DE69800125T2 - Method for controlling the roll rotation speed in the roll casting process - Google Patents
Method for controlling the roll rotation speed in the roll casting processInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das Stranggießen zwischen Walzen dünner metallischer Gegenstände, wie z. B. Stahlbänder. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit der Walzen.The present invention relates to the continuous casting between rolls of thin metallic objects, such as steel strips. In particular, it relates to a method for controlling the rotation speed of the rolls.
Das Stranggießen zwischen Walzen ist bekannt und besteht darin, geschmolzenes Metall in einen Gießraum einzufüllen, der zwischen zwei achsparallelen Walzen gebildet ist, die gegensinnig in Rotation versetzt werden. Das Metall erstarrt bei Berührung mit den gekühlten Wänden der Walzen und bildet dabei zwei erstarrte Gießhäute, welche von den Walzen angetrieben werden und die sich auf Höhe der Engstelle zwischen den Walzen vereinigen, wobei diese in der die Achsen der Walzen durchsetzenden Ebene angeordnet ist, um so ein Metallband zu formen, welches kontinuierlich nach unten hin abgezogen wird.Continuous casting between rollers is well known and consists in pouring molten metal into a casting chamber formed between two rollers parallel to their axes and rotating in opposite directions. The metal solidifies when it comes into contact with the cooled walls of the rollers, forming two solidified casting skins which are driven by the rollers and which come together at the level of the throat between the rollers, which is arranged in the plane passing through the axes of the rollers, in order to form a metal strip which is continuously drawn downwards.
Üblicherweise werden die Walzen mit im wesentlichen gleichen Rotationsgeschwindigkeiten in Drehungen versetzt, wobei das Band unterhalb der Engstelle senkrecht zur Ebene abgezogen wird, welche die Walzenachsen durchsetzt. Aus der Veröffentlichung FR-A-2 728 817 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Geschwindigkeit der Walzen verändert wird und dadurch die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes als Funktion der eine Abstandsvergrößerung der Walzen bewirkenden Kraft um die Kontaktzeit des gegossenen Metalls mit den Walzenwänden zu verändern und dadurch auf den Erstarrungsgrad der erstarrten Gießhäute einzuwirken, so dass der Abstand zwischen den Walzen, d. h. der Spalt, so konstant wie möglich gehalten wird. Ein derartiges Verfahren dient insbesondere dazu, Dickenvariationen des Bandes in Längsrichtung zu vermeiden.Usually, the rollers are rotated at substantially equal rotational speeds, the strip being drawn off below the narrow point perpendicular to the plane passing through the roller axes. From the publication FR-A-2 728 817, a method is known in which the speed of the rollers is changed and thereby the speed of passage of the strip as a function of the force causing an increase in the distance between the rollers in order to change the contact time of the cast metal with the roller walls and thereby influence the degree of solidification of the solidified casting skins, so that the distance between the rollers, ie the gap, is kept as constant as possible. Such a process serves in particular to avoid thickness variations of the strip in the longitudinal direction.
In anderen Fällen wird das Band nach seinem Durchlauf durch die Engstelle über eine bestimmte Bogenlänge in Kontakt mit der ersten Walze gehalten, um so die Kühldauer des Bandes während der Berührung mit der kalten Wand der Walze zu verlängern. So ist es aus der JP-A-2 290 651 bekannt, die zweite Walze (d. h. diejenige, bei der die Kontaktdauer des Bandes nicht verlängert wird) mit einer größeren Geschwindigkeit als diejenige der ersten Walze anzutreiben und dadurch der Wölbung des Bandes unterhalb der Engstelle und der Dicke des gegossenen Bandes Rechnung zu tragen. Die Krümmung des Bandes auf der ersten Walze bewirkt eine Veränderung der Länge der Seiten des Bandes dergestalt, dass die der zweiten Walze zugewandte Seite des Bandes, auch Wölbfläche genannt, eine größere Länge aufweist, als diejenige der der ersten Walze zugewandten Seite. Dies bedeutet, dass seine lineare Geschwindigkeit größer sein muß, um das Auftreten von Rissen oder Sprüngen auf den Gießhäuten des Bandes zu vermeiden. Die o. g. Veröffentlichung schlägt außerdem vor, die Geschwindigkeit der zweiten Walze als Funktion der Variationen der Dicke des Bandes derart zu steuern, dass die lineare Geschwindigkeit der Wölbfläche des Bandes, welche durch die Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Walze bedingt ist, immer derart ist, dass die beiden Gießhäute die gleiche Winkelgeschwindigkeit aufweisen.In other cases, after passing through the narrow section, the strip is kept in contact with the first roller for a certain arc length in order to extend the cooling time of the strip during contact with the cold wall of the roller. For example, it is known from JP-A-2 290 651 to drive the second roller (i.e. the one where the contact time of the strip is not extended) at a higher speed than that of the first roller and thereby to take into account the curvature of the strip below the narrow section and the thickness of the cast strip. The curvature of the strip on the first roller causes a change in the length of the sides of the strip in such a way that the side of the strip facing the second roller, also called the curved surface, has a greater length than that of the side facing the first roller. This means that its linear speed must be higher in order to avoid the appearance of cracks or fissures on the strip skins. The above-mentioned publication also proposes controlling the speed of the second roller as a function of the variations in the thickness of the strip, so that the linear speed of the strip's camber surface, which is determined by the peripheral speed of the second roller, is always such that the two skins have the same angular speed.
