EP1200216A1 - Verfahren und einrichtung zum herstellen eines stranges aus metall - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum herstellen eines stranges aus metall

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EP1200216A1
EP1200216A1 EP00951251A EP00951251A EP1200216A1 EP 1200216 A1 EP1200216 A1 EP 1200216A1 EP 00951251 A EP00951251 A EP 00951251A EP 00951251 A EP00951251 A EP 00951251A EP 1200216 A1 EP1200216 A1 EP 1200216A1
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EP
European Patent Office
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strand
reduction
solidification
liquid core
cooling
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EP00951251A
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English (en)
French (fr)
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EP1200216B1 (de
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Hans-Herbert Welker
Uwe STÜRMER
Andreas Kemna
Albrecht Sieber
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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    • B22D11/1206—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for plastic shaping of strands
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B1/46—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting
    • B21B1/463—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting in a continuous process, i.e. the cast not being cut before rolling
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    • B22D11/128—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for removing
    • B22D11/1282—Vertical casting and curving the cast stock to the horizontal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B22D11/225—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2201/00—Special rolling modes
    • B21B2201/14—Soft reduction

Definitions

  • the invention relates to methods and a device for producing a strand of metal by means of a continuous casting plant, which has at least one cow device for cooling the strand, the cow device being assigned at least one reduction framework for reducing the thickness of the strand, the strand being a solidified shell during the thickness reduction and has a liquid core.
  • the strand For the production of strands, it is known to associate or assign a reduction framework to a continuous casting plant. A particularly large reduction in thickness is achieved if the strand has a still liquid core when it runs in, the reduction framework. In this process, which is known as so-called soft reduction, it is important that the liquid core is large enough to ensure the necessary reduction in the thickness of the strand, but also not so large that it leads to strand breakthrough and leakage of liquid Metal is coming. To achieve the necessary dimension of the liquid core when the reduction framework is reached, the strand is cooled by means of a cooling device, the necessary cooling being set by an operator after the operator has estimated the dimension of the liquid core.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for carrying out the method, which permits a soft reduction which is improved compared to the prior art, in particular also with varying strand speed.
  • the object is achieved according to the invention by a method according to claim 1 or a device according to claim 10.
  • the cooling device is followed by at least one reduction frame for reducing the thickness of the strand, the strand showing a solidified shell and a liquid core in the thickness reduction, and wherein the cooling by means of a temperature and solidification model is set in such a way, in particular automatically, that the
  • the solidification limit between the solidified shell and the liquid core when the strand enters the reduction framework corresponds to a predetermined target solidification limit between the solidified shell and the liquid core.
  • a particularly good soft reduction is achieved in this way.
  • reduction stands in the sense of the invention can be complex roll stands by means of which a certain geometry is rolled into the strand.
  • the temperature and solidification model can be, for example, an analytical model, a neural network or a combination of an analytical model and a neural network.
  • the temperature and solidification model advantageously relates the cooling of the strand and the solidification limit between the solidified shell and the liquid core.
  • Such an embodiment of the invention is particularly advantageous since the temperature and solidification model depicts the solidification limit between the solidified shell and the liquid core as a function of the cooling quantity, the cause-effect relationship between cooling and the solidification limit between the solidified shell and the liquid core ,
  • the solidification limit between the solidified shell and the liquid core is dependent on the cooling of the strand, in particular in real time and continuously, and the necessary cooling of the strand is determined iteratively depending on the predetermined set solidification limit between the solidified shell and the liquid core, iterating as often until the deviation of the solidification limit determined with the temperature and solidification model between of the solidified shell and the liquid core of the predetermined target solidification limit between the solidified shell and the liquid core is smaller than a predetermined tolerance value.
  • the variables strand geometry, strand shell thickness, time, strand material, coolant pressure or volume and coolant temperature are used to determine the necessary cooling of the strand depending on the solidification limit between the solidified shell and the liquid core.
  • the use of these sizes is particularly suitable for achieving particularly precise cooling of the strand.
  • each reduction device is assigned a set solidification limit between the solidified shell and the liquid core of the strand.
  • the effect of the thickness reduction by the reduction framework in particular the position, is shown in the temperature and solidification model the boundary between the solidified shell and the liquid core is also modeled.
  • the reduction in thickness is modeled by the reduction framework by at least one of the large reduction force and degree of reduction.
  • At least one of the large reduction force and degree of reduction in the reduction framework is measured and used to adapt the temperature and solidification model.
