EP2448695B1

EP2448695B1 - Verfahren zum bestimmen der lage der sumpfspitze eines gegossenen metallstrangs und stranggiessanlage

Info

Publication number: EP2448695B1
Application number: EP10732652.2A
Authority: EP
Inventors: Holger Beyer-Steinhauer; Markus Reifferscheid; Peter Müller
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: WO2011000549A1; CN102470432B; DE102009031651A1; EP2448695A1; CN102470432A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Lage der Sumpfspitze eines gegossenen Metallstrangs in einer Stranggießanlage, die ein Stützrollengerüst aus in Gießrichtung aufeinander folgenden Rollensegmenten aufweist, wobei jedes Rollensegment einen Segmentunterrahmen mit einer Anzahl Rollen und einen Segmentoberrahmen mit einer Anzahl Rollen aufweist, wobei die Rollen des Segmentunterrahmens und die Rollen des Segmentoberrahmens zur Definition einer unteren und oberen Passlinie für den Metallstrang auf einen vorgegebenen Abstand eingestellt werden.
Um den Stranggießprozess der genannten Art optimal betreiben zu können, ist die Kenntnis über die Lage der Sumpfspitze des gegossenen Metallstrangs erforderlich. Im Stand der Technik gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie man diese Lage bestimmen kann.
Die WO 2007/115744 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Lage der Sumpfspitze beim Stranggießen, bei dem drehangetriebene Oberrollen eines Rollensegments gegen den Gleßstrang angelegt werden, wobel eine Messeinrichtung für Vorgänge in Verbindung mit einer Traverse betätigt wird. Die an der Traverse drehgelagerte, angetriebene Oberrolle wird oszillierend gegen den erstarrenden Gießstrang angestellt und daraus kontinuierlich Messwerte aus den durch die ortsabhängige Festigkeit des Gießstrangs sich ergebenden Amplituden der Stellkraft gewonnen. Aus diesen Messwerten wird auf die Lage der Sumpfspitze geschlossen.
Bei der WO 2005/068109 A1 erfolgt die Ermittlung der Lage der Sumpfspitze, indem ein mittelbares Messen der verschiebbaren Menge des Kernflüssigkeitsvolumens pro Längeneinheit durch ein unmittelbares Messen von sich einstellenden Prozessparametern über Kraft- und/oder Wegsignale an festen oder anstellbaren Einzelstützrollen oder Gruppen von festen oder anstellbaren Stützrollenpaaren durchgeführt wird. Auf diesen Messwerten aufbauend erfolgt eine Modellrechnung für die momentane Lage der Sumpfspitze, aufgrund deren die veränderlichen Gleßparameter kontinuierlich angepasst werden.
Aus der Publikation von K. Mörwald et al. "Roll Load Measurements On Thin Slab Caster For Liquid Core Detection" (Zeitschrift "Ironmaking and Steelmaking", Metal Society, London, GB, Bd. 25. Nr. 2, 1998, Selten 159 bis 162) ist ein Verfahren zur Messung von Rollenkräften zur Bestimmung der Sumpfspitze bei dünnen Strängen bekannt. Hierzu werden in mehreren Rollensegmenten einer spezifischen Bauart Dehnmessstreifen an einer rallentragenden Traverse befestigt, die zusätzlich zu den Paaren von Stützrollen an dem Unterrahmen und Oberrahmen eines Stützrollensagmentes vorgesehen ist. Die aufgezeichneten Messwerte sollen einen Rückschluss auf die Lage der Sumpfspltze ermöglichen. Dabei werden Vorgänge der Verformung an der Traverse gemessen und die Messwerte als Grundlage für eine Finite-Elemente-Berechnung einer Last-Simulation verwendet. Als Ergebnis erhält man das Vorhandensein eines flüssigen Kerns oder des ferrostatischen Drucks Im Inneren des nur teilweise erstarrten Gießstrangquerschnitts.
Weitere Lösungsansätze zur Bestimmung der Lage der Sumpfspitze sind aus der DE 10 2007 063 098 A1 , aus der EP 0 980 295 B1 und aus dem Aufsatz von Ch. Geerkens et al. "The Latest Continuous Casting Design" (in "Iron & Steel Technology", Juli 2007, Seiten 116 bis 123) bekannt.