Unabhängig von dem betrachteten Fall, jedoch insbesondere, wenn das Band unterhalb der Engstelle keinen Kontakt mehr mit den beiden Walzen aufweist, können den noch Oberflächenfehler auftreten, aufgrund von Problemen mit den Variationen der Antriebsgeschwindigkeit, die nicht identisch sind für die beiden Seiten des Bandes. Diese Probleme beruhen insbesondere auf geometrischen Verformungen der Walzen, welche bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit ungleiche Variationen der Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Walzen hervorrufen können und damit Differenzen zwischen den Antriebsgeschwindigkeiten für die beiden Gießhäute während der Erstarrung. Derartige Differenzen sind in der Lage, eine Herabsetzung der Qualität des gegossenen Bandes hervorzurufen, beispielsweise durch das Auftreten von Rissen, oder auch den Oberflächenzustand der Walzen zu beeinträchtigen aufgrund von Gleitvorgängen, welche zwischen einer erstarrten Gießhaut und der Oberfläche der zugehörigen Walze auftreten können.Regardless of the case considered, but especially if the belt below the narrow point no longer has contact with the two rollers, the nor surface defects occur due to problems with the variations in the drive speed, which are not identical for the two sides of the strip. These problems are mainly due to geometric deformations of the rollers, which, at a constant rotation speed, can cause unequal variations in the peripheral speeds of the two rollers and therefore differences between the drive speeds for the two cast skins during solidification. Such differences can cause a reduction in the quality of the cast strip, for example through the appearance of cracks, or even affect the surface condition of the rollers due to sliding processes that can occur between a solidified cast skin and the surface of the associated roller.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen. Sie zielt insbesondere darauf ab, die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen derart zu steuern, dass ihre Tangentialgeschwindigkeiten auf Höhe der Engstelle permanent genau gleich groß sind, trotz der geometrischen Verformungen der Walzen, unabhängig davon, ob diese Verformungen thermischen oder mechanischen Ursprungs sind. Sie zielt außerdem darauf ab, das Auftreten von Scherbeanspruchungen im Band zu vermeiden, welche durch unterschiedliche Tangentialgeschwindigkeiten für jede Walze auf Höhe der Engstelle auftreten könnten, und eine Verschlechterung des Oberflächenzustandes der Walzen zu vermeiden, als Folge eines Gleitvorgangs der Gießhaut des Bandes auf den Walzen, der schädlich für die Qualität des Endprodukts wäre.The aim of the present invention is to eliminate these disadvantages. It aims in particular to control the rotation speed of the rollers so that their tangential speeds at the throat are permanently exactly the same, despite the geometric deformations of the rollers, regardless of whether these deformations are of thermal or mechanical origin. It also aims to avoid the occurrence of shear stresses in the strip, which could arise from different tangential speeds for each roller at the throat, and to avoid deterioration of the surface condition of the rollers as a result of the strip skin sliding on the rollers, which would be detrimental to the quality of the final product.
Im Hinblick darauf betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit der Walzen während des Gießens zwischen Walzen in einer Stranggußanlage, wobei die Anlage zwei achsparallele Walzen aufweist, zwischen denen eine Engstelle besteht, die in der die Achsen der Walzen durchsetzenden Ebene angeordnet ist; dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit einer jeden Walze an einen Parameter gekoppelt wird, der ihre Tangentialgeschwindigkeit an der Engstelle darstellt, derart, dass die Tangentialgeschwindigkeiten der beiden Walzen an der Engstelle gleich groß sind.In this regard, the invention relates to a method for controlling the rotation speed of the rollers during casting between rolls in a continuous casting plant, the plant having two axially parallel rolls between which there is a throat arranged in the plane passing through the axes of the rolls; this method is characterized in that the rotational speed of each roll is coupled to a parameter representing its tangential speed at the throat, such that the tangential speeds of the two rolls at the throat are equal.
Die Erfindung sorgt also dafür, dass die Tangentialgeschwindigkeiten der beiden Walzen an der Engstelle genau gleich groß sind und damit auch die Antriebsgeschwindigkeiten für die beiden Seiten des gegossenen Bandes gleich sind. Aufgrund der Tatsache, dass die Tangentialgeschwindigkeiten an der Engstelle in der Praxis nicht direkt gemessen werden können, sieht die Erfindung vor, dass zur Bestimmung dieser Geschwindigkeiten ein Parameter verwendet wird, welcher diese darstellt.The invention therefore ensures that the tangential speeds of the two rollers at the narrow point are exactly the same and thus the drive speeds for both sides of the cast strip are also the same. Due to the fact that the tangential speeds at the narrow point cannot be measured directly in practice, the invention provides that a parameter is used to determine these speeds, which represents them.
Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der die Tangentialgeschwindigkeit an der Engstelle darstellende Parameter die Tangentialgeschwindigkeit Vt, die an einer von der Engstelle entfernten Meßstelle gemessen wird, wobei die Tangentialgeschwindigkeit an der Engstelle eine Funktion der gemessenen Tangentialgeschwindigkeit Vt gemäß der folgenden Beziehung ist: Vtc-Vt = ω* (rc-rt), wobei ω die Winkelgeschwindigkeit der Rotation der Walze, rc der Radius auf Höhe der Engstelle und rt der Radius an der Meßstelle ist und wobei (rc-rt) durch eine Berechnung der Verformung der Walzenwand zwischen der Meßstelle und der Engstelle bestimmt wird.According to a first embodiment of the invention, the parameter representing the tangential speed at the throat is the tangential speed Vt measured at a measuring point remote from the throat, the tangential speed at the throat being a function of the measured tangential speed Vt according to the following relationship: Vtc-Vt = ω* (rc-rt), where ω is the angular speed of rotation of the roller, rc is the radius at the throat and rt is the radius at the measuring point, and where (rc-rt) is obtained by calculating the deformation the roll wall between the measuring point and the bottleneck.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also die Tangentialgeschwindigkeit an der Engstelle berechnet, ausgehend von der entfernt von der Engstelle gemessenen Tangentialgeschwindigkeit, d. h. an einem Punkt, an dem die Walzenoberfläche zugänglich ist, und dem eine derartige Messung in der Praxis möglich ist. Für die Berechnung wird ein vorab erstelltes Modell der Verformungen der Walzenwand zwischen der Meßstelle und der Engstelle verwendet. Dem Fachmann ist es geläufig, ein derartiges Modell der Verformung durch eine mathematische Modellnachbildung aufzustellen, auf Grundlage von gemessenen experimentellen Resultaten der Verformung der Zylinderwand aufgrund der mechanischen und thermischen Beanspruchungen, denen diese während des Gießens unterworfen ist. So sei insbesondere auf die Veröffentlichung FR-A-2 726 210 verwiesen, in der ein Verfahren beschrieben ist zur kontinuierlichen Bestimmung während des Gießverfahrens des Spaltes zwischen den Walzen, ausgehend von verschiedenen Messungen der Position verschiedener Punkte auf der Walzenoberfläche. Ausgehend von den Resultaten der Messungen der Tangentialgeschwindigkeit in einer Entfernung von der Engstelle, und dies für jeden Zylinder, läßt sich also die Rotationsgeschwindigkeit für jeden Zylinder derart steuern, dass die tangentiellen Geschwindigkeiten für die beiden Walzen an der Engstelle gleich groß bleiben.In this embodiment, the tangential speed at the constriction is calculated based on the tangential speed measured away from the constriction, i.e. at a point where the roller surface is accessible and where such a measurement is possible in practice. A previously created model of the deformation of the roller wall between the measuring point and the constriction is used for the calculation. The person skilled in the art is familiar with setting up such a deformation model by means of a mathematical model simulation based on measured experimental results of the deformation of the cylinder wall due to the mechanical and thermal stresses to which it is subjected during casting. In particular, reference is made to publication FR-A-2 726 210, which describes a method for continuously determining the gap between the rolls during the casting process, based on various measurements of the position of various points on the roll surface. Based on the results of the measurements of the tangential speed at a distance from the throat, and this for each cylinder, the rotation speed for each cylinder can be controlled in such a way that the tangential speeds for the two rolls at the throat remain the same.
Im Zusammenhang mit diesem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, weist das Steuerungsverfahren die folgenden Schritte auf:In connection with this first embodiment according to the invention, the control method comprises the following steps:
(A) - es wird für jede Walze:(A) - for each roller:
(a) - die Umfangsgeschwindigkeit Vt1 bzw. Vt2 der entsprechenden Walze an einer von der Engstelle entfernten Meßstelle gemessen,(a) - the peripheral speed Vt1 or Vt2 of the corresponding roller measured at a measuring point remote from the narrow point,
(b) - die Verformung der Walze zwischen der Meßstelle und der Engstelle berechnet, um die Differenz rc1-rt1 bzw. rc2-rt2 der Längen der Radien zwischen der Meßstelle und der Engstelle zu bestimmen,(b) - the deformation of the roller between the measuring point and the narrow point is calculated in order to determine the difference rc1-rt1 or rc2-rt2 of the lengths of the radii between the measuring point and the narrow point,
(c) - die Rotationsgeschwindigkeit ω&sub1; bzw. ω&sub2; der Walze gemessen,(c) - the rotational speed ω1 or ω2 of the roller is measured,
(d) - ein Wert der Tangentialgeschwindigkeit an der Engstelle durch die Beziehung:(d) - a value of the tangential velocity at the bottleneck by the relationship:
Vtc&sub1; = ω&sub1; · (rc&sub1;-rt&sub1;) + Vt&sub1; bzw. Vtc&sub2; = ω&sub2; · (rc&sub2;-rt&sub2;) + Vt&sub2; berechnet undVtc₁ = ω₁ · (rc₁-rt₁) + Vt₁ or Vtc₂ = ω₁ · (rc₂-rt₂) + Vt₂ calculated and
