DE102018215583A1

DE102018215583A1 - Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Temperatur eines Gießstrangs in einer Stranggießanlage

Info

Publication number: DE102018215583A1
Application number: DE102018215583.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Heimann; Uwe Plociennik
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2020-03-19
Also published as: EP3849729A1; EP3849729B1; WO2020052944A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Temperatur eines Gießstrangs (10) in einer Stranggießanlage (12), wobei der Gießstrang (10) nach dem Austreten aus einer Kokille (14) durch eine stützende Strangführung (16) der Stranggießanlage (12), die eine Sekundärkühlung aufweist, entlang einer Förderrichtung (F) geführt wird, wobei die Sekundärkühlung durch eine Steuerungs- oder Regelungseinheit (18) eingestellt wird und damit die Oberflächen des Gießstrangs (10) gekühlt werden. Für den Gießstrang (10) wird entlang seiner Förderrichtung (F) innerhalb der stützenden Strangführung ein Temperaturfeld berechnet und daraus eine Position der Sumpfspitze (PS) des Gießstrangs (10) bestimmt. In einem Speicher (19) der Steuerungs- oder Regelungseinheit (18) sind für einen zu vergießenden Werkstoff des Gießstrangs (10) eine Mehrzahl von Solltemperaturkurven für die Oberfläche des Gießstrangs (10) gespeichert, wobei zur Regelung der Temperatur des Gießstrangs (10) eine geeignete Solltemperaturkurve in Abhängigkeit bzw. als Funktion der Position der Sumpfspitze des Gießstrangs (10) ausgewählt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Temperatur eines Gießstrangs in einer Stranggießanlage nach dem Oberbegriff jeweils von Anspruch 1 und von Anspruch 4.
Beim Betrieb von Stranggießanlagen entspricht es dem Stand der Technik, den Gießstrang nach dem Austreten aus der Kokille in der sogenannten Sekundärkühlung einer stützenden Strangführung der Anlage abzukühlen, bis eine vollständige Erstarrung des Gießstrangs erreicht ist. Dieser Abkühlvorgang spielt eine wichtige Rolle für die resultierende Qualität des Gießstrangs und der daraus erzeugten Produkte. Die vollständige Erstarrung des Gießstrangs sollte innerhalb der Rollensegmente der stützenden Strangführung, die den Gießstrang mit noch flüssigem Kern stützen, erreicht werden.
Der Betrieb der Sekundärkühlung wird in der Regel mit Sprüh- bzw. Kühlwasser realisiert, wobei die Wassermenge, die auf die Oberflächen des Gießstrangs ausgebracht wird, unter Vorgabe von Solltemperaturkurven eingestellt wird. Der Verlauf dieser Solltemperaturkurven kann je nach Werkstoff des zu vergießenden Materials, und z.B. in Abhängigkeit von bestimmten Kühlzonen der stützenden Strangführung und/oder der Gießgeschwindigkeit variieren. Je nach Werkstoff und gewählter Gießgeschwindigkeit wird dann von einer Bedienperson der Stranggießanlage eine Solltemperaturkurve ausgewählt und damit die Sekundärkühlung zum Ausbringen des Sprüh- bzw. Kühlwassers auf die Oberflächen des zu kühlenden Gießstrangs eingestellt. Beispielsweise können bei niedrigen Gießgeschwindigkeiten höhere (= wärmere) Solltemperaturkurven gefahren werden. Im Umkehrschluss sollten bei höheren Gießgeschwindigkeiten in der Regel niedrigere (= kältere) Solltemperaturkurven gefahren werden, zwecks Erreichung einer stärkeren Kühlung des Gießstrangs, damit dieser noch innerhalb der stützenden Strangführung durcherstarrt.
Eine Solltemperaturkurve bestimmt die Sollwerte für die zu erreichende Oberflächentemperatur, die der Strang innerhalb der stützenden Strangführung erreicht, z.B. am Ende von einzelnen Kühlzonen, die Teil dieser stützenden Strangführung sind. Die Spritzwassermengen der Sekundärkühlung werden dabei so geregelt, dass diese Zielwerte erreicht werden.
Wie vorstehend bereits erläutert, ist es beim Betrieb einer Stranggießanlage von großer Bedeutung, dass der Gießstrang vollständig innerhalb der stützenden Strangführung erstarrt, und nicht etwa mit seiner Sumpfspitze aus dieser stützenden Strangführung herausläuft. Um dies zu erreichen, werden von einer Bedienperson - aus Sicherheitsgründen - zumeist zu niedrige (= kalte) Solltemperaturkurven eingestellt, was zu einer übermäßig starken und jedenfalls unnötigen Kühlung des Gießstrangs führt. Falls der Gießstrang nach Verlassen der stützenden Strangführung z.B. direkt in einem nachfolgenden Warmwalzwerk weiterverarbeitet und zur Vorbereitung dessen einen dem Warmwalzwerk vorgeschalteten Ofen durchläuft, hat die besagte übermäßig starke Kühlung des Gießstrangs beim Verlassen der stützenden Strangführung den Nachteil, dass die Durchschnittstemperatur des Gießstrangs am Ofeneinlauf abnimmt bzw. geringer ist. Dies wiederum muss durch eine höhere Ofentemperatur (= größerer Energiebedarf) und durch eine längere Verweilzeit des Gießstrangs in dem Ofen kompensiert werden, was zu einer verstärkten Verzunderung an den Oberflächen des Gießstrangs führen kann.
Aus WO 2009/071236 A1 ist bekannt, im Betrieb einer Stranggießanlage die Solltemperatur des Gießstrangs dynamisch auf der Grundlage von Daten und/oder Signalen, z.B. eventuell veränderten Gießparameter anzupassen. Bei der Technologie gemäß WO 2009/071236 A1 ist vorgesehen, dass die Sol-Itemperaturen wieder auf ihre ursprünglichen Werte eingestellt werden, falls die Gießparameter wieder in den erwarteten Bereich zurückgelangen.
Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, beim Stranggießen den Energiegehalt des Gießstrangs am Ende bzw. beim Verlassen der stützenden Strangführung zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung dient zur Steuerung oder Regelung der Temperatur eines Gießstrangs in einer Stranggießanlage. Hierbei wird der Gießstrang nach dem kontinuierlichen Austreten aus einer Kokille durch eine stützende Strangführung der Stranggießanlage, die zumindest ein Segment mit einer Sekundärkühlung aufweist, entlang einer Förderrichtung geführt wird, wobei die Sekundärkühlung durch eine Steuerungs- oder Regelungseinheit eingestellt wird und damit die Oberflächen des Gießstrangs gekühlt werden. Es wird für den Gießstrang entlang seiner Förderrichtung innerhalb der stützenden Strangführung ein Temperaturfeld berechnet und daraus eine Position der Sumpfspitze des Gießstrangs bestimmt. In einem Speicher der Steuerungs- oder Regelungseinheit für einen zu vergießenden Werkstoff des Gießstrangs sind eine Mehrzahl von Solltemperaturkurven für die Oberfläche des Gießstrangs gespeichert. Bei diesem Verfahren ist es nun von besonderer Bedeutung, dass in einem Schritt (i) überprüft wird, ob die Position der Sumpfspitze des Gießstrangs in einem vorbestimmten zulässigen Bereich innerhalb der stützenden Strangführung liegt. Sodann wird in einem nachfolgenden Schritt (ii), falls die Position der Sumpfspitze des Gießstrangs außerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs und stattdessen in einem warmkritischen Bereich der stützenden Strangführung liegt, die Kühlleistung erhöht, indem die Sekundärkühlung in dem zumindest einen Segment der stützenden Strangführung auf zumindest die nächsttiefere (= kältere) Solltemperaturkurve eingestellt wird. Alternativ hierzu wird in dem Schritt (ii), falls die Position der Sumpfspitze außerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs und stattdessen in einem kaltkritischen Bereich der stützenden Strangführung liegt, dann die Kühlleistung reduziert, indem die Sekundärkühlung in dem zumindest einen Segment der stützenden Strangführung auf zumindest die nächsthöhere (= wärmere) Solltemperaturkurve eingestellt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform sieht die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Temperatur eines Gießstrangs in einer Stranggießanlage vor, bei dem der Gießstrang nach dem kontinuierlichen Austreten aus einer Kokille durch eine stützende Strangführung der Stranggießanlage, die zumindest ein Segment mit einer Sekundärkühlung aufweist, entlang einer Förderrichtung geführt wird, wobei die Sekundärkühlung durch eine Steuerungs- oder Regelungseinheit eingestellt wird und damit die Oberflächen des Gießstrangs gekühlt werden. Es wird für den Gießstrang entlang seiner Förderrichtung innerhalb der stützenden Strangführung ein Temperaturfeld berechnet und daraus eine Position der Sumpfspitze des Gießstrangs bestimmt. In einem Speicher der Steuerungs- oder Regelungseinheit für einen zu vergießenden Werkstoff des Gießstrangs sind eine Mehrzahl von Solltemperaturkurven für die Oberfläche des Gießstrangs gespeichert. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ist nun von besonderer Bedeutung, dass in einem Schritt (i) überprüft wird, ob die Position der Sumpfspitze des Gießstrangs in einem vorbestimmten zulässigen Bereich innerhalb der stützenden Strangführung liegt. Anschließend wird in einem Schritt (ii), falls die Position der Sumpfspitze des Gießstrangs in dem vorbestimmten zulässigen Bereich der stützenden Strangführung liegt und sich eine im Bereich des zumindest einen Segments der stützenden Strangführung eingestellte Solltemperaturkurve sich seit einer vorbestimmten Zeit von vorzugsweise zumindest 5 Minuten nicht verändert hat und die berechneten Sumpflängen für die beiden nächsthöheren (= wärmeren) Solltemperaturkurven noch in dem vorbestimmten zulässigen Bereich der stützenden Strangführung liegen, dann die Kühlleistung reduziert, indem die Sekundärkühlung in dem zumindest einen Segment der stützenden Strangführung auf die nächsthöhere (= wärmere) Solltemperaturkurve eingestellt wird. Hierbei ist es auch möglich, dass die vorbestimmte Zeit, die als Bedingung für eine Nicht-Veränderung der eingestellten Solltemperaturkurve abgeprüft wird, auch mehr als 5 Minuten betragen kann, z.B. 6 Minuten, 7 Minuten, 8 Minuten, 9 Minuten, 10 Minuten, oder entweder auch größer als 10 Minuten ist oder zwischen den soeben genannten Werten liegt.
Es versteht sich, dass für jeden neu zu vergießenden Werkstoff eines Gießstrangs die kälteste und wärmste mögliche Solltemperaturkurve in Abhängigkeit der Analyse des Werkstoffs neu bestimmt werden, und auf Grundlage dessen auch alle weiteren Solltemperaturkurven zwischen der kältesten und wärmsten Solltemperaturkurve bestimmt bzw. festgelegt werden können. Im Anschluss hieran werden dann diese Solltemperaturkurven in dem Speicher der Steuerungs- oder Regelungseinheit abgespeichert, um damit die Erfindung durchführen zu können.
Für ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist von Bedeutung, dass für den Gießstrang entlang seiner Förderrichtung innerhalb der stützenden Strangführung ein Temperaturfeld bestimmt, vorzugsweise berechnet wird, so dass für jeden berechneten Knotenpunkt des Gießstrangs die zugehörige Temperatur bekannt ist, nämlich an einem bestimmten Punkt des Gießstrangs bzw. der Anlagenlänge insbesondere innerhalb der stützenden Strangführung und deren Kühlsegmente. Hieraus kann dann eine exakte Position der Sumpfspitze für den Gießstrang ermittelt werden. Auf Grundlage dessen basiert ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung auf der wesentlichen Erkenntnis, dass die bestimmte Position der Sumpfspitze des Gießstrangs als Eingangsgröße dient, um in Abhängigkeit dessen für die Sekundärkühlung der stützenden Strangführung eine bestimmte Solltemperaturkurve einzustellen bzw. abzuändern. Anders ausgedrückt, führt die aktuelle Position der Sumpfspitze des Gießstrangs und die zugehörige Überprüfung, ob diese Position der Sumpfspitze entweder innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs liegt oder wo genau innerhalb dieses Bereichs, dann zu einer Einstellung bzw. Veränderung einer ausgewählten Solltemperaturkurve derart, dass damit der Energiegehalt des Gießstrangs am Ende der stützenden Strangführung möglichst hoch ist. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der Gießstrang am Ende der stützenden Strangführung eine möglichst große Temperatur aufweist und damit einen hohen Wärmeinhalt hat, und mit diesem hohen Wärmeinhalt dann einer weiteren Bearbeitung z.B. in einem Warmwalzwerk unterzogen und in einen Ofen einlaufen kann, der dem Warmwalzwerk vorgeschaltet ist.
An dieser Stelle wird gesondert darauf hingewiesen, dass es sich bei dem „vorbestimmten zulässigen Bereich“, bezüglich dessen ein erfindungsgemäßes Verfahren in Schritt (i) die Überprüfung der Position der Sumpfspitze des Gießstrangs vorsieht, um den Bereich innerhalb der stützenden Strangführung der Stranggießanlage handelt, in dem eine Position der Sumpfspitze optimal ist, nämlich im Zusammenhang mit der metallurgischen Länge (gerechnet vom Gießspiegel bis zum letzten Stützrollenpaar innerhalb der stützenden Strangführung). Anders ausgedrückt, handelt es sich bei diesem „vorbestimmten zulässigen Bereich“ um einen Bereich der stützenden Strangführung, in dem einerseits der Gießstrang gerade ausreichend gekühlt wird und damit nicht die Gefahr besteht, dass der Gießstrang mit seiner noch flüssigen Sumpfspitze aus der stützenden Strangführung in der Gieß- bzw. Förderrichtung „herauswandert“, und in dem andererseits der Gießstrang durch Auswahl einer geeigneten Solltemperaturkurve für die Sekundärkühlung nicht zu stark gekühlt wird, so dass der Wärmeinhalt des Gießstrangs bis zum Verlassen der stützenden Strangführung möglichst hoch bleibt. Zweckmäßigerweise sind die Grenzen dieses „vorbestimmten zulässigen Bereichs“ nicht starr bzw. unveränderlich, sondern können entweder vor dem Programmstart oder während des Gießbetriebs geändert werden.
Für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist von Bedeutung, dass die Sumpflänge des Gießstrangs, in Bezug auf die Erstreckung bzw. Länge der stützenden Strangführung, möglichst lang ist und hierbei stets innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs liegt. Hierbei wird ausgenutzt, dass der Energiegehalt des Gießstrangs direkt von der Länge der Sumpfspitze abhängt: je länger die Sumpfspitze ist, desto größer ist auch der Energiegehalt des Gießstrangs, jedenfalls am Ende der stützenden Strangführung, bevor der (vollständig erstarrte) Gießstrang dann die Strangführung verlässt. Von weiterer Bedeutung für die Erfindung ist, dass im Betrieb der Stranggießanlage sich die eingestellte Kühlung nicht ständig ändert. Im Hinblick darauf wird die Einstellung bzw. Auswahl einer bestimmten Solltemperaturkurve für die Sekundärkühlung nicht an eine exakte Position, an der sich Sumpfspitze des Gießstrangs aktuell befindet, geknüpft, sondern an einen Bereich, innerhalb dessen die Sumpfspitze liegt. Bei diesem Bereich handelt es sich um den vorstehend erläuterten „vorbestimmten zulässigen Bereich“ der stützenden Strangführung. In Abhängigkeit davon, ob die Sumpfspitze innerhalb dieses vorbestimmten zulässigen Bereichs liegt, wird dann eine Solltemperaturkurve, die vor Beginn des Gießprozesses für einen bestimmten Werkstoff definiert worden ist, derart ausgewählt, dass die Sumpfspitze während des Gießprozesses innerhalb dieses vorbestimmten zulässigen Bereichs verbleibt, der somit die Eigenschaft eines „Zielbereichs“ erlangt. Somit wird die Kühlung für den Gießstrang im Bereich der stützenden Strangführung erst dann geändert, wenn festgestellt wird, dass sich die Sumpfspitze des Gießstrangs nicht mehr in einem gewünschten Intervall, d.h. dem vorbestimmten zulässigen Bereich der stützenden Strangführung befindet. Dies bedeutet auch, dass die Erfindung nicht darauf abstellt, dass die Kühlleistung bereits dann verändert wird, wenn die Sumpfspitze des Gießstrangs bereits von einem exakt festgelegten Punkt abweicht.
