EP1200216B1 - Verfahren und einrichtung zum herstellen eines stranges aus metall - Google Patents

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EP1200216B1
EP1200216B1 EP00951251A EP00951251A EP1200216B1 EP 1200216 B1 EP1200216 B1 EP 1200216B1 EP 00951251 A EP00951251 A EP 00951251A EP 00951251 A EP00951251 A EP 00951251A EP 1200216 B1 EP1200216 B1 EP 1200216B1
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EP
European Patent Office
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strand
reduction
solidification
cooling
liquid core
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EP00951251A
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EP1200216A1 (de
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Hans-Herbert Welker
Uwe STÜRMER
Andreas Kemna
Albrecht Sieber
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • 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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    • B22D11/225—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2201/00—Special rolling modes
    • B21B2201/14—Soft reduction

Definitions

  • the invention relates to methods and a device for Production of a strand from metal by means of a continuous caster, the at least one cooling device for cooling of the strand, with the cooling device at least assigned a reduction framework for reducing the thickness of the strand is, the strand solidified when reducing the thickness Has shell and a liquid core.
  • the object of the invention is a method and a device to carry out the procedure to indicate which one improved soft reduction compared to the prior art, in particular even with varying strand speeds.
  • the object is achieved according to the invention by a method Claim 1 or a device according to claim 10 solved. It is used to manufacture a strand of metal a continuous caster, which has at least one cooling device for cooling the strand, the cooling device at least a reduction framework for reducing the thickness of the strand subordinate, the strand in the thickness reduction a has a solidified shell and a liquid core, and wherein cooling using a temperature and solidification model such, in particular automatically, is set that the Solidification limit between the solidified shell and the liquid Core when the strand enters the reduction frame a predetermined set solidification limit between the solidified Shell and the liquid core corresponds. To this A particularly good soft reduction is achieved in this way.
  • Temperature and solidification models can be, for example analytical model, a neural network or a combination be from an analytical model and a neural network.
  • the temperature and solidification model advantageously sets cooling the strand and the solidification limit between the solidified shell and the liquid core.
  • Such an embodiment of the invention is special Advantage because of the temperature and solidification model the solidification limit between the solidified shell and the liquid core depending on the cooling quantity the cause Effect relationship between cooling and the solidification limit between the solidified shell and the liquid core.
  • the Temperature and solidification model the solidification limit between the solidified shell and the liquid core in dependence from cooling the strand, especially in real time and constantly, determined and the necessary cooling of the Strands in an iterative manner depending on the given Target solidification limit between the solidified shell and the liquid core determined, iterating until the Deviation of those determined with the temperature and solidification model Solidification limit between the solidified shell and the liquid core from the predetermined set solidification limit between the solidified shell and the liquid core is less than a predetermined tolerance value.
  • to determine the necessary cooling of the strand depending from the specified set solidification limit between the solidified shell and the liquid core at least one further size of the sizes strand speed, strand geometry, Strand shell thickness, mold length, time, strand material, Coolant pressure or volume, droplet size of the coolant and coolant temperature used.
  • the sizes strand geometry, strand shell thickness, Time, strand material, coolant pressure or -volume and coolant temperature used is particularly suitable, a particularly precise To achieve cooling of the strand.
  • each reduction device a target solidification limit between the solidified shell and the liquid core of the strand assigned.
  • the effect of the thickness reduction in the temperature and solidification model through the reduction framework especially the location the boundary between the solidified shell and the liquid core modeled.
  • the modeling of the reduction in thickness through the reduction framework by at least one of the quantities reducing power and Degree of reduction.
  • FIG. 1 shows a continuous caster.
  • the cast strand which is a solidified shell 21 within a solidification limit 22 and a liquid Core 2 has.
  • the strand is equipped with drive or guide rollers 4 moves and on its way through cooling devices 5 cooled. These are advantageously as water spray devices educated. For the sake of clarity are not all drive or guide rollers 4 and cooling devices 5 provided with reference numerals. In known methods the cooling devices 5 are divided into cooling segments. This division is new and inventive Procedure not necessary, but can be taken into account.
  • Both the drive rollers 4 and the cooling devices 5 are technically connected to a computing device. in the The present exemplary embodiment are both in terms of data technology connected to one and the same automation device 7.
  • the Automation device 7 optionally also does not have one shown terminal and a keyboard, not shown on.
  • a parent Computing system 8 For continuous casting necessary material, in this case liquid steel fed via a feed device 20.
  • the manipulated variables for the cooling devices 5 are by means of a temperature and Solidification model, i.e. of a thermal model of the strand calculated that in the exemplary embodiment the superordinate computing system 8 is implemented.