Solche und ähnliche Lösungen werden auch in der DE 10 2008 014 524 A1 , in der EP 0 350 431 A2 , in der DE 10 2007 004 053 A1 , In der DE 10 2006 027 066 A1 , in der EP 0 539 784 A1 , in der DE 44 36 328 A1 und in der WO 20101037490 A1 beschrieben. Lösungen zur regelungstechnischen Ausgestaltung solcher Anlagen sind aus der DE 195 08 474 A1 und aus der US 4 588 020 A bekannt.
Sofern die Ermittlung der Lage der Sumpfspitze durch Auswertung gemessener Signale erfolgen soll, die den Metallstrang kontaktierende Rollen liefern, hat sich folgender Nachteil ergeben:

Eine Strangführung für den Brammenstrangguss besteht aus den hintereinander gereihten Segmenten, wobei das Öffnungsmaß zwischen den Rollen in den Segmenten von Segment zu Segment nur um einige Zehntel Millimeter abnimmt, um der Schrumpfung des Strang zu folgen. Ist der Strang in einem Segment noch nicht durcherstarrt, werden die Strangschalen infolge des ferrostatischen Innendrucks auseinander gedrückt. Dieser Innendruck muss durch den Segmentoberrahmen, der mit der Segmentfestselte durch beispielsweise positlonsgeregelte Zylinder verbunden Ist, gehalten werden. Der Innendruck multipliziert mit der Segmentlänge und Brammenbrelte abzüglich der Wirkung der erstarrten Kanten ergibt die Kraft, die in dem Segment wirkt. Durch diese Kraft wird das Segment auseinander gedrückt, das Segment federt also auf. Die Auffederung der Segmente beträgt je nach Steifigkeit der Segmente, Brammenbreite und Einbaulage der betreffenden Segmente in der Strangführung zwischen ca. 0,5 mm und 4 mm. Steht das Segment, In dem die Bramme erstarrt, beispielsweise ohne Last auf 250 mm, so erstarrt die Bramme aufgrund der Auffederung beispielsweise mit einer Dicke von 252 mm. Das nachfolgende Segment steht auf einem Rollenöffnungsmaß von beispielsweise 249,8 mm. Die um ca. 2 mm dickere Bramme quetscht sich so durch das nachfolgende Segment und drückt dieses auf. Somit misst man bei positionsgeregeltem Zylinder mit Kraftmessung auch eine Kraft, wenn die Bramme vor dem betreffenden Segment erstarrt Ist. Ebenso sind aufgrund des Durchquetschens der Bramme alle Rollen in Kontakt mit der durcherstarrten Bramme und drehen sich; die Antriebsrolle, mit der die Bramme angetrieben wird, weist ein Antriebsmoment auf, welches höher ist als das Leerlaufmoment.

Das Auffederungsmaß des Segments, in dem die Bramme durcherstarrt, ist abhängig vom Durcherstarrungspunkt in dem jeweiligen Segment; je weiter der Durcherstarrungspunkt zum Segmentende läuft, desto größer ist die Auffederung durch die ferrostatische Last Dies führt zu einer höheren Kraft durch die größere Einlaufdicke der Bramme ins nächste Segment. Andererseits ist die durcherstarrte Bramme wärmer und dadurch "weicher"; dies reduziert den Kraftanstieg im nächsten Segment. Läuft die Sumpfspitze nun von einem Segment in das nächste, kommt zusätzlich noch die ansteigende ferrostatische Last hinzu.
Somit ist eine Interpretation der Kraft-Antriebsmomenten- oder Drehzahlsignale beim Einlaufen der Sumpfspitze in ein Segment zur Bestimmung der Lage der Sumpfspitze sehr schwierig und nicht eindeutig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, in einfacherer und genauerer Weise die Lage der Sumpfspitze beim Stranggießen zu ermitteln. Insbesondere soll eine eindeutige Aussage über die Lage der Sumpfspitze in der Strangführung getroffen werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Vergrößern des Abstands der Rollen des Segmentunterrahmens und des Segmentoberrahmens eines Messsegments für zumindest eine Rolle auf einen Wert, der über der vorgesehenen Einlaufdicke des durcherstarrten Metallstrangs in das Messsegment liegt;
b) Überwachung mindestens eines Betriebsparameters der mindestens einen im Abstand vergrößert eingestellten Rolle, wobei der Betriebsparameter bei nicht vorliegendem Kontakt der Rolle mit dem Metallstrang einem Sollwert entspricht;
c) Melden der Lage der Sumpfspitze als im Bereich der Rolle liegend, sobald der Wert des überwachten Betriebsparameters der mindestens einen Rolle von dem Sollwert abwelcht.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Abstand aller Rollen des Messsegments auf den vergrößerten Abstand eingestellt werden.
