mit zunächst noch flüssigem Kern aus. Dieser Gießstrang wird aus der Kokille nach unten herausgezogen und mit Hilfe der Strangführungseinrichtung 220 aus der Vertikalen in die Horizontale umgelenkt. Die Oszillation der Kokille dient zum Reduzieren der Reibung zwischen dem Gießstrang und den Wänden der Kokille.
• Die Oszillationsvorrichtung umfasst mindestens ein, typischerweise 2 Anstellelemente, beispielsweise in Form von Hydraulikzylindern oder elektromechanischen Hubelementen zum Oszillieren der Stranggießkokille. Diese Anstellelemente 110 werden mit Hilfe einer Steuereinrichtung 120 über ein Stellsignal S derart angesteuert, dass sich ein durch das Stellsignal repräsentierter Hubverlauf für die Oszillation der Kokille 210 einstellt.
• Dieser Hubverlauf wird erfindungsgemäß im Vorfeld der Oszillation aus einem beliebig bzw. frei vorgegebenen (Oszillations-)Geschwindigkeitsverlauf für die Oszillation von einer Berechnungseinrichtung 130 berechnet.
• Für diese Ermittlung bzw. Berechnung des Hubverlaufes sieht das erfindungsgemäße Verfahren die in den 2a und 2b dargestellte Schrittabfolge vor.
• Verfahrensschritt 1:
• Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein gewünschter Geschwindigkeitsverlauf für die Oszillation der Kokille vorgegeben, sei es als kontinuierlicher Kurvenzug oder in Form von zumindest drei Stützpunkten pro Periode. Die Betrachtung einer Periode ist ausreichend, weil die Oszillation, wie der Name schon impliziert, periodisch erfolgt.
• Die Vorgabe der Stützpunkte kann in tabellarischer Form erfolgen, wie dies in der Tabelle in 2a neben Schritt 1 veranschaulicht ist.
• Verfahrensschritt 2:
• Dieser Verfahrensschritt sieht vor, dass im Falle einer Vorgabe des Geschwindigkeitsverlaufes zunächst nur in Form von Stützpunkten, diese Stützpunkte zu einem durchgehenden Kurvenzug interpoliert werden. Diese Interpolation kann beispielsweise linear erfolgen, wie dies in 2a in der graphischen Darstellung neben dem Verfahrensschritt 2 veranschaulicht ist.
• Über die variabel setzbaren Stützpunkte von gewünschten Oszillationsgeschwindigkeiten und den jeweils zugehörigen Winkeln kann nun ein Grundkurvenprofil einer Oszillationsperiode frei z.B. in Tabellenform eingegeben werden. Alternativ ist eine grafische Eingabe möglich. Die Stützpunkte werden (prorammtechnisch automatisch) dann über eine lineare Punktverbindung miteinander verbunden, d. h. interpoliert.
• Die Verbindung zwischen zwei Geschwindigkeitspunkten, jeweils bestehend aus den Koordinaten Geschwindigkeit und Winkel bzw. Zeit ergeben dann eine lineare Funktion (im Koordinatensystem) für einen Teilabschnitt zwischen zwei Winkeln (oder Stützpunkten) des Geschwindigkeitsverlaufes der Oszillation.
• Eine lineare Funktion wird in der Mathematik in diesem Fall als lineare Normalfunktion bezeichnet entspricht daher folgendem Formelgrundsatz: $$\text{f}\left(\text{x}\right)=\text{mx}+\text{n}$$

  
• f(x) = Funktionsverlauf in Abhängigkeit von x
• m = Steigung der linearen Funktion
• x = Variable
• n = Konstante
entspricht $$\text{f}\left(\mathrm{\alpha }\right)=\left({\text{v}}_3+{\text{v}}_2\right)/\left({\mathrm{\alpha }}_3-{\mathrm{\alpha }}_2\right)\mathrm{\alpha +}{\text{V}}_{\text{c1}}$$

für die Beispielstützpunkte 2 und 3, siehe 3. Für 3 gilt folgende Legende:

V =

Oszillationsgeschwindigkeit

t =

Zeit

T =

Periodenzeit einer Schwingung, Oszillationsperiode

T₁ =

Oszillationskurvenanteil entgegen der Gießgeschwindigkeitsrichtung

T₂ =

Oszillationskurvenanteil in Gießgeschwindigkeitsrechnung

1/2T =

Halbe Periodenzeit

A₁ =

Flächenanteil (integrierter Weg, Aufwärtsbewegung)

A₂ =

Flächenanteil (integrierter Weg, Aufwärtsbewegung

(1) =

Stützpunkt (Geschwindigkeit und Zeit)