Mit der vorliegenden Erfindung wird das Ziel erreicht, dass der Energiegehalt des Gießstrangs am Ende der stützenden Strangführung möglichst hoch ist bzw. wird, ohne dass dabei die Sumpflänge des Gießstrangs zu groß wird. Hierbei wird zum einen das Risiko vermieden, dass der Gießstrang mit seiner Sumpfspitze aus dem letzten Kühlsegment der stützenden Strangführung „herausläuft“, und des Weiteren der Vorteil erreicht, dass für den Gießstrang eine möglichst hohe Ofeneinlauftemperatur erzielt wird.
Es wird des Weiteren darauf hingewiesen, dass es sich bei dem „kaltkritischen“ Bereich der stützenden Strangführung um jenen Bereich handelt, der - in Förderrichtung des Gießstrangs gesehen - stromaufwärts an den vorbestimmten zulässigen Bereich angrenzt. Seiner Bezeichnung entsprechend, ist die Temperatur des Gießstrangs, im Hinblick auf die Länge der stützenden Strangführung, zu gering bzw. „zu kalt“, wenn die (berechnete) Sumpfspitze des Gießstrangs in diesem kaltkritischen Bereich liegt. Bei dem „warmkritischen“ Bereich der stützenden Strangführung handelt es sich um jenen Bereich, der - in Förderrichtung des Gießstrangs gesehen - stromabwärts an den vorbestimmten zulässigen Bereich angrenzt. Seiner Bezeichnung entsprechend, ist die Temperatur des Gießstrangs, im Hinblick auf die Länge der stützenden Strangführung, zu hoch bzw. „zu warm“, wenn die (berechnete) Sumpfspitze des Gießstrangs in dem warmkritischen Bereich liegt.
In Bezug auf die erstgenannte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist von Bedeutung, dass, falls in Schritt (ii) eine Position der Sumpfspitze des Gießstrangs in dem kaltkritischen Bereich festgestellt wird, dann die Kühlleistung der Sekundärkühlung reduziert wird, indem die Sekundärkühlung in dem zumindest einen Segment der stützenden Strangführung auf zumindest die nächsthöhere (= wärmere) Solltemperaturkurve eingestellt wird, um eine Anhebung der Temperatur des Gießstrangs zu erreichen. In Folge dessen gelangt dann die Sumpfspitze des Gießstrangs zurück in den vorbestimmten zulässigen Bereich. Alternativ hierzu: Falls in Schritt (ii) festgestellt wird, dass eine Position der Sumpfspitze des Gießstrangs sich in dem warmkritischen Bereich befindet, ist die Kühlleistung der Sekundärkühlung zu erhöhen, indem die Sekundärkühlung in dem zumindest einen Segment der stützenden Strangführung auf zumindest die nächsttiefere (= kältere) Solltemperaturkurve eingestellt wird und damit die Temperatur des Gießstrangs vermindert wird, so dass dann die Sumpfspitze zurück in den vorbestimmten zulässigen Bereich wandert.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird die Kühlleistung der Sekundärkühlung auf einen maximalen Wert eingestellt, d.h. die Sekundärkühlung auf die kältestmögliche Solltemperaturkurve eingestellt, falls in Schritt (ii) festgestellt werden sollte, dass die Sumpfspitze des Gießstrangs in einem Sicherheitsbereich liegt, der - in Förderrichtung des Gießstrangs gesehen - stromabwärts des warmkritischen Bereichs liegt. Durch eine solche maximale Kühlung wird verhindert, dass die Sumpfspitze des Gießstrangs aus dem Bereich der stützenden Strangführung herauszulaufen droht.
In Bezug auf die zweitgenannte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hervorzuheben, dass es optimal ist, wenn sich die Sumpfspitze am rechten Rand des vorbestimmten zulässigen Bereichs befindet, d.h. ausgehend von einer Mitte des vorbestimmten zulässigen Bereichs verschoben in Richtung des warmkritischen Bereichs, jedoch in jedem Fall noch innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs liegt. Dies wird dadurch erreicht, dass, falls sich die im Bereich der stützenden Strangführung eingestellte Solltemperaturkurve seit einer vorbestimmten Zeit, z.B. seit zumindest 10 Minuten, nicht verändert, hat, dann die Kühlleistung reduziert wird, indem die Sekundärkühlung auf die nächstwärmere Solltemperaturkurve eingestellt wird. Diese Einstellung erfolgt unter der Bedingung, dass die Sumpflänge sowohl dieser ausgewählten nächstwärmeren Solltemperaturkurve als auch der übernächsten wärmeren Solltemperaturkurve jeweils beide noch in dem vorbestimmten zulässigen Bereich der stützenden Strangführung liegen. Für diese Ausführungsform darf hervorgehoben werden, dass von der Vorgabe, wonach sich die eingestellte Kühlung für den Gießstrang möglichst wenig oft ändern soll, wie vorstehend erläutert nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit (z.B. 10 Minuten), abgewichen wird, nämlich um das übergeordnete Ziel eines „hohen Energiegehalts“ für den Gießstrang, wenn sich dessen Sumpfspitze noch innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs befindet, zu erreichen. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass bei dem genannten Umschalten auf eine nächsthöhere (= wärmere) Solltemperaturkurve die Berücksichtigung der Bedingung, dass die Sumpfspitze, welche der übernächsthöheren (= wärmeren) Solltemperaturkurve zugeordnet ist, ebenfalls noch in dem vorbestimmten zulässigen Bereich liegt, dazu führen, dass damit ein ständiges Umschalten zwischen verschiedenen Solltemperaturkurven, verbunden mit einer nicht gewünschten ständigen Änderung der Kühlleistung, wirksam unterbunden wird und entsprechend nicht stattfindet.
Zweckmäßigerweise werden bei allen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens die Schritte (i) und (ii) durch die Steuerungs- oder Regelungseinheit vollautomatisch durchgeführt. Hierdurch wird erreicht, dass die Sumpfspitze des Gießstrangs stets in dem vorbestimmten zulässigen Bereich liegt bzw. dorthin zurückgelangt. Dies gewährleistet, dass einerseits der Gießstrang stets einen möglichst hohen Energiegehalt insbesondere am Ende der stützenden Strangführung hat, und dass andererseits die Kühlung automatisch verstärkt wird, falls die Sumpfspitze des Gießstrangs zu lang werden sollte. Da sich die Lage bzw. Position der Sumpfspitze in einem Intervall bewegen kann, nämlich innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs, kann über einen längeren Zeitraum mit konstanten Prozessparametern begossen werden.
Durch die Analyse abhängige Berechnung der optimalen Grenz- bzw. Solltemperaturkurven kann für jeden Werkstoff, aus dem ein Gießstrang hergestellt bzw. vergossen wird, ein hoher Energiegehalt am Ende der stützenden Strangführung erreicht werden.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer schematisch vereinfachten Zeichnung im Detail beschrieben.
