EP2291252A1 - Verfahren zur vorhersage der entstehung von längsrissen beim stranggiessen - Google Patents

Verfahren zur vorhersage der entstehung von längsrissen beim stranggiessen

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EP2291252A1
EP2291252A1 EP09761302A EP09761302A EP2291252A1 EP 2291252 A1 EP2291252 A1 EP 2291252A1 EP 09761302 A EP09761302 A EP 09761302A EP 09761302 A EP09761302 A EP 09761302A EP 2291252 A1 EP2291252 A1 EP 2291252A1
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EP
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determined
thermocouples
mold
over
longitudinal
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EP09761302A
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Dirk Lieftucht
Markus Reiferscheid
Matthias Arzberger
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    • B22D11/041—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for vertical casting
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    • B22D11/202—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock responsive to molten metal level or slag level by measuring temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for predicting the formation of longitudinal cracks in the continuous casting of steel slabs, wherein the local strand temperature is measured by distributed in the mold wall thermocouples arranged.
  • thermoelet rows following the strand can confirm defects and secure results.
  • a temporal correction of the thermocouple signals in the different rows should be provided. The correction value results from the distance measure of the thermocouple rows and the current strand speed, since the defect is localized in the strand surface.
  • each mold has your personal "fingerprint” (self-pattern, identity picture) through the above two facts.
  • the object of the invention is to provide a method for predicting the risk of longitudinal cracks.
  • This object is achieved according to the invention with a method for predicting the formation of longitudinal cracks in the continuous casting of steel slabs, wherein the local strand temperature is measured by distributed in the mold wall thermocouples, characterized in that taking into account the current, measured by the arranged in the mold thermocouples temperature values and on the basis of the temperature values determined in a crack-free state, a statistical evaluation of the risk of longitudinal crack-induced breakage of the strand takes place.
  • this is a model-based method, e.g. Principal Componenet Analysis (PCA or Principal Components Analysis).
  • PCA Principal Componenet Analysis
  • Principal Components Analysis e.g. Principal Componenet Analysis
  • This model is obtained from a historical dataset without longitudinal tears.
  • the model describes the condition without the occurrence of the desired defect.
  • each PCA alarm is evaluated and decided whether there is a longitudinal crack or other unspecified defect.
  • the expert system performs confirmation of PCA alarms.
  • the basis of this method is the two-stage process described above.
  • the fault detection is performed by a model-based method.
  • This model-based method compares the current state of the plant with the normal state, which was determined from historical data. Downstream, an expert system evaluates the signals of the thermocouples which are arranged one above the other in a column and are passed successively from the longitudinal crack. This is where Fault Identification and Fault Isolation are performed. It is decided on the basis of the temperature gradient whether there is a longitudinal crack or another type of defect.
  • three risk factors are defined. These reflect the risk of a longitudinal breakthrough. If any one of these factors exceeds a certain level, countermeasures regarding a longitudinal cracking breakthrough will be initiated at the next detected longitudinal crack. These countermeasures can be a reduction in the casting speed, an influence on the electromagnetic brake, or a targeted change in the target value of the level of the casting mirror.
  • the frequency distribution it is calculated how many percent of the longitudinal cracks occur at a certain position of the broad side of the mold.
  • the time course is included. If the criterion exceeds a certain limit, countermeasures are taken as soon as a longitudinal crack occurs at the wide side position of the limit violation.
  • the criterion of the dynamic temperature distribution in the height direction is determined by the mean value of the dynamic variation of the thermocouples in a thermocouple column characterized.
  • the dynamic variation is mapped, for example, by the standard deviation or the variance of a measured value over a certain reference period. If this calculated average dynamic variation per thermocouple column leads to greatly differing values in adjacent columns, countermeasures are initiated. These countermeasures are identical to those of the first criterion. However, the countermeasure becomes active only as soon as a further longitudinal crack occurs near the position of the limit value violation of the second criterion and the limit value of the second criterion is still exceeded when this longitudinal crack occurs.
  • the third criterion compares the temperature gradient formed by an upper row of thermocouples minus a lower row of thermocouples across the broad side of the mold. If the temperature gradients in adjacent columns are very different values, countermeasures identical to those of the first criterion are initiated as soon as a longitudinal crack occurs near this particular position and the limit of the third criterion is still exceeded when the longitudinal crack occurs.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage der Entstehung von Längsrissen beim Stranggießen von Stahlbrammen, wobei die örtliche Strangtemperatur durch in der Kokillenwand verteilt angeordnete Thermoelemente gemessen wird. Dabei erfolgt unter Berücksichtigung der aktuellen, von den in der Kokille angeordneten Thermoelementen gemessenen Temperaturwerten und auf der Basis der bei einem rissfreien Zustand ermittelten Temperaturwerte eine statistische Bewertung des Risikos eines längsrissbedingten Durchbruchs des Stranges.