  • the quantities reduction force and degree of reduction in the reduction framework are measured and used to adapt the temperature and solidification model.
  • FIG. 1 shows a continuous casting installation
  • FIG. 2 shows a flowchart for iteratively determining a target cooling of the strand using a temperature and solidification model
  • FIG. 3 shows a flowchart for iteratively determining an adaptation coefficient.
  • Reference numeral 1 designates the cast strand which has a solidified shell 21 within a solidification limit 22 and a liquid core 2.
  • the strand is moved with drive or guide rollers 4 and cooled on its way through cow devices 5. These are advantageously designed as water spray devices.
  • cow devices 5 are divided into cooling segments. This division is not necessary in the new and inventive method, but can be taken into account.
  • Both the drive rollers 4 and the cow devices 5 are connected in terms of data technology to a computing device. In the present exemplary embodiment, both are technically connected to one and the same automation device 7.
  • the automation device 7 optionally also has a terminal, not shown, and a keyboard, not shown.
  • the automation device 7 is connected to a superordinate computing system 8.
  • the material required for continuous casting, in this case liquid steel, is fed via a feed device 20.
  • the manipulated variables for the cow devices 5 are calculated by means of a temperature and solidification model, ie a thermal model of the strand, which is implemented on the superordinate computer system 8 in the exemplary embodiment.
  • Reference numerals 9, 10 and 11 designate reduction frameworks assigned to the cooling device 5. In an advantageous embodiment of the invention, these are connected to the programmable logic controller 7 in terms of data technology, the rolling force and the degree of reduction, for example in the form of the roll gap, being transmitted to the automation device 7.
  • three reduction frameworks 9, 10 and 11 are provided.
  • so-called soft reduction is carried out only in the reduction frameworks 9 and 10.
  • the strand to be reduced is not completely solidified, but has a liquid core 2 and a solidified shell 21 when it enters a reduction framework.
  • only a soft reduction in the reduction frameworks 9 and 10 is provided for the strand 1.
  • the cooling with the cow devices 5 is set by means of the automation device 7 in such a way that that the solidification limit 22 between the solidified shell 21 and the liquid core 2 of the strand 1 corresponds to a desired set solidification limit between the liquid core 2 and the solidified shell 21 when it enters the reduction frames 9 and 10.
  • the reduction frame 9 is arranged in a particularly advantageous manner within the cooling section, i.e. cooling devices 5 are provided in front of and behind the reduction frame 9. It can also be provided in an advantageous manner to also provide 10 cooling devices behind the second reduction frame.
  • the cooling device 9 is advantageously not arranged in the bend of the strand 1, as is indicated for reasons of clarity in FIG. 1, but is arranged in front of the bend of the strand or behind the bend of the strand 1.
  • the solidification limits e x in the strand are determined in the temperature and solidification model 13 from a given cooling of the strand k ⁇ by means of the temperature and solidification model 13.
  • This solidification limit e x is compared in a comparator 14 with the set solidification limit eo in the strand.
  • the comparator 14 asks whether I ⁇ i-eol ⁇ ⁇ e max , where ⁇ e max is a predetermined tolerance value.
  • the function block 12 determines a new proposal k for improved cooling of the strand.
  • a value for the cooling is used as the initial value for the iteration, which has proven to be a tried and tested experience in the long-term average. If the magnitude of the difference between e ⁇ and e 0 is less than or equal to the tolerance value ⁇ e max , the target value k 0 for the cow the string is set equal to the value.
  • the values e lf e 0 , ⁇ e max , k ⁇ r k 0 are not necessarily scalars, but column matrices with one or more values. For example, B.
  • the iteration circuit shown in FIG. 2 takes place on the basis of genetic algorithms. This is particularly useful when k x or k 0 are column matrices with many elements.
  • the temperature and solidification model 13 can be implemented both as a one-dimensional model and as a two-dimensional model.
  • the thermal conduction equation is the basis of the temperature and solidification model, shown here for the two-dimensional case
  • T is the temperature
  • t is the time
  • a is the temperature conductivity
  • x and y are the two-dimensional spatial coordinates.
  • the cross-section of the strand skin is divided into small rectangles of the size ⁇ x times ⁇ y and the temperature is calculated in small time steps ⁇ t.
  • ⁇ is assumed to be constant and Tu is equated to the temperature of the cooling water in the mold.