V_G =

Gießgeschwindigkeitsrichtung

• Der Anfangs- und der Endpunkt (0 und 360 Grad) sind als feste erforderliche Winkeleingabe gesetzt. Der Wert der Oszillationsgeschwindigkeiten für alle gesetzten Winkelpunkte ist praxisbezogen beispielsweise in mm/s einzugeben. Der Bediener kann hier einen relativen Bezug herstellen und somit seine Vorstellung über den Charakter bzw. das zu erstellende Profil der Oszillationskurve einfach herstellen.
• Die einzelnen Stützpunkte werden nach der Eingabe in die Oszillationsvorrichtung automatisch miteinander verbunden. Der hierdurch entstandene gesamte Kurvenzug (Polygonzug) eines Geschwindigkeitsverlaufes besteht hiermit aus einer geschlossenen Zusammensetzung von linearen Teilfunktionen.
• Selbstverständlich ist neben der linearen Interpolation auch jede andere Art der Interpolation zwischen den Stützpunkten von der vorliegenden Erfindung mit umfasst.
• Diese besagte Interpolation der Stützpunkte und damit auch Schritt 2 ist entbehrlich, wenn der Geschwindigkeitsverlauf sofort in Form eines kontinuierlichen Geschwindigkeitsverlaufes vorgegeben wird.
• Der vorgegebene Geschwindigkeitsverlauf bzw. der gemäß Verfahrensschritt 2 durch Interpolation ermittelte Geschwindigkeitsverlauf muss keineswegs sinusförmig sein, sondern kann auch die in 4 lediglich beispielhaft gezeigten Verläufe annehmen. So zeigt die linke Abbildung in 4 beispielsweise eine Oszillationskurve mit 2 0-Durchgängen innerhalb einer Oszillationsperiode. Die rechte Abbildung in 4 zeigt dagegen eine Oszillationskurve mit einer Mehrzahl von hier beispielsweise drei, Minima pro Periode.
• Die linke Abbildung in 5 veranschaulicht nochmals die in Verfahrensschritt 2 durchgeführte lineare Interpolation zwischen zwei vorgegebenen Stützpunkten. Der Kurvenverlauf zwischen zwei Stützpunkten entspricht einer linearen Normalfunktion. Für 5, linke Abbildung gilt: $$\text{f}\left(\text{x}\right)=\text{mx}+\text{n}$$

  

  entspricht $$\text{f}\left(a\right)=\left({\text{v}}_3+{\text{v}}_2\right)/\left({\text{a}}_3-{\text{a}}_2\right)\text{a}\mathrm{+}{\text{V}}_{\text{c1}}$$

  
• Die rechte Abbildung in 5 veranschaulicht ein Beispiel für einen aus der Interpolation resultierenden vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf über der Zeit, wobei - bei Auftragung der Gießgeschwindigkeit V_G in negativer Richtung erkennbar ist, dass dieser Geschwindigkeitsverlauf während eines Zeitintervalls T_n einen Betrag der Geschwindigkeit aufweist, der größer als die Gießgeschwindigkeit ist. Dieser Zeitbereich bzw. dieses Zeitintervall T_n repräsentiert die sogenannte „negative strip“-Zeit, wie sie mit ihren Vorteilen im einleitenden Teil der Beschreibung beschrieben ist. Für die in der rechten Abbildung von 5 gezeigte generierte Oszillationskurve mit Darstellung des Negativ Strip Bereiches gilt folgende Legende: $${\text{T}}_{\text{n}}\left(\%\right)={\text{T}}_{\text{n}}/\text{T}$$

  