Es zeigen:

1 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht einer Stranggießanlage, mit der ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchführbar ist,
2 ein Diagramm für mögliche Solltemperaturkurven, die bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Sekundärkühlung der Stranggießanlage von 1 gewählt werden können,
3 ein prinzipielles Schaltschema für ein erfindungsgemäßen Verfahren,
4 ein prinzipielles Schaltschema für ein erfindungsgemäßen Verfahren nach einer weiteren Ausführungsform,
5a, 5b ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Schrittabfolge eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung,
6 ein Diagramm für die Erstarrungslänge, und
7 ein Diagramm für die Durchschnittstemperatur am Ofeneinlauf.

Nachstehend sind unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 bevorzugte Ausführungsformen für ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert, das zur Steuerung oder Regelung der Temperatur eines Gießstrangs 10 bei einer Stranggießanlage 12 angewendet wird. Gleiche Merkmale in der Zeichnung sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. An dieser Stelle wird gesondert darauf hingewiesen, dass die Zeichnung lediglich vereinfacht und insbesondere ohne Maßstab dargestellt ist.
In der 1 ist eine Stranggießanlage 12, mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist, in einer schematisch vereinfachten Seitenansicht gezeigt ist. Die Stranggießanlage 12 umfasst eine Kokille 14, die einen vertikalen Ausgang nach unten aufweist. In die Kokille 14 wird flüssiges Metall eingefüllt, wobei dann ein Gießstrang 10 nach unten aus der Kokille 14 austritt. Die Stranggießanlage 12 umfasst eine Strangführung, entlang der der Gießstrang 10 in einer Förderrichtung F bewegt bzw. transportiert wird. Die Strangführung kann in einzelne Segmente unterteilt sein, wie in der Darstellung von 1 durch die Ziffern 1-7 angedeutet. Hierbei sind die Segmente 1-4 als Kühlsegmente ausgebildet und zu einer stützenden Strangführung 16 zusammengefasst, in welcher der Gießstrang 10 von beiden Seiten her mit einer (nicht gezeigten) Sekundärkühlung, z.B. durch Spritzdüsen, mit einem Kühlmedium insbesondere in Form von Wasser beaufschlagt und damit gezielt gekühlt wird.
Die stützende Strangführung 16 mit den einzelnen Kühlsegmenten 1 bis 4 ist - in der Förderrichtung F des Gießstrangs 10 gesehen - der Kokille 14 unmittelbar nachgelagert bzw. stromabwärts hiervon angeordnet. Entsprechend tritt der Gießstrang 10, unmittelbar nachdem er aus der Kokille 14 nach unten ausgetreten ist, dann in die nachgelagerte stützende Strangführung 16 ein.
Die Stranggießanlage 12 ist als Senkrecht-Abbiegeanlage konstruiert. Dies bedeutet, dass der Gießstrang 10 - wie in der 1 gezeigt und erläutert - zunächst vertikal bzw. senkrecht nach unten aus der Kokille 14 austritt und erst nach seiner vollständigen Durcherstarrung, wenn er (=der Gießstrang 10) die stützende Strangführung 16 verlassen hat, in die Horizontale umgebogen wird. In jedem der vier Kühlsegmente 1-4 der stützenden Strangführung 16 werden die Wassermengen der Sekundärkühlung so geregelt, dass die Temperaturen an den Oberflächen der Enden der Kühlsegmente 1-4 des Gießstrangs 10 den Zielvorgaben einer hierzu eingestellten bzw. gewählten Solltemperaturkurve entsprechen. Dies wird nachstehend noch gesondert erläutert.
Die Stranggießanlage 12 umfasst des Weiteren eine Steuerungs- oder Regelungseinheit 18, die über eine Signalstrecke (in 1 vereinfacht durch eine punktierte Linie 20 symbolisiert) signaltechnisch mit der Sekundärkühlung der Kühlsegmente 1-4 der stützenden Strangführung 16 in Verbindung steht. Diese Signalstrecke kann kabelgebunden oder drahtlos, z.B. durch eine Funkstrecke oder dergleichen, ausgeführt sein.
Die Steuerungs- oder Regelungseinheit 18 umfasst einen Speicher 19, in dem eine Mehrzahl von Solltemperaturkurven gespeichert sind. In dem Diagramm von 2 sind beispielhafte Solltemperaturkurven i - x gezeigt, die für die Segmente 1-4 der stützenden Strangführung 16 Sollwerte für die zu erreichenden Oberflächentemperaturen des Gießstrangs 10 angeben, nämlich am Ende eines jeden Kühlsegments 1, 2, 3 bzw. 4. In Bezug auf diese Temperaturkurven wird darauf hingewiesen, dass es sich bei der Solltemperaturkurve # i um die „wärmste“ Temperaturkurve handelt, bei der durch die Sekundärkühlung der stützenden Strangführung 16 vergleichsweise wenig Kühlwasser auf die Oberflächen des Gießstrangs 10 ausgespritzt wird und dadurch die (OberflächenTemperatur des Gießstrangs vergleichsweise hoch ist. Demgegenüber handelt es sich bei der Solltemperaturkurve # x um die „kälteste“ Temperaturkurve, bei der durch die Sekundärkühlung der stützenden Strangführung 16 vergleichsweise große Mengen an Kühlwasser auf die Oberflächen des Gießstrangs 10 gespritzt werden, so dass damit die (Oberflächen-)Temperatur des Gießstrangs 10 stärker abgekühlt wird und geringere Werte annimmt.
Für jeden neu zu vergießenden Werkstoff eines Gießstrangs 10 werden die kälteste und wärmste mögliche Solltemperaturkurve in Abhängigkeit der Analyse des Werkstoffs neu bestimmt, und auf Grundlage dessen auch alle weiteren Solltemperaturkurven zwischen der kältesten und wärmsten Solltemperaturkurve bestimmt bzw. festgelegt, z.B. nach dem Prinzip der linearen Interpolation. Vor Beginn des Stranggießprozesses werden für alle möglichen Werkstoffgruppen, Strangdicken, Gießgeschwindigkeiten und Gießtemperaturen viele Variationsrechnungen durchgeführt. Für jede Solltemperaturkurve wird eine zugeordnete Sumpflänge auf Grundlage einer Regressionsgleichung, nämlich $\begin{matrix} Sumpfl \ddot{a} nge = & a 0 + a 1 * Strangdicke + a 2 * Gie ß geschwindigkeit \\ + a 3 * \ddot{U} berhitzung + a 4 * Kohlenstoffgehalt \end{matrix}$
bestimmt, wobei die Koeffizienten a0, a1, a2, a3, und a4 in dem Speicher 19 der Steuerungs - und Regelungseinheit 18 für alle Kühlkurven hinterlegt sind.
Die Berechnung einer aktuellen Sumpflänge des Gießstrangs 10 für eine aktuell eingestellte Solltemperaturkurve erfolgt nur unter Berücksichtigung der aktuellen Gießparameter, so dass sich damit eine jeweils aktuelle Position der Sumpfspitze für den Gießstrang 10 bestimmen lässt.
