EP1365873A1 - Verfahren zum ermitteln von kenndaten eines oszillationssystems einer oszillierenden stranggiesskokille - Google Patents

Verfahren zum ermitteln von kenndaten eines oszillationssystems einer oszillierenden stranggiesskokille

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EP1365873A1
EP1365873A1 EP02719905A EP02719905A EP1365873A1 EP 1365873 A1 EP1365873 A1 EP 1365873A1 EP 02719905 A EP02719905 A EP 02719905A EP 02719905 A EP02719905 A EP 02719905A EP 1365873 A1 EP1365873 A1 EP 1365873A1
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EP
European Patent Office
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stroke
determined
characteristic data
oscillation system
hysteresis curve
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EP02719905A
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Peter Müller
Horst Von Wyl
Thomas Fest
Frank Weissbuch
Michael Schwarz
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Salzgitter AG
SMS Siemag AG
Original Assignee
Salzgitter AG
SMS Demag AG
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/166—Controlling or regulating processes or operations for mould oscillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
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    • B22D11/053—Means for oscillating the moulds
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    • B22D11/165—Controlling or regulating processes or operations for the supply of casting powder
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for determining characteristic data of an oscillation system of an oscillating continuous casting mold, which can be moved by a stroke drive over a stroke path x, the stroke path x of the oscillating mold and the driving force FA for the mold stroke movement being detected.
  • the invention relates to a continuous casting device for casting metal, in particular steel, comprising an oscillation system with an oscillating mold.
  • the melt jet is introduced in a known manner from a ladle through a shadow pipe, a distributor and an immersion pipe into the mold.
  • special casting powder is used to produce a lubricating film between the mold walls and the strand which is solidifying.
  • the mold oscillation is therefore an essential part of the continuous casting process of metals. It enables the required lubricating effect of the lubricant and thus reduces the coefficient of friction or the frictional force occurring between the strand shell and the mold walls and thus the strand shell adhering to the mold walls. Insufficient friction conditions reduce the quality of the strand product, which is particularly noticeable in longitudinal cracks and irregular and deep lifting marks. A direct measurement of the frictional force is not yet known due to the inaccessibility of the source of this force. For this reason, the frictional force is calculated.
  • a mathematical calculation based on an oscillation system is based, for example, on the method for determining the frictional force according to WO 96/33035.
  • it is proposed to continuously measure the mold lifting movement and the driving force for the mold movement and to process the measurement results in a special arithmetic circuit in order to calculate the friction force as an absolute variable.
  • JP 610 52 972 proposes to predict the breakdown of a strand in a mold by measuring the amplitude value of the oscillation movement. An inhibiting influence of the frictional force on the mold stroke is assumed.
  • Oscillation system especially the actual frictional force, with high Accuracy can be determined and are available for use in machine and process control or optimization.
  • this object is achieved in that a hysteresis curve of the stroke distance as a function of the drive force - or a hysteresis curve of the drive force as a function of the stroke distance - is determined over a stroke cycle and that current characteristic data are determined via the oscillation system by means of this hysteresis curve , A hysteresis curve over one stroke cycle or the curves over several stroke cycles can be determined.
  • the values of the driving force and the stroke distance in the sense of the respective stroke position are recorded synchronously by measurement.
  • the heat loss WR through the area of the hysteresis curve is preferably determined as characteristic data.
  • the actual frictional force F R between the mold walls and the strand shell can be determined from this heat loss WR or the area determined, which is enclosed by the hysteresis curve.
  • the invention makes use of the phenomenon that the acceleration-proportional mass or inertial force as well as the travel-proportional spring force of the oscillation or oscillation system describe a reversible process and completely compensate for each individual completed stroke cycle. This is not the case with friction. This is an irreversible process in which the mechanical energy is irretrievably converted into heat. This loss of energy can be visualized using the hysteresis curve.
  • the area enclosed by the hysteresis curve in the coordinate system driving force-stroke distance or stroke distance-driving force corresponds to the work dissipation W R of the process, which is used as a measure of the friction force FR.
  • the principle of using the hysteresis curve as the basis for determining characteristic data in an oscillation system, in particular the frictional force thus enables the actual frictional force to be determined. Even if the hysteresis curve of an irreversible process is overlaid with the trajectory curves of reversible processes, the lossy part can still be clearly determined by the enclosed area of the hysteresis curve. The knowledge gained from this of the actual frictional force allows defects in the casting process to be recognized at an early stage and thus increases operational reliability.
  • the stroke amplitude value yx is averaged to form a stroke amplitude mean value y x , preferably by means of a moving averaging within a stroke amplitude.
  • the determined friction force values FR Y should be subjected to a smooth smoothing - over several lifting cycles. In this way, errors due to electrical interference that could distort the minimum and maximum values are eliminated.
  • characteristic data can also be determined from the individual curve profile of the hysteresis curve.
  • Information about the state of wear of the oscillation system is preferably obtained on the basis of the individual curve shape.