T_n =

Negativ Strip Zeit

T =

gesamte Periodenzeit

V =

Oszillationsgeschwindigkeit

t =

Oszillationszeit

V_G =

Gießgeschwindigkeit

f =

Oszillationsfrequenz

• Verfahrensschritt 3:
• Gemäß 2a sieht dieser Verfahrensschritt 3 vor, dass zunächst die Inhalte der Teilflächen A1, A2 oberhalb und unterhalb der x-Achse berechnet werden, die von dem in Verfahrensschritt 2 berechneten Geschwindigkeitsverlauf eingeschlossen bzw. umhüllt werden. Dies erfolgt mit einer erfindungsgemäßen Berechnungseinrichtung 130 innerhalb oder außerhalb der Oszillationsvorrichtung 100. Die so ermittelten positiven (oberhalb der x-Achse) und negativen (unterhalb der x-Achse) liegenden Teilflächen A1, A2 werden bezüglich ihrer Flächeninhalte miteinander verglichen. Eine automatische Prüfung innerhalb der Berechnungseinrichtung erzeugt bei einer festgestellten Nicht-Gleichheit der Flächen eine entsprechende Korrektur bzw. bietet der Bedienperson der Oszillationsvorrichtung eine Möglichkeit zur Korrektur an.
• Verfahrensschritt 4:
• Damit der gewünschte Kurvenverlauf bzw. der Charakter der eingegebenen Kurve erhalten bleibt, wird zur Angleichung der Flächeninhalte der Teilflächen eine Parallelverschiebung des vorgegebenen Geschwindigkeitsverlaufes entlang der Ordinate solange durchgeführt, bis die Flächeninhalt der Teilflächen oberhalb und unterhalb der Abszisse gleich sind; siehe Verfahrensschritt 4 in 2b. Diese Angleichung der Flächeninhalte der Teilflächen im Geschwindigkeitsverlauf ist bei der vorliegenden Erfindung erforderlich, damit bei einer später erfolgenden Umrechnung des Geschwindigkeitsverlaufes in den Hubverlauf für die Oszillationsvorrichtung gleiche Amplituden bei Oszillation in und entgegen der Gießrichtung einstellbar sind. Wenn die positive und die negative Amplitude bei der Oszillation nicht gleich wären, hätte dies den Nachteil, dass die Kokille durch die der Oszillation sukzessive höhenversetzt würde, was nicht gewollt ist.
• Verfahrensschritt 5:
• Der zuvor ermittelte Geschwindigkeitsverlauf mit den gleichgroßen Teilflächen oberhalb und unterhalb der x-Achse pro Periode wird gemäß Verfahrensschritt 5 in einen Hubverlauf für die Oszillation aufintegriert. Bei der Integration kann es sich beispielsweise um eine nummerische Integration handeln. Der Hubverlauf kann auf diese Weise über einem Winkel oder über der Zeit als Oszillationsperiode berechnet werden.
• Verfahrensschritt 6:
• Nach der Integration des Geschwindigkeitsverlaufes erfolgt eine Normierung des Hubverlaufes insbesondere auf eine gewünschte maximale Hubamplitude, z. B. in Höhe von +/- 2mm und/oder eine gewünschte Hubfrequenz.
• Der so ermittelte Hubverlauf kann vor Beginn oder während einer Oszillation im laufenden Gießbetrieb in die Oszillationsvorrichtung eingegeben und von der Oszillationsvorrichtung umgesetzt werden. Falls gewünscht, kann eine Umschaltung des vorherigen auf einen neuen Hubverlauf auch während einer laufenden Oszillation erfolgen.
• Bezugszeichenliste

100

Oszillationsvorrichtung

110

Anstellelement

120

Steuereinrichtung

130

Berechnungseinrichtung

140

Eingabevorrichtung

142

Anzeigevorrichtung

200

Stranggießanlage

210

Oszillationseinrichtung mit Kokille

220

Strangführung

300

Gießstrang

R

Gießrichtung

S

Stellsignal

V_G

Gießgeschwindigkeit

• 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
• WO 2016/162141 A1 [0011]
• DE 19742794 A1 [0012]
• DE 19854329 A1 [0013]

Claims (14)