Mittels der Steuerungs- oder Regelungseinheit 18 ist es ebenfalls möglich, für den Gießstrang 10 entlang seiner Förderrichtung F innerhalb der stützenden Strangführung 16 ein Temperaturfeld zu bestimmen, beispielsweise durch Berechnung auf Grundlage der bekannten Gießparameter. Aus der Kenntnis der Temperaturen für den Gießstrang 10 kann dann unter Berücksichtigung der Solidustemperatur eines jeweiligen Werkstoffs, der für das Stranggießen des Gießstrangs 10 verwendet wird, ein Rückschluss auf die genaue Position der Sumpfspitze des Gießstrangs 10 gewonnen werden. Zur Verifizierung der für den Gießstrangs 10 berechneten Temperaturen ist es möglich, an bestimmten Stellen entlang der stützenden Strangführung geeignete (Temperatur-)Sensoren anzubringen, mit denen dann die tatsächlichen Temperaturen des Gießstrangs 10 insbesondere an dessen Oberflächen messtechnisch bestimmt und ggf. mit den zuvor berechneten Werten abgeglichen werden können. Diesbezüglich versteht sich, dass die Steuerungs- oder Regelungseinheit 18 mit den (nicht gezeigten) Sensoren ebenfalls über eine Signalstrecke verbunden ist, um die Messwerte dieser Sensoren zu empfangen.
Nachstehend ist die Funktionsweise von erfindungsgemäßen Verfahren erläutert. Bei dieser Erläuterung werden die einzelnen Verfahrensschritte, die in dem hierzu entsprechenden Flussdiagramm gemäß 5a und 5b gezeigt sind, jeweils in Klammern mit genannt.
Zunächst werden vor einem ersten Gießstart in dem Speicher 19 die zugehörigen Regressionskoeffizienten für die vorstehend genannte Regressionsgleichung gespeichert, um damit - ausgehend von einer jeweils aktuellen eingestellten Solltemperaturkurve - die Position einer Sumpfspitze von benachbarten Solltemperaturkurven („Nachbarkurven“) im wärmeren Bereich (d.h. mit einer geringeren Kühlleistung im Bereich der stützenden Strangführung 16) berechnen zu können (Schritt S1 von 5a).
Sodann werden vor dem ersten Vergießen eines neuen Werkstoffs jeweils die die kälteste und wärmste mögliche Solltemperaturkurve in Abhängigkeit der Analyse des Werkstoffs neu bestimmt. Wie bereits erläutert, werden dann auch alle weiteren Solltemperaturkurven (z.B. zehn solcher Kurven i bis x, vgl. 2) nach dem Prinzip der linearen Interpolation bestimmt, wobei dies auch auf Erfahrungswerten zur Rissvermeidung beruht (= Schritt S2 von 5a). Es können auch mehr oder weniger als zehn Solltemperaturkurven bestimmt werden.
Die stützende Strangführung 16 wird ihrer Länge nach in verschiedene Bereiche unterteilt, nämlich in einem vorbestimmten zulässigen Bereich B, einen kaltkritischen Bereich K, einen warmkritischen Bereich W, und einen Sicherheitsbereich S. In der Förderrichtung F des Gießstrangs 10 gesehen, befindet sich der kaltkritischen Bereich K stromaufwärts des vorbestimmten zulässigen Bereichs B, wobei der warmkritische Bereich W und der Sicherheitsbereich S, in dieser Reihenfolge, jeweils stromabwärts des vorbestimmten zulässigen Bereichs B liegen. In der 3 sind diese vier Bereiche anhand eines Schaltschemas, das nachfolgend noch erläutert wird, veranschaulicht. Die Grenzen dieser Bereiche werden vorzugsweise vor Beginn des Stranggießprozesses festgelegt, und können auch während des Gießbetriebs geändert bzw. angepasst werden. In diesem Zusammenhang darf darauf hingewiesen werden, dass von den Bereichen K, B, W und S jedenfalls die Bereiche B, W und S, zumindest jedoch der vorbestimmte zulässige Bereich B, in dem letzten Kühlsegment 4 der stützenden Strangführung 16 liegen können bzw. liegen soll(en). Vorzugsweise können die Grenzen zwischen den Bereichen K, B, W und S auch zwischen den Kühlsegmenten liegen.
Im Betrieb der Stranggießanlage 12 bzw. bei Durchführung eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird durch Auswahl bzw. Einstellung einer geeigneten Solltemperaturkurve für die Sekundärkühlung der stützenden Strangführung 16 das Ziel verfolgt, dass eine Position der Sumpfspitze des Gießstrangs 10, in der 3 mit „PS“ bezeichnet, stets innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs B liegt. In der Darstellung von 3 befindet sich die Position der Sumpfspitze PS in etwa mittig innerhalb des Bereichs B.
Nachdem der Gießprozeß gestartet worden ist, werden in jedem Rechenschritt, z.B. alle 5 Sekunden, für die aktuell eingestellte Solltemperaturkurve die Spritzwassermengen im Bereich der stützende Strangführung 16 so variiert, dass an den Enden der Kühlzonen der stützenden Strangführung 16 die Oberflächentemperaturen des Gießstrangs 10 mit den Werten der aktuell eingestellten Solltemperatur übereinstimmt. Dies ist im Diagramm von 2 veranschaulicht, und entspricht bei 5a dem Schritt S3.
In einem Schritt (i) eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst überprüft, ob die Position der Sumpfspitze PS sich innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs B befindet. Dies entspricht bei 5a einer Abfolge der Schritte S4, S6, S8 und S10.
Gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird anschließend in einem Schritt (ii), falls die Position der Sumpfspitze PS in dem kaltkritischen Bereich K liegt, die Kühlleistung für die Sekundärkühlung der stützenden Strangführung 16 vermindert, indem die Sekundärkühlung auf zumindest die nächsthöhere (= wärmere) Solltemperaturkurve eingestellt wird (Schritte S4 +S5 von 5a). Dies ist in der 3 für die Temperaturkurven, die in dem Bereich K angedeutet sind, durch den schräg nach rechts oben gerichteten Pfeil symbolisiert. Gegebenenfalls, je nach Lage bzw. Position der Sumpfspitze PS innerhalb des Bereichs K, kann die Solltemperaturkurve ausgehend von der aktuell eingestellten Kurve auch direkt auf die übernächst-höhere (= wärmere) Solltemperaturkurve verändert werden. In Folge der hierdurch eingestellten geringeren Kühlleistung „wandert“ dann die Position der Sumpfspitze PS in der Förderrichtung F zurück in den vorbestimmten zulässigen Bereich B.
Alternativ hierzu wird in dem Schritt (ii), falls die Position der Sumpfspitze PS in dem warmkritischen Bereich W liegt, die Kühlleistung für die Sekundärkühlung der stützenden Strangführung 16 erhöht, indem die Sekundärkühlung auf zumindest die nächsttiefere (= kältere) Solltemperaturkurve eingestellt wird (=Schritte S6 +S7 von 5a). Dies ist in der 3 für die Temperaturkurven, die in dem Bereich W angedeutet sind, durch den schräg nach links unten gerichteten Pfeil symbolisiert. Gegebenenfalls, je nach Lage bzw. Position der Sumpfspitze PS (PS= „Point of Solidification“) innerhalb des Bereichs W, kann die Solltemperaturkurve ausgehend von der aktuell eingestellten Kurve auch direkt auf die übernächsttiefere (= kältere) Solltemperaturkurve verändert werden. In Folge der hierdurch eingestellten größeren Kühlleistung „wandert“ dann die Position der Sumpfspitze PS entgegen der Förderrichtung F ebenfalls zurück in den vorbestimmten zulässigen Bereich B.
Falls im Schritt (ii) festgestellt werden sollte, dass die Position der Sumpfspitze PS bereits in dem Sicherheitsbereich S liegt, wird - aus Sicherheitsgründen - die Sekundärkühlung der stützenden Strangführung 16 (vorliegend in dem Kühlsegment 4) sofort auf die tiefste (= kälteste) Solltemperaturkurve # x (vgl. 2) eingestellt (= Schritte S8 + S9 von 5a), damit in jedem Fall vermieden wird, dass die Sumpfspitze aus der stützenden Strangführung 16 herausgelangt.