  • Tu is equated to the temperature of the coolant and ⁇ is, for example, according to
  • V is the coolant volume in - ⁇ .
  • D min at V can be specified differently for each point on the strand surface, which means that the model can also be used to describe nozzle characteristics.
  • the model also calculates the course of the solidification limit from the course of the temperature distribution in the strand.
  • the individual model parameters include:
  • the solidification limits e x in the strand are determined in the temperature and solidification model 13 from a given cooling of the strand by means of the temperature and solidification model 13.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Description

Beschreibung
Verfahren und Einrichtung zum Herstellen eines Stranges aus Metall
Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen eines Stranges aus Metall mittels einer Stranggießanlage, die zumindest eine Kuhleinrichtung zur Kühlung des Stranges aufweist, wobei der Kuhleinrichtung zumindest ein Reduktionsgerust zur Dickenreduktion des Stranges zugeordnet ist, wobei der Strang bei der Dickenreduktion eine erstarrte Hülle und einen flussigen Kern aufweist.
Zum Herstellen von Strängen ist es bekannt, einer Stranggieß- anläge ein Reduktionsgerust nach- oder zuzuordnen. Dabei wird eine besonders große Dickenreduktion dann erreicht, wenn der Strang beim Einlaufen m das Reduktionsgerust einen noch flussigen Kern aufweist. Bei diesem Verfahren, das als sogenannte Soft-Reduction bekannt ist, ist es wichtig, daß der flussige Kern groß genug ist, um die notwendige Dickenreduktion des Stranges zu gewährleisten, jedoch auch nicht so groß ist, daß es zu einem Strangdurchbruch und Austritt von flussigem Metall kommt. Zum Erreichen der notwendigen Abmessung des flussigen Kerns bei Erreichen des Reduktionsgerustes wird der Strang mittels einer Kuhlemπchtung gekühlt, wobei die notwendige Kühlung von einem Bediener nach dessen Abschätzung der Abmessung des flüssigen Kerns eingestellt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Em- richtung zur Durchfuhrung des Verfahrens anzugeben, das eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Soft-Reduction, insbesondere auch bei variierender Stranggeschwindigkeit, erlaubt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst. Dabei ist zum Herstellen eines Stranges aus Metall mittels einer Stranggießanlage, die zumindest eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Stranges aufweist, der Kühleinrichtung zumindest ein Reduktionsgerüst zur Dickenreduktion des Stranges nachgeordnet, wobei der Strang bei der Dickenreduktion eine erstarrte Hülle und einen flüssigen Kern ausweist, und wobei die Kühlung mittels eines Temperatur- und Erstarrungsmodells derart, insbesondere automatisch, eingestellt wird, daß die
Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern bei Einlauf des Stranges in das Reduktionsgerust einer vorgegebenen Soll-Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern entspricht. Auf diese Weise wird eine besonders gute Soft-Reduction erreicht. Reduktionsgerüste im Sinne der Erfindung können dabei neben einfachen Walzgerüsten komplexe Walzgerüste sein, mittels denen dem Strang eine bestimmte Geometrie eingewalzt wird. Das Temperatur- und Erstarrungsmodell kann beispielsweise ein analytisches Modell, ein neuronales Netz oder eine Kombination aus analytischem Modell und neuronalem Netz sein.
Das Temperatur- und Erstarrungsmodell setzt vorteilhafterweise die Kühlung des Stranges und die Erstarrungsgrenze zwi- sehen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern in Beziehung. Eine derartige Ausgestaltung der Erfindung ist von besonderem Vorteil, da das Temperatur- und Erstarrungsmodell die Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern in Abhängigkeit von der Kühlmenge die Ursache Wirkung-Beziehung zwischen Kühlung und die Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern abbildet.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird mit dem Temperatur- und Erstarrungsmodell die Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern in Abhängigkeit von der Kühlung des Stranges, insbesondere in Echt- zeit und ständig, ermittelt und die notwendige Kühlung des Stranges auf iterative Weise in Abhängigkeit der vorgegebenen Soll-Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern bestimmt, wobei so oft iteriert wird, bis die Abweichung der mit dem Temperatur- und Erstarrungsmodell ermittelten Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern von dem vorgegebenen Soll-Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern kleiner ist als ein vorgegebener Toleranzwert.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird zur Bestimmung der notwendigen Kühlung des Stranges in Abhängigkeit von der vorgegebenen Soll-Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern zumindest eine weitere Größe der Größen Stranggeschwindigkeit, Stranggeometrie, Strangschalendicke, Kokillenlänge, Zeit, Strangmaterial, Kühlmitteldruck bzw. -volu en, Tröpfchengröße des Kühlmittels und Kühlmitteltemperatur verwendet.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden zur Bestimmung der notwendigen Kühlung des Stranges in Abhängigkeit der Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern die Größen Stranggeometrie, Strangschalendicke, Zeit, Strangmaterial, Kühlmitteldruck bzw. -volumen und Kühlmitteltemperatur verwendet. Die Verwendung dieser Größen ist besonders geeignet, eine besonders präzise Kühlung des Stranges zu erzielen.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird jeder Reduktionseinrichtung eine Soll-Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle und dem flüssigen Kern des Stranges zugeordnet.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird im Temperatur- und Erstarrungsmodell die Wirkung der Dickenreduktion durch das Reduktionsgerüst, insbesondere die Lage der Grenze zwischen erstarrter Hülle und flussigem Kern mit modelliert .