  • a comparative method of visualized hysteresis curves is particularly useful here, whereby hysteresis curves are one that is free of play and one that is free of play due to wear Differentiate drivetrain significantly. Quantitative differences can be determined using an image recognition method.
  • characteristic data can be determined from the — preferably mean — slope or slope of the hysteresis curve; in particular, information about the mold suspension is hereby obtained.
  • the reason for this is that the shift in the proportions of superimposed force components from acceleration and spring forces is included in the average slope of the hysteresis curve.
  • the breakage of one or more articulations of the oscillation system can be recognized by a proportional rotation of the hysteresis slope.
  • the comparison of the inclinations of several successive hysteresis curves leads to qualitative statements about the oscillation system.
  • the driving force and the stroke or the oscillation position of the lifting drive must be detected, preferably by measurement.
  • This measurement should take place at measuring frequencies f me ss of 2-100 times the oscillation frequency f.
  • f me ss frequencies of 2-100 times the oscillation frequency f.
  • a measurement is required after half a stroke cycle of the oscillation to be assessed.
  • sampling frequencies of 10-100 times the oscillation frequency have proven their worth.
  • an idle measurement be carried out to determine the idle losses of the oscillation system.
  • the reason for this is that the determination of the friction losses includes both the friction losses between the mold and the train as well as the mechanical friction losses in the suspension and the drive train.
  • An idling measurement is therefore carried out in order to determine the mechanical friction losses in advance and to subtract them later from the total value determined in order to determine an effective value of the friction force.
  • An idling measurement is therefore carried out in order to determine the mechanical friction losses in advance and to subtract them later from the total value determined in order to determine an effective value of the friction force.
  • the determined characteristic data and / or the hysteresis curves are visualized and registered, and control data for the corresponding change of the current oscillation parameters, such as negative strip, healing time, i.e. the time in which the lubricant penetrates into the gap between the strand shell and the mold wall, stroke amplitude and stroke frequency as well as the shape of the oscillation, as well as for changing the current casting parameters, such as cooling parameters and casting powder use, to achieve target conditions.
  • the current oscillation parameters such as negative strip, healing time, i.e. the time in which the lubricant penetrates into the gap between the strand shell and the mold wall
  • stroke amplitude and stroke frequency as well as the shape of the oscillation
  • the current casting parameters such as cooling parameters and casting powder use
  • a generic continuous casting device which comprises a computer unit for determining a hysteresis curve from the stroke as a function of the driving force over a stroke cycle and for determining current characteristic data via the oscillation system on the basis of this hysteresis curve.
  • this continuous casting device further comprises signal lines which connect devices for measuring the driving force F A and the stroke x with the computer unit, the computer unit calculating corresponding control signals from the determined characteristic data, and command lines between the computer unit and control devices for controlling the Oscillation system and / or the casting parameters depending on the determined characteristic data and calculated control data.
  • the respective drive force is preferably determined from the measured chamber pressures of the respective hydraulic cylinders of the drive train. averages.
  • the device for determining the stroke travel includes position meters for measuring the current position of the respective cylinder piston of a cylinder unit of the hydraulic drive unit. Hysteresis curves are formed for each of the separate cylinder units or, if necessary, averaged over several cylinder units.
  • the drive forces can be determined using strain gauges or load cells on the connecting rods, and the stroke lengths are calculated back from the angles of rotation.
  • the proposed method for resonance molds i.e. molds stored in spring packs can be used.
  • Figure 1 is a schematic representation of an oscillating mold with the attacking forces.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a continuous casting device according to the invention for determining the frictional force
  • FIG. 1 schematically gives an overview of a mold 1, shown here with two walls 1 a, b, with strand 2 solidifying therein, as well as an overview of the attacking forces.
  • the mold 1 is set into an oscillating or oscillating movement (according to the direction of the arrow) and for this purpose a driving force F A is applied. Due to the oscillating movement of the mold, the friction force FR in this vibrating system between strand shell and mold walls 1a, b.
  • FIG. 2 shows an illustration of an oscillation system 3 and a continuous casting device according to the invention.
  • the oscillation system 3 comprises a lifting table 4 which receives the mold 1 in a positive and non-positive manner.
  • This lifting table 4 is freely swingably mounted on hydraulic cylinders - one of these hydraulic cylinders is shown here as a cylinder unit 5 as an example - and is guided by a spring system 6 in a vertical direction of vibration.
  • Each cylinder unit 5 has a working piston 9 arranged between an upper pressure chamber 7 with a pressure p 0 and a lower pressure chamber 8 with a pressure p u , the upper and lower working surfaces of which can be acted upon by the working medium of the upper or lower pressure chamber 7, 8.
  • These pressures p 0 and p u are measured by means of corresponding measuring devices 10, 11 and corresponding signals are fed via signal lines 12, 13 directly into a central computer unit 14 in order to calculate the resulting driving force FA for the respective cylinder.