Falls durch eine entsprechende Abfrage festgestellt wird, dass die Sumpfspitze SP des Gießstrangs 10 innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs liegt (= Schritt S10 von 5a), wird gemäß einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens die Position der Sumpfspitze PS innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs B optimiert. Entlang der stützenden Strangführung 16 sind Grenzbereiche definiert, nämlich ein erster Grenzbereich G1 zwischen den Bereichen B und K, und ein zweiter Grenzbereich G2 zwischen den Bereichen B und W. Diese beiden Grenzbereiche G1 und G2 liegen jeweils komplett innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs B, und machen hiervon einen Teil von z.B. jeweils 20% aus. Die soeben genannte Optimierung innerhalb des zulässigen Bereichs B funktioniert nun wie folgt:

In einem Schritt ii dieses Verfahrens werden die Solltemperaturkurve auf eine nächsthöhere (= wärmere) Temperaturkurve eingestellt wird. Hierzu wird zunächst überprüft, ob sich die Sumpfspitze PS des Gießstrangs weder in dem ersten Grenzbereich G1 noch in dem zweiten Grenzbereich G2 befindet (= Schritt S11 von 5b). Ist dies nicht der Fall, erfolgt dann das Umschalten der Solltemperaturkurve auf die nächsthöhere Temperaturkurve für den Fall bzw. bei Vorliegen der Bedingungen, dass die Position der Sumpfspitze PS nicht nur innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs B liegt, sondern dass einerseits sich eine eingestellte Solltemperaturkurve für den Gießstrang 10 innerhalb einer vorbestimmten Zeit von z.B. 10 Minuten nicht verändert hat (= Schritt S12 von 5b) und andererseits die berechneten Sumpflängen für die beiden nächsthöheren (=wärmeren) Solltemperaturkurven ebenfalls noch innerhalb des vorbestimmten Bereichs B liegen (= Schritt S13 von 5b). Diesbezüglich wird hervorgehoben, dass im Schritt S13 von 5b die Bestimmung der Sumpflänge (und damit die Position der zugehörigen Sumpfspitze) für diese beiden nächsthöheren benachbarten Solltemperaturkurven sowohl auf den zu Beginn des Stranggießprozesses in dem Speicher 19 hinterlegten Größen beruht als auch auf mit den Regressionsgleichungen berechnet werden. Auf Grundlage dessen können die Sumpflängen dieser beiden Nachbarkurven näherungsweise aus den Regressionsgleichungen bestimmt werden. Falls die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt sind, wird dann die Kühlleistung der Sekundärkühlung im Bereich der stützenden Strangführung 16 reduziert, indem auf die nächsthöhere (= wärmere) Solltemperaturkurve umgeschaltet wird (=Schritt S14 von 5b).

An dieser Stelle wird gesondert hervorgehoben, dass die Verwendung der zu Beginn des Stranggießprozesses in dem Speicher 19 hinterlegten Größen und der besagten Regressionsgleichung(en), um damit bei der zuletzt genannten Ausführungsform die Sumpflänge der beiden benachbarten nächsthöheren Solltemperaturkurven zu bestimmen, darauf beruht, dass diese Nachbarkurven andere Solltemperaturkurven und damit eine vom aktuellen Gießprozeß abweichende Kühlung aufweisen. Alternativ können die Sumpfpositionen der Nachbarkurven auch mit einem weiteren Rechenmodul bestimmt werden, wobei dann die aktuellen Gießparameter in Kombination der durch die anderen Solltemperaturkurven geänderten Kühlung in die Berechnung eingeht bzw. entsprechend berücksichtigt wird.
Mit der zuletzt erläuterten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird erreicht, dass die Position der Sumpfspitze PS innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs B - gemäß der Darstellung von 3 - in Richtung des rechten Rands bzw. in Richtung des warmkritischen Bereichs W verschoben wird. Die besagte vorbestimmte Zeit kann auch von den genannten 10 Minuten abweichen, und z.B. entweder einen Wert von > 5 Minuten annehmen, einen Wert zwischen 5 und 10 Minuten haben, oder auch 11 Minuten, 12 Minuten, 13 Minuten, 14 Minuten, 15 Minuten, 16 Minuten, 17 Minuten, 18 Minuten, 19 Minuten oder 20 Minuten betragen, oder auch Werte von > 20 Minuten annehmen.
Das vorstehend erläuterte Umschalten soll anhand eines Zahlenbeispiels erläutert werden:

Für die Solltemperaturkurve der Sekundärkühlung ist aktuell die Kurve # v (vgl. 2) eingestellt, wobei sich die Sumpfspitze z.B. mittig innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs B befindet (vgl. 3). Falls sich ausgehend hiervon nun für den Gießstrang 10 diese eingestellte Solltemperaturkurve für die Dauer von z.B. 10 Minuten nicht verändert, kann auf die nächsthöhere (= wärmere) Kurve # iv umgeschaltet werden, unter der Bedingung, dass sowohl die Position der Sumpfspitze PS dieser Solltemperaturkurve iv als auch der übernächsten Solltemperaturkurve iii jeweils beide noch innerhalb des Bereichs B liegen. Nach wiederum weiteren z.B. 10 Minuten erfolgt eine nächste Überprüfung gemäß Schritt (ii) dieses Verfahrens, ob dann eventuell auf die Solltemperaturkurve # iii umgeschaltet werden kann.

In Ergänzung zu dem vorstehend genannten Zahlenbeispiel wird darauf hingewiesen, dass es nicht bei allen Gießgeschwindigkeiten möglich ist, ausgehend von der Mehrzahl von mehreren möglichen Solltemperaturkurven, die z.B. in 2 gezeigt sind, hiervon die jeweils wärmste Solltemperaturkurve auszuwählen. Dies ist darin begründet, dass die Kühlung des Gießstrangs im Bereich der stützenden Strangführung stets ausreichend so hoch bzw. intensiv sein sollte, dass die Strangschale zwischen den Stützrollen in den einzelnen Segmenten der stützenden Strangführung nicht ausbaucht. Anders ausgedrückt, darf die Kühlung des Gießstrangs insbesondere in den ersten (Einlauf-)Segmenten der stützenden Strangführung 16 nicht zu gering eingestellt sein, weil es ansonsten wegen der zu dünnen Strangschale zu einem unerwünschten Ausbauchen des Gießstrangs zwischen den Stützrollen käme. Beispielsweise kann bei einer gewählten Gießgeschwindigkeit minimal die Solltemperaturkurve # 3 (vgl. 2) eingestellt sein, wobei bei einer größeren Gießgeschwindigkeit dann jedoch die Solltemperaturkurve # 5 (vgl. 2) - als minimal mögliche (= wärmest mögliche) Temperaturkurve - einzustellen ist.