Der überwachte Betriebsparameter kann die Kraft sein, mit der der Metallstrang auf die mindestens eine Rolle drückt. Die Kraft kann dabei direkt (z. B. über ein in die Rolle integriertes Messelement) oder indirekt (z. B. über die Kraft eines Kolben-Zylinder-Systems, das die Rolle trägt und diese normal zur Oberfläche des Metallstrangs zustellt) gemessen werden.
Es kann sich bei dem überwachten Betriebsparameter auch um das Antriebsmoment handeln, mit der die mindestens eine Rolle, als angetriebene Rolle ausgebildet, den Metallstrang antreibt. Weiterhin ist es möglich, dass der überwachte Betriebsparameter die Drehzahl ist, mit der die mindestens eine Rolle dreht.
Der Sollwert des überwachten Betriebsparameters ist vorzugsweise Null.
Vor der Durchführung der obigen Schritte a) bis c) kann die Gießgeschwindigkeit so gewählt werden, dass die Lage der Sumpfspitze in einen dem Messsegment In Gießrichtung vorgelagerten Bereich gelangt.
Vorgesehen kann weiter werden, dass die Vergrößerung des Abstandes gemäß obigem Schritt a) auf einen Wert erfolgt, der der vorgesehenen Einlaufdicke des durcherstarrten Metallstrangs in das Messsegment zuzüglich eines Sicherheitsbetrags entspricht. Der Sicherheitsbetrag liegt bevorzugt zwischen 0,1 mm und 1 mm.
Die vorgeschlagene Stranggießanlage, die ein Stützrollengerüst aus in Gießrichtung aufeinander folgenden Rollensegmenten aufweist, wobei jedes Rollensegment einen Segmentunterrahmen mit einer Anzahl Rollen und einen Segmentoberrahmen mit einer Anzahl Rollen aufweist, wobei die Rollen des Segmentunterrahmens und die Rollen des Segmentoberrahmens zur Definition einer unteren und oberen Passlinie für den Metallstrang auf einen vorgegebenen Abstand einstellbar sind, wobei Bewegungsmittel vorhanden sind, um den Abstand der Rollen des Segmentunterrahmens und des Segmentoberrahmens eines Messsegments für zumindest eine Rolle auf einen Wert zu vergrößern, der über der vorgesehenen Einlaufdicke des durcherstarrten Metallstrangs in das Messsegment liegt, und wobei Messmittel vorhanden sind, um mindestens einen Betriebsparameter der mindestens einen im Abstand vergrößert eingestellten Rolle zu überwachen, um den gemessenen Wert mit einem Sollwert zu vergleichen, zeichnet sich dadurch aus, dass die Messmittel mit Vergleichs- und Alarmmittel in Verbindung stehen, die ausgelöst werden, wenn infolge der Kontaktnahme des Metallstrangs der von dem Messmittel gemessene Wert des Betriebsparameter absolut ungleich Null ist.
Die Bewegungsmittel können zur Vergrößerung des Abstandes zwischen Segmentunterrahmen und Segmentoberrahmen ausgebildet sein. Sie können auch zur Messung der Kraft ausgebildet sein, mit der der Metallstrangs auf die mindestens eine Rolle drückt. Weiterhin können die Messmittel zur Messung des Antriebsmoments ausgebildet sein, mit der die mindestens eine Rolle, als angetriebene Rolle ausgebildet, den Metallstrang antreibt. Schließlich kann vorgesehen werden, dass die Messmittel zur Messung der Drehzahl ausgebildet sind, mit der die mindestens eine Rolle dreht.