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung er- folgt die Modellierung der Dickenreduktion durch das Reduktionsgerust durch zumindest eine der Großen Reduktionskraft und Reduktionsgrad.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest eine der Großen Reduktionskraft und Reduktionsgrad im Reduktionsgerüst gemessen und zur Adaption des Temperatur- und Erstarrungsmodells verwendet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Größen Reduktionskraft und Reduktionsgrad im Reduktionsgerüst gemessen und zur Adaption des Temperatur- und Erstarrungsmodells verwendet.
Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels, anhand der Zeichnungen und m Verbindung mit den Un- teranspruchen. Im einzelnen zeigen:
FIG 1 eine Stranggießanlage, FIG 2 ein Ablaufdiagramm zur iterativen Bestimmung einer Soll-Kuhlung des Stranges mittels eines Temperatur- und Erstarrungsmodells, FIG 3 ein Ablaufdiagramm zur iterativen Bestimmung eines Adaptionskoeffizienten.
FIG 1 zeigt eine Stranggießanlage. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 1 den gegossenen Strang, der eine erstarrte Hülle 21 innerhalb einer Erstarrungsgrenze 22 und einen flüssigen Kern 2 aufweist. Der Strang wird mit Antriebs- bzw. Fuhrungs- rollen 4 bewegt und auf seinem Weg durch Kuhleinrichtungen 5 gekühlt. Diese sind vorteilhafterweise als Wasserspruhem- richtungen ausgebildet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Antriebs- bzw. Fuhrungsrollen 4 und Kuhleinrichtungen 5 mit Bezugszeichen versehen. Bei bekannten Verfahren sind die Kuhleinrichtungen 5 in Kuhlsegmente aufgeteilt. Diese Aufteilung ist beim neuen und erfinderischen Verfahren nicht notwendig, kann aber berücksichtigt werden. Sowohl die Antriebsrollen 4 als auch die Kuhleinrichtungen 5 sind datentechnisch mit einer Recheneinrichtung verbunden. Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel sind beide datentechnisch mit ein und demselben Automatisierungsgerat 7 verbunden. Das Automatisierungsgerat 7 weist optional außerdem ein nicht dargestelltes Terminal und eine nicht dargestellte Tastatur auf. Außerdem ist das Automatisierungsgerat 7 mit einem übergeordneten Rechensystem 8 verbunden. Das zum Stranggießen notwendige Material, in diesem Fall flüssiger Stahl, wird über eine Zuführvorrichtung 20 zugeführt. Die Stellgroßen für die Kuhleinrichtungen 5 werden mittels eines Temperatur- und Erstarrungsmodells, d.h. eines thermischen Modells des Stranges berechnet, das in der beispielhaften Ausgestaltung auf dem übergeordneten Rechensystem 8 implementiert ist.
