DE19843033A1

DE19843033A1 - Durchbrucherkennungsverfahren für eine Stranggießkokille

Info

Publication number: DE19843033A1
Application number: DE1998143033
Authority: DE
Inventors: Rainer Frey; Martin Langer; Georg Nowak; Lothar Gellrich; Matthias Arzberger
Original assignee: SMS Schloemann Siemag AG; Schloemann Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 1998-09-19
Filing date: 1998-09-19
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2018-09-20
Also published as: DE19843033B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Durchbrucherkennungsverfahren für eine Stranggießkokille (1) mit Breitseiten (8) und Schmalseiten (9), von der ein Metallband (7) mit einer Dicke (d) von maximal 100 mm mit einer Gießgeschwindigkeit (v) gegossen wird. Es werden mehrere Verfahren vorgestellt, gemäß derer zuverlässig und rechtzeitig eine Durchbruchgefahr erkannt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Durchbrucherkennungsverfahren für eine Stranggießkokille mit Breitseiten und Schmalseiten, von der ein Metallband mit einer Dicke von max. 100 mm mit einer Gießge schwindigkeit gegossen wird.

Deartige Stranggießkokillen sind allgemein bekannt. Sie werden inbesondere bei den sogenannten CSP-Anlagen der Firma SMS SCHLOE-MANN-SIEMAG AG eingesetzt.

Bei Stranggießkokillen und den mit ihnen gegossenen Metallbändern kann es zu Durchbrüchen kommen. Größtenteils werden Durchbrüche durch sogenannte Kleber verursacht. Ein Kleber ist ein Stück Strang schale, die an der Kokillenwand klebt anstatt auf ihr zu gleiten. Er führt zu einem Riß in der Strangschale, die sich in der Strang gießkokille befindet. Der Riß wandert allmählich nach unten. Wenn er am unteren Rand der Stranggießkokille angekommen ist, tritt der Durchbruch auf, d. h. das flüssige Metall fließt unkontrolliert aus der Stranggießkokille aus. Ein Durchbruch bedeutet daher eine extreme Gefahr für das Bedienungspersonal und beinhaltet weiterhin auch ein großes Zerstörungspotential für die Stranggießkokille selbst.

Für dicke Brammen mit einer Dicke von mehr als 150 mm sind ver schiedene Verfahren bekannt, Kleber rechtzeitig zu detektieren. Als am zuverlässigsten haben sich dabei Verfahren erwiesen, bei denen in den Breitseiten und den Schmalseiten der Stranggießkokille Thermoeleinente angeordnet sind, mittels denen das Temperaturverhal ten in der Stranggießkokille überwacht wird. Die für dicke Brammen bekannten Verfahren sind aber nicht auf Stranggießkokillen, mit denen ein Metallband mit einer Dicke von maximal 100 mm gegossen wird, anwendbar. Denn derart dünne Metallbänder werden mit einer größeren Gießgeschwindigkeit gegossen als dicke Metallbänder. Ein Kleber wird mit den für dicke Brammen bekannten Verfahren daher meist zu spät detektiert.

Prinzipiell könnte natürlich die Empfindlichkeit der bekannten Verfahren erhöht werden, so daß diese bereits beim geringsten Anzeichen einer drohenden Durchbruchsgefahr ansprechen. Die Gießge schwindigkeit könnte in diesem Fall sofort verringert werden, so daß der eventuell detektierte Kleber wieder ausheilen könnte. Jede Verringerung der Gießgeschwindigkeit führt aber zu Qualitätsminde rungen beim gegossenen Metallband. Die Gießgeschwindigkeit sollte daher nur dann reduziert werden, wenn tatsächlich ein Kleber ausge treten ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, Ver fahren anzugeben, mittels derer zuverlässig und schnell Kleber detektierbar sind, so daß einerseits bei Erkennen einer Durchbruch gefahr rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden können und andererseits die Gegenmaßnahmen nur dann ergriffen werden, wenn tatsächlich ein Kleber austritt.

Eine Lösung der Aufgabe besteht darin, daß in den Breitseiten und den Schmalseiten der Stranggießkokille eine obere Reihe von oberen Thermoelementen und darunter in einem Abstand eine untere Reihe von unteren Thermoelementen angeordnet ist, wobei auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn zu einem ersten Zeitpunkt der Anstieg des von mindestens einem der oberen Thermoelemente gelieferten Temperatursi gnals einen oberen Minimalanstiegsgrenzwert übersteigt und zu einem zweiten Zeitpunkt, der nach dem ersten Zeitpunkt liegt, der Anstieg des von mindestens einem der dem mindestens einen oberen Thermoele ment benachbarten unteren Thermoelemente gelieferten Temperatursi gnals einen unteren Minimalanstiegsgrenzwert übersteigt.

Stranggießkokillen werden mittels eines Oszillationsantriebs, z. B. einer Hydraulikzylindereinheit, unter Aufwenden einer Oszillations kraft auf und ab bewegt. Ein weiteres Durchbrucherkennungsverfahren beruht darauf, daß auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn die Oszillationskraft und/oder deren zeitliche Änderung einen Oszilla tionskraftgrenzwert übersteigt.

Der von der Stranggießkokille gegossene Metallstrang wird mittels eines Strangantriebs, z. B. eines Elektromotors, unter Aufwenden einer Abzugskraft von der Stranggießkokille abgezogen. Eine weitere Lösung der Aufgabe beruht darauf, daß auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn die Abzugskraft und/oder deren zeitliche Änderung einen Abzugskraftgrenzwert übersteigt.