Mittels der Erzeugung bzw. Zulassung einer Ausbauchung innerhalb der Strangführung kann gemäß der vorgeschlagenen Vorgehensweise also die Lage der Sumpfspitze sehr genau bestimmt werden. Ermöglicht wird dies durch das Anheben des Segmentoberrahmens oder zumindest einer Antriebsrolle bzw. deren Hubtraverse. Die Auswertung der Ausbauchung erfolgt mit den Kraft-, Antriebsmomenten- oder Drehzahlsignalen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, Es zeigen:

Fig. 1: schematisch einen Teil des Stützrollengerüsts einer Stranggießanlage, nämlich drei in Gießrichtung aufeinander folgende Rollensegmente während des normalen Betriebs,
Fig. 2: schematisch in der Darstellung gemäß Fig. 1 die Rollensegmente, wobei das mittlere als Messsegment zur Messung vorbereitet ist, bei vor dem Messsegment liegender Sumpfspitze,
Fig. 3: die Rollensegmente gemäß Fig. 2 bei in das Messsegment einlaufender Sumpfspitze,
Fig. 4: die Rollensegmente gemäß Fig. 2 bei weiter in das Messsegment eingelaufener Sumpfspitze,
Fig. 5: für den normalen Betrieb ein Diagramm, bei dem die auf eine Messrolle wirkende Kontaktkraft zwischen Rolle und Metallstrang über der Zeit aufgetragen ist, wobei sich die Sumpfspitze zum Zeitpunkt Null vor der Messrolle befindet und sich die Sumpfspitze im Lauf der dargestellten Zeit unter der Messrolle hindurchbewegt,
Fig. 6: für den Messbetrieb das Diagramm gemäß Fig. 5, bei dem die auf die Messrolle wirkende Kontaktkraft zwischen Rolle und Metallstrang über der Zeit aufgetragen ist, wobei sich die Sumpfspitze vom Zeitpunkt Null bis zum einem Zeitpunkt t₀ vor der Messrolle befindet und wobei die Sumpfspitze zum Zeitpunkt t₀ die Messrolle erreicht,
Fig. 7: schematisch drei in Gießrichtung aufeinander folgende Rollensegmente während des normalen Betriebs, wobei eine Rolle des Segmentoberrahmens über eine Hubtraverse vom Metallstrang abhebbar ist,
Fig. 8: schematisch in der Darstellung gemäß Fig. 7 die Rollensegmente, wobei die sich an der Hubtraverse befindliche Rolle zur Messung vorbereitet ist, bei vor dem Messsegment liegender Sumpfspitze, und
Fig. 9: die Rollensegmente gemäß Fig. 8 bei in das Messsegment einlaufender Sumpfspitze.

In Fig. 1 ein Teil des Stützrollengerüsts einer Stranggießanlage zu sehen, nämlich drei in Gießrichtung G eines Metallstrangs 2 hintereinander angeordnete Rollensegmente 3. Der Einfachheit halber ist dargestellt, dass der Metallstrang 2 horizontal durch die Rollensegmente 3 läuft; zumeist erfolgt dies unter einem Winkel zur Horizontalen, um den aus der Kokille vertikal austretenden Strang in die Horizontale umzulenken.
Jedes Rollensegment 3 hat einen Segmentunterrahmen 4 und einen Segmentoberrahmen 6. Im Segmentunterrahmen 4 sind Rollen 5 angeordnet, die eine untere Passlinie U für den Metallstrang 2 bilden. Entsprechend sind im Segmentoberrahmen 6 Rollen 7 angeordnet, die eine obere Passlinie O für den Metallstrang 2 bilden. Die Passlinie ist gekennzeichnet durch einen Abstand a₀, der zwischen den Rollen 5 und 7 vorliegt.
Die Rollen können drehangetrieben sein, um den Metallstrang 2 in Gießrichtung G zu fördern.
Die genaue Positionierung des Segmentoberrahmens zum Segmentunterahmen erfolgt durch positionsgeregelte Kolben-Zylinder-Systeme 10.