(B) - es werden die Werte der Tangentialgeschwindigkeiten Vtc&sub1;, Vtc&sub2; an der Engstelle der beiden Walzen verglichen, wobei, wenn die Differenz ungleich Null ist, die Rotationsgeschwindigkeit einer der beiden Walzen eingeregelt wird, um Gleichheit zwischen den berechneten Werten der Tangentialgeschwindigkeiten Vtc&sub1; und Vtc&sub2; an der Engstelle für die beiden Walzen herzustellen.(B) - the values of the tangential velocities Vtc₁, Vtc₂ at the throat of the two rollers are compared and, if the difference is not zero, the rotational speed of one of the two rolls is adjusted to establish equality between the calculated values of the tangential velocities Vtc₁ and Vtc₂ at the throat for the two rolls.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich also mit Präzision während des Herstellungsverfahrens die Rotationsgeschwindigkeiten für jede Walze einstellen, sofern eine Abweichung auftritt, so dass ein Gegenstand mit gleichmäßiger Qualität erhalten wird.The method according to the invention therefore enables the rotation speeds for each roller to be adjusted with precision during the manufacturing process, if a deviation occurs, so that an article of uniform quality is obtained.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird der die Differenz der Tangentialgeschwindigkeiten an der Engstelle für die beiden Walzen darstellende Parameter erstellt, ausgehend von der Messung einer Abweichung des Momentes zwischen dem Wert der entsprechenden Antriebs momente für jede Walze. Genauer gesagt wird ein Parameter verwendet, welcher die Differenz zwischen den Antriebsmomenten der beiden Walzen darstellt. In der Praxis wird jede Walze von einem eigenen Elektromotor in Drehungen versetzt, so dass vorzugsweise eine Messung der Intensität 11 und 12 des elektrischen Stromes für jeden Motor verwendet wird, wobei die Variationen der Differenz der Werte der Intensitäten für diese beiden Motoren die Variationen der Differenz zwischen den Antriebsmomenten der beiden Walzen darstellt.According to a second embodiment, the parameter representing the difference in the tangential speeds at the throat for the two rollers is established by measuring a deviation of the torque between the value of the corresponding drive moments for each roller. More precisely, a parameter is used which represents the difference between the driving moments of the two rollers. In practice, each roller is rotated by its own electric motor, so it is preferable to use a measurement of the intensity 11 and 12 of the electric current for each motor, the variations in the difference between the values of the intensities for these two motors representing the variations in the difference between the driving moments of the two rollers.
Das Prinzip dieses zweiten Ausführungsbeispiels basiert auf der folgenden Erklärung:The principle of this second embodiment is based on the following explanation:
Während des Gießens werden die beiden Walzen üblicherweise mit jeweils einer derartigen Rotationsgeschwindigkeit angetrieben, dass ihre linearen Umfangsgeschwindigkeiten gleich groß sind. Es kann jedoch passieren, dass die Antriebsmomente trotzdem ungleich sind, beispielsweise aufgrund von inhärenten Eigenschaften der kinematischen Antriebskette für jede Walze. Beispielsweise können unterschiedliche Trägheits- oder Reibungseigenschaften für die beiden Walzen dafür sorgen, dass die Motormomente unterschiedlich sind im Hinblick auf den Erhalt gleicher Geschwindigkeiten. Während des Gießens bestimmt die Tangentialgeschwindigkeit an der Engstelle einer Walze die Geschwindigkeit der Gießhaut des bei Berührung mit dieser Walze erstarrten Bandes. Sind die Tangentialgeschwindigkeiten an der Engstelle der beiden Walzen gleich groß, so beeinflußt keine der Walzen die andere im Hinblick auf die Geschwindigkeit und das Antriebsmoment für die Rotation. Ist hingegen die Tangentialgeschwindigkeit der einen Walze größer als diejenige der anderen Walze, so übt die eine Walze eine Antriebskraft auf das Band aus, die der anderen Walze übertragen wird durch das wenig stens teilweise erstarrte Band auf Höhe der Engstelle. Die andere Walze wird dadurch mit einer gewissen Reibung durch die erste Walze mitangetrieben und zwar über das gegossene Band. Daraus resultiert eine Verringerung des für den Drehantrieb dieser Walze erforderlichen Eigenmomentes, einhergehend mit einer Vergrößerung des Motormomentes der anderen Walze.During casting, the two rollers are usually driven at a rotational speed such that their linear peripheral speeds are equal. However, it can happen that the drive torques are still unequal, for example due to inherent properties of the kinematic drive chain for each roller. For example, different inertia or friction properties for the two rollers can ensure that the motor torques are different with regard to maintaining the same speeds. During casting, the tangential speed at the throat of a roller determines the speed of the casting skin of the strip that solidifies when it comes into contact with this roller. If the tangential speeds at the throat of the two rollers are equal, neither roller influences the other in terms of speed and drive torque for rotation. If, on the other hand, the tangential speed of one roller is greater than that of the other roller, one roller exerts a drive force on the strip, which is transmitted to the other roller by the little at least partially solidified strip at the level of the bottleneck. The other roller is thus driven with a certain amount of friction by the first roller, namely via the cast strip. This results in a reduction in the inherent torque required to drive this roller to rotate, accompanied by an increase in the motor torque of the other roller.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abweichung der dadurch entstehenden Momente ausgewertet, d. h. die Variation eines jeden Momentes bezüglich der Summe der Motormomente der beiden Walzen als Parameter, der eine Differenz zwischen den Tangentialgeschwindigkeiten an der Engstelle der beiden Zylinder darstellt.In this second embodiment of the method according to the invention, the deviation of the resulting moments is evaluated, i.e. the variation of each moment with respect to the sum of the motor moments of the two rollers as a parameter that represents a difference between the tangential speeds at the throat of the two cylinders.