Die Stranggießkokille wird mittels des Oszillationsantriebs mit einer Grundfrequenz auf und ab bewegt. Eine weitere Lösung der Aufgabe beruht darauf, daß mindestens ein durch das Oszillieren der Stranggießkokille hervorgerufenes Beschleunigungsspektrum gemessen und mit einem Musterspektrum verglichen wird, wobei auf Durchbruch gefahr erkannt wird, wenn mindestens eine vorbestimmte Frequenzkom ponente des gemessenen Beschleunigungsspektrums die korrespondieren de Frequenzkomponente des Musterspektrums übersteigt.

Die Stranggießkokille wird über ein mit einem Verschlußstopfen öffen- und schließbares Tauchrohr aus einer Befüllvorrichtung mit flüssigem Metall befüllt. Das Befüllen der Stranggießkokille mit flüssigem Metall wird dabei durch Verstellen des Verschlußstopfens derart geregelt, daß sich in der Stranggießkokille ein möglichst konstanter Metallbadspiegel einstellt. Ein weiteres Durchbruch erkennungsverfahren beruht darauf, daß auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn der Absolutwert der Schwankung des Metallbadspiegels einen Schwankungsgrenzwert und/oder die zeitliche Änderung der Verstellung des Verschlußstopfens einen Verstellgrenzwert über steigt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Grundverfahren finden sich in den Unteransprüchen.

Bei einem Erkennen auf Durchbruchgefahr kann zum Ausheilen des Klebers insbesondere die Gießgeschwindigkeit reduziert werden.

Wenn mehr als eines der oben erwähnten Verfahren angewendet wird und die Gießgeschwindigkeit nur dann reduziert wird, wenn gemäß mehr als einem der angewendeten Verfahren auf Durchbruchgefahr erkannt wird, kann die Gefahr einer Fehlerkennung minimiert werden.

Die Gefahr einer Fehlerkennung kann noch weiter minimiert werden, wenn mittels mindestens zwei der angewendeten Verfahren Ereignisorte bestimmbar sind, an denen ein Auftreten von eine Durchbruchgefahr hervorrufenden Ereignissen vermutet wird, und die Gießgeschwindig keit nur dann reduziert wird, wenn die gemäß den mindestens zwei angewendeten Verfahren bestimmten Ereignisorte übereinstimmen.

Die Fehlalarmquote kann noch weiter reduziert werden, wenn einer Auswerteeinheit Informationen über das zu gießende Metall, z. B. dessen Ist-Temperatur, dessen Zusammensetzung oder über besondere Vorkommnisse beim Erzeugen der Schmelze, übermittelt werden und die Auswerteeinheit bestimmt, welche der Verfahren angewendet werden und bei wievielen gemäß der angewendeten Verfahren erkannten Durch bruchgefahren die Gießgeschwindigkeit reduziert wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen in Prinzipdar stellung

Fig. 1a bis d das Entstehen eines Durchbruchs,

Fig. 2 eine Stranggießkokille mit Thermoelementen in den Seitenwänden,

Fig. 3 einen Verlauf von von den Thermoelementen de tektierten Temperaturen,

Fig. 4 eine Stranggießkokille mit einem Oszillations antrieb,

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Oszillationskraft,

Fig. 6 eine Stranggießkokille mit einem nachgeschalte ten Strangantrieb,

Fig. 7 einen Verlauf der Strangabzugskraft,

Fig. 8 eine Stranggießkokille mit Beschleunigungssen soren,

Fig. 9 ein von einem Beschleunigungssensor aufgenomme nes Beschleunigungsspektrum,

Fig. 10 eine Stranggießkokille mit einem Tauchrohr und einem Verschlußstopfen,

Fig. 11 einen Verlauf von Füllstands- und Stopfenposi tion und

Fig. 12 das Prinzip der Auswertung von erkannten Durch bruchgefahren.

Gemäß den Fig. 1a bis d oszilliert eine Stranggießkokille 1, wie durch die Pfeile 2 angedeutet, auf und ab. Eine Strangschale 3 bereits erstarrten Metalls 4 wird dabei mit einer gleichmäßigen Gießgeschwindigkeit v aus der Stranggießkokille 1 abgezogen. Wenn nun, z. B. aufgrund eines Schlackenrandes 5 die Schmierverhältnisse zwischen Strangschale 3 und Stranggießkokille 1 gestört sind, kann es im oberen Bereich der Stranggießkokille 1 zu einem sogenannten Kleber 6 kommen. Der Kleber 6 klebt an der Stranggießkokille 1 fest. Wenn dann die Stranggießkokille 1, wie in Fig. 1a dargestellt, nach oben bewegt wird, reißt die Strangschale 3 vom Kleber 6 ab und flüssiges Metall 4 fließt an die Wand der Stranggießkokille 1. Während der nächsten Abwärtsbewegung der Stranggießkokille 1 bildet sich an der Rißstelle wieder eine dünne Strangschale 3', wie in Fig. 1b dargestellt. Bei der nächsten Aufwärtsbewegung der Stranggießko kille 1 jedoch reißt diese dünne Strangschale 3' wieder auf. Der abgerissene Reststrang 3 hingegen wird weiter aus der Stranggießko kille 1 abgezogen. Die abgerissene Strangschale 3 und mit ihr auch die dünne Strangschale 3' wandern daher nach unten, bis die dünne Strangschale 3' den unteren Kokillenrand erreicht hat. Wenn nun die Stranggießkokille 1 wieder nach oben bewegt wird und die dünne Strangschale 3' wieder reißt, trifft das flüssige Metall 4 nicht mehr auf die Stranggießkokille 1, sondern tritt ungehindert ins Freie aus. Durch einen derartigen Durchbruch entstehen große Schäden an der Stranggießkokille sowie Produktionsausfall. Ferner besteht eine Gefahr für Leben und Gesundheit des Bedienungspersonals. Ein derartiger Durchbruch muß daher möglichst verhindert werden.