  • Reference numerals 9, 10 and 11 denote the cooling device 5 assigned reduction frameworks. These are more advantageous Embodiment of the invention in terms of data technology with the programmable logic controller Controller 7 connected to the automation device 7 the rolling force and the degree of reduction, e.g. in the form of the roll gap.
  • Three reduction frames 9, 10 and 11 are exemplary embodiments intended.
  • a so-called soft reduction is carried out.
  • the strand to be reduced is not soft reduction solidified, but has a liquid core 2 and one solidified shell 21 when it enters a reduction framework.
  • the strand 1 only a soft reduction in the reduction frames 9 and 10 are provided.
  • Cooling with the cooling devices 5 is set by means of the automation device 7 such that the solidification limit 22 between the solidified shell 21st and the liquid core 2 of the strand 1 when entering the Reduction frameworks 9 and 10 of a desired set solidification limit between the liquid core 2 and the solidified Shell 21 corresponds.
  • the reduction framework 9 is particularly advantageous arranged within the cooling section, i.e. there are before and 9 cooling devices 5 are provided behind the reduction frame. In a further advantageous manner, 10 cooling devices also behind the second reduction frame provided.
  • the cooling device 9 is advantageously not arranged in the bend of strand 1 like this 1 is indicated for reasons of clarity, but before the bend of the strand or behind the bend of the Stranges 1 arranged.
  • the solidification limits e i in the strand are determined in the temperature and solidification model 13 from a given cooling of the strand k i by means of the temperature and solidification model 13.
  • This solidification limit e i is compared in a comparator 14 with the set solidification limit e 0 in the strand.
  • the comparator 14 asks whether
  • the function block 12 determines a new proposal k i 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 average over the long term. If the magnitude of the difference between e i and e 0 is less than or equal to the tolerance value ⁇ e max , the setpoint k 0 for cooling the strand is set equal to the value k i with a set cooling setting 15.
  • the values e i , e 0 , ⁇ e max , k i , k 0 are not necessarily scalars, but column matrices with one or more values.
  • B the column matrix k 0, the various actuating or command variables for the cooling devices 5 of the individual cooling segments 6 of a strand cooling system or the column matrix e 0 , the set solidification limits at different points on the strand.
  • the iteration circuit shown in FIG. 2 takes place on the basis of genetic algorithms. This is particularly useful when k i 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 forms the basis of the temperature and solidification model, shown here for the two-dimensional case represents that for the temperature and solidification model 13 in differential form, ie in the form is used.
  • 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 Size ⁇ x times ⁇ y divided and the temperature is in small Time steps ⁇ t calculated.
  • the temperature at Entry into the mold in all rectangles
  • the manifold temperature of the steel is assumed that the temperature at Entry into the mold (in all rectangles) the manifold temperature of the steel.
  • T U equates to the temperature of the cooling water in the mold.
  • T U is equated to the temperature of the coolant and ⁇ is, for example, according to calculated, where V is the coolant volume in l / m 2 min. 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 solidification limits e i 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)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen eines Stranges aus Metall mittels einer Stranggießanlage, die zumindest eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Stranges aufweist, wobei der Kühleinrichtung zumindest ein Reduktionsgerüst zur Dickenreduktion des Stranges zugeordnet ist, wobei der Strang bei der Dickenreduktion eine erstarrte Hülle und einen flüssigen Kern aufweist.
Zum Herstellen von Strängen ist es bekannt, einer Stranggießanlage ein Reduktionsgerüst nach- oder zuzuordnen. Dabei wird eine besonders große Dickenreduktion dann erreicht, wenn der Strang beim Einlaufen in das Reduktionsgerüst einen noch flüssigen Kern aufweist. Bei diesem Verfahren, das als sogenannte Soft-Reduction bekannt ist, ist es wichtig, daß der flüssige 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 flüssigem Metall kommt. Zum Erreichen der notwendigen Abmessung des flüssigen Kerns bei Erreichen des Reduktionsgerüstes wird der Strang mittels einer Kühleinrichtung gekühlt, wobei die notwendige Kühlung von einem Bediener nach dessen Abschätzung der Abmessung des flüssigen Kerns eingestellt wird.