Bezugszeichen 9, 10 und 11 bezeichnen der Kühleinrichtung 5 zugeordnete Reduktionsgeruste . Diese sind in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung datentechnisch mit der speicherprogrammierbaren Steuerung 7 verbunden, wobei an die Automa- tisierungsgerät 7 die Walzkraft und der Reduktionsgrad, z.B. in Form des Walzspaltes, übertragen werden. Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel sind drei Reduktionsgeruste 9, 10 und 11 vorgesehen. Im m FIG 1 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist vorgesehen, daß nur m den Reduktionsgerusten 9 und 10 eine sogenannte Soft-Reduction durchgeführt wird. Bei der sogenannten Soft-Reduction ist der zu reduzierende Strang nicht durcherstarrt, sondern weist einen flussigen Kern 2 und eine erstarrte Hülle 21 auf, wenn er m ein Reduktionsgerust einläuft. Im Ausfuhrungsbeispiel gemäß FIG 1 ist für den Strang 1 lediglich eine Soft-Reduction m den Reduktionsgerusten 9 und 10 vorgesehen. Die Kühlung mit den Kuhleinrichtungen 5 wird mittels des Automatisierungsgerats 7 derart eingestellt, daß die Erstarrungsgrenze 22 zwischen der erstarrten Hülle 21 und dem flüssigen Kern 2 des Stranges 1 bei Einlauf in die Reduktionsgerüste 9 und 10 einer gewünschten Soll- Erstarrungsgrenze zwischen dem flüssigen Kern 2 und der er- starrten Hülle 21 entspricht.
Das Reduktionsgerüst 9 ist in besonders vorteilhafter Weise innerhalb der Kühlstrecke angeordnet, d.h. es sind vor und hinter dem Reduktionsgerüst 9 Kühleinrichtungen 5 vorgesehen. Es kann in weiterhin vorteilhafter Weise vorgesehen werden, auch hinter dem zweiten Reduktionsgerüst 10 Kühleinrichtungen vorzusehen. Die Kühleinrichtung 9 ist vorteilhafterweise nicht in der Biegung des Stranges 1 angeordnet, wie dies aus Gründen der Übersichtlichkeit in FIG 1 angedeutet ist, son- dern vor der Biegung des Stranges oder hinter der Biegung des Stranges 1 angeordnet.
FIG 2 zeigt dabei ein Ablaufdiagramm zur iterativen Bestimmung eines Sollwertes k0 für die Kühlung des Stranges mittels eines Temperatur- und Erstarrungsmodells 13, wobei das Temperatur- und Erstarrungsmodell 13 und die übrigen dargestellten iterativen Abläufe auf dem übergeordneten Rechensystem 8 implementiert sind. Dazu wird im Temperatur- und Erstarrungsmodell 13 aus einer gegebenen Kühlung des Stranges kλ mittels des Temperatur- und Erstarrungsmodells 13 die Erstarrungsgrenzen ex im Strang ermittelt. Diese Erstarrungsgrenze ex wird in einem Vergleicher 14 mit der Soll-Erstarrungsgrenze eo im Strang verglichen. Im Vergleicher 14 erfolgt die Abfrage, ob Iθi-eol≤ Δemax, wobei Δemax ein vorgegebener Toleranz- wert ist. Ist der Betrag der Differenz von e und e0 zu groß, so ermittelt der Funktionsblock 12 einen neuen Vorschlag k für eine verbesserte Kühlung des Stranges. Als Anfangswert für die Iteration wird ein Wert für die Kühlung verwendet, der sich im langzeitlichen Durchschnitt als bewährter Erfah- rungswert erwiesen hat. Ist der Betrag der Differenz von e± und e0 kleiner oder gleich dem Toleranzwert Δemax, so wird mit einer Sollkühlungsfestsetzung 15 der Sollwert k0 für die Kuh- lung des Stranges gleich dem Wert gesetzt. Die Werte el f e0, Δemax, kι r k0 sind nicht unbedingt Skalare, sondern Spaltenmatrizen mit ein oder mehr Werten. So enthält z. B. die Spaltenmatrix k0 die verschiedenen Stell- bzw. Führungsgrößen für die Kühleinrichtungen 5 der einzelnen Kühlsegmente 6 einer Strangkühlanlage oder die Spaltenmatrix e0, die Soll- Erstarrungsgrenzen an verschiedenen Stellen des Stranges. In vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt der in FIG 2 dargestellte Iterationskreislauf auf der Basis genetischer Algorithmen. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn kx bzw. k0 Spaltenmatrizen mit vielen Elementen sind.
Das Temperatur- und Erstarrungsmodell 13 kann sowohl als eindimensionales Modell als auch als zweidirαensionales Modell implementiert werden. Basis des Temperatur- und Erstarrungs- modells stellt, hier für den zweidimensionalen Fall dargestellt, die Wärmeleitungs-Gleichung
dar, die für das Temperatur- und Erstarrungsmodell 13 in Differenzform, d.h. in der Form
verwendet wird. Dabei ist T die Temperatur, t die Zeit und a die Temperaturleitfähigkeit, x und y sind die zweidimensionalen Raumkoordinaten.