Fig. 2 zeigt eine Stranggießkokille 1, mittels derer mit der Gießgeschwindigkeit v ein Metallband 7 gegossen wird. Das Metallband 7 weist eine Breite b und eine Dicke d auf. Die Stranggießkokille 1 weist hierzu Breitseiten 8 auf, zwischen denen Schmalseiten 9 angeordnet sind. Die Schmalseiten 9 sind in ihrem Abstand einstell bar. Die Breite b des gegossenen Metallbandes 7 ist daher variabel, die Dicke d ist fest. Die Dicke d liegt zwischen 40 und 100 mm, z. B. bei 50 mm. Die Breite b variiert zwischen 1000 und 1600 mm. Die Gießgeschwindigkeit v, mit der ein solches Metallband 7 gegossen wird, beträgt bis zu 7 m/min. Für zukünftige Anlagen sind Gießge schwindigkeiten v bis zu 10 m/min angestrebt. Mit Stranggießkokil len, mit denen breite Bänder mit Dicken d über 150 mm gegossen werden, werden hingegen Gießgeschwindigkeiten v von maximal 4 m/min erreicht.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist in den Breitseiten 8 und den Schmalseiten 9 eine obere Reihe 10 von oberen Thermoelementen 11 angeordnet. Unter dieser oberen Reihe 10 ist eine untere Reihe 12 von unteren Thermoelementen 13 angeordnet. Die untere Reihe befindet sich dabei in einem Abstand a von der oberen Reihe, ist aber noch oberhalb der Mitte der Stranggießkokille 1 angeordnet, welche in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Unter der unteren Reihe 12 befindet sich eine weitere Reihe von Thermoelemen ten, welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nicht von Belang ist.

Jede Reihe 10, 12 von Thermoelementen 11, 13 weist in jeder Breit seite 8 je acht Thermoelemente 11, 13 auf, in jeder Schmalseite 9 zwei Thermoelemente 11, 13. Soweit im Rahmen der vorliegenden Erfindung benutzt, werden also vierzig Thermoelemente 11, 13 ver wendet.

Jedes der Thermoelemente 11, 13 liefert ein Temperatursignal 14, 15, welches überwacht und auf Durchbruchgefahr ausgewertet wird. Die Auswertung der Temperatursignale 14, 15 wird nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 näher erläutert.

Im normalen Gießbetrieb liefern die oberen Thermoelemente 11 im wesentlichen einheitliche Temperatursignale 14 und die unteren Thermoelemente 13 im wesentlichen ebenfalls einheitliche Temperatur signale 15, allerdings auf einem niedrigeren Niveau. Die Stranggieß kokille 1 wird auf später noch zu erläuternde Art und Weise auf einem im wesentlichen konstanten Kokillenfüllstand 16 gehalten, während das Metallband 7 mit im wesentlichen konstanter Gießge schwindigkeit v aus der Stranggießkokille 1 abgezogen wird. Wenn nun in der Stranggießkokille 1 ein Kleber 6 auftritt, welcher später zu einem Durchbruch führen würde, steigt zumindest das Temperatursi gnal 14 des oberen Thermoelements 11, welches diesem Kleber 6 am nächsten liegt, zu einem ersten Zeitpunkt t₁ an. Wenn ein derartiges Ansteigen des Temperatursignals 14 detektiert wird, wird die eigent liche Durchbrucherkennung gestartet. Es werden nämlich nunmehr die unter dem ansprechenden oberen Thermoelement 11 liegenden, diesem benachbarten unteren Thermoelemente 13 überwacht, wie dies in Fig. 2 durch die Pfeile 17 angedeutet ist. Wenn das Temperatursignal 15 eines dieser unteren Thermoelemente 13 zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ ebenfalls einen Temperaturanstieg anzeigt, so wird auf Durch bruchgefahr erkannt.

Um fälschlich erkannte Durchbruchgefahren möglichst auszuschließen, bewirkt selbstverständlich nicht jeder geringfügige Temperatur anstieg eines der Thermoelemente 11, 13 ein Erkennen auf Durch bruchgefahr. Nur wenn der Anstieg des von dem einen der oberen Thermoelemente 11 gelieferten Temperatursignals 14 einen oberen Minimalanstiegswert und der Anstieg des von mindestens einem der benachbarten unteren Thermoelemente 13 gelieferten Temperatursignals 15 einen unteren Minimalanstiegswert übersteigt, wird auf Durch bruchgefahr erkannt. Ferner wird auch die Zeitdifferenz zwischen dem ersten Zeitpunkt t₁ und dem zweiten Zeitpunkt t₂ überwacht. Nur wenn diese Differenz zwischen 75 und 125% des Quotienten des Abstands a und der Gießgeschwindigkeit v beträgt, wird auf Durch bruchgefahr erkannt.