Zur Durchführung dieses zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels weist das Verfahren in einer ersten Variante die folgenden Schritte auf:To carry out this second embodiment of the invention, the method in a first variant comprises the following steps:
- es werden die Intensitäten I&sub1; und I&sub2; der Ströme gemessen, welche den Antriebsmotoren für die beiden entsprechenden Walzen zugeführt werden,- the intensities I₁ and I₂ of the currents supplied to the drive motors for the two corresponding rollers are measured,
- es wird die Differenz der Ströme I&sub1;-I&sub2; berechnet,- the difference between the currents I₁-I₂ is calculated,
- es wird die Differenz der Ströme I&sub1;-I&sub2; mit einem Steuerwert δi verglichen, wobei wenn die Differenz ungleich Null ist, die Rotationsgeschwindigkeiten der beiden Walzen mit einer Korrektur beaufschlagt werden, die ausgehend von der Abweichung zwischen I&sub1;-I&sub2; und δ1 bestimmt wird.- the difference between the currents I₁-I₂ is compared with a control value δi, and if the difference is not zero, the rotation speeds of the two rollers are subjected to a correction determined from the deviation between I₁-I₂ and δ1.
Bei dieser Variante ist es also möglich, die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen derart zu steuern, dass der Abstand der Momente konstant oder gleich einem Bezugsabstand bleibt, der beispielsweise durch im Leerzustand gemessene Momente definiert ist, d. h., ohne Gießver fahren und damit unter Bedingungen, bei denen die Tangentialgeschwindigkeiten an der Engstelle der beiden Walzen gleich groß sind.In this variant, it is therefore possible to control the rotation speed of the rollers in such a way that the distance between the moments remains constant or equal to a reference distance defined, for example, by moments measured in the empty state, ie without casting and thus under conditions in which the tangential velocities at the bottleneck of the two rollers are equal.
Zur Durchführung dieses zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels können gemäß einer zweiten Variante die folgenden Schritte durchgeführt werden:To implement this second embodiment of the invention, the following steps can be carried out according to a second variant:
- es wird die Intensität 11 und 12 der Ströme gemessen, die den entsprechenden Antriebsmotoren der beiden Walzen zugeführt werden,- the intensity 11 and 12 of the currents supplied to the corresponding drive motors of the two rollers is measured,
- es wird die Summe I&sub1;+I&sub2; berechnet,- the sum I₁+I₂ is calculated,
- es werden die Verhältnisse I&sub1;/(I&sub1;+I&sub2;) und I&sub2;/(I&sub1;+I&sub2;) berechnet,- the ratios I₁/(I₁+I₂) and I₂/(I₁+I₂) are calculated,
- es werden die beiden Verhältnisse mit einem Steuerwert verglichen, um die Bedeutung der Abweichung jedes Stromes 11 und 12 zu kennzeichnen und demzufolge die Rotationsgeschwindigkeit einer jeden Walze 1 und 2 einzuregeln.- the two ratios are compared with a control value in order to characterize the significance of the deviation of each current 11 and 12 and consequently to regulate the rotation speed of each roller 1 and 2.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zweier erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele hervor, in Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung; es zeigenFurther features and advantages of the invention will become apparent from the following description of two embodiments of the invention, in conjunction with the accompanying drawings;
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Stranggußanlage zwischen Walzen für dünne Stahlbänder, die an und für sich bekannt ist und einen möglichen Einbau von Meßfühlern für die Tangentialgeschwindigkeit der Walzen zeigt zur Durchführung des ersten Ausführungsbeispiels;Fig. 1 is a schematic perspective view of a continuous casting plant between rolls for thin steel strips, which is known per se and shows a possible installation of sensors for the tangential speed of the rolls for carrying out the first embodiment;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch den Gießraum zur Darstellung der Ausbildung der erstarrten Gießhäute und ihrer Vereinigung auf Höhe der Engstelle, undFig. 2 is a schematic sectional view through the casting chamber to illustrate the formation of the solidified Casting skins and their union at the level of the constriction, and
Fig. 3 eine schematische Ansicht der Anlage mit einem Steuerschaltkreis, der sich für die Durchführung des zweiten Ausführungsbeispiels eignet.Fig. 3 is a schematic view of the system with a control circuit suitable for implementing the second embodiment.
Die in Fig. 1 dargestellte Stranggußanlage weist ein Gerüst 3 auf, welches eine Walze trägt, die sich in Lagern dreht, welche mit dem Gerüst 3 verbunden sind. Die Walze 1 wird in Drehung versetzt durch einen Antriebsmotor 10. Eine Walze 2 mit im wesentlichen paralleler Achse zu derjenigen der Walze 1 dreht sich ebenfalls in Lagern, welche mit einer beweglichen Halterung 4 verbunden sind, wobei diese Halterung verschiebbar auf dem Gerüst 3 geführt ist, in einer Richtung, die sich quer zur Achse der Walzen erstreckt. Die Walze 2 wird ebenfalls in Drehung versetzt durch einen elektrischen Antriebsmotor 11. Nicht dargestellte Druckzylinder, die mit der beweglichen Halterung 4 verbunden sind, erzeugen eine Reaktionskraft entgegengesetzt zu der vom gegossenen Gegenstand auf die beiden Walzen ausgeübten Druckkraft.The continuous casting plant shown in Fig. 1 has a frame 3 which supports a roller which rotates in bearings connected to the frame 3. The roller 1 is rotated by a drive motor 10. A roller 2 with an axis substantially parallel to that of the roller 1 also rotates in bearings connected to a movable support 4, this support being slidably guided on the frame 3 in a direction extending transversely to the axis of the rollers. The roller 2 is also rotated by an electric drive motor 11. Pressure cylinders (not shown) connected to the movable support 4 generate a reaction force opposite to the pressure force exerted by the cast object on the two rollers.