Die Darstellung von 4 veranschaulicht ein Schaltschema nach einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Falls nun in Schritt ii erkannt werden sollte, dass die Position der Sumpfspitze PS des Gießstrangs 10 in einem dieser Grenzbereiche G1, G2 liegen sollte (Erfüllung der „JA“-Bedingung, bei Schritt S11 von 5b), wird die Kühlleistung der Sekundärkühlung geeignet verändert (d.h. reduziert, falls die Position der Sumpfspitze PS im ersten Grenzbereich G1 liegt; und erhöht, falls die Position der Sumpfspitze PS im zweiten Grenzbereich G2 liegt), nämlich unter der Bedingung, dass im Rahmen einer zusätzlichen Abfrage festgestellt werden sollte, dass die Position der Sumpfspitze (bzw. die Sumpflänge) mit relativ großer bzw. signifikanter Geschwindigkeit „wandert“ und sich dabei entweder in Richtung des kaltkritischen Bereichs K oder in Richtung des warmkritischen Bereichs W bewegt. Dies bedeutet, dass damit eine zeitliche Änderung der Position der Sumpfspitze berücksichtigt wird, falls diese relativ hoch ist, um in Abhängigkeit davon dann die Kühlleistung geeignet zu verändern. Durch ein solches Verändern der Kühlleistung wird erfindungsgemäß erreicht, dass die Sumpfspitze des Gießstrangs 10 gar nicht erst in die kritischen Bereiche K oder W hineingelangt, wenn deren Position in einem der Grenzbereiche G1 bzw. G2 erkannt wird. Hiermit wird das Ziel erreicht, dass bei sinkender Sumpflänge, wenn die Sumpfspitze des Gießstrangs 10 im ersten Grenzbereich G1 liegt und dabei relativ schnell in Richtung des kaltkritischen Bereichs K „wandert“, dann früh genug auf eine nächsthöhere (= wärmere) Solltemperaturkurve umgeschaltet wird, um damit ein zu starkes Umschalten bzw. Kühlen zu vermeiden, was ansonsten ggf. erforderlich ist, wenn die Sumpfspitze bereits in den kaltkritischen Bereich K hineingelangt wäre. Mutatis mutandis gilt dies für den Fall einer anwachsenden bzw. zunehmenden Sumpflänge, wenn die Sumpfspitze des Gießstrangs 10 im zweiten Grenzbereich G2 liegt und sich dabei relativ schnell in Richtung des warmkritischen Bereichs W bewegt: Hierbei wird dann früh genug auf eine nächsttiefere (= kältere) Solltemperaturkurve umgeschaltet, um dadurch den Gießstrang 10 intensiver zu kühlen.
Der vorstehend genannte Zusammenhang eines Umschaltens der Kühlleistung in Abhängigkeit von einer zeitlichen Änderung der Sumpflänge wird anhand von zwei Beispielen erläutert:

Falls sich die Position der Sumpfspitze des Gießstrangs 10 in dem ersten Grenzbereich G1 des vorbestimmten zulässigen Bereichs B befindet (= Erfüllung der „JA“-Bedingung im Schritt S11 von 5b) und dabei erkannt wird, dass sich die Position der Sumpfspitze signifikant vermindert bzw. sich in Richtung des kaltkritischen Bereichs K bewegt, z.B. mit einer Geschwindigkeit, die zumindest einer Veränderung der Gesamt-Sumpflänge des Gießstrangs 10 von zumindest 1% entspricht (= Schritte S15 und S16 von 5b), dann wird umgehend auf die nächsthöhere (= wärmere) Solltemperaturkurve umgeschaltet (=Schritt S17 von 5b) und dadurch die Kühlleistung reduziert. Hierdurch kann verhindert werden, dass - bei ansonsten gleichbleibender Kühlleistung - die Sumpfspitze wegen der kleiner werdenden Sumpflänge tatsächlich in den kaltkritischen Bereich K einläuft, was den Energiegehalt des Gießstrangs 10 nachteilig (und unnötig) senken würde. Ansonsten, d.h. für den Fall, dass zwar die Sumpfspitze PS im ersten Grenzbereich G1 liegt, sich jedoch deren Position (d.h. die Sumpflänge des Gießstrangs 10) nur geringfügig ändert, nämlich mit einem Wert von < 1% der Gesamt-Sumpflänge des Gießstrangs 10, kann das Verfahren nach dem Schritt S15 bzw. S16 auch direkt zum Schritt S12 (vgl. 5b) gehen.

Demgegenüber: Falls sich die Position der Sumpfspitze des Gießstrangs 10 in dem zweiten Grenzbereich G2 des vorbestimmten zulässigen Bereichs B befindet und dabei erkannt wird, dass die Sumpflänge signifikant anwächst bzw. sich die Position der Sumpfspitze PS in Richtung des warmkritischen Bereichs W bewegt (= Schritte S15 und S18 von 5b), z.B. mit einer Geschwindigkeit, die einer Veränderung der Gesamt-Sumpflänge des Gießstrangs 10 von zumindest 1% entspricht, dann wird umgehend auf die nächsttiefere (= kältere) Solltemperaturkurve umgeschaltet (=Schritt S19 von 5b) und dadurch die Kühlleistung erhöht. Hierdurch kann verhindert werden, dass - bei ansonsten gleichbleibender Kühlleistung - die Sumpfspitze durch weiteres Anwachsen der Sumpflänge entweder in den Sicherheitsbereich S einlaufen oder gar aus dem letzten Segment 4 der stützenden Strangführung 16 herauslaufen würde. Ansonsten, d.h. für den Fall, dass sich die Position der Sumpfspitze PS innerhalb des zweiten Grenzbereichs G2 nur geringfügig verändert, nämlich mit einem Wert von < 1% der Gesamt-Sumpflänge des Gießstrangs 10, kann das Verfahren von Schritt S18 dann zu Schritt S12 (vgl. 5b) gehen.
Im Zusammenhang mit einem vorstehend genannten Umschalten der Solltemperaturkurven, nämlich auf eine nächstwärmere Temperaturkurve (= Schritt S14 bzw. Schritt S17 von 5b) oder auf eine nächstkältere Temperaturkurve (= Schritt S19), wird darauf hingewiesen, dass der Prozess anschließend dann zum Schritt S3 von 5a zurückgeht.
In Bezug auf die beiden vorstehend genannten Beispiele für eine Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Sumpfspitzenposition ist darauf hingewiesen worden, dass diese Änderung zumindest 1% der Veränderung der Gesamt-Sumpflänge des Gießstrangs 10 entsprechend kann. Alternativ hierzu kann die „Geschwindigkeit“, mit der die Sumpfspitze ihre Position (entweder in Richtung des kaltkritischen Bereichs K oder in Richtung des warmkritischen Bereichs W) verändert, auch einer Änderung der Gesamt-Sumpflänge um 1,1%, 1,2%, 1,3%, 1,4%, 1,5%, 1,6%, 1,7%, 1,8%, 1,9%, 2,0%, 2,1%, 2,2%, 2,3%, 2, 4%, 2, 5%, 2, 6%, 2, 7%, 2, 8%, 2,9%, 3,0% entsprechen, oder Werte annehmen, die entweder größer als 3,0% sind oder zwischen den vorstehend genannten Werten liegen.
In den Diagrammen der 6 und 7 sind die Vorteile der Erfindung gegenüber dem herkömmlichen Betrieb einer Stranggießanlage nochmals verdeutlicht.
6 veranschaulicht die Erstarrungslänge des Gießstrangs 10, und 7 veranschaulicht die Durchschnittstemperatur des Gießstrangs 10 am Einlauf eines (nicht gezeigten) Ofens, nachdem der Gießstrang 10 die stützende Strangführung 16 verlassen hat, jeweils als Funktion der Zeit. Hierbei werden die Graphen gemäß dicker Volllinie jeweils mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht, wobei die Graphen gemäß der punktierten Linien jeweils einem Verfahren bzw. einer Betriebsweise einer Stranggießanlage nach dem Stand der Technik entsprechen. 6 verdeutlicht, dass sich mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung größere Erstarrungslängen erreichen lassen, gleichbedeutend mit größeren Sumpflängen und damit einem höheren Energiegehalt des Gießstrangs am Ende der stützenden Strangführung 16. 7 verdeutlicht, dass mit der Erfindung eine höhere Durchschnittstemperatur am Ofeneinlauf erreicht wird, die im Mittel über einer gewünschten Zieltemperatur liegt.
Schließlich darf darauf hingewiesen werden, dass für die stützende Strangführung, abweichend von der Darstellung in den 1 und 2, auch mehr oder weniger als vier Kühlsegmente möglich sind, und dass für Anzahl von Solltemperaturkurven, abweichend von der Darstellung in 2, auch mehr oder weniger als zehn betragen kann.