Wird beispielsweise die Kraft normal zur Oberfläche des Metallstrangs 2 auf eine Rolle 7 des Segmentoberrahmens 6 gemessen, ergibt sich beim Durchlauf des Metallstrangs 2 ein Verlauf, wie er exemplarisch in Fig. 5 über der Zeit dargestellt ist.
Wie in Fig. 1 gesehen werden kann, liegt die Sumpfspitze 1 des Metallstrangs 2 in Gießrichtung G vor dem mittleren Rollensegment 3. Dieses mittlere Rollensegment wird nachfolgend als Messsegment 3' angesprochen. In diesem Zusammenhang sei jedoch angemerkt, dass grundsätzlich jedes Rollensegment des Stützrollengerüsts als Messsegment genutzt werden kann.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird die Messung der Sumpfspitze 1 des Metallstrangs 2 dadurch vorbereitet, dass der Segmentoberrahmen 6 des Messsegments 3' angehoben wird (s. Pfeil), d. h. zwischen den Rollen 5 und 7 ergibt sich statt des Abstands a₀ der größere Abstand a₁. Bei dem Abstand a₁ handelt es sich um einen Wert, der der vorgesehenen Einlaufdicke des Metallstrangs 2 in das Messsegment 3' entspricht, zuzüglich eines Sicherbetrags zwischen 0,1 mm und 1 mm.
Damit ist sichergestellt, dass - sofern der Metallstrang 2 beim Einlauf in das Messsegment 3' durchgehärtet ist - eine Kontaktnahme des Metallstrangs 2 mit den oberen Rollen 7', die jetzt als Messrollen fungieren, nicht stattfindet.
An mindestens einer der Messrollen 7' sind Messmittel angeordnet (nicht dargestellt), die einen Betriebsparameter der Rollen 7' erfassen können. Alternativ oder additiv handelt es sich dabei bevorzugt um die Kraft F in Richtung normal auf die Metallstrangoberfläche, die auf die Rolle 7' ausgeübt wird, um das Antriebsmoment M, das die Rolle 7' auf den Metallstrang 2 ausübt oder um die Drehzahl n der Rolle 7' (im Falle einer nicht angetriebenen Rolle). All diese Parameter sind Null (bzw. liegt ein Leerlaufmoment M vor), wenn die Rolle 7' keinen Kontakt zum Metallstrang 2 hat. Es ist hinsichtlich der Messung der Kraft F grundsätzlich auch möglich, diese über das Kolben-Zylinder-System 10, mit dem die Messrolle 7' normal zur Oberfläche des Metallstrangs 2 bewegt werden kann, bzw. durch Messmittel, die in das Kolben-Zylinder-System 10 integriert sind, zu erfassen,.
Wenn sich die Sumpfspitze 1 auf das Messsegment 3' zu bewegt (namentlich, indem sich die Gießgeschwindigkeit erhöht und dadurch die Sumpfspitze 1 in Fig. 1 bis 3 nach rechts wandert), läuft der Metallstrang 2 mit der Sumpfspitze 1 in das Messsegment 3' ein, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Weil die Rollen 7' des Messsegments 3' auf den Wert a₁ eingestellt und dadurch von der Passlinie O abgehoben sind, fehlt es dem Metallstrang 2 an seiner Oberseite an Unterstützung und Führung durch die Rollen 7'. Demgemäß kommt es zu der in Fig. 3 dargestellten Ausbauchung 8 des Metallstrangs 2.
Die Ausbauchung 8, die in Fig. 3 genauso übertrieben dargestellt ist wie der Abstand a₁ im Verhältnis zum Abstand a₀, hat zur Folge, dass die linke obere Rolle 7' des Messsegments 3' in Kontakt zum Metallstrang 2 kommt und die Messmittel demgemäß einen Messwert für die Kraft, für das Antriebsmoment M oder für die Drehzahl n erfassen, die ungleich Null sind (bzw. im Falle des Antriebsmoments einen Wert über dem Leerlaufdrehmoment). Da die Ausbauchung 8 auf die Lage der Sumpfspitze 1 zurückzuführen ist, kann folglich nunmehr die Aussage getroffen werden, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem Messwerte ungleich Null an der Rolle 7' gemessen werden, die Sumpfspitze 1 sich im Eintrittsbereich des Messsegments 3' befindet.