1. Verfahren zum Betreiben einer Oszillationsvorrichtung (100) für eine Stranggießkokille (210) zum Erzeugen eines Gießstrangs (300); vorzugsweise aus Metall, aufweisend folgende Schritte: Oszillieren der Stranggießkokille (210) mit einem Hubverlauf über mindestens einer Periode; dadurch gekennzeichnet, dass der Hubverlauf wie folgt ermittelt wird: - Vorgeben eines beliebigen periodischen Geschwindigkeitsverlaufs für die Oszillation über der Periode; - Berechnen der Flächeneinhalte der von dem Geschwindigkeitsverlauf und der x-Achse innerhalb der Periode eingeschlossenen positiven und negativen Teilflächen oberhalb und unterhalb der x-Achse; - Prüfen, ob die Flächeninhalte der positiven und negativen Teilflächen gleich groß sind; und - falls ja: Ermitteln des Hubverlaufs für die Stranggießkokille durch Integrieren des Geschwindigkeitsverlaufs mit den gleich großen Teilflächen oberhalb und unterhalb der x-Achse über der Periode.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - falls bei dem Prüfen eine Abweichung zwischen der Größe der positiven und der negativen Teilfläche pro Periode festgestellt wird - vor dem Ermitteln des Hubverlaufs folgender Zwischenschritt ausgeführt wird: - Verschieben des vorgegebenen Geschwindigkeitsverlaufes so, dass ein verschobener Geschwindigkeitsverlauf entsteht, bei welchem die von dem verschobenen Geschwindigkeitsverlauf und der x-Achse innerhalb der Periode eingeschlossenen positiven und negativen Teilflächen oberhalb und unterhalb der x-Achse jeweils gleich groß werden; und dass bei der Ermittlung des Hubverlaufs der verschobene Geschwindigkeitsverlauf als der Geschwindigkeitsverlauf mit den gleich großen Teilflächen verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Geschwindigkeitsverlauf in Form eines kontinuierlichen Kurvenverlaufs oder in Form von mindestens drei Stützpunkten über der Periode vorgegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützpunkte zu dem Geschwindigkeitsverlauf interpoliert werden.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Integration ermittelte Hubverlauf auf eine maximal gewünschte Oszillations-Amplitude normiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Geschwindigkeitsverlauf für die Oszillation derart vorgegeben wird, dass die Geschwindigkeit in Gießrichtung während eines Zeitintervalls größer als die Gießgeschwindigkeit ist.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Geschwindigkeitsverlauf für die Oszillation eine Mehrzahl von Nulldurchgängen, zumindest ein lokales Maximum und/oder zumindest ein lokales Minimum aufweist.
8. Computerprogrammprodukt, welches direkt in den Speicher eines Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte aufweist, mit denen die Schritte gemäß einem der vorangegangenen Verfahrensansprüche ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
9. Oszillationsvorrichtung (100) für eine Stranggießkokille (210) zum Erzeugen eines Gießstrangs (300), mit mindestens einem Anstellelement (110) zum Oszillieren der Stranggießkokille (210); und einer Steuereinrichtung (120) zum Ansteuern des Anstellelementes (110) mit einem Stellsignal (S), welches einen Hubverlauf für das Oszillieren über einer Periode repräsentiert; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (120) ausgebildet ist, die Oszillationsvorrichtung (100) gemäß dem Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1-7 zu betreiben.
10. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Berechnungseinrichtung (130), welche ausgebildet ist, den Hubverlauf wie folgt zu ermitteln: - Berechnen der Flächeneinhalte der von dem Geschwindigkeitsverlauf und der x-Achse innerhalb der Periode eingeschlossenen positiven und negativen Teilflächen oberhalb und unterhalb der x-Achse; - Prüfen, ob die Flächeninhalte der positiven und negativen Teilflächen gleich groß sind; und - falls ja: Ermitteln des Hubverlaufs für die Stranggießkokille durch Integrieren des Geschwindigkeitsverlaufs mit den gleich großen Teilflächen oberhalb und unterhalb der x-Achse über der Periode; und wobei die Berechnungseinrichtung (130) weiterhin ausgebildet ist, den ermittelten Hubverlauf an die Steuereinrichtung zu übermitteln.
11. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung (130) weiterhin ausgebildet, vor der Ermittlung des Hubverlaufs folgenden Zwischenschritt auszuführen, falls bei dem Prüfen eine Abweichung der positiven Teilflächeninhalte von den negativen Teilflächeninhalten festgestellt wird: - Verschieben des vorgegebenen Geschwindigkeitsverlaufs für die Oszillation über der Periode so, dass ein verschobener Geschwindigkeitsverlauf entsteht, bei welchem die von dem verschobenen Geschwindigkeitsverlauf und der x-Achse innerhalb der Periode eingeschlossenen positiven und negativen Teilflächen oberhalb und unterhalb der x-Achse jeweils gleich groß werden; und - Ermitteln des Hubverlaufs für die Stranggießkokille (210) durch Integrieren des verschobenen Geschwindigkeitsverlaufs als dem Geschwindigkeitsverlauf mit den gleich großen Teilflächen über der Periode.
12. Oszillationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung (130) ausgebildet ist, den vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf zu interpolieren, wenn dieser nur in Form von mindestens drei Stützpunkten über der Periode vorgegeben ist.
13. Oszillationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch eine Eingabeeinrichtung (140) zum Vorgeben bzw. Eingeben des beliebigen Geschwindigkeitsverlaufs, in Form von mindestens drei Stützpunkten pro Periode.
14. Oszillationsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingabevorrichtung (140) eine Anzeigevorrichtung (142) zugeordnet ist zum graphischen Darstellen des vorgegebenen Geschwindigkeitsverlaufs, des verschobenen Geschwindigkeitsverlaufs und/oder des berechneten Hubverlaufs zumindest während einer Periode.

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