Wie Fig. 2 zeigt, ist das geschmolzene Metall 7 zwischen die Walzen 1 und 2 eingefüllt und erstarrt bei Berührung mit den gekühlten Wänden der beiden Walzen. Dabei bilden sich erstarrte metallische Gießhäute 5 und 6 aus, die sich auf Höhe der Engstelle 8 (Walzspalt) vereinigen, welche in derjenigen Ebene angeordnet ist die die beiden Achsen der Walzen 1 und 2 durchsetzt. Das dadurch gebildete metallische Band 9 wird anschließend kontinuierlich nach unten abgezogen, wobei es durch die Drehung der Walzen 1 und 2 angetrieben wird.As Fig. 2 shows, the molten metal 7 is filled between the rollers 1 and 2 and solidifies when it comes into contact with the cooled walls of the two rollers. This forms solidified metallic casting skins 5 and 6, which unite at the level of the narrow point 8 (roll gap), which is arranged in the plane that passes through the two axes of the rollers 1 and 2. The metallic strip 9 thus formed is then continuously drawn downwards, being driven by the rotation of the rollers 1 and 2.
Es ist wünschenswert, die Rotationsgeschwindigkeit einer jeden Walze derart einzustellen, dass ihre Tangentialgeschwindigkeiten gleich groß sind. Während des Stranggießens dehnen sich jedoch die Walzen unter der Einwirkung der Wärme aus. Die daraus resultierende Verformung für einen gegebenen Bereich der Walzenoberfläche ist während der Drehung variabel aufgrund der Tatsache, dass eine Erwärmung auftritt, wenn dieser Bereich mit dem gegossenen Metall in Berührung gelangt, andererseits jedoch eine Abkühlung auftritt, welche bei gleichbleibender Rotationsgeschwindigkeit erhebliche Variationen der Tangentialgeschwindigkeit erzeugt.It is desirable to adjust the rotational speed of each roll so that their tangential speeds are equal. However, during continuous casting, the rolls expand under the action of heat. The resulting deformation for a given area of the roll surface is variable during rotation due to the fact that heating occurs when that area comes into contact with the cast metal, but on the other hand cooling occurs which, at a constant rotational speed, produces considerable variations in the tangential speed.
Es wird nun die Rotationsgeschwindigkeit jeder Walze an einen Parameter gekoppelt, welcher den Unterschied der Tangentialgeschwindigkeiten an der Engstelle der beiden Walzen darstellt, um diese Variationen auszuschalten.The rotation speed of each roller is now coupled to a parameter that represents the difference in the tangential speeds at the throat of the two rollers in order to eliminate these variations.
Gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist dieser darstellende Parameter eine Umfangsgeschwindigkeit Vt&sub1;, Vt&sub2;, welche an jeder Walze an einer Meßstelle A, B gemessen wird, die von der Engstelle entfernt liegt. Beispielsweise können die Umfangsgeschwindigkeiten Vt&sub1; und Vt&sub2; durch Vorrichtungen mit Laserstrahlmessung 21, 22 gemessen werden.According to the first embodiment of the invention, this representative parameter is a peripheral speed Vt₁, Vt₂, which is measured on each roller at a measuring point A, B that is remote from the throat. For example, the peripheral speeds Vt₁ and Vt₂ can be measured by devices with laser beam measurement 21, 22.
Für jede Walze wird die Umfangsgeschwindigkeit Vt gemessen und die Geschwindigkeit Vtc gemäß der folgenden Beziehung berechnet: Vtc-Vt = ω ·(rc-rt), wobei ω die Rotationsgeschwindigkeit der Walze, rc der Radius auf Höhe der Engstelle und rt der Radius der gewählten Meßstelle ist.For each roller, the peripheral speed Vt is measured and the speed Vtc is calculated according to the following relationship: Vtc-Vt = ω ·(rc-rt), where ω is the rotational speed of the roller, rc is the radius at the level of the throat and rt is the radius of the selected measuring point.
Die Differenz der Radien (rc-rt) wird durch eine Berechnung der Verformung der Wand der Walze bestimmt, welche auf experimentell bestimmten Meßresultaten basiert sowie auf einer Modellbildung der Verformung der Walze.The difference in radii (rc-rt) is determined by a calculation of the deformation of the wall of the roller, which is based on experimentally determined measurement results and on a model of the deformation of the roller.
In dem Maße, in dem diese Modellbildung eine Bestimmung der Variationen der Verformung über den gesamten Walzenumfang ermöglicht, kann die Messung der Umfangsgeschwindigkeit an jeder Stelle durchgeführt werden, die während des Gießvorgangs zugänglich ist, beispielsweise um 135º versetzt zur Engstelle, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, oder auch um 180º versetzt zur Engstelle.To the extent that this modeling allows a determination of the variations in deformation over the entire circumference of the roll, the measurement of the circumferential speed can be carried out at any point that is accessible during the casting process, for example at 135º from the throat, as shown in Figs. 1 and 2, or even at 180º from the throat.