  • the stroke x is determined by means of a position meter 15 in synchronism with the pressures p 0 and p u .
  • the measured values are likewise fed into the central computer unit 14 via a corresponding signal line 16.
  • This computer unit 14 uses the drive forces F A and the respective stroke position x to determine a hysteresis curve over a stroke cycle, specifically for each hydraulic cylinder.
  • control signals are calculated which are transmitted via Command lines 17 for controlling control devices for the oscillation system 3 or for setting the casting parameters are transmitted to the corresponding control devices.
  • the control device 18 for setting the casting speed v is shown here by way of example. The pouring speed should be reduced if there is a risk of breakage, so that the strand shell becomes thicker and more stable again.
  • Knowledge of the frictional force can also be used for process control and process monitoring with regard to an automated supply of casting powder or the addition of lubricant or with regard to a taper adjustment of the side walls in the case of adjusting molds, by the supply of casting powder when the friction increases and the taper of the side walls in the case of abnormal friction conditions is adjusted.
  • the continuous casting device shown here is only one example for determining the driving force of the oscillating movement of continuous casting molds. Measurements by means of strain gauges, load cells in mechanical drives and the measurement of motor currents in electrical drives are of course also conceivable.
  • FIG. 3 shows the determined hysteresis curves Hi, H 2 of two lifting cylinders by plotting the respective measured stroke in mm over the respective, synchronously measured, driving force FA.
  • the area enclosed by the respective hysteresis curve corresponds to the heat loss WR due to friction losses. From this, the frictional force can be determined based on a stroke value.
  • the mold is moved approximately between +2, 5mm and -2.5mm.
  • the period or one stroke cycle is 0.466 seconds or reciprocally a frequency of 2.146 Hz.
  • the slope of the left hysteresis curve is 3.84 kN / mm, that of the right hysteresis curve 3.27 kN / mm.
  • the hysteresis is 5.70 kN on the left hysteresis curve and 4.94 kN on the right hysteresis curve.
  • Characteristic data in particular for determining the actual frictional force FR, can be determined both from the area enclosed by the hysteresis curves, from the special curve shape and from the slope or inclination of the individual curves.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Kenndaten eines Oszillationssystems einer oszillierenden Stranggiesskokille, die mittels eines Hubantriebs über einen Hubweg x verfahrbar ist, wobei der Hubweg x der oszillierenden Kokille (1) und die Antriebskraft FA für die Kokillenhubbewegung erfasst werden. Um tatsächliche Kenndaten, insbesondere die Reibungskraft zwischen Kokillenwänden und Strangschale, mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, wird eine Hysterese-Kurve (H1, H2) des Hubweges als Funktion der Antriebskraft über einen Hubzyklus ermittelt.

Description

Verfahren zum Ermitteln von Kenndaten eines Oszillationssystems einer oszillierenden Stranggießkokille
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Kenndaten eines Oszillationssystems einer oszillierenden Stranggießkokille, die mittels eines Hubantriebs über einen Hubweg x verfahrbar ist, wobei der Hubweg x der oszillierenden Kokille und die Antriebskraft FA für die Kokillenhubbewegung erfaßt wer- den. Zudem betrifft die Erfindung eine Stranggießeinrichtung zum Gießen von Metall, insbesondere von Stahl, umfassend ein Oszillationssystem mit einer oszillierenden Kokille.
Bei der Stranggießproduktion, insbesondere bei dem unter dem Begriff CSP (Compact Strip Production) bekannten Gießverfahren zur Herstellung dünner Brammen, erfolgt die Schmelzstrahleinleitung in bekannter Weise aus einer Gießpfanne über ein Schattenrohr, einen Verteiler und ein Tauchrohr in die Kokille. Für vergleichsweise hohe Gießgeschwindigkeiten werden zur Erzeugung eines Schmierfilmes zwischen den Kokillenwandungen und dem in Erstarrung begriffenen Strang spezielle Gießpulver verwendet. Hierdurch sowie durch den Einsatz eines Oszillationssystems - auch in Verbindung mit einer optimalen Kokillengeometrie - lassen sich optimale Bandoberflächen erzielen.