Eine weitere Plausibilisierung der registrierten Temperaturanstiege kann dadurch erfolgen, daß der zeitliche Verlauf der von den oberen und unteren Thermoelementen 11, 13 gelieferten Temperatursignale 14, 15 mit einem oberen und einem unteren Maximalanstiegswert verglichen wird. Nur wenn der Anstieg der von den Thermoelementen 11, 13 gelieferten Temperatursignale 14, 15 kleiner ist als der obere bzw. untere Maximalanstiegsgrenzwert, wird auf Durchbruchge fahr erkannt. Der obere und der untere Maximalanstiegsgrenzwert können z. B. aus dem zeitlichen Verlauf der Temperatursignale er mittelt werden, welche beim Füllen der Stranggießkokille 1 von den Thermoelementen 11, 13 geliefert werden. Der obere Minimalanstiegs grenzwert für die obere Reihe 10 von Thermoelementen 11 ist dabei kleiner als der untere Minimalanstiegsgrenzwert für die untere Reihe 11 von Thermoelementen 13.

Die dahinter stehende Überlegung ist, daß ein schnellerer Tempera turanstieg als beim Füllen der Stranggießkokille 1 nicht auftreten kann. Wenn also im laufenden Betrieb ein Temperatursignal 14, 15 schneller steigt als beim Füllen der Stranggießkokille 1, so ist dies ein Zeichen für eine Fehlfunktion des betreffenden Thermoele ments 11, 13.

Mittels des neuen Verfahrens zur Auswertung der von Thermoelementen 11, 13 gelieferten Temperatursignale 14, 15 kann bereits dann auf Durchbruchgefahr erkannt werden, wenn die Anstiege der Temperatursi gnale 14, 15 einen Durchbruch wahrscheinlich erscheinen lassen. Es kann daher bereits auf Durchbruchgefahr erkannt werden, wenn das von dem mindestens einen der oberen Thermoelemente 11 gelieferte Temperatursignal 14 noch größer ist als das von dem mindestens einen der benachbarten unteren Thermoelemente 13 gelieferte Temperatursi gnal 15.

Wenn auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wird die Stranggießkokille 1 weiterhin gefüllt gehalten, wie aus dem Kokillenfüllstand 16 von Fig. 3 ersichtlich ist. Die Gießgeschwindigkeit v hingegen wird abgesenkt und nur langsam wieder auf ihren Normalwert angehoben, damit sich an der Rißstelle eine dickere Strangschale 3' bilden kann, welche später bei der nächsten Aufwärtsbewegung der Strang gießkokille 1 nicht wieder reißt. Die Bruchstelle 3' kann also ausheilen. Das mit verringerter Gießgeschwindigkeit v gegossene Stück des Metallbandes 7 ist jedoch von verminderter Qualität. Die Zeitspanne T₁, während derer die Gießgeschwindigkeit v abgesenkt war, wird daher registriert und, wie später noch zu erläutern sein wird, weiter verarbeitet.

Die Stranggießkokille 1 wird, wie in Fig. 4 dargestellt, mittels mindestens eines Oszillationsantriebs 18 unter Aufwenden einer Oszillationskraft 20 auf und ab bewegt. Der Oszillationsantrieb 18 ist im vorliegenden Fall als Hydraulikzylindereinheit 18 ausgebil det.

In Fig. 5a ist der Druckverlauf in der Hydraulikzylindereinheit 18 beim Anheben der Stranggießkokille 1 dargestellt, in Fig. 5b der Druckverlauf in der Hydraulikzylindereinheit 18 beim Absenken der Stranggießkokille 1. Wie aus den Fig. 5a und 5b zu erkennen ist, schwanken die Drucksignale. Sie müssen daher vor einem Erkennen auf Durchbruchgefahr gefiltert werden, z. B. in einem Tiefpaßfilter 19. Wie ferner aus Fig. 5a ersichtlich ist, steigt die Oszillationskraft 20 beim Auftreten eines Klebers zum Zeitpunkt t₁ deutlich an. Es kann daher auf Durchbruchgefahr erkannt werden, wenn die Oszilla tionskraft 20 und/oder deren zeitliche Änderung einen Oszillations kraftgrenzwert übersteigt.

Wie aus einem Vergleich von Fig. 5a mit 5b ersichtlich ist, ändert sich nur die Kraft beim Aufwärtsbewegen der Stranggießkokille 1 signifikant, während die Oszillationskraft 20 beim Abwärtsbewegen der Stranggießkokille 1 sich im wesentlichen nicht ändert. Vorzugs weise wird daher nur die Oszillationskraft 20 zum Aufwärtsbewegen der Stranggießkokille 1 und deren zeitliche Änderung ausgewertet. Der Anstieg der Oszillationskraft 20 ist darauf zurückzuführen, daß zum Zerreißen der Strangschale 3 an der Schwachstelle 3' eine höhere Kraft benötigt wird als zum reinen Oszillieren der Stranggießkokille 1.

Bei einem Erkennen auf Durchbruchgefahr wird auch hier die Gießge schwindigkeit v reduziert.

Das Metallband 7 wird gemäß Fig. 6 aus der oszillierenden Strang gießkokille 1 mittels eines Strangantriebs 21 über Treibrollen 22 unter Aufwenden einer Abzugskraft 23 abgezogen. Der Strangantrieb 21 kann bspw. ein Elektro- oder Hydromotor sein. Vom Oszillations antrieb 18 auf die Stranggießkokille 1 ausgeübte Kräfte werden teilweise auch auf den Metallstrang 7 übertragen und wirken sich daher in diesem Umfang auf die Abzugskraft 23 aus. Ähnlich wie bei dem Auswerten der Oszillationskraft 20 kann daher auch aus einer Änderung der Abzugskraft 23 auf einen Kleber 6 und somit auf eine daraus resultierende Durchbruchgefahr geschlossen werden.