Der Querschnitt der Stranghaut wird in kleine Rechtecke der Größe Δx mal Δy unterteilt und die Temperatur wird in kleinen Zeitschritten Δt berechnet. Als Ausgangspunkt für die Temperaturverteilung wird angenommen, daß die Temperatur beim Eintritt in die Kokille (in allen Rechtecken) die Verteilertemperatur des Stahls besitzt. Der an der Strangoberfläche abzuführende Wärmestrom Q berechnet sich aus der Oberflächentemperatur T0 des Strangs, der Umgebungstemperatur Tu, der Oberfläche A und dem Wärmeübergangskoeffizienten α mit Q = α (Tu - T0) A.
Für die Kühlung in der Kokille wird α als konstant angenommen und Tu der Temperatur des Kühlwassers in der Kokille gleichgesetzt. Für die Kühlung durch die Kühleinrichtungen 5 wird Tu der Temperatur des Kühlmittels gleichgesetzt und α wird beispielsweise gemäß
berechnet, wobei V das Kühlmittelvolumen in — ~ ist. Da- m min bei kann V für jeden Punkt an der Strangoberfläche unterschiedlich angegeben werden, wodurch mit dem Modell auch Dü- sencharakteristika beschrieben werden können.
Aus dem Verlauf der Temperaturverteilung im Strang berechnet das Modell auch den Verlauf der Erstarrungsgrenze.
Die einzelnen Modellparameter sind u.a.:
• Kokillenlänge • Stranggeometrie (Höhe und Breite)
• Stranggeschwindigkeit
• Wärmeübergangskoeffizient α in der Kokille
• Kühlmitteltemperatur in der Kokille
• Schmelztemperatur • Erstarrungsenthalpie • Wärmeleitkoeffizient λ
• Spezifische Wärmekapazität c
• Dichte p
• Länge jeder Kühlzone • Kühlmittelvolumen V in jeder Kühlzone
• Strangmaterial
Die Temperatur- und Materialabhängigkeit von λ, c, Enthalpie und p wird im Modell berücksichtigt.
FIG 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur iterativen Bestimmung eines Adaptionskoeffizienten d0 zur Adaption des Wärmeübergangskoeffizienten α mittels eines Temperatur- und Erstarrungsmodells 13, wobei der adaptierte Wärmeübergangskoeffizi- ent αa durch a = d0 * α aus dem Wärmeübergangskoeffizienten α ermittelt wird. Dazu wird im Temperatur- und Erstarrungsmodell 13 aus einer gegebenen Kühlung des Stranges mittels des Temperatur- und Er- starrungsmodells 13 die Erstarrungsgrenzen ex im Strang ermittelt. Diese Erstarrungsgrenze e wird in einem Vergleicher 17 mit den auftretenden Anstellungswegen ΔW-,,y,u (unten) und ΔW-,y,o (oben) in den Reduktionsgerüsten sowie den Walzkräften F:,u (unten) und F-,,0 (oben) in den Reduktionsgerüsten vergli- chen. Falls die für eine Geometrieveränderung typischen Werte der Anstellungswege unterschritten und/oder die für eine Geometrieveränderung typischen Werte der Walzkräfte überschritten werden, ermittelt der Funktionsblock 16 einen neuen Vorschlag für einen verbesserten Adaptionsfaktor dλ . Dadurch wird die Erstarrungsgrenze solange verschoben, bis die entsprechenden Grenzwerte über- bzw. unterschritten werden. Als Anfangswert für die Iteration wird ein Wert d0 = 1 verwendet. Der Abschluß der Iteration wird durch den Funktionsblock 18 d0 = da. gesetzt. Anschließend wird in Gleichung 3 der Wärme- ubergangskoefflzient α durch den adaptierten Wärmeübergangskoeffizienten αa ersetzt.
Es ist besonders vorteilhaft, eine Vorsteuerung der Kuhlem- richtung vorzusehen, wobei die Vorstrahlenabhangigkeit von bekannten Zeitpunkten der Änderungen von Anlagenwerten wie z.B. der Gießgeschwindigkeit und/oder des Strangmaterials erfolgt .