Die Kokillenoszillation ist also ein wesentlicher Bestandteil des Stranggießver- fahrens von Metallen. Sie ermöglicht die erforderliche Schmierwirkung des Schmiermittels und verringert damit den Reibungskoeffizienten bzw. die zwischen der Strangschale und den Kokillenwänden auftretende Reibungskraft und somit ein Ankleben der Strangschale an den Kokillenwänden. Ungenügende Reibungsverhältnisse vermindern die Qualität des Strangproduktes, was sich insbesondere in Längsrissen und unregelmäßigen und tiefen Hubmarken bemerkbar macht. Eine unmittelbare Messung der Reibungskraft ist wegen der Unzugänglichkeit des Entstehungsortes dieser Kraft bisher nicht bekannt. Aus diesem Grunde wird die Reibungskraft berechnet. Grundlage für die allermeisten bekannten Verfahren zur Ermittlung der Reibungskräfte ist die Messung der Antriebskraft der Oszillationseinrichtung und die Tatsache, daß diese Antriebskraft bzw. Erregerkraft des Schwingungssystems gemäß der grundlegenden Differenzial- gleichung eines linearen Schwingers in drei Grundkomponenten zerlegt werden kann nach:
FE(t) = m a(t) + d v(t) + c s(t) bzw. FE(t) = m ds2/dt2 + d ds/dt + es
mit : m: oszillierende Masse a(t) Beschleunigung des Systems zur Zeit t dv(t) der gesuchte, geschwindigkeitsabhängige Reibungskraftanteil c Federkonstante s(t) die Position des Systems zur Zeit t
FE(t) die Erregerkraft oder Antriebskraft des Systems zur Zeit t.
Im allgemeinen wird nun davon ausgegangen, daß diese Gleichung nach der Reibungskraft bzw. dem Reibungskraftanteil dv(t) aufgelöst wird, indem die Erregerkraft bzw. Antriebskraft zum Betrachtungszeitpunkt gemessen wird. Von dieser Antriebs- bzw. Erregerkraft wird das Produkt aus Masse und aktueller Beschleunigung und - falls nicht vernachlässigt - das Produkt aus Federkonstante und Hubposition abgezogen. Voraussetzung für eine solche Berechnung ist also, daß die Parameter m, a(t), c und s(t) bekannt sind oder vernachlässigt werden können. Die Beschleunigung wird zusätzlich gemessen oder aus der Hubposition abgeleitet. Bei dieser Methode ist von Nachteil, daß die Masse und die Federkraft als konstant vorausgesetzt werden. Insbesondere bei kleinen Gießformen mit im Verhältnis geringen oszillierenden Massen können nämlich Zusatzgewichte, wie veränderliche An- und Einbauten, Bedienpersonal auf der mitschwingenden Abdeckung, unterschiedliche Einstellungen von Eigengewichtskompensationen, Verschleiß, Ermüdung etc. das Auswerteergebnis signifikant beeinflussen.
Zudem gehen diese Rechnungen auf Grundlage des mathematischen Modells von einer idealen Sinusschwingung des linearen Einmassenschwingers aus, wovon reale Kokillenoszillationen mehr oder weniger stark abweichen. Bei realen Kokillenoszillationen wird beispielsweise beobachtet, daß diese in verschiedene typische Schwingungsmoden, sogenannte Eigenformen, fallen. Diese können isoliert oder kombiniert auftreten und überlagern die Grundform in nur schwer vorhersehbarer Weise. Erschwerend für eine numerische bzw. rechnerische Ermittlung der Reibungskraft kommt hinzu, daß die Reibungskraft selbst Einfluß auf die Frenquenzlage dieser Eigenschwingung nimmt, indem sie dämpfend wirkt.
Eine mathematische Berechnung auf Grundlage eines Schwingungssystems liegt beispielsweise dem Verfahren zur Ermittlung der Reibungskraft nach der WO 96/33035 zugrunde. Es wird für die Rekonstruktion der Reibungskraft vorgeschlagen, die Kokillenhubbewegung und die Antriebskraft für die Kokillenbe- wegung kontinuierlich zu messen und die Meßergebnisse in einer speziellen Rechenschaltung zu verarbeiten, um die Reibungskraft als absolute Größe zu berechnen.
In der JP 610 52 972 wird zur Vorhersage des Durchbruchs eines Stranges in einer Kokille vorgeschlagen, den Amplitudenwert der Oszillationsbewegung zu messen. Es wird ein hemmender Einfluß der Reibungskraft auf den Kokillenhub unterstellt.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Stranggießeinrichtung bereitzustellen, nach dem bzw. mit der Kenndaten des
Oszillationssystems, insbesondere die tatsächliche Reibungskraft, mit hoher Genauigkeit ermittelt werden können und zur Verwendung für die Maschinen- und Prozeßsteuerung bzw. -Optimierung zur Verfügung stehen.
Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, daß eine Hysterese- Kurve des Hubweges als Funktion der Antriebskraft - oder eine Hysterese- Kurve der Antriebskraft als Funktion des Hubweges - über einen Hubzyklus ermittelt wird und daß mittels dieser Hysterese-Kurve aktuelle Kenndaten über das Oszillationssystem ermittelt werden. Es können hierbei jeweils eine Hysterese-Kurve über einen Hubzyklus oder die Kurven über mehrere Hubzyklen ermittelt werden. Die Werte der Antriebskraft und des Hubweges im Sinne der jeweiligen Hubposition werden hierbei synchron meßtechnisch erfaßt.