Ebenso wie beim Auswerten der Oszillationskraft 20 muß auch die Abzugskraft 23 vor einem Erkennen auf Durchbruchgefahr gefiltert werden, wobei auf Durchbruchgefahr erkannt werden kann, wenn die Abzugskraft 23 und deren zeitliche Änderung - insbesondere beim Auf wärtsbewegen der Stranggießkokille 1 - einen Abzugskraftgrenzwert übersteigt. Ein derartiges Verhalten der Abzugskraft 23 ist in Fig. 7 dargestellt. Ebenso wie bei den bisher beschriebenen Verfahren wird als Gegenmaßnahme zum Verhindern eines Durchbruchs die Gießge schwindigkeit v reduziert.

Durch das Oszillieren der Stranggießkokille 1 durch den Oszilla tionsantrieb 18 wird die Stranggießkokille 1 mit einer Grundfrequenz f₀ periodisch auf und ab bewegt. Die Stranggießkokille 1 vibriert dabei nicht nur in vertikaler Richtung z, sondern auch in den Horizontalrichtungen x, y. Beim Vibrieren ist die Stranggießkokille 1 selbstverständlich Beschleunigungen unterworfen. Die Beschleuni gungen können gemessen und in Spektren dargestellt werden. Auch über die Auswertung derartiger Beschleunigungsspektren kann eine Aussage über das Auftreten eines Klebers 6 und die daraus resultierende Gefahr eines Durchbruchs getroffen werden.

Hierzu werden - siehe Fig. 8 - an den vier oberen Ecken der Strang gießkokille 1 Beschleunigungssensoren 24 für die drei Grundrichtun gen x, y, z angeordnet. Von jedem dieser Beschleunigungssensoren 24 werden Beschleunigungsmeßwerte geliefert, welche - z. B. nach einer Fourier-Transformation - einer Frequenzanalyse unterzogen werden können. Als besonders signifikant hat sich dabei die Aus wertung von Horizontalspektren bei Oberfrequenzen der Grundfrequenz f₀ erwiesen. Das erhaltene Beschleunigungsspektrum - beispielhaft dargestellt in Fig. 9 - wird daher mit einem Musterspektrum ver gleichen, wobei auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn z. B. die siebte Oberschwingung f₇ und die neunte Oberschwingung f₉ die korre spondierende Frequenzkomponente des Musterspektrums übersteigt.

Im Prinzip könnte auch nur eine der beiden Oberschwingungen f₇, f₉ ausgewertet werden, die Gefahr von Fehlalarmen wird aber minimiert, wenn beide Oberschwingungen f₇, f₉ ausgewertet werden.

Wenn mehr als eines der Beschleunigungsspektren ausgewertet wird, kann über entsprechende, an sich bekannte Auswertealgorithmen sogar der Ort bestimmt werden, an dem der Kleber 6 ausgetreten ist.

Als Gegenmaßnahme zur Verhinderung eines Durchbruchs wird wieder die Gießgeschwindigkeit v verringert.

Die Stranggießkokille 1 wird gemäß Fig. 10 während des Stranggießens laufend aus einer Befüllvorrichtung 25 mit flüssigem Metall 4 befüllt. Das Befüllen geschieht über ein Tauchrohr 26, das mit einem Verschlußstopfen 27 öffen- und schließbar ist. Das Befüllen der Stranggießkokille 1 mit flüssigem Metall 4 wird dabei durch Verstellen des Verschlußstopfens 27 durch eine Hydraulikzylinder einheit 28 auf eine Verstellung s derart geregelt, daß sich dem Metallbadspiegel h in der Stranggießkokille 1 möglichst konstant auf seiner Sollhöhe h* einstellt.

Aufgrund von Schlackeablagerungen am Verschlußstopfen 27 muß die aus Fig. 11 ersichtliche Verstellung s des Verschlußstopfens 27 allmählich immer weiter erhöht werden, um den Metallbadspiegel h möglichst konstant zu halten. Dennoch stellt sich ab einem Zeitpunkt t₃ ein sehr unruhiger Metallbadspiegel h ein und die Verstellung s des Verschlußstopfens 27 steigt deutlich an.

Durch solche Schwankungen des Metallbadspiegels h besteht die Gefahr, daß es zu Klebern 6 in der Stranggießkokille 1 kommt. Es kann daher auf Durchbruchgefahr erkannt werden, wenn der Absolutwert der Schwankung des Metallbadspiegels h einen Schwankungsgrenzwert und/oder die zeitliche Änderung der Verstellung s des Verschluß stopfens 25 einen Verstellgrenzwert übersteigt. Selbstverständlich sollten auch hier wieder der Absolutwert der Schwankung des Metall badspiegels h und die zeitliche Änderung der Verstellung s des Verschlußstopfens 27 vor dem Erkennen auf Durchbruchgefahr gemittelt werden.

