EP2762251A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Gießen eines Strangs - Google Patents
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- EP2762251A1 EP2762251A1 EP14151733.4A EP14151733A EP2762251A1 EP 2762251 A1 EP2762251 A1 EP 2762251A1 EP 14151733 A EP14151733 A EP 14151733A EP 2762251 A1 EP2762251 A1 EP 2762251A1
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- liquid metal
- strand
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
- B22D11/168—Controlling or regulating processes or operations for adjusting the mould size or mould taper
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- B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
- B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
Definitions
- the invention relates to a method and apparatus for casting a strand having a width b and a thickness d, wherein liquid metal in an intermediate container with a drain opening for the flow of the liquid metal with a flow rate V ⁇ through a pouring tube into a continuous casting mold for casting the strand with a predetermined casting speed v cast is provided.
- the volume flow V ⁇ of liquid metal in the pouring tube is measured as actual value V ⁇ Ist by means of a flow sensor .
- the G garbageLiteLite Little h of the liquid metal in the continuous casting mold is detected as the actual value h IST by G manLitemessooth.
- the G recognizeaptiere plenty of the liquid metal are by means of a control device in accordance with the measured actual values h IST , V ⁇ Is to predetermined target values h SOLL , V ⁇ Target controlled by driving a closure element, which is arranged at the outlet opening of the intermediate container or in the pouring tube ,
- the width b of the strand is controlled with adjustable narrow sides.
- the strand is guided by means of rollers arranged parallel to the broad side of the strand. This ensures the thickness d of the strand.
- the narrow sides of the strand have no support in the area below the mold.
- the strand thus spreads and bulges in the region below the mold in the width direction, ie transversely to the casting direction.
- the width of the strand can reach several percent of the nominal width.
- optical systems such as laser triangulation (eg LAP laser, LIMAB (SlabProfiler)), for the optical width measurement of the strand are known.
- laser triangulation eg LAP laser, LIMAB (SlabProfiler)
- LAP laser LAP laser
- LIMAB LIMAB
- Such laser-based measuring systems are used behind the flame cutting machines in a continuous casting plant, since the high material temperature prevents earlier measurement.
- the object of the invention is to optimize in a known method and a known device for casting a strand, the adjustment of the width of the strand to the effect that an early detection of the spreading of the strand takes place in order to achieve an immediate control of the width of the strand to be cast in order to improve the quality of the product with respect to the precision of the final dimensions of the strand. It is another object of the invention to use existing components of a continuous casting, in particular existing measuring means to save costs.
- the method is characterized in that a width correction .DELTA.b as a function of a determined volume flow control difference from the measured actual value V ⁇ Ist and the predetermined desired value V ⁇ setpoint of the volume flow V ⁇ under Considering the thickness d of the strand to be cast and the casting speed v cast is calculated in a first controller. Subsequently, the calculated width correction .DELTA.b as the first manipulated variable u 1 (t) to a first actuator for adjusting output of at least one narrow side of the casting mold, so that changing the width b of the article to be cast strand takes place.
- a height change .DELTA.h of the G garbageLitetown h is calculated as a function of the width correction .DELTA.b and output to a setpoint / actual value comparator of a second control loop.
- a G garbageLitetownnregeldifferenz e 2 (t) is determined from the measured actual value h IST , the predetermined setpoint h SOLL and the calculated height change .DELTA.h the G machineapt altar h and fed as input to a second controller of the second control loop for controlling the G faux Spiegeltown h.
- the volume flow V ⁇ is controlled taking into account the changed G dirtyaptiere Little h by driving the closure element .
- a width correction .DELTA.b is calculated as a function of a determined volume flow control difference from the measured actual value V ⁇ Ist and a predetermined desired value V ⁇ target of the volume flow V ⁇ taking into account the thickness d of the strand to be cast and the casting speed v cast in a first controller, gives the Advantage that an online calculation is possible.
- the calculated width correction .DELTA.b u is 1 in the form of the manipulated variable (t) to a first actuator for adjusting output of at least one narrow side of the casting mold, so that changing the width b of the article to be cast strand takes place. Due to the fast calculation of the width correction ⁇ b without deadlocking of the system, the width of the strand to be cast undergoes an immediate correction and rejects are avoided. Advantageously, a rapid reaction, so regulation, to the unwanted spreading of the strand to be cast and the current casting width of the continuous casting mold is adjusted.
- a height change .DELTA.h of the G garbageLitetown h is calculated as a function of the width correction ⁇ b, which is output to a setpoint / actual value comparator of a second control loop.
- a G garbageLitetown e 2 (t) from the measured actual value h IST , the predetermined setpoint h SOLL and the calculated height change .DELTA.h the G chiptage civilization h is determined as input for a second controller of the second control loop for controlling the G garbageLitesburg.
- the changing G garbageLitesburg h is corrected in the inner loop promptly.
- V ⁇ target v cast * b * d.
- a continuous caster 100 for pouring liquid metal 200 with a controller 300 is shown.
