DE19835421C2 - Verfahren und Einrichtung zum Gießen eines Stranges aus flüssigem Metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zum Gießen eines Stranges aus flüssigem Metall, das in eine Kokille gegossen und aus der Kokille herausgezogen wird.

Beim Stranggießen wird, mittels einer Kokille, aus flüssigem Metall ein Strang gegossen, der aus der Kokille herausgezogen wird. Ein wesentlicher Faktor für eine gute Qualität des so gegossenen Stranges ist eine Konstanthaltung des Gießspie­ gels, d. h. des Stands von flüssigem Metall in der Kokille. Die deutsche Patentanmeldung DE 34 32 131 A1 zeigt ein Ver­ fahren und Vorrichtung zur Regelung eines Flüssigkeitsspie­ gels. Dabei ist die Reglerauslegung schwierig, da die Parame­ ter der Regelstrecke, d. h. der Gießapparatur und der Kokille, zum Teil starken Schwankungen unterworfen sind oder Stör­ größen auf den Gießspiegel einwirken. Wie in Fig. 1 darge­ stellt, fließt beim Stranggießen flüssiges Metall über ein Tauchrohr mit Auslaßöffnung in die Kokille. Der Zufluß flüs­ sigen Metalls über das Tauchrohr in die Kokille wird über ei­ nen Stopfen beeinflußt. Insbesondere bei ferritischen Stählen kommt es zur Ablagerung am Stopfen oder im Bereich des Tauch­ rohres, wodurch der Zufluß verringert wird. Diese langsamen Störeinflüsse können auf einfache Weise durch eine Regelung des Gießspiegels kompensiert werden. Dabei wird durch die Re­ gelung die Öffnung entsprechend dem Ausmaß der Ablagerungen erhöht. Brechen jedoch diese Ablagerungen ab, so kommt es zu einer sprunghaften Erhöhung des Zuflusses flüssigen Metalls in die Kokille. Es hat sich gezeigt, daß derartige sprunghaf­ te Veränderungen des Zuflusses flüssigen Metalls in die Ko­ kille zu starken Erhöhungen des Gießspiegels und somit zu Qualitätseinbußen im gegossenen Strang führen.

Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zum Gießen eines Stranges aus flüssigem Me­ tall mittels einer Kokille anzugeben, mittels dessen bzw. mittels derer die Auswirkungen auf den Gießspiegel durch Ab­ brüche von Ablagerungen, z. B. am Stopfen oder im Bereich des Tauchrohres verringert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Einrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst. Dabei wird zum Gießen eines Stranges flüssiges Metall in eine Kokille gegossen und als Strang aus der Kokille herausgezogen , wobei der Gießspiegel, d. h. der Stand des flüssigen Me­ talls in der Kokille, mittels eines Gießspiegelreglers mit zumindest einem Integrator auf einen vorgegebenen Gießspie­ gel-Sollwert geregelt wird, und wobei die Differenz zwischen Gießspiegel-Istwert und Gießspiegel-Sollwert vorteilhafter­ weise überwacht wird. Der Ausgang des Integrators des Gieß­ spiegelreglers wird durch einen vorgegebenen Zusatzwert er­ setzt, wenn die Differenz zwischen Gießspiegel-Istwert und Gießspiegel-Sollwert eine Toleranzschwelle überschreitet. Un­ ter Ergänzen in diesem Sinne ist zu verstehen, daß der Aus­ gang des Integrators durch den Zusatzwert ersetzt wird, oder daß in besonders vorteilhafter Weise der Zusatzwert zum In­ tegratorausgang hinzuaddiert wird, wobei die Summe aus Zu­ satzwert und bisherigem Ausgangswert des Integrators den neu­ en Ausgangswert des Integrators bildet.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Toleranzschwelle, insbesondere in Abhängigkeit der Stan­ dardabweichung der Differenz zwischen Gießspiegel-Istwert und Gießspiegel-Sollwert oder einer der Standardabweichung äqui­ valenten Größe, an den Gießprozeß adaptiert. Auf diese Weise ist es möglich, Gießspiegelschwankungen durch mögliches fehlerhaftes Erkennen eines Abbruchs, obwohl kein Abbruch vor­ liegt, zu verhindern.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Toleranzschwelle auf einen Wert zwischen 0,02 und 0,1, zwischen 0,04 und 0,1 und/oder zwischen 0,06 und 0,1 be­ grenzt. Auf diese Weise wird die Stabilität eines erfindungs­ gemäßen Verfahrens erhöht.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Im einzel­ nen zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung zum Stranggießen,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für eine Abbruchvorsteuerung gemäß Fig. 2,

Fig. 5 ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für eine Abbruchvorsteuerung gemäß Fig. 3.