Bei einem Erkennen auf Durchbruchgefahr kann auch hier wieder die Gießgeschwindigkeit v reduziert werden. Da bei diesem Durchbruch erkennungsverfahren aber nicht bereits aufgetretene Kleber 6 detek tiert werden, sondern bereits die Gefahr des Auftretens von Klebern 6, steht eine weitere Gegenmaßnahme zur Verfügung. Bei einem kurzen, schlagartigen Schließen des Verschlußstopfens 27 werden mit hoher Wahrscheinlichkeit die Schlackeablagerungen am Verschlußstopfen 27 losgeschlagen. Nach diesem Losschlagen der Schlackeablagerungen ist wieder ein ordnungsgemäßer Betrieb des Verschlußstopfens 27 und ein gleichmäßiges Regulieren des Kokillenfüllstands 16 bzw. des Metall badspiegels h möglich. Auch das Losschlagen der Schlackeablagerungen führt aber aufgrund der dadurch verursachten Verunreinigungen des flüssigen Metalls 4 in der Stranggießkokille 1 zu einer Qualitäts minderung des gegossenen Bandes. Auch der Zeitpunkt T₂ des Losschla gens der Schlackeablagerungen wird daher registriert und später weiter verarbeitet.

Auftretende Durchbrüche bergen ein extremes Gefahrenpotential für das Bedienungspersonal und die Stranggießanlage in sich. Es sollte daher möglichst jeder Durchbruch rechtzeitig erkannt und verhindert werden. Das Verhindern eines sich anbahnenden Durchbruchs führt jedoch zu einer Qualitätsminderung beim erzeugten Metallband 7. Fehlalarme sollten daher möglichst vermieden werden. Eine derartige Minimierung von Fehlalarmen ist möglich, wenn mehr als eines der obengenannten Verfahren angewendet wird und die Gießgeschwindigkeit v nur dann reduziert wird, wenn gemäß mehr als einem der angemelde ten Verfahren auf Durchbruchgefahr erkannt wird.

Es ist bspw. möglich, wie in Fig. 12 dargestellt, simultan die von den Thermoelementen 11, 13 gelieferten Temperatursignale 14, 15, den Metallbadspiegel h und die hiermit korrespondierende Verstellung s sowie die Oszillationskraft 20 auszuwerten. Die Gießgeschwindig keit v wird in diesem Fall nur dann reduziert, wenn zwei oder sogar alle drei der Verfahren auf Durchbruchgefahr erkennen.

Insbesondere wenn sowohl die Temperatursignale 14, 15 der Thermoele mente 11, 13 und die Beschleunigungsspektren der Beschleunigungs sensoren 24 ausgewertet werden, ist noch eine weitere Minimierung der Fehlalarme möglich. Mittels dieser beiden Verfahren ist nämlich nicht nur das Auftreten eines Klebers 6, also das Auftreten eines Ereignisses, welches eine Durchbruchgefahr hervorruft, detektierbar. Mittels dieser beiden Verfahren ist auch der Ereignisort bestimmbar, an denen das Auftreten des Klebers 6 vermutet wird. Die Gießge schwindigkeit v wird bei Anwendung dieser beiden Verfahren nur dann reduziert, wenn die Ereignisorte, die gemäß diesen beiden Verfahren bestimmt worden sind, übereinstimmen.

Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Klebern 6 ist von ver schiedenen Parametern abhängig. So neigen bspw. bestimmte Legierun gen eher zu Klebern 6 als andere Legierungen. Weiterhin wird das flüssige Metall mit einer Temperatur T bereitgestellt, wobei die Temperatur T zwischen einer Minimaltemperatur T_min und einer Maximal temperatur T_max liegen muß. Die Gefahr eines Klebers 6 ist um so höher, je näher die Temperatur T an der Minimaltemperatur T_min liegt. Derartige Parameter werden einer Auswerteeinheit 29 von einem Steuerrechner 30 übermittelt, welcher den Erzeugungsprozeß für das flüssige Metall 4 steuert und überwacht. Der Auswerteeinheit 29 werden vom Steuerrechner 30 ferner besondere Vorkommnisse beim Erzeugen der Schmelze des Metalls 4 übermittelt, welche ebenfalls Einfluß auf die Gefahr des Auftretens von Klebern 6 haben können.

Die Auswerteeinheit 29 wertet auch diese Informationen aus und bestimmt dann aufgrund dieser Informationen, welche der Verfahren zur Erkennung einer Durchbruchsgefahr angewendet werden und bei wie vielen der gemäß der angewendeten Verfahren erkannten Durchbruchge fahren die Gießgeschwindigkeit v reduziert wird. So ist es bspw. möglich, bei einer Schmelze des Metalls 4, die aufgrund ihrer Temperatur T und ihrer Legierung eher zu Klebern 6 neigt, drei Erkennungsverfahren anzuwenden und die Gießgeschwindigkeit v zu reduzieren, wenn gemäß zwei der Verfahren auf Durchbruchgefahr erkannt wird. Bei einer anderen Schmelze kann bspw. erst dann die Gießgeschwindigkeit v reduziert werden, wenn alle drei angewendeten Verfahren auf Durchbruchgefahr erkennen.

Bestimmte Legierungen neigen dazu, in besonders starkem Umfang Schlacke am Verschlußstopfen 27 abzulagern. Bei derartigen Legierun gen kann bspw. eine gemäß den Fig. 10 und 11 erkannte Durch bruchgefahr doppelt gewichtet werden.