Description

Verfahren zur Vorhersage der Entstehung von Längsrissen beim Stranggießen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage der Entstehung von Längsrissen beim Stranggießen von Stahlbrammen, wobei die örtliche Strangtemperatur durch in der Kokillenwand verteilt angeordnete Thermoelemente gemessen wird.
Beim Stranggießen von Stahl entstehen in der Kokille Längsrisse im sich erkaltendem , Strang. Längsrisse lassen sich als scharfer Abfall der Temperatur einzelner Thermoelemente in der Stranggießkokille feststellen. Eine erhöhte Vorhersagegenauigkeit wird durch mehrere über die Höhe der Kokille verteilte Reihen von Thermoelementen erreicht. Nach der Erstdetektion können die nachfolgend vom Strang passierten Thermoelemntreihen Defekte bestätigen und Ergebnisse absichern. Hierzu ist eine zeitliche Korrektur der Thermoelementsignale in den Unterschiedlichen Reihen vorzusehen. Der Korrekturwert ergibt sich aus dem Abstandsmaß der Thermoelementreihen und der aktuellen Stranggeschwindigkeit, da der Defekt ortsfest in der Strangoberfläche lokalisiert ist.
Bisherige Verfahren, mit einer direkten Messung und Auswertung der Temperaturwerte, wie sie beispielsweise in der JP 01210160 A oder der JP 62192243 A beschrieben sind, scheitern oft an der hohen Ausfallrate der Thermoelemente und der schlechten Anbindung der Thermoelementspitze an das Kupfer der Kokille. Diese Anbindungsproblematik führt zu stark im Temperaturniveau verfälschten Signalen.
Andererseits hat jede Kokille durch die beiden obigen Tatsachen Ihren persönlichen "Fingerabdruck" (Eigenmuster, Identitätsbild).
Dieser "Fingerabdruck" ist charakterisiert durch Temperaturniveauabweichungen und Totalausfällen innerhalb der hohen Anzahl der in Reihen auf Breit- und Schmalseite angeordneten Thermoelemente. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorhersage des Risikos von Längsrissen anzugeben.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Vorhersage der Entstehung von Längsrissen beim Stranggießen von Stahlbrammen, wobei die örtliche Strangtemperatur durch in der Kokillenwand verteilt angeordnete Thermoelemente gemessen wird, dadurch, dass unter Berücksichtigung der aktuellen, von den in der Kokille angeordneten Thermoelementen gemessenen Temperaturwerte und auf der Basis der bei einem rißfreien Zustand ermittelten Temperaturwerte eine statistische Bewertung des Risikos eines Längsrißbedingten Durchbruchs des Stranges erfolgt.
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden nachfolgend beschrieben.
Gegenüber den bekannten Verfahren wird erfindungsgemäß mit einer statistischen Bewertung der gemessenen Temperaturwerte gearbeitet. Hierfür können zwei Verfahrensvarianten angewandt werden.
Zum Einen ist dies ein Modellbasiertes Verfahren, z.B. die Principal Componenet Analysis (PCA oder auch Hauptkomponentenanalyse genannt).
Durch Anwendung eines Modellbasierten Verfahrens werden aktuelle Temperaturen mit einem Modell und damit Informationen aus einem vorhergehenden Guss verglichen.
Dieses Modell wird aus einem historischen Datensatz ohne Längsrisse gewonnen. Das Modell beschreibt den Zustand ohne das Auftreten des gesuchten Defektes. Durch geschicktes nachschalten eines Expertensys- Erledigungstems basierend auf unscharfen Fuzzy Regeln wird jeder PCA Alarm bewertet und entschieden ob ein Längsriss oder ein anderer nicht näher spezifizierter Defekt vorliegt. Das Expertensystem führt die Bestätigung von PCA Alarmen durch.
Basis dieses Verfahrens ist der oben beschriebene zweistufige Prozess. Hier wird die Fault Detection durch ein Modellbasiertes Verfahren ausgeführt.
Dieses Modellbasierte Verfahren vergleicht den aktuellen Zustand der Anlage mit dem Normalzustand der aus historischen Daten ermittelt wurde. Nachgeschaltet bewertet ein Expertensystem die Signale der Thermoelemente die in einer Spalte übereinander angeordnet sind und nacheinander von dem Längsriss passiert werden. Hier wird Fault Identification und Fault Isolation vorgenommen. Es wird anhand des Temperaturgradienten entschieden ob ein Längsriss oder ein andersartiger Defekt vorliegt.