Nachdem dieser darstellende Parameter für jede Walze 1 und 2 gemessen worden ist, werden Sollwerte für die berechnete Tangentialgeschwindigkeit erstellt, um die Rotationsgeschwindigkeit derart einzuregeln, dass die Tangentialgeschwindigkeiten an der Engstelle gleich groß sind.After this representative parameter has been measured for each roller 1 and 2, setpoints for the calculated tangential speed are created in order to adjust the rotation speed so that the tangential speeds at the throat are equal.
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem der darstellende Parameter eine Differenz der Tangentialgeschwindigkeiten an der Engstelle für die Walzen ist, und erstellt wird ausgehend von der Messung einer Abweichung des Momentes zwischen dem Wert der Momente der Antriebsmotoren 10 und 11 für jede Walze.Fig. 3 shows another embodiment in which the representative parameter is a difference of the tangential speeds at the throat for the rollers, and is established from the measurement of a deviation of the moment between the value of the moments of the drive motors 10 and 11 for each roller.
Die Stranggußanlage weist eine Meßanordnung 12 und 13 auf, z. B. mit Hall-Effekt arbeitende Stromfühler, welche die Intensitäten 11 und 12 der Ströme für die Antriebsmotoren 10 bzw. 11 messen. Die gemessenen Werte der Ströme 11 und 12 sind Abbildungen der Werte der von jedem Motor 10, 11 abgegebenen Momente und damit der Antriebsmomente für die Walzen.The continuous casting plant has a measuring arrangement 12 and 13, e.g. current sensors operating with Hall effect, which measure the intensities 11 and 12 of the currents for the drive motors 10 and 11 respectively. The measured values of the currents 11 and 12 are images of the values of the Each motor 10, 11 delivers torques and thus the drive torques for the rollers.
Dies bedeutet, dass in dem Maße, in dem die Walzen im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen, das Auftreten einer erheblichen Differenz zwischen den gemessenen Strömen 11 und 12 ein Ungleichgewicht der Antriebsmomente anzeigt.This means that to the extent that the rollers have substantially the same diameter, the occurrence of a significant difference between the measured currents 11 and 12 indicates an imbalance of the drive torques.
Die gemessenen Werte der Ströme 11 und 12 werden einem Steuerschaltkreise 14 zugeführt, der in der Lage ist, jede Walze mit einer Korrektur der vorbestimmten Geschwindigkeitswerte zu beaufschlagen.The measured values of the currents 11 and 12 are fed to a control circuit 14, which is able to apply a correction to the predetermined speed values to each roller.
Der Steuerschaltkreis weist einen Subtrahierer 15 auf zum Erhalt von I&sub1;-I&sub2;. Ein weiterer Subtrahierer 16 subtrahiert am Aushang des Subtrahierers 15 einen vorgegebenen Steuerwert δi. Die Bestimmung eines derartigen Steuerwertes δi ist erforderlich, um die Tatsache zu berücksichtigen, dass selbst bei idealen Bedingungen, unter denen die Geschwindigkeiten an der Engstelle gleich groß sind und unter denen die Antriebskräfte auf die beiden erstarrten Gießhäute ebenfalls gleich groß sind, eine Differenz zwischen den Intensitäten 11 und 12 auftreten kann aufgrund der Eigenschaften der kinematischen Antriebskette der beiden Walzen, die nicht notwendigerweise genau identisch sind.The control circuit comprises a subtractor 15 for obtaining I₁-I₂. A further subtractor 16 subtracts a predetermined control value δi from the output of the subtractor 15. The determination of such a control value δi is necessary in order to take into account the fact that even under ideal conditions, under which the speeds at the throat are equal and under which the driving forces on the two solidified casting skins are also equal, a difference between the intensities 11 and 12 can occur due to the properties of the kinematic drive chain of the two rollers, which are not necessarily exactly identical.
Der Steuerwert δi wird beispielsweise vor dem Gießen bestimmt durch Messung der Intensitäten 11 und 12 für jeden Motor, unter Bedingungen, bei denen die Tangentialgeschwindigkeiten an der Engstelle gleich groß sind. So kann man beispielsweise eine Messung durchführen, indem die beiden Zylinder auf ein Band, beispielsweise aus ausreichend widerstandsfähigem Kautschuk, gepreßt werden und indem die Walzen in Drehungen gesetzt werden, wodurch Bedingungen erzeugt werden, die ähnlich den Gießbedingungen sind, ohne dass jedoch Veränderungen auftreten aufgrund von thermischen Verformungen der Walzen.The control value δi is determined, for example, before casting by measuring the intensities 11 and 12 for each motor, under conditions where the tangential speeds at the throat are equal. For example, a measurement can be made by placing the two cylinders on a belt, for example of sufficiently resistant rubber, and by setting the rollers in rotation, thus creating conditions similar to those of casting, but without variations due to thermal deformation of the rollers.
Der Ausgang des Subtrahierers 16 ist mit einem Regler 19 verbunden, welcher ein Korrektursignal ΔV zwei Vergleichern 17, 18 zuführt. Diese Vergleicher erhalten außerdem ein Sollwertsignal der Geschwindigkeit V&sub0;, entsprechend der mittleren gewünschten Geschwindigkeit V des Bandes.The output of the subtractor 16 is connected to a controller 19 which supplies a correction signal ΔV to two comparators 17, 18. These comparators also receive a setpoint signal of the speed V0, corresponding to the average desired speed V of the belt.