Das Dokument "Neubau einer Vertikalstranggießanlage bei der AG der Dillinger Hüttenwerke"; Stahl und Eisen 117, Nr. 11; 10. November 1997, zeigt die Problematik der Lage und Positionierung der Sumpfspitze eines Stranges in Relation der Soft-Reduktion-Zone und es wird die Lehre gegeben, die Soft-Reduktion-Zone während des Gießbetriebes der jeweiligen Position der Sumpfspitze hinweg nachzuführen. Dies ist durch hydraulische Positionierbarkeit der Segmente in der Strangführung möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Durchführung 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 aufweist, 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 Reduktionsgerüst 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 zwischen 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 Echtzeit 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. -volumen, 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 flüssigem Kern mit modelliert.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Modellierung der Dickenreduktion durch das Reduktionsgerüst durch zumindest eine der Größen Reduktionskraft und Reduktionsgrad.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest eine der Größen Reduktionskraft und Reduktionsgrad im Reduktionsgerüst gemessen und zur Adaption des Temperaturund 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 Ausführungsbeispiels, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Im einzelnen zeigen:
FIG 1
eine Stranggießanlage,
FIG 2
ein Ablaufdiagramm zur iterativen Bestimmung einer Soll-Kühlung 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. Führungsrollen 4 bewegt und auf seinem Weg durch Kühleinrichtungen 5 gekühlt. Diese sind vorteilhafterweise als Wassersprüheinrichtungen ausgebildet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Antriebs- bzw. Führungsrollen 4 und Kühleinrichtungen 5 mit Bezugszeichen versehen. Bei bekannten Verfahren sind die Kühleinrichtungen 5 in Kühlsegmente aufgeteilt. Diese Aufteilung ist beim neuen und erfinderischen Verfahren nicht notwendig, kann aber berücksichtigt werden. Sowohl die Antriebsrollen 4 als auch die Kühleinrichtungen 5 sind datentechnisch mit einer Recheneinrichtung verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind beide datentechnisch mit ein und demselben Automatisierungsgerät 7 verbunden. Das Automatisierungsgerät 7 weist optional außerdem ein nicht dargestelltes Terminal und eine nicht dargestellte Tastatur auf. Außerdem ist das Automatisierungsgerät 7 mit einem übergeordneten Rechensystem 8 verbunden. Das zum Stranggießen notwendige Material, in diesem Fall flüssiger Stahl, wird über eine Zuführvorrichtung 20 zugeführt. Die Stellgrößen für die Kühleinrichtungen 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 Reduktionsgerüste. Diese sind in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung datentechnisch mit der speicherprogrammierbaren Steuerung 7 verbunden, wobei an die Automatisierungsgerät 7 die Walzkraft und der Reduktionsgrad, z.B. in Form des Walzspaltes, übertragen werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Reduktionsgerüste 9, 10 und 11 vorgesehen. Im in FIG 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß nur in den Reduktionsgerüsten 9 und 10 eine sogenannte Soft-Reduction durchgeführt wird. Bei der sogenannten Soft-Reduction ist der zu reduzierende Strang nicht durcherstarrt, sondern weist einen flüssigen Kern 2 und eine erstarrte Hülle 21 auf, wenn er in ein Reduktionsgerüst einläuft. Im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 ist für den Strang 1 lediglich eine Soft-Reduction in den Reduktionsgerüsten 9 und 10 vorgesehen. Die Kühlung mit den Kühleinrichtungen 5 wird mittels des Automatisierungsgeräts 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 erstarrten 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, sondern 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 ki mittels des Temperatur- und Erstarrungsmodells 13 die Erstarrungsgrenzen ei im Strang ermittelt. Diese Erstarrungsgrenze ei wird in einem Vergleicher 14 mit der Soll-Erstarrungsgrenze e0 im Strang verglichen. Im Vergleicher 14 erfolgt die Abfrage, ob |ei-eo| ≤ Δemax, wobei Δemax ein vorgegebener Toleranzwert ist. Ist der Betrag der Differenz von ei und e0 zu groß, so ermittelt der Funktionsblock 12 einen neuen Vorschlag ki 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 Erfahrungswert erwiesen hat. Ist der Betrag der Differenz von ei und e0 kleiner oder gleich dem Toleranzwert Δemax, so wird mit einer Sollkühlungsfestsetzung 15 der Sollwert k0 für die Kühlung des Stranges gleich dem Wert ki gesetzt. Die Werte ei, e0, Δemax, ki, 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 ki bzw. k0 Spaltenmatrizen mit vielen Elementen sind.