Wie obenstehend bereits erwähnt, führen Absenkungen der Gießge schwindigkeit v und das kurzzeitige schlagartige Schließen des Verschlußstopfens 27 dazu, daß das Metallband 7 zu diesen Zeitpunk ten eine verringerte Qualität aufweist. Die Zeitpunkte T₁, T₂, . . ., zu denen die Gießgeschwindigkeit v reduziert wird und/oder der Verschlußstopfen 27 schlagartig kurzgeschlossen wird, werden in der Auswerteeinheit 29 daher aufgezeichnet. Sie werden später an einen Steuerrechner 31 weitergeleitet, der ein Walzwerk 31 steuert, welches der Stranggießkokille 1 nachgeschaltet ist.

Bezugszeichenliste

1

Stranggießkokille

2

,

17

Pfeile

3

,

3

' Strangschale

4

Metall

5

Schlackenrand

6

Kleber

7

Metallband

8

Breitseiten

9

Schmalseiten

10

,

12

Reihen

11

,

13

Thermoelemente

14

,

15

Temperatursignale

16

Kokillenfüllstand

18

Oszillationsantrieb

19

Tiefpaßfilter

20

Oszillationskraft

21

Strangantrieb

22

Treibrollen

23

Abzugskraft

24

Beschleunigungssensoren

25

Befüllvorrichtung

26

Tauchrohr

27

Verschlußstopfen

28

Hydraulikzylindereinheit

29

Auswerteeinheit

30

,

31

Steuerrechner
a Abstand
b Breite
d Dicke
f₀

, f₇

, f₉

Frequenzen
h Metallbadspiegel
h* Sollhöhe
s Verstellung
T, T_min

, T_max

Temperaturen
T₁

, T₂

, . . . Zeitpunkte
v Gießgeschwindigkeit
x, y, z Richtungen

Claims

1. Durchbrucherkennungsverfahren für eine Stranggießkokille (1) mit Breitseiten (8) und Schmalseiten (9), in denen eine obere Reihe (10) von oberen Thermoelementen (11) und darunter in einem Abstand (a) eine untere Reihe (12) von unteren Thermoele menten (13) angeordnet ist,

- wobei von der Stranggießkokille (1) ein Metallband (7) mit einer Dicke (d) von maximal 100 mm mit einer Gießge schwindigkeit (v) gegossen wird,
- wobei auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn zu einem ersten Zeitpunkt (t₁) der Anstieg des von mindestens einem der oberen Thermoelemente (11) gelieferten Temperatursi gnals (14) einen oberen Minimalanstiegsgrenzwert über steigt und zu einem zweiten Zeitpunkt (t₂), der nach dem ersten Zeitpunkt (t₁) liegt, der Anstieg des von minde stens einem der dem mindestens einen oberen Thermoelement (11) benachbarten unteren Thermoelemente (13) gelieferten Temperatursignals (15) einen unteren Minimalanstiegs grenzwert übersteigt.

2. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt (t₁, t₂) in etwa dem Quotienten zwischen dem Abstand (a) der unteren Reihe (12) von unteren Thermoelementen (13) von der oberen Reihe (10) von oberen Thermoelementen (11) und der Gießgeschwindigkeit (v) ist.

3. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erkennen auf Durchbruchgefahr das von dem mindestens einen der oberen Thermoelemente (11) gelieferte Temperatursi gnal (14) größer ist als das von dem mindestens einen der benachbarten unteren Thermoelemente (13) gelieferte Temperatur signal (15).

4. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf der von den oberen und unteren Thermoelementen (11, 13) gelieferten Temperatursignale (14, 15) mit einem oberen und einem unteren Maximalanstiegsgrenzwert verglichen wird und daß nur dann auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn der Anstieg des von dem mindestens einen der oberen oder unteren Thermoelemente (11, 13) gelieferten Temperatursi gnals (14, 15) kleiner ist als der obere bzw. untere Maximal anstiegsgrenzwert.

5. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und der untere Maximalanstiegsgrenzwert aus dem zeitlichen Verlauf der von den Thermoelementen (11, 13) beim Füllen der Stranggießkokille (1) gelieferten Temperatursignale ermittelt werden.

6. Durchbrucherkennungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Minimalanstiegsgrenzwert kleiner ist als der untere Minimalanstiegsgrenzwert.

7. Durchbrucherkennungsverfahren für eine Stranggießkokille (1), die mittels mindestens eines Oszillationsantriebs (18), z. B. einer Hydraulikzylindereinheit, unter Aufwenden einer Oszilla tionskraft (20) auf und ab bewegt wird,

- wobei von der Stranggießkokille (1) ein Metallband (7) mit einer Dicke (d) von maximal 100 mm mit einer Gießge schwindigkeit (v) gegossen wird,
- wobei auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn die Oszil lationskraft (20) und/oder deren zeitliche Änderung einen Oszillationskraftgrenzwert übersteigt.

8. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillationskraft (20) vor einem Erkennen auf Durch bruchgefahr gefiltert wird.

9. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Oszillationskraft (20) zum Aufwärtsbewegen der Stranggießkokille (1) und ihre zeitliche Änderung ausgewertet werden.

10. Durchbrucherkennungsverfahren für eine Stranggießkokille (1), die mittels mindestens eines Oszillationsantriebs (18), z. B. einer Hydraulikzylindereinheit, auf und ab bewegt wird,

- wobei von der Stranggießkokille (1) ein Metallband (7) mit einer Dicke (d) von maximal 100 mm mit einer Gießge schwindigkeit (v) gegossen und mittels mindestens eines Strangantriebs (21), z. B. eines Elektromotors, unter Aufwenden einer Abzugskraft (23) abgezogen wird,
- wobei auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn die Abzugs kraft (23) und/oder deren zeitliche Änderung einen Ab zugskraftgrenzwert übersteigt.

11. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugskraft (23) vor einem Erkennen auf Durchbruchge fahr gefiltert wird.

12. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Abzugskraft (23) und deren zeitliche Änderung beim Aufwärtsbewegen der Stranggießkokille (1) ausgewertet werden.

13. Durchbrucherkennungsverfahren für eine Stranggießkokille (1), die mittels mindestens eines Oszillationsantriebs (18), z. B. einer Hydraulikzylindereinheit, mit einer Grundfrequenz (f₀) auf und ab bewegt wird,

- wobei von der Stranggießkokille (1) ein Metallband (7) mit einer Dicke (d) von maximal 100 mm mit einer Gießge schwindigkeit (v) gegossen wird,
- wobei mindestens ein durch das Oszillieren der Strang gießkokille (1) hervorgerufenes Beschleunigungsspektrum gemessen und mit einem Musterspektrum verglichen wird,
- wobei auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn mindestens eine vorbestimmte Frequenzkomponente (f₇) des gemessenen Beschleunigungsspektrums die korrespondierende Frequenz komponente des Musterspektrums übersteigt.

14. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das gemessene Beschleunigungsspektrum ein Horizontalbe schleunigungsspektrum ist.

15. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (f₇) der vorbestimmten Frequenzkomponente oberhalb der Grundfrequenz (f₀) liegt.

16. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (f₇) der vorbestimmten Frequenzkomponente eine Oberschwingung (f₇) der Grundfrequenz (f₀) ist.

17. Durchbrucherkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß nur dann auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn mindestens eine weitere vorbestimmte Frequenzkomponente des gemessenen Beschleunigungsspektrums die korrespondierende Frequenzkom ponente des Musterspektrums übersteigt.

18. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Frequenz (f₉) der weiteren vorbestimmten Frequenz komponente eine Oberschwingung (f₉) der Grundfrequenz (f₀) ist.

19. Durchbrucherkennungsverfahren für eine Stranggießkokille (1), die über ein mit einem Verschlußstopfen (27) öffen- und schließbares Tauchrohr (26) aus einer Befüllvorrichtung (25) mit flüssigem Metall (4) befüllbar ist,

- wobei von der Stranggießkokille (1) ein Metallband (7) mit einer Dicke (d) von maximal 100 mm mit einer Gießge schwindigkeit (v) gegossen wird,
- wobei das Befüllen der Stranggießkokille (1) mit flüssi gem Metall (4) durch Verstellen des Verschlußstopfens (27) derart geregelt wird, daß sich in der Stranggießko kille (1) ein möglichst konstanter Metallbadspiegel (h) einstellt,
- wobei auf Durchbruchgefahr erkannt wird, wenn der Ab solutwert der Schwankung des Metallbadspiegels (h) einen Schwankungsgrenzwert und/oder die zeitliche Änderung der Verstellung (s) des Verschlußstopfens (27) einen Ver stellgrenzwert übersteigt.

20. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutwert der Schwankung des Badspiegels (h) und/oder die zeitliche Änderung der Verstellung (s) des Verschlußstop fens (27) vor dem Erkennen auf Durchbruchgefahr gemittelt werden.

21. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen auf Durchbruchgefahr der Verschlußstopfen (27) kurz schlagartig geschlossen wird.

22. Durchbrucherkennungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erkennen auf Durchbruchgefahr die Gießgeschwindigkeit (v) reduziert wird.

23. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,

- daß mehr als eines der Verfahren gemäß den Anspruchs gruppen 1 bis 6, 7 bis 9, 10 bis 12, 13 bis 18 und 19 bis 21 angewendet wird und
- daß die Gießgeschwindigkeit (v) nur dann reduziert wird, wenn gemäß mehr als einem der angewendeten Verfahren auf Durchbruchgefahr erkannt wird.

24. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

- daß mittels mindestens zwei der angewendeten Verfahren Ereignisorte bestimmbar sind, an denen ein Auftreten von eine Durchbruchgefahr hervorrufenden Ereignissen (6) vermutet wird, und
- daß die Gießgeschwindigkeit (v) nur dann reduziert wird, wenn die gemäß den mindestens zwei angewendeten Verfahren bestimmten Ereignisorte übereinstimmen.

25. Durchbrucherkennungsverfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet,

- daß einer Auswerteeinheit (29) Informationen (z. B. T) über das zu gießende Metall (4), z. B. dessen Isttempera tur (T), dessen Zusammensetzung oder über besonders Vorkommnisse beim Erzeugen der Schmelze, übermittelt werden,
- daß die Auswerteeinheit (29) bestimmt, welche der Ver fahren gemäß den Anspruchsgruppen 1 bis 6, 7 bis 9, 10 bis 12, 13 bis 18 und 19 bis 21 angewendet werden, und
- daß die Auswerteeinheit (29) bestimmt, bei wievielen gemäß der angewendeten Verfahren erkannten Durchbruchge fahren die Gießgeschwindigkeit (v) reduziert wird.

26. Durchbrucherkennungsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkte (T₂), zu denen der Verschlußstopfen (27) kurz schlagartig geschlossen wird, und/oder die Zeiträume (T₁), zu denen die Gießgeschwindigkeit (v) reduziert wird, aufge zeichnet und an einen Steuerrechner (31) für ein der Strang gießkokille (1) nachgeschaltetes Walzwerk weitergeleitet werden.