Claims

Patentanspr che
1. Verfahren zum Herstellen eines Stranges (1) aus Metall mittels einer Stranggießanlage, die zumindest eine Kuhlein- richtung (5) zur Kühlung des Stranges (1) aufweist, wobei der Kuhleinrichtung (5) zumindest ein Reduktionsgerust (9,10,11) zur Dickenreduktion des Stranges (1) zugeordnet ist, wobei der Strang (1) bei der Dickenreduktion eine erstarrte Hülle
(21) und einen flussigen Kern (2) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kühlung mittels eines Temperatur- und Erstarrungsmo- dells (13) derart eingestellt wird, daß die Erstarrungsgrenze
(22) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flussigen Kern (2) bei Einlauf des Stranges (1) m das Reduktionsgerust (9,10,11) einer vorgegebenen Soll-Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flussigen Kern (2) entspricht .
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mit dem Temperatur- und Erstarrungsmodell (13) die Erstarrungsgrenze (22) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flussigen Kern (2) m Abhängigkeit von der Kühlung des Stranges (1), insbesondere m Echtzeit und standig, ermittelt wird und daß die notwendige Kühlung des Stranges (1) auf iterative Weise in Abhängigkeit der vorgegebenen Soll- Erstarrungsgrenze (eo) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flussigen Kern (2) bestimmt wird, wobei so oft iter ert wird, bis die Abweichung der mit dem Temperatur- und Erstar- rungsmodell (13) ermittelten Erstarrungsgrenze (eλ) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flüssigen Kern (2) von der vorgegebenen Soll-Erstarrungsgrenze (ex) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flussigen Kern (2) kleiner ist als ein vorgegebener Toleranzwert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Bestimmung der notwendigen Kühlung des Stranges (1) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Soll-Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flussigen Kern (2) zumindest eine weitere Große der Großen Stranggeschwmdig- keit, Stranggeometrie, Strangschalendicke, Kokillenlange, Zeit, Strangmaterial, Kuhlmitteldruck bzw. -volumen, Tropf- chengroße des Kuhlmittels und Kuhlmitteltemperatur verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Bestimmung der notwendigen Kühlung des Stranges (1) in Abhängigkeit der Erstarrungsgrenze (22) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flussigen Kern (2) auch die Gro- ßen Stranggeometrie, Strangschalendicke, Zeit, Strangmaterial, Kühlmitteldruck bzw. -volumen und Kuhlmitteltemperatur verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei der Kuhlem- richtung (5) zumindest zwei Reduktionsgerusten (9,10,11) nachgeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zumindest zwei Reduktionsgerusten (9,10,11) eine Soll- Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flüssigen Kern (2) des Stranges (1) bei Einlauf in das jeweilige Reduktionsgerüst (9,10,11) zugeordnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Temperatur- und Erstarrungsmodell (13) die Wirkung der Dickenreduktion durch das Reduktionsgerust (9,10,11), insbesondere die Lage der Erstarrungsgrenze (22) zwischen erstarrter Hülle (21) und flussigem Kern (2), mit berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Modellierung der Dickenreduktion durch das Reduktionsgerüst (9,10,11) durch zumindest eine der Größen Reduktionskraft und Dickenreduktionsgrad erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zumindest eine der Größen Reduktionskraft und Reduktionsgrad im Reduktionsgerüst (9,10,11) gemessen und zur Adaption des Temperatur- und Erstarrungsmodells (13) verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Größen Reduktionskraft und Reduktionsgrad im Reduktionsgerüst (9,10,11) gemessen und zur Adaption des Temperatur- und Erstarrungsmodells (13) verwendet werden.
10. Stranggießanlage zum Herstellen eines Stranges (1), insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stranggießanlage zumindest eine Kühlein- richtung (5) zur Kühlung des Stranges (1) und zumindest ein zugeordnetes Reduktionsgerüst (9,10,11) zur Dickenreduktion des Stranges (1) sowie eine Recheneinrichtung zur Steuerung der Kühlung des Stranges mittels der Kühleinrichtung (5) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf der Recheneinrichtung ein Temperatur- und Erstarrungsmodell (13) zur derartigen Einstellung der Erstarrungsgrenze (22) zwischen einer erstarrten Hülle (21) und einem flüssigen Kern (2) des Stranges (1) bei Einlauf des Stranges (1) in das Reduktionsgerüst (9,10,11) implementiert ist, daß die Erstarrungsgrenze (22) einer vorgegebenen Soll- Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flüssigen Kern (2) entspricht.
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