Das Temperatur- und Erstarrungsmodell 13 kann sowohl als eindimensionales Modell als auch als zweidimensionales Modell implementiert werden. Basis des Temperatur- und Erstarrungsmodells stellt, hier für den zweidimensionalen Fall dargestellt, die Wärmeleitungs-Gleichung
Figure 00080001
dar, die für das Temperatur- und Erstarrungsmodell 13 in Differenzform, d.h. in der Form
Figure 00080002
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 TO des Strangs, der Umgebungstemperatur TU, der Oberfläche A und dem Wärmeübergangskoeffizienten α mit Q = α (TU - TO) 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
Figure 00090001
berechnet, wobei V das Kühlmittelvolumen in l / m2 min ist. Dabei kann V für jeden Punkt an der Strangoberfläche unterschiedlich angegeben werden, wodurch mit dem Modell auch Düsencharakteristika 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 ρ
  • Länge jeder Kühlzone
  • Kühlmittelvolumen V in jeder Kühlzone
  • Strangmaterial
Die Temperatur- und Materialabhängigkeit von λ, c, Enthalpie und ρ 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 Wärmeübergangskoeffizient αa durch αa = 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 Erstarrungsmodells 13 die Erstarrungsgrenzen ei im Strang ermittelt. Diese Erstarrungsgrenze ei wird in einem Vergleicher 17 mit den auftretenden Anstellungswegen ΔWj,y,u (unten) und ΔWj,y,o (oben) in den Reduktionsgerüsten sowie den Walzkräften Fj,u (unten) und Fj,o (oben) in den Reduktionsgerüsten verglichen. 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 di. 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 = di gesetzt. Anschließend wird in Gleichung 3 der Wärmeübergangskoeffizient α durch den adaptierten Wärmeübergangskoeffizienten αa ersetzt.
Es ist besonders vorteilhaft, eine Vorsteuerung der Kühleinrichtung vorzusehen, wobei die Vorstrahlenabhängigkeit von bekannten Zeitpunkten der Änderungen von Anlagenwerten wie z.B. der Gießgeschwindigkeit und/oder des Strangmaterials erfolgt.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Stranges (1) aus Metall mittels einer Stranggießanlage, die zumindest eine Kühleinrichtung (5) zur Kühlung des Stranges (1) aufweist, wobei der Kühleinrichtung (5) zumindest ein Reduktionsgerüst (9,10,11) zur Dickenreduktion des Stranges (1) zugeordnet ist, wobei der Strang (1) bei der Dickenreduktion eine erstarrte Hülle (21) und einen flüssigen Kern (2) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung mittels eines Temperatur- und Erstarrungsmodells (13) derart eingestellt wird, daß die Erstarrungsgrenze (22) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flüssigen Kern (2) bei Einlauf des Stranges (1) in das Reduktionsgerüst (9,10,11) einer vorgegebenen Soll-Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flüssigen Kern (2) entspricht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Temperatur- und Erstarrungsmodell (13) die Erstarrungsgrenze (22) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flüssigen Kern (2) in Abhängigkeit von der Kühlung des Stranges (1), insbesondere in Echtzeit und ständig, ermittelt wird und daß die notwendige Kühlung des Stranges (1) auf iterative Weise in Abhängigkeit der vorgegebenen Soll-Erstarrungsgrenze (e0) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flüssigen Kern (2) bestimmt wird, wobei so oft iteriert wird, bis die Abweichung der mit dem Temperatur- und Erstarrungsmodell (13) ermittelten Erstarrungsgrenze (ei) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flüssigen Kern (2) von der vorgegebenen Soll-Erstarrungsgrenze (ei) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flüssigen Kern (2) kleiner ist als ein vorgegebener Toleranzwert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der notwendigen Kühlung des Stranges (1) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Soll-Erstarrungsgrenze zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flüssigen Kern (2) zumindest eine weitere Größe der Größen Stranggeschwindigkeit, Stranggeometrie, Strangschalendicke, Kokillenlänge, Zeit, Strangmaterial, Kühlmitteldruck bzw. -volumen, Tröpfchengröße des Kühlmittels und Kühlmitteltemperatur verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der notwendigen Kühlung des Stranges (1) in Abhängigkeit der Erstarrungsgrenze (22) zwischen der erstarrten Hülle (21) und dem flüssigen Kern (2) auch die Größen Stranggeometrie, Strangschalendicke, Zeit, Strangmaterial, Kühlmitteldruck bzw. -volumen und Kühlmitteltemperatur verwendet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei der Kühleinrichtung (5) zumindest zwei Reduktionsgerüsten (9,10,11) nachgeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Reduktionsgerüsten (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,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Temperatur- und Erstarrungsmodell (13) die Wirkung der Dickenreduktion durch das Reduktionsgerüst (9,10,11), insbesondere die Lage der Erstarrungsgrenze (22) zwischen erstarrter Hülle (21) und flüssigem Kern (2), mit berücksichtigt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, 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,
    dadurch gekennzeichnet, 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,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Größen Reduktionskraft und Reduktionsgrad im Reduktionsgerüst (9,10,11) gemessen und zur Adaption des Temperaturund 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 Kühleinrichtung (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,
    dadurch gekennzeichnet, 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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