In einer beispielhaften Anordnung gemäß Fig. 1 wird flüssiges Metall 13, in diesem Falle Stahl, in eine Verteilerrinne 7 gegossen. Aus der Verteilerrinne 7 fließt das flüssige Metall über ein Tauchrohr 5 mit Auslaßöffnung 6 in die Kokille 3. In der Kokille 3 bildet sich aus dem flüssigen Metall ein Strang 1, der über Rollen 4 aus der Kokille 3 herausgezogen wird. Der Zufluß flüssigen Metalls 13 über das Tauchrohr 5 in die Kokille 3 wird über einen Stopfen 8 beeinflußt, der über eine Mechanik 9, die einen Tragarm und eine Hubstange aufweist, bewegt wird. Die Hubstange wird wiederum durch einen Hydrau­ likzylinder 10 angetrieben, der über ein Automatisierungsge­ rät 12 in Abhängigkeit einer Hydraulikzylinder-Stellgröße 5 gesteuert bzw. geregelt wird. Die Position der Hubstange und damit die Stopfen-Position h wird mittels eines Positions­ meßgerätes 15 gemessen und an das Automatisierungsgerät 12 übertragen. Außerdem weist die Anordnung ein Gießspiegelmeß­ gerät 11 auf, das den Gießspiegel g, d. h. den Stand flüssigen Metalls in der Kokille 3 mißt. Das Gießspiegelmeßgerät 11 ist ebenso wie das Positionsmeßgerät 15 und der Hydraulikzylinder 10 datentechnisch mit dem Automatisierungsgerät 12 verbunden. Das Automatisierungsgerät 12 regelt den Gießspiegel g. Der aus der Kokille 3 herausgezogene Strang 1 weist eine Sumpfspitze, d. h. einen flüssigen Kern 2, und eine erstarrte Hül­ le 14 auf.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zur Rege­ lung des Gießspiegels g sind ein Gießspiegelregler 20 und ein Stopfenpositionsregler 23 vorgesehen. Der Gießspiegelregler 20 weist ein P-Glied 21 sowie einen Integrator 22 auf. Der Gießspiegelregler 20 ermittelt einen Stopfen-Positionssoll­ wert h* in Abhängigkeit der Differenz von einem Gießspiegel- Sollwert g* und dem Gießspiegel g. Der Stopfenpositionsregler 23 ermittelt eine Stellgröße s für den Hubzylinder 10 in Ab­ hängigkeit einer Stopfen-Positionsregeldifferenz Δh. Die Stopfen-Positionsregeldifferenz Δh ist die Differenz aus Stopfen-Positionssollwert h* und der Stopfen-Position h.

Zur Kompensation von Abbrüchen von Ablagerungen an Stopfen 8 bzw. von Ablagerungen im Bereich des Tauchrohrs 5 ist eine Abbruchvorsteuerung 24 vorgesehen. Die Abbruchvorsteuerung ermittelt in Abhängigkeit der Regelabweichung Δg einen Zu­ satzwert c. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist vor­ gesehen, daß in einem Abtastschritt der Ausgang des Integra­ tors 22 um den Zusatzwert c ergänzt und neu gesetzt wird, wenn die negative Regelabweichung -Δg einen bestimmten Tole­ ranzwert überschreitet. Die Regelabweichung Δg ist die Diffe­ renz aus Gießspiegel-Sollwert g* und Gießspiegel-Istwert g.

Fig. 3 zeigt ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei sind anstelle der Abbruchvorsteuerung 24 in Fig. 2 eine Abbruchvorsteuerung 25 sowie ein Statistikblock 26 vorgesehen. Die Abbruchvorsteuerung 24 und die Abbruchvor­ steuerung 25 unterscheiden sich im wesentlichen dadurch, daß die Toleranzschwellen gemäß der Abbruchvorsteuerung 25 in Ab­ hängigkeit der Standardabweichung σ der Regelabweichung Δg über ein bestimmtes Zeitfenster ermittelt werden. Anstelle der Standardabweichung σ kann jedoch auch eine äquivalente Größe verwendet werden. Die Standardabweichung σ wird mittels des Statistikblocks 26 ermittelt, der im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel ein Standardabweichungsbildner über ein be­ stimmtes Zeitfenster ist. Er kann jedoch durch komplexere statistische Funktionsbausteine, sowie Fuzzy-Logic oder neu­ ronale Netze ersetzt werden.

Fig. 4 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel für eine Ab­ bruchvorsteuerung 24 gemäß Fig. 2. Diese weist einen Negierer 30 zum Negieren der Regelabweichung Δg auf. Ferner weist die Abbruchvorsteuerung einen Toleranzwertprüfer 31, ein Halte­ glied 32 sowie einen Schalter 33 auf. Der Toleranzwertprüfer 31 prüft, ob die negative Regelabweichung -Δg einen bestimm­ ten Toleranzwert überschreitet. Detektiert der Toleranzwert­ prüfer 31, daß die negative Regelabweichung -Δg einen be­ stimmten Toleranzwert überschreitet, so schließt das Halte­ glied 32 den Schalter 33 für einen Abtastschritt. In diesem Abtastschritt gibt die Abbruchvorsteuerung 24 einen Zusatz­ wert c aus. Wenn die Abtastvorsteuerung 24 einen Zusatzwert c ausgibt, so wird der Ausgangswert des Integrators 22 in Fig. 2 um den Zusatzwert c ergänzt und neu gesetzt. In vorteilhafter nicht dargestellter Ausgestaltung der Abbruchvorsteuerung 24 setzt sich der Zusatzwert c aus mehreren gestaffelten Werten c₁, c₂, c₃ zusammen, wie dies beispielhaft in Fig. 5 ausgeführt ist. Durch eine derartige Staffelung von Toleranzschwellen werden die Auswirkungen von Abbrüchen auf den Gießspiegel be­ sonders stark gemindert.