Vorzugsweise werden als Kenndaten die Verlustarbeit WR durch die Fläche der Hysterese-Kurve ermittelt. Aus dieser Verlustarbeit WR bzw. der ermittelten Fläche, die von der Hysterese-Kurve eingeschlossen wird, kann die tatsächliche Reibungskraft FR zwischen den Kokillenwänden und der Strangschale ermittelt werden. Hierzu wird vorgeschlagen, einen Reibungskraftwert FRy aus dem Verhältnis der Verlustarbeit WR und dem Hubamplitudenwert yx als maximalen Hubweg zu ermitteln.
Die Erfindung macht sich hierbei die Erscheinung zunutze, daß die beschleunigungsproportionale Massen- oder Trägheitskraft als auch die wegproportionale Federkraft des Schwingungs - bzw. Oszillationssystems einen reversiblen Prozeß beschreiben und sich während jedes einzelnen abgeschlossenen Hubzy- klusses vollständig ausgleichen. Dies ist bei der Reibung nicht der Fall. Es han- delt sich hier um einen irreversiblen Prozeß, bei dem die mechanische Energie unwiederbringlich in Wärme umgewandelt wird. Dieser Verlust an Energie kann mit Hilfe der Hysterese-Kurve sichtbar gemacht werden. Hierbei entspricht die von der Hysterese-Kurve umschlossene Fläche in dem Koordinatensystem Antriebskraft-Hubweg bzw. Hubweg-Antriebskraft der Verlustarbeit WR des Pro- zesses, die als Maß für die Reibungskraft FR herangezogen wird. Das Prinzip der Verwendung der Hysterese-Kurve als Basis zur Ermittlung von Kenndaten in einem Oszillationssystem, insbesondere der Reibungskraft, ermöglicht damit die Bestimmung der tatsächlichen Reibungskraft. Selbst wenn die Hysterese-Kurve eines irreversiblen Prozesses mit den Bahnkurven reversibler Vorgänge überlagert wird, ist der verlustbehaftete Anteil doch durch die umschlossene Fläche der Hysterese-Kurve eindeutig bestimmbar. Die daraus gewonnene Kenntnis der tatsächlichen Reibungskraft läßt Fehler im Gießprozeß frühzeitig erkennen und erhöht somit die Betriebssicherheit.
Durch Berechnung eines Reibungskraftwertes FRY mit Hilfe des Verhältnisses von Verlustarbeit WR und Hubamplitudenwert yx wird der Reibungskraftwert völlig unabhängig von veränderlichen Randbedingungen und kann ohne irgendwelche zusätzlichen mathematischen Annahmen bestimmt werden. Weder Oberschwingungen des Oszillationssystems noch stochastische Störungen aus der Umgebung beeinflussen das Auswerteergebnis.
Nach einer bevorzugten Verfahrensvariante wird der Hubamplitudenwert yx zu einem Hubamplitudenmittelwert yx gemittelt und zwar vorzugsweise durch eine gleitende Mittelwertbildung innerhalb einer Hubamplitude. Ebenso sollen die ermittelten Reibungskraftwerte FRY einer gleitenden Glättung - über mehrere Hubzyklen - unterworfen werden. Auf diese Weise werden Fehler aufgrund elektrischer Störungen, die die Kleinst- und Größtwerte verfälschen könnten, eliminiert.
Neben der Verlustarbeit als von der Hysterese-Kurve eingeschlossenen Fläche bzw. der Reibungskraft können des weiteren Kenndaten aus dem individuellen Kurvenverlauf der Hysterese-Kurve ermittelt werden. Vorzugsweise werden auf Basis des individuellen Kurvenverlaufes Informationen über den Verschleißzustand des Oszillationssystems gewonnen. Es bietet sich hier insbesondere eine vergleichende Methode von visualisierten Hysterese-Kurven an, wobei sich Hy- sterese-Kurven eines spielfreien und eines infolge Verschleißes spielbehafteten Antriebsstranges signifikant unterscheiden. Quantitative Unterschiede können mit Hilfe einer Bilderkennungsmethode ermittelt werden.
Darüber hinaus können Kenndaten aus der - vorzugsweise mittleren - Steigung bzw. Neigung der Hysterese-Kurve ermittelt werden; insbesondere werden hiermit Informationen über die Kokillenaufhängung gewonnen. Grund hierfür ist, daß in die mittlere Neigung der Hysterese-Kurve die Verschiebung der Anteile von überlagerten Kraftkomponenten aus Beschleunigungs- und Federkräften eingeht. So läßt sich beispielsweise der Bruch einzelner oder mehrerer Anlen- kungen des Oszillationssystems in einer proportionalen Verdrehung der Hyste- rese-Steigung erkennen. Ebenso wie ein Vergleich der individuellen Kurvenverläufe durchgeführt werden kann, führt auch der Vergleich der Neigungen mehrerer aufeinanderfolgender Hysterese-Kurven zu qualitativen Aussagen über das Oszillationssystem.