In Fig. 4 ist zu sehen, wie sich die Sumpfspitze 1 langsam - bei steigender Gießgeschwindigkeit - in Gießrichtung G bewegt.
Zur Illustration sei auf Fig. 6 Bezug genommen. Hier ist analog zu Fig. 5 die auf die Messrolle 7' wirkende Kontaktkraft zwischen Rolle 7' und Metallstrang 2 über der Zeit aufgetragen. Bis zum Zeitpunkt t₀ liegt die Sumpfspitze 1 noch im Rollensegment 3 links neben dem Messsegment 3'. Demgemäß ist kein Kontakt zwischen der Rolle 7' und dem Metallstrang 2 gegeben; die Kraft F ist Null. Tritt indes zum Zeitpunkt t₀ die Sumpfspitze 1 in das Messsegment 3' ein und kommt es zum Kontakt zwischen der Ausbauchung 8 des Metallstrang 2 und der Messrolle 7', wird eine Kraft übertragen, die Auskunft über den Eintritt der Sumpfspitze 1 in das Messsegment 3' gibt.
Man kann das bisher beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung also noch einmal so zusammenfassen: Die genaue Lage der Sumpfspitze wird erfindungsgemäß durch das Zulassen einer Ausbauchung 8 im Metallstrang 2 ermöglicht. Dazu wird bevorzugt zunächst die Sumpfspitze durch entsprechende Wahl der Gießgeschwindigkeit mindestens in ein Segment vor dem Segment, in dem die Ausbauchung erzeugt werden soll, verschoben. Anschließend wird der Segmentoberrahmen soweit abgehoben, bis er gerade von der durcherstarrten Bramme abgehoben ist. Somit zeigen die positionsgeregelten Zylinder, mit denen die Rollen des Oberrahmens und des Unterrahmen zueinander angestellt werden, keine Kraft mehr an bzw. nur noch die Kraft an, die dem Gewicht des Segmentoberrahmens entspricht. Das Maß des Abhebens entspricht dabei der Auffederung der davorliegenden Segmente aufgrund der in diesen Segmenten wirkenden ferrostatischen Last plus eines geringen Sicherheitsabstands von wenigen Zehntel Millimetern. Die Auffederung des Segments beträgt je nach Steifigkeit des Segments, der Brammenbreite und der Einbaulage des Segments in der Strangführung zwischen 0,5 und 4 mm. Das Abheben des Segments um diesen Betrag stört den Stranggießprozess nicht.
Nach dem Abheben des Segmentoberrahmens wird nun die Gießgeschwindigkeit erhöht, bis die Sumpfspitze in das angehobene Segment einläuft. Der Innendruck in der Bramme, bedingt durch den flüssigen Sumpf, drückt die Strangschalen auseinander, bis sie die Rollen des Segmentoberrahmens bzw. der Segmentlosseite berühren. Der Kontakt der Strangschale mit den Rollen bewirkt eine Kraft auf den Segmentoberrahmen bzw. auf die Segmentlosseite. Diese Kraft wird durch die Segmentzylinder aufgenommen und kann gemessen werden. Zusätzlich bzw. alternativ können die Rollenlager mit einer Lagerkraftmesseinrichtung ausgestattet sein, so dass statt der Zylinderkraft auch die Lagerkräfte der Rollen ausgewertet werden können.
Der eindeutige Kraftanstieg an den Zylindern auf der Segmenteinlaufseite oder an den Rollenlagern beim Einlauf der Sumpfspitze in das angehobene Segment wird erfasst und ist ein Maß für die Position der Sumpfspitze zu dem Zeitpunkt des Kraftanstiegs. In Kenntnis der Lage der Sumpfspitze zu diesem Zeitpunkt kann beispielswiese ein mitlaufendes Erstarrungs- bzw. Temperaturmodell abgeglichen werden.
Die erläuterte Vorgehensweise zur Bestimmung der Lage der Sumpfspitze ist nicht nur möglich durch das Abheben des gesamten Segmentoberrahmens bzw. der Segmentlosseite, sondern auch durch das Abheben einer Hubtraverse einer Antriebsrolle. In den Figuren 7 bis 9 ist ein solches Ausführungsbeispiel der Erfindung zu sehen, bei dem also nicht der gesamte Segmentoberrahmen 6 angehoben wird, sondern nur eine einzelne Messrolle 7', die von einer Hubtraverse 9 gehalten wird. Ansonsten entspricht die Vorgehensweise derjenigen, die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 6 erläutert wurde.