Der Vergleicher 17 ist ein Subtrahierer, welcher die Rotationsgeschwindigkeit V&sub1; der ersten Walze bestimmt durch Subtrahieren der Geschwindigkeitskorrektur ΔV vom Sollwert V&sub0;. Der Vergleicher 18 ist ein Addierer, welcher die Rotationsgeschwindigkeit V&sub2; der zweiten Walze bestimmt durch Addition des Korrekturwertes der Geschwindigkeit ΔV zum Sollwert V&sub0;. Dadurch wirkt die Korrektur der Geschwindigkeit auf die beiden Walzen in entgegengesetzten Richtungen, ohne Veränderung der mittleren gewünschten Geschwindigkeit.The comparator 17 is a subtractor which determines the rotational speed V₁ of the first roller by subtracting the speed correction ΔV from the set value V₀. The comparator 18 is an adder which determines the rotational speed V₂ of the second roller by adding the speed correction value ΔV to the set value V₀. As a result, the speed correction acts on the two rollers in opposite directions, without changing the average desired speed.
Während des Gießvorgangs können verschiedene durch den Gießvorgang bedingte Ereignisse zu Veränderungen des optimalen Gleichgewichtes der Antriebsmomente der Walzen führen. Um dies zu berücksichtigen, kann auch ein Anfangswert δi durch Messungen der Intensitäten 11 und I&sub2; zu Beginn des Gießvorgangs bestimmt werden, d. h. während der ersten Walzenumdrehungen, unter der Annahme, dass die Tangentialgeschwindigkeiten an der Engstelle dabei gleich groß sind. Anschließend wird wäh rend des Gießens der Wert δi korrigiert und optimiert unter Berücksichtigung der Messungen von 11, 12 und deren Entwicklungen, wobei die Daten in statistischer Weise verarbeitet werden. Der Steuerwert δi kann manuell oder automatisch korrigiert werden, als Funktion einer eventuellen Feststellung von Rissen oder anderen Fehlern auf dem Band.During the casting process, various events caused by the casting process can lead to changes in the optimal balance of the drive torques of the rolls. To take this into account, an initial value δi can also be determined by measuring the intensities I1 and I2 at the beginning of the casting process, ie during the first roll revolutions, assuming that the tangential speeds at the throat are equal. Then, during During casting, the value δi is corrected and optimized taking into account the measurements of 11, 12 and their evolutions, the data being processed in a statistical manner. The control value δi can be corrected manually or automatically, depending on any detection of cracks or other defects on the strip.
Der Steuerschaltkreis 14 berechnet also zwei korrigierte Werte V&sub1; und V&sub2; der Rotationsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung einer Abweichung zwischen δi und I&sub1;- I&sub2;.The control circuit 14 thus calculates two corrected values V1 and V2 of the rotation speed taking into account a deviation between δi and I1-I2.
Die derartig berechneten Sollwerte der Geschwindigkeit V&sub1; und V&sub2;, die an den entsprechenden Ausgängen des Additioniers 18 und des Subtrahierers 17 anstehen, werden jedem Motor 10 bzw. 11 zugeführt, um dadurch die Momente der Motoren 10 und 11 in bestmöglicher Weise auszugleichen.The speed setpoints V₁ and V₂ calculated in this way, which are present at the corresponding outputs of the adder 18 and the subtractor 17, are fed to each motor 10 and 11, respectively, in order to balance the torques of the motors 10 and 11 in the best possible way.
Gemäß einer Variante wird anstelle eines Vergleichs der Differenz der gemessenen Intensitäten mit einem Steuerwert δi in äquivalenter Weise die Summe I&sub1;+I&sub2; berechnet sowie die Verhältnisse I&sub1;/ (I&sub1;+I&sub2;), I&sub2;/ (I&sub1;+I&sub2;), wobei diese Verhältnisse mit vorgegebenen Werten verglichen werden. In diesem Fall stellen die unterschiedlichen Verhältnisse den Anteil eines jeden Antriebsmotors in der Gesamtleistung dar, die zum Antrieb des Bandes mit der Gießgeschwindigkeit V erforderlich ist.According to a variant, instead of comparing the difference of the measured intensities with a control value δi, the sum I₁+I₂ is calculated in an equivalent manner as well as the ratios I₁/(I₁+I₂), I₂/(I₁+I₂), these ratios being compared with predetermined values. In this case, the different ratios represent the share of each drive motor in the total power required to drive the strip at the casting speed V.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, die nur der Erläuterung dienen.The invention is not limited to the illustrated embodiments, which serve only for explanation.
Insbesondere können die Werte der Antriebsmomente für jede Walze mit anderen Mitteln bestimmt werden als mit Meßfühlern für die Intensitäten für die Motoren, beispielsweise mit Drehmomentfühlern, die direkt an den Antriebswellen der Walzen angeordnet sind.In particular, the values of the drive torques for each roller can be determined by means other than by means of intensity sensors for the motors, for example by means of torque sensors arranged directly on the drive shafts of the rollers.
Es ist auch möglich, die Umfangsgeschwindigkeit im Fall des ersten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung durch andere Mittel als mit einer Laserstrahlanordnung zu messen, wobei es sich jedoch um berührungslose Meßfühler handeln muß.It is also possible to measure the peripheral speed in the case of the first embodiment according to the invention by means other than a laser beam arrangement, but these must be non-contact sensors.
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