Verfahrensgemäß müssen die Antriebskraft und der Hubweg bzw. die Oszillationsposition des Hubantriebs erfaßt werden und zwar vorzugsweise meßtechnisch. Diese Messung soll mit Meßfrequenzen fmess des 2- 100-fachen der Oszillationsfrequenz f erfolgen. Längstens wird demnach eine Messung jeweils nach einem halben Hubzyklus der zu beurteilenden Oszillation gefordert. In der Praxis haben sich insbesondere Abtastfrequenzen vom 10-100-fachen der Oszillationsfrequenz bewährt.
Als bevorzugte Verfahrensausführung wird weiterhin vorgeschlagen, daß zur Bestimmung der Leerlaufverluste des Oszillationssystems eine Leerlaufmes- sung durchgeführt wird. Grund hierfür ist, daß in die Ermittlung der Reibungsverluste sowohl die Reibungsverluste zwischen Kokille und Strang als auch die mechanischen Reibungsverluste in Aufhängung und Antriebsstrang eingehen. Es wird daher eine Leerlaufmessung durchgeführt, um die mechanischen Reibungsverluste vorab zu bestimmen und später von dem ermittelten Gesamtwert zur Ermittlung eines Effektiv-Wertes der Reibungskraft zu subtrahieren. Hierbei ist eine Berechnung durch Einzelwert-Differenzen , Mittelwert-Differenzen oder Differenz-Hysterese-Kurven möglich. Es empfiehlt sich, verschiedene Leerlaufmessungen des Oszillationssystems mit unterschiedlichen Oszillationsparametern vor Gießbeginn und/oder während einer Gießpause durchzuführen. Die ermittelten Werte können darüber hinaus statistisch aufbereitet werden.
Nach einer Weiterbildung des Verfahrens werden die ermittelten Kenndaten und/oder die Hysterese-Kurven visualisiert und registriert, und es werden Steuerdaten zur entsprechenden Änderung der aktuellen Oszillationsparameter, wie Negativer Strip, Heilzeit, d.h. die Zeit, in der das Schmiermittel in den Spalt zwischen Strangschale und Kokillenwand eindringt, Hubamplitude und Hubfre- quenz sowie die Schwingungsform, als auch zur Änderung der aktuellen Gießparameter, wie Kühlparameter und Gießpulvereinsatz, zum Erreichen von Soll- Bedingungen ermittelt.
Vorrichtungsgemäß wird die Aufgabe durch eine gattungsgemäße Strang- gießeinrichtung gelöst, die eine Rechnereinheit umfaßt zur Ermittlung einer Hysterese-Kurve aus dem Hubweg als Funktion der Antriebkraft über einen Hubzyklus sowie zur Ermittlung von aktuellen Kenndaten über das Oszillationssystem auf Basis dieser Hysterese-Kurve.
Diese Stranggießeinrichtung umfaßt nach einer bevorzugten Ausführungsform des weiteren Signalleitungen, die Einrichtungen zum meßtechnischen Erfassen der Antriebskraft FA sowie des Hubweges x mit der Rechnereinheit verbinden, wobei die Rechnereinheit aus den ermittelten Kenndaten entsprechende Steuersignale errechnet, sowie Kommandoleitungen zwischen der Rechnereinheit und Steuereinrichtungen zur Steuerung des Oszillationssystems und/oder der Gießparameter in Abhängigkeit der ermittelten Kenndaten und errechneten Steuerdaten.
Bei einem Oszillationssystem, das mit einem hydraulischen Antriebsaggregat versehen ist, wird die jeweilige Antriebskraft vorzugsweise aus den gemessenen Kammerdrücken der jeweiligen Hydraulikzylinder des Antriebsstrangs er- mittelt. Die Einrichtung zum Ermitteln des Hubweges umfaßt Positionsmesser zum Messen der aktuellen Position des jeweiligen Zylinderkolbens einer Zylindereinheit des hydraulischen Antriebsaggregats. Es werden Hysterese-Kurven jeweils für die separaten Zylindereinheiten gebildet oder ggf. über mehrere Zylindereinheiten gemittelt. Bei mechanischen Hebelantrieben können die An- triebskräfte durch Dehnmeßstreifen oder Kraftmeßdosen an den Pleueln ermittelt werden, die Hubwege werden aus den Drehwinkeln zurückgerechnet.
Vorzugsweise soll das vorgeschlagene Verfahren bei Resonanzkokillen, d.h. in Federpaketen gelagerten Kokillen, Verwendung finden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren. Dabei sind neben den oben aufgeführten Kombinationen von Merkmalen auch Merkmale alleine oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer oszillierenden Kokille mit den angreifenden Kräften;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Strang- gießeinrichtung zur Ermittlung der Reibungskraft;
Fig. 3 zwei Hysterese-Kurven, dargestellt als Hub (mm) als Funktion der Antriebskraft (kN);
Figur 1 gibt schematisch einen Überblick über eine Kokille 1 , hier mit zwei Wänden 1 a,b dargestellt, mit darin erstarrendem Strang 2 sowie einen Überblick über die angreifenden Kräfte. Um ein Gießen mit hoher Oberflächenqualität zu ermöglichen, wird die Kokille 1 in eine schwingende bzw. oszillierende Bewegung (gemäß Pfeilrichtung) versetzt und hierzu mit einer Antriebskraft FA beaufschlagt. Durch die oszillierende Bewegung der Kokille wirkt die Reibungs- kraft FR in diesem schwingenden System zwischen Strangschale und Kokillenwänden 1a,b.