Dazu wird die Hubtraverse 9 kurz hinter die Passlinie des Rollenteppichs des Segmentoberrahmens gezogen, beispielsweise mit einem positionsgeregelten Kolben-Zylinder-System 10. Zur Auswertung kann dann wie beim Abheben des gesamten Oberrahmens der Anstieg der Kraft der Zylinder der Hubtraverse 9, die Lagerkraft der Antriebsrolle und der Anstieg des Antriebsmoments der Rolle herangezogen werden.
Wie bereits gesagt, stellt eine zweite Möglichkeit, das Einlaufen der Sumpfspitze 1 in das Messsegment 3' zu erfassen, auf die Erfassung und Auswertung des Antriebsmoments M einer angetriebenen Messrolle 7' im Segmentoberrahmen 6 ab.
Die Antriebsrolle 7' im Segmentoberrahmen 6 ist entweder in der Hubtraverse 9, die separat anstellbar ist, oder bei der Ausführung des Segments als sog. Cyberlink-Segment im Segmentoberrahmen 6 fest integriert. Bei der Ausführung der in der Hubtraverse 9 gelagerten Antriebsrolle 7' wird diese beim Abheben des Segmentes in die Passlinie angehoben. In beiden Fällen ist durch das Abheben des Segmentoberrahmens 6 bzw. der Segmentlosseite die Antriebsrolle 7' nicht mehr im Kontakt mit der durcherstarrten Bramme. Somit kann der Antrieb kein Antriebsmoment mehr übertragen, der Antrieb dreht mit seinem Leerlaufmoment.
Nach dem Abheben des Segmentoberrahmens wird nun die Gießgeschwindigkeit erhöht, bei die Sumpfspitze 1 in das angehobene Segment (Messsegment 3') unter die angetriebene Rolle 7' einläuft. Der Innendruck in der Bramme, bedingt durch den flüssigen Sumpf, drückt die Strangschalen auseinander, bis sie die Antriebsrollen berühren. Der Kontakt der Strangschale mit der Antriebsrolle 7' bewirkt eine Kraft auf diese Rolle. Durch diese Kraft kann nun wieder ein Antriebsmoment übertragen werden. Das Antriebsmoment kann gemessen werden.
Der eindeutige Anstieg des Antriebsmoments an der Antriebsrolle beim Einlauf der Sumpfspitze in das angehobene Segment wird erfasst und ist ein Maß für die Position der Sumpfspitze zu dem Zeitpunkt des Momentenanstiegs. In Kenntnis der Lage der Sumpfspitze zu diesem Zeitpunkt kann wiederum ein mitlaufendes Erstarrungs- bzw. Temperaturmodell abgeglichen werden.
Eine dritte Möglichkeit, das Einlaufen der Sumpfspitze 1 in das abgehobene Segment zu erfassen, stellt die Erfassung und Auswertung der Drehzahl einer nicht angetriebenen Rolle im Segmentoberrahmen bzw. in der Segmentlosseite dar.
Die fest im Segmentoberrahmen integrierten nicht angetriebenen Strangführungsrollen verlieren beim Abheben des Segmentoberrahmens bzw. auf der Segmentlosseite den Kontakt zur durcherstarrten Bramme und drehen sich nicht mehr. Stattet man die nicht angetriebenen Strangführungsrollen mit einem Drehzahlgeber aus, kann die Drehzahl der Rollen erfasst werden.
Nach dem Abheben des Segmentoberrahmens wird nun die Gießgeschwindigkeit erhöht, bis die Sumpfspitze in das angehobene Segment einläuft. Der Innendruck in der Bramme, bedingt durch den flüssigen Sumpf, drückt die Strangschalen auseinander, bis sie die Rollen des Segmentoberrahmens bzw. der Segmentlosseite berühren. Der Kontakt der Strangschale mit den Rollen bewirkt eine Kraft auf die Rolle. Durch das Fördern des Metallstrangs 2 in Gießrichtung G werden die Rollen gedreht. Deren Drehzahl kann gemessen werden.