Nach der anderen Verfahrensvariante werden, ebenfalls unter Berücksichtigung der gemessenen Temperaturwerte, drei Risikofaktoren definiert. Diese spiegeln das Risiko für einen Längsrissbedingten Durchbruch wieder. Falls einer dieser Faktoren ein gewisses Maß überschreitet, werden beim nächsten detektiertem Längsriss Gegenmaß nahmen bezügliche eines Längsrissbedingten Durchbruchs eingeleitet. Diese Gegenmaßnahmen können eine Verringerung der Gießgeschwindigkeit, eine Beeinflussung der elektromagnetischen Bremse, oder eine gezielte Veränderung des Sollwertes der Gießspiegelhöhe sein.
Die drei Faktoren sind im Einzelnen:
1 . Häufigkeitsverteilung der Längsrisse über die Breitseite
2. Die Verteilung des dynamischen Temperaturverteilung in Höhenrichtung der Kokille über die Breitseite betrachtet und/oder
3. Die Veränderung des statischen Temperaturverteilung in Höhenrichtung der Kokille über die Breitseite betrachtet
Allen drei Faktoren liegt zu Grunde, dass große Temperaturgradienten in enger Nachbarschaft zu hohen Spannungen in Umfangsrichtung und damit zum Aufreißen von Längsrissen führen können.
Bei der Häufigkeitsverteilung wird berechnet wie viel Prozent der Längsrisse an einer bestimmten Position der Breitseite der Kokille auftreten. Hierbei wird auch der zeitliche Verlauf mit einbezogen. Falls das Kriterium einen bestimmten Grenzwert übersteigt, werden Gegenmaßnahmen eingeleitet, sobald an der Breitseitenposition der Grenzwertverletzung ein Längsriss auftritt.
Das Kriterium der dynamischen Temperaturverteilung in Höhenrichtung wird durch den Mittelwert der dynamischen Variation der Thermoelemente in einer Thermoelementspalte gekennzeichnet. Die dynamische Variation wird z.B. durch die Standardabweichung oder die Varianz eines Messwertes über einen gewissen Referenzzeitraum abgebildet. Falls diese berechnete mittlere dynamische Variation pro Thermoelementspalte zu stark unterschiedlichen Werten in benachbarten Spalten führt werden Gegenmaßnahmen eingeleitet. Diese Gegenmaßnahmen sind identisch zu denen beim ersten Kriterium gestaltet. Die Gegenmaßnahme wird allerdings erst dann aktiv, sobald ein weiterer Längsriss nahe der Position der Grenzwertverletzung des zweiten Kriteriums auftritt und der Grenzwert des zweiten Kriteriums beim Auftreten dieses Längsrisses immer noch überschritten ist.
Das dritte Kriterium vergleicht den Temperaturgradienten gebildet aus einer oberen Thermoelementreihe minus einer unteren Thermoelementreihe über die Breitseite der Kokille. Falls die Temperaturgradienten in benachbarten Spalten stark unterschiedliche Werte aufweisen werden Gegenmaßnahmen identisch denen beim ersten Kriterium eingeleitet, sobald ein Längsriss nahe dieser speziellen Position auftritt und der Grenzwert des dritten Kriteriums beim Auftreten des Längsrisses immer noch überschritten ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vorhersage der Entstehung von Längsrissen beim Stranggießen von Stahlbrammen, wobei die örtliche Strangtemperatur durch in der Kokillenwand verteilt angeordnete Thermoelemente gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung der aktuellen, von den in der Kokille angeordneten Thermoelementen gemessenen Temperaturwerte und auf der Basis der bei einem rißfreien Zustand ermittelten Temperaturwerte eine statistische Bewertung des Risikos eines Längsrißbedingten Durchbruchs des Stranges erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Kokille als spezifischer Fingerabdruck eine statistische Bewertung ermittelt wird, aus der Messung und Bewertung der in Reihen und Spalte angeordneten Thermoelemente.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die statistische Bewertung die PCA oder Hauptkomponentenanalyse angewandt wird, mit einer Einbeziehung von bei vorhergehenden Abgüssen erhaltenen Daten.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 , 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein der PCA oder Hauptkomponentenanalyse nachgeschaltetes Expertensystem zwischen einem vorhandenen Längsriss oder einem anderen Defekt unterschieden wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die statistische Bewertung a) die Häufigkeitsverteilung der Längsrisse über die Strangbreitseite ermittelt wird, b) die dynamische Temperaturverteilung in Höhenrichtung der Kokille über die Breitseite bestimmt wird, und/oder c) die Veränderung der statischen Temperaturverteilung in Höhenrichtung der Kokille über die Breitseite bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die prozentuale und die zeitliche Häufigkeitsverteilung von Längsrissen über die Strangbreitseite ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Temperaturverteilung in Höhenrichtung der Kokillenbreitseite durch spaltenartig über die Höhe der Kokillenwand verteilt angeordnete Thermoelemente bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Temperaturverteilung über die Kokillenbreitseite durch in Reihen über die Kokillenbreitseite verteilt angeordnete Thermoelemente bestimmt wird.
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