Bezugszeichenliste

10: Gießstrang
12: Stranggießanlage
14: Kokille
16: stützende Strangführung (der Stranggießanlage 12)
1, 2, 3, 4: Kühlsegment(e) der Strangführung 16
18: Steuerungs- oder Regelungseinheit
19: Speicher (der Steuerungs- oder Regelungseinheit 18)
20: Signalstrecke
B: vorbestimmter zulässiger Bereich (innerhalb der stützenden Strangführung 16)
G1: erster Grenzbereich
G2: zweite Grenzbereich
K: kaltkritischer Bereich (innerhalb der stützenden Strangführung 16)
F: Förderrichtung (für den Gießstrang 10)
PSP: Position des Erstarrungspunktes (des Gießstrangs 10)
S: Sicherheitsbereich
PS: Position der Sumpfspitze (des Gießstrangs 10)
W: warmkritischer Bereich (innerhalb der stützenden Strangführung 16)

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 2009/071236 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Temperatur eines Gießstrangs (10) in einer Stranggießanlage (12), wobei der Gießstrang (10) nach dem kontinuierlichen Austreten aus einer Kokille (14) durch eine stützende Strangführung (16) der Stranggießanlage (12), die zumindest ein Segment (1, 2, 3, 4) mit einer Sekundärkühlung aufweist, entlang einer Förderrichtung (F) geführt wird, wobei die Sekundärkühlung durch eine Steuerungs- oder Regelungseinheit (18) eingestellt wird und damit die Oberflächen des Gießstrangs (10) gekühlt werden, wobei für den Gießstrang entlang seiner Förderrichtung (F) innerhalb der stützenden Strangführung ein Temperaturfeld berechnet und daraus eine Position der Sumpfspitze (PS) des Gießstrangs (10) bestimmt wird, wobei in einem Speicher (19) der Steuerungs- oder Regelungseinheit (18) für einen zu vergießenden Werkstoff des Gießstrangs (10) eine Mehrzahl von Solltemperaturkurven (i - x) für die Oberfläche des Gießstrangs (10) gespeichert sind, gekennzeichnet durch: (i) Überprüfen, ob die Position der Sumpfspitze (PS) des Gießstrangs (10) in einem vorbestimmten zulässigen Bereich (B) innerhalb der stützenden Strangführung (16) liegt, und (ii) falls die Position der Sumpfspitze (PS) des Gießstrangs (10) außerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs und stattdessen in einem warmkritischen Bereich (W) der stützenden Strangführung (16) liegt: Erhöhung der Kühlleistung, indem die Sekundärkühlung in dem zumindest einen Segment (3) der stützenden Strangführung (16) auf zumindest die nächsttiefere (= kältere) Solltemperaturkurve eingestellt wird; oder: Falls die Position der Sumpfspitze außerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs (B) und stattdessen in einem kaltkritischen Bereich (K) der stützenden Strangführung (16) liegt: Reduzierung der Kühlleistung, indem die Sekundärkühlung in dem zumindest einen Segment (3) der stützenden Strangführung (16) auf zumindest die nächsthöhere (=wärmere) Solltemperaturkurve eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerungs- oder Regelungseinheit (18) für alle Solltemperaturkurven, die in dem Speicher (19) für den zu vergießenden Werkstoff gespeichert sind, die sich ergebenden zugehörigen Positionen der Sumpfspitze innerhalb der stützenden Strangführung (16) berechnet werden, wobei in Schritt (ii) die Sekundärkühlung der stützenden Strangführung (16) auf die Solltemperaturkurve eingestellt wird, deren Sumpfspitze mittig in dem vorbestimmten zulässigen Bereich (B) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, falls in Schritt (ii) festgestellt werden sollte, dass die Sumpfspitze des Gießstrangs (10) in einem Sicherheitsbereich des warmkritischen Bereichs liegt, dann die Sekundärkühlung in dem zumindest einen Segment der stützenden Strangführung (16) sofort auf die tiefste (= kälteste) Solltemperaturkurve eingestellt wird.
Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Temperatur eines Gießstrangs (10) in einer Stranggießanlage (12), wobei der Gießstrang (10) nach dem kontinuierlichen Austreten aus einer Kokille (14) durch eine stützende Strangführung (16) der Stranggießanlage (12), die zumindest ein Segment (1, 2, 3, 4) mit einer Sekundärkühlung aufweist, entlang einer Förderrichtung (F) geführt wird, wobei die Sekundärkühlung durch eine Steuerungs- oder Regelungseinheit (18) eingestellt wird und damit die Oberflächen des Gießstrangs (10) gekühlt werden, wobei für den Gießstrang entlang seiner Förderrichtung (F) innerhalb der stützenden Strangführung (16) ein Temperaturfeld berechnet und daraus eine Position der Sumpfspitze (PS) des Gießstrangs (10) bestimmt wird, wobei in einem Speicher (19) der Steuerungs- oder Regelungseinheit (18) für einen zu vergießenden Werkstoff des Gießstrangs (10) eine Mehrzahl von Solltemperaturkurven (i-x) für die Oberfläche des Gießstrangs (10) gespeichert sind, gekennzeichnet durch: (i) Überprüfen, ob die Position der Sumpfspitze (PS) des Gießstrangs (10) in einem vorbestimmten zulässigen Bereich (B) innerhalb der stützenden Strangführung (16) liegt, und (ii) falls die Position der Sumpfspitze (PS) des Gießstrangs (10) in dem vorbestimmten zulässigen Bereich (B) der stützenden Strangführung (16) liegt und sich eine im Bereich des zumindest einen Segments der stützenden Strangführung (16) eingestellte Solltemperaturkurve seit einer vorbestimmten Zeit von vorzugsweise zumindest 5 Minuten nicht verändert hat und die berechneten Sumpflängen für die beiden nächsthöheren (= wärmeren) Solltemperaturkurven noch in dem vorbestimmten zulässigen Bereich (B) der stützenden Strangführung (16) liegen: Reduzierung der Kühlleistung, indem die Sekundärkühlung in dem zumindest einen Segment (2) der stützenden Strangführung (16) auf die nächsthöhere (= wärmere) Solltemperaturkurve eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, falls die Position der Sumpfspitze (PS) des Gießstrangs (10) sich in Richtung des kaltkritischen Bereichs (K) bewegt, dann die Kühlleistung reduziert wird, indem die Sekundärkühlung in dem zumindest einen Segment (2) der stützenden Strangführung (16) auf die nächsthöhere (= wärmere) Solltemperaturkurve eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleistung durch ein Umschalten auf die nächsthöhere (= wärmere) Solltemperaturkurve reduziert wird, falls die Sumpfspitze (SP) des Gießstrangs (10) in einem ersten Grenzbereich (G1) des vorbestimmten zulässigen Bereichs (B) angrenzend zum kaltkritischen Bereich (K) liegt und sich in Richtung des kaltkritischen Bereichs (K) mit einer Geschwindigkeit bewegt, die einer Änderung von zumindest 1% der Gesamt-Sumpflänge des Gießstrangs (10) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, falls die Position der Sumpfspitze (PS) des Gießstrangs (10) sich in Richtung des warmkritischen Bereichs (W) bewegt, dann die Kühlleistung erhöht wird, indem die Sekundärkühlung in dem zumindest einen Segment (2) der stützenden Strangführung (16) auf die nächsttiefere (= kältere) Solltemperaturkurve eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleistung durch ein Umschalten auf die nächsttiefere (= kältere) Solltemperaturkurve erhöht wird, falls die Sumpfspitze (SP) des Gießstrangs (10) in einem zweiten Grenzbereich (G2) des vorbestimmten zulässigen Bereichs (B) angrenzend zum warmkritischen Bereich (W) liegt und sich in Richtung des warmkritischen Bereichs (W) mit einer Geschwindigkeit bewegt, die einer Änderung von zumindest 1% der Gesamt-Sumpflänge des Gießstrangs (10) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (i) und (ii) durch die Steuerungs- oder Regelungseinheit (18) vollautomatisch durchgeführt werden.