Eine Darstellung eines Oszillationssystems 3 sowie einer erfindungsgemäßen Stranggießeinrichtung zeigt Fig. 2. Das Oszillationssystem 3 umfaßt einen Hub- tisch 4, welcher die Kokille 1 form- und kraftschlüssig aufnimmt. Dieser Hubtisch 4 ist frei schwingbar auf Hydraulikzylindern gelagert - es ist hier als Beispiel einer dieser Hydraulikzylinder als Zylindereinheit 5 dargestellt - und wird von einem Federsystem 6 in einer senkrechten Schwingungsrichtung geführt. Jede Zylindereinheit 5 weist einen zwischen einer oberen Druckkammer 7 mit einem Druck p0 und einer unteren Druckkammer 8 mit einem Druck pu beweglich angeordneten Arbeitskolben 9 auf, dessen obere und untere Arbeitsfläche vom Arbeitsmedium der oberen oder unteren Druckkammer 7, 8 beaufschlagbar ist. Diese Drücke p0 und pu werden mittels entsprechender Meßgeräte 10, 11 gemessen und entsprechende Signale über Signalleitungen 12, 13 unmittel- bar in eine zentrale Rechnereinheit 14 eingespeist, um dort die resultierende Antriebskraft FA für den jeweiligen Zylinder zu berechnen.
Auf Basis der Bewegung des Arbeitskolbens 9 wird der Hubweg x mittels eines Positionsmessers 15 synchron zu den Drücken p0 und pu ermittelt. Die Meß- werte werden ebenfalls über eine entsprechende Signalleitung 16 in die zentrale Rechnereinheit 14 eingespeist. Diese Rechnereinheit 14 ermittelt mit Hilfe der Antriebskräfte FA sowie der jeweiligen Hubposition x eine Hysterese-Kurve über einen Hubzyklus und zwar für jeden Hydraulikzylinder. Mit Hilfe der aus der jeweiligen Hysterese-Kurve oder aus dem Vergleich mehrerer zeitlich foi- gender Hysterese-Kurven ermittelten Kenndaten, insbesondere die Reibungskraft, wobei sowohl die Hysterese-Kurven als auch die Kenndaten über einen Monitor visualisiert werden, werden Steuersignale berechnet, die über Kommandoleitungen 17 zur Steuerung von Steuereinrichtungen für das Oszillationssystem 3 oder zur Einstellung der Gießparameter an die entsprechenden Steu- ereinrichtungen übermittelt werden. Hier ist beispielhaft die Steuereinrichtung 18 zur Einstellung der Gießgeschwindigkeit v dargestellt. Die Gießgeschwindig- keit sollte bei Bruchgefahr reduziert werden, damit die Strangschale wieder dik- ker und stabiler wird. Auch kann die Kenntnis der Reibungskraft zur Prozeßsteuerung und Prozeßüberwachung im Hinblick auf eine automatisierte Gießpulverzufuhr bzw. Schmiermittelzugabe oder im Hinblick auf eine Konizitätsanpassung der Seitenwände bei Verstellkokillen verwendet werden, indem die Zufuhr von Gießpulver bei einem Anstieg der Reibung und die Konizität der Seitenwände bei anormalen Reibungsverhältnissen nachgestellt wird. Die hier gezeigte Stranggießeinrichtung ist nur ein Beispiel zur Ermittlung der Antriebskraft der oszillierenden Bewegung von Stranggießkokillen. Ebenso sind natürlich auch Messungen mittels Dehnmeßstreifen, Kraftmeßdosen bei mechani- sehen Antrieben und die Messung von Motorströmen bei elektrischen Antrieben denkbar.
Fig. 3 zeigt die ermittelten Hysterese-Kurven Hi, H2 zweier Hubzylinder, indem der jeweilige gemessene Hubweg in mm über die jeweilige, synchron gemes- sene, Antriebskraft FA aufgetragen ist. Die von der jeweiligen Hysterese-Kurve eingeschlossene Fläche entspricht der Verlustarbeit WR aufgrund von Reibungsverlusten. Hieraus läßt sich bezogen auf einen Hubwert die Reibungskraft ermitteln. In dem konkreten Beispiel wird die Kokille ungefähr zwischen +2, 5mm und -2,5mm bewegt. Die Periodendauer bzw. ein Hubzyklus beträgt 0,466 Se- künden bzw. reziprok eine Frequenz von 2,146 Hz. Die Steigung der linken Hysterese-Kurve beträgt 3,84 kN/mm, die der rechten Hysterese-Kurve 3,27 kN/mm. Die Hysterese beträgt bei der linken Hysterese-Kurve 5,70 kN, bei der rechten Hysterese-Kurve 4,94 kN.