Fig. 5 zeigt ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für eine Abbruchvorsteuerung gemäß Fig. 3. Die besonders vor­ teilhafte Ausgestaltung der Abbruchvorsteuerung 25 weist ei­ nen Negierer 30, Halteglieder 32, Toleranzwertprüfer 40, 41, 42, P-Glieder 43, 44, 45, mit den Verstärkungen K₃, K₂, K₁, Begrenzer 46, 47, 48 sowie Schalter 49, 50 und 51 auf. Gemäß dieser Ausgestaltung der Abbruchvorsteuerung 25 sind für die Toleranzwertprüfer 40, 41, 42 Toleranzwerte vorgesehen, die an den Gießprozeß vorteilhafterweise adaptiert werden. Dazu wird die Standardabweichung σ mittels der P-Glieder 43, 44, 45 mit einer Verstärkung K₃, K₂, K₁ multipliziert und an­ schließend durch die Begrenzer 46, 47, 48 begrenzt. Der Aus­ gangswert der Begrenzer 46, 47, 48 ist der Toleranzwert, der in dem Toleranzwertprüfer 40, 41, 42 verwendet wird. In den Toleranzwertprüfern 40, 41, 42 wird überprüft, ob die negati­ ve Regelabweichung -Δg diesen Toleranzwert überschreitet. Er­ mittelt einer der Toleranzwertprüfer 40, 41, 42 das Über­ schreiten seines Toleranzwertes durch die negative Regelab­ weichung -Δg, so schließt das entsprechende Halteglied 32 den entsprechenden Schalter 49, 50, 51. Entsprechend der Kombina­ tion von geschlossenen Schaltern 49, 50, 51 wird ein Zusatz­ wert c ausgegeben. Liegt ein Zusatzwert c an, so wird der Ausgang des Integrators 22 in Fig. 3 in diesem Abtastschritt um den Zusatzwert c ergänzt und neu gesetzt.

Claims (8)

1. Verfahren zum Gießen eines Stranges (1) aus flüssigem Me­ tall, das in eine Kokille (3) gegossen und als Strang aus der Kokille herausgezogen wird, wobei der Gießspiegel (g), d. h. der Stand des flüssigen Metalls in der Kokille (3) mittels eines Gießspiegelreglers (20) mit zumindest einem Integrator (22) auf einen vorgegebenen Gießspiegel-Sollwert (g*) gere­ gelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Integrators (22) des Gießspiegelreglers (20) mit einem vorgebbaren Zusatzwert (c) ergänzt wird, wenn die Differenz (Δg) zwischen Gießspiegel-Istwert (g) und Gieß­ spiegel-Sollwert (g*) eine Toleranzschwelle überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Toleranzschwelle, vorteilhafterweise in Abhängigkeit der Standardabweichung (σ) der Differenz (Δg) zwischen Gieß­ spiegel-Istwert (g) und Gießspiegel-Sollwert (g*), adaptiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Toleranzschwelle auf einen Wert zwischen 0,02 und 0,1 begrenzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Toleranzschwelle auf einen Wert zwischen 0,04 und 0,1 begrenzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Toleranzschwelle auf einen Wert zwischen 0,06 und 0,1 begrenzt wird.

6. Einrichtung zum Gießen eines Stranges (1) aus flüssigem Metall, das in eine Kokille (3) gegossen und als Strang aus der Kokille herausgezogen wird, wobei die Einrichtung zum Gießen des Stranges (1) einen Gießspiegelregler (20) zum Re­ geln des Gießspiegels (g), d. h. des Stands des flüssigen Me­ talls in der Kokille (3), aufweist, und wobei der Gießspie­ gelregler (20) zumindest einen Integrator (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (22) des Gießspiegelreglers (20) einen um einen vorgegebenen Zusatzwert (c) addierten Ausgangswert aus­ gibt, wenn die Differenz (Δg) zwischen Gießspiegel-Istwert (g) und Gießspiegel-Sollwert (g*) eine Toleranzschwelle über­ schreitet.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Abbruchvorsteuerung (24, 25) zur Überwachung, ob die Differenz (Δg) zwischen Gießspiegel-Istwert (g) und Gieß­ spiegel-Sollwert (g*) eine Toleranzschwelle überschreitet, aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbruchvorsteuerung (24, 25) den Zusatzwert (c) aus­ gibt.