Der Anstieg der Drehzahl wird erfasst und ist ein Maß für die Position der Sumpfspitze zu dem Zeitpunkt des Drehbeginns der Rollen. In Kenntnis der Lage der Sumpfspitze zu diesem Zeitpunkt kann wiederum ein mitlaufendes Erstarrungs- bzw. Temperaturmodell abgeglichen werden.
Die erläuterte Vorgehensweise eignet sich nicht zur nur Erfassung der Lage der Sumpfspitze im instationären Fall, sondern auch für den stationären Fall.

Bezugszeichenliste:

1: Sumpfspitze
2: Metallstrang
3: Rollensegment
3': Messsegment
4: Segmentunterrahmen
5: Rolle
6: Segmentoberrahmen
7: Rolle
7': Rolle (Messrolle)
8: Ausbauchung
9: Hubtraverse
10: Kolben-Zylinder-System

G: Gießrichtung
U: untere Passlinie
O: obere Passlinie
a₀: Abstand
a₁: vergrößerter Abstand
F: Kraft
M: Antriebsmoment
n: Drehzahl

Claims

Verfahren zum Bestlmmen der Lage der Sumpfspitze (1) eines gegossenen Metallstrangs (2) In einer Stranggleßanlage, die ein Stützrollengerüst aus in Gloßrichtung (G) aufeinander folgenden Rollensegmenten (3) aufweist, wobei jedes Rollensegment (3) einen Segmentunterrahmen (4) mit einer Anzahl Rollen (5) und einen Segmentoberrahmen (6) mit einer Anzahl Rollen (7) aufweist, wobei die Rollen (5) des Segmentunterrahmens (4) und die Rollen (7) des Segmentoberrahmens (6) zur Definition einer unteren und oberen Passlinie (U, O) für den Metallstrang (2) auf einen vorgegebenen Abstand (a₀) eingestellt werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren die Schritte aufweist:
a) Vergrößern des Abstands (a₀) der Rollen (5, 7) des Segmentunterrahmens (4) und des Segmentoberrahmens (6) eines Messsegments (3') für zumindest eine Rolle (7') auf einen Wert (a₁), der über der vorgesehenen Einlaufdicke des durcherstarrten Metallstrangs (2) in das Messsegment (3') liegt;

b) Überwachung mindestens eines Betriebsparameters (F, M, n) der mindestens einen im Abstand vergrößert eingestellten Rolle (7'), wobei der Betriebsparameter bei nicht vorliegendem Kontakt der Rolle (7') mit dem Metallstrang (2) einem Sollwert entspricht;

c) Melden der Lage der Sumpfspitze (1) als im Bereich der Rolle (7') liegend, sobald der Wert des überwachten Betriebsparameters (F, M, n) der mindestens einen Rolle (7') von dem Sollwert abweicht.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand aller Rollen (5, 7) des Messsegments (3') auf den vergrößerten Abstand (a₁) eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der überwachte Betriebsparameter die Kraft (F) ist, mit der der Metallstrang (2) auf die mindestens eine Rolle (7') drückt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der überwachte Betriebsparameter das Antriebsmoment (M) ist, mit der die mindestens eine Rolle (7'), als angetriebene Rolle ausgebildet, den Metallstrang (2) antreibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der überwachte Betriebsparameter die Drehzahl (n) ist, mit der die mindestens eine Rolle (7') dreht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sollwert des überwachten Betriebsparameters (F, M, n) Null ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor der Durchführung der Schritte a) bis c) gemäß Anspruch 1 die Gießgeschwindigkeit so gewählt wird, dass die Lage der Sumpfspitze (1) in einen dem Messsegment (3') in Gießrichtung (G) vorgelagerten Bereich gelangt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vergrößerung des Abstandes gemäß Schritt a) von Anspruch 1 auf einen Wert (a₁) erfolgt, der der vorgesehenen Einlaufdicke des durcherstarrten Metallstrangs (2) in das Messsegment (3') zuzüglich eines Sicherheitsbetrag entspricht.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Slcherheltsbetrags zwischen 0,1 mm und 1 mm beträgt.