Sowohl aus der von den Hysterese-Kurven eingeschlossenen Fläche, aus dem speziellen Kurvenverlauf als auch aus der Steigung bzw. Neigung der einzelnen Kurven können Kenndaten, insbesondere zur Ermittlung der tatsächlichen Reibungskraft FR ermittelt werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Ermitteln von Kenndaten eines Oszillationssystems einer oszillierenden Stranggießkokille, die mittels eines Hubantriebs über einen Hubweg x verfahrbar ist, wobei der Hubweg x der oszillierenden Kokille (1) und die Antriebskraft FA für die Kokillenhubbewegung erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hysterese-Kurve (H-ι, H2) des Hubweges als Funktion der Antriebskraft über einen Hubzyklus ermittelt wird und daß mittels dieser Hysterese-Kurve aktuelle Kenndaten über das Oszillationssystem ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Kenndaten die Verlustarbeit WR durch die Fläche der Hysterese- Kurve ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der ermittelten Fläche der Hysterese-Kurve die Reibungskraft FR zwischen den Kokillenwänden (1 a, b) und der Strangschale ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reibungskraftwert FRy aus dem Verhältnis der Verlustarbeit WR und dem Hubamplitudenwert yx ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubamplitudenwert yx zu einem Hubamplitudenmittelwert yx und der Reibungskraftwert FRy zu einem Reibungskraftmittelwert
FRy gemittelt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kenndaten aus dem individuellen Kurvenverlauf der Hysterese- Kurve ermittelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der aus dem individuellen Kurvenverlauf der Hysterese- Kurve ermittelten Kenndaten Informationen über den Verschleißzustand des Oszillationssystems (3) gewonnen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kenndaten aus der Steigung der Hysterese-Kurve ermittelt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8; dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der aus der Steigung der Hysterese-Kurve ermittelten Kenndaten Informationen über die Kokillenaufhängung gewonnen wer- den.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleich der individuellen Kurvenverläufe und/oder Steigung von mehreren Hysterese-Kurven durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Messung der Antriebskraft FA sowie des Hubweges x mit Meß- frequenzen imeSs des 2- 100-fachen, vorzugsweise des 10- bis 100- fachen, der Oszillationsfrequenz f erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Leerlaufverluste des Oszillationssystems (3) eine Leerlaufmessung durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Leerlaufmessungen des Oszillationssystems (3) während einer Gießpause mit unterschiedlichen Oszillationsparametern durchgeführt werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Kenndaten und/oder die Hysterese-Kurven visualisiert und registriert werden und daß Steuerdaten zur entsprechenden Änderung der aktuellen Oszillationsparameter und der aktuellen Gießparameter zum Erreichen von Soll-Bedingungen ermittelt werden .
15. Stranggießeinrichtung zum Gießen von Metall, umfassend ein Oszillationssystem (3) mit einer oszillierenden Kokille (1 ), die mittels eines Hubantriebs über einen Hubweg x verfahrbar ist, und Einrichtungen zum Erfassen der Antriebskraft FA sowie des Hubweges x, gekennzeichnet durch eine Rechnereinheit (14) zur Ermittlung einer Hysterese-Kurve aus dem Hubweg x als Funktion der Antriebkraft FA über einen Hubzyklus sowie zur Ermittlung von aktuellen Kenndaten über das Oszillationssystem (3) auf Basis dieser Hysterese-Kurve.
16. Stranggießeinrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch
Signalleitungen (12, 13, 16), die die Einrichtungen zum Erfassen der Antriebskraft FA sowie die zum Erfassen des Hubweges x mit der Rechnereinheit verbinden, wobei die Rechnereinheit (14) aus den ermittelten Kenndaten entsprechende Steuersignale errechnet, durch Kommandoleitungen (17) zwischen der Rechnereinheit (14) und
Steuereinrichtungen (18) zur Steuerung des Oszillationssystems und/oder der Gießparameter in Abhängigkeit der ermittelten Kenndaten und errechneten Steuerdaten.
17. Stranggießeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Oszillationssystem (3) mit einem hydraulischen Antriebsaggregat versehen ist und daß die Einrichtung zum Ermitteln der Antriebskraft FA eine Meßeinrich- tung (10, 1 1) für die unterschiedlichen Kammerdrücke (p0, pu) der Kammern (7, 8) jeweils einer Zylindereinheit (5) umfaßt und/oder daß die Einrichtung zum Ermitteln des Hubweges einen Positionsmesser (15) zum Messen der aktuellen Position des jeweiligen Arbeitskolbens (9) einer Zylindereinheit (5) des hydraulischen Antriebsaggregats umfaßt.
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