- the liquid metal 200 ie the melt
- the drainage opening 130 is preferably closed with a closure element 120 that is adjustable.
- the closure element 120 is actuated by the regulating device 300 for opening or closing the outflow opening 130 of the intermediate container 140.
- the closure element 120 is preferably designed as a stopper rod or as a slide and is movable.
- a volume flow V ⁇ of liquid metal 200 in the pouring tube 150 is measured and detected as the actual value of the volume flow V ⁇ Ist .
- the continuous casting mold 160 with broad sides and adjustable narrow sides 170 receives the liquid metal 200.
- the liquid metal 200 forms a casting mirror 210, which has a casting level height h in the continuous casting mold 160.
- the casting-mirror height h in the continuous casting mold 160 is kept substantially constant with the aid of the regulating device 300 in order to ensure a required product quality.
- a strand 190 is subsequently produced from the liquid metal 200.
- the broad sides of the continuous casting mold 160 give the thickness d and the adjustable narrow sides 170 the width b of the strand 190 to be cast.
- the strand 190 is guided and supported by means of parallel to the broad side of the strand 190 arranged continuous casting 180. Due to these continuous casting rolls 180, the predetermined thickness d of the strand 190 is ensured below the mold.
- the control according to the invention counteracts this spread.
- the control device 300 regulates the volume flow V ⁇ of liquid metal 200 by outputting corresponding manipulated variables u 1 (t), u 2 (t) as actuating signals to the respective actuators 420, 520.
- the control device 300 receives as input variables an actual value of the volume flow V ⁇ Ist , which is detected by the flow sensor 440, an actual value of the casting mirror height h IST , which is detected by a G manLitemess worn 540, and target values of the volume flow V ⁇ Soll and the G fauxLite Little h should from a superior level for monitoring or regulating the casting process.
- Other variables that are processed by the control device 300 are the width b and thickness d of the strand 190 to be cast and the casting speed v cast .
- the control device 300 outputs a first manipulated variable u 1 (t) to the first actuator 420, preferably a hydraulic cylinder or a Spindle drive to adjust the at least one narrow side 170 of the continuous casting mold 160.
- a second manipulated variable u 2 (t) is output from the control device 300 to the second actuator 520 in order to adjust the position of the closure element 120 of the intermediate container 140 and thus to regulate the volume flow through the outflow opening 130.
- FIG. 2 a control scheme of the control device 300 is shown.
- the control scheme comprises two control loops, which act together as a cascade control.
- the control variable of a first control loop 400 is the volume flow V ⁇ of liquid metal 200.
- the control variable of a second control loop 500 is the casting level h of the liquid metal 200 in the continuous casting mold 160.
- the second control loop 500 is the inner loop of the cascade control.
- a target value V ⁇ target is specified by a higher level and performed on a first setpoint / actual value comparator 450 of the first control loop 400.
- V ⁇ target v cast * b * d.
- V ⁇ target v cast * b * d.
- the actual value of the volume flow V ⁇ Ist of liquid metal 200 detected by the flow sensor 440 is likewise given to the first setpoint / actual value comparator 450 of the first control loop 400. From the measured actual value V ⁇ actual and the predetermined nominal value V ⁇ target of the volume flow, a volumetric flow control difference e 1 (t) results as an input variable for a first controller 410 in the first control loop 400.
- the first actuator 420 causes the at least one narrow side 170 the continuous casting mold 160 is adjusted on the basis of the calculated width correction .DELTA.b.
- This correction of the width of the continuous casting mold 160 counteracts the unwanted spreading of the strand 190 to be cast.
- the narrow sides 170 of the continuous casting mold 160 are set narrower when the actual value of the volume flow V ⁇ . Is greater than the setpoint of the volumetric flow V ⁇ target is and vice versa.
- the second controller 510 calculates a second manipulated variable u 2 (t) for the second actuator 520, which adjusts the position of the closure element 120, whereupon the volume flow V ⁇ is regulated .
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen eines Stranges mit einer Breite b und einer Dicke d, wobei flüssiges Metall in einem Zwischenbehälter mit einer Abflussöffnung zum Abfließen des flüssigen Metalls mit einem Volumenstrom V̇ durch ein Gießrohr in eine Stranggießkokille zum Gießen des Stranges mit einer vorgegebenen Gießgeschwindigkeit vcast bereitgestellt wird. Der Volumenstrom V̇ an flüssigem Metall im Gießrohr wird als Istwert V̇Ist mittels eines Durchflusssensors gemessen. Die Gießspiegelhöhe h des flüssigen Metalls in der Stranggießkokille wird als Istwert hIST mittels Gießspiegelmesseinrichtung erfasst. Die Gießspiegelhöhe h und der Volumenstroms V̇ des flüssigen Metalls werden mittels einer Regelungseinrichtung nach Maßgabe der gemessenen Istwerte hIST, V̇Ist auf vorgegebene Sollwerte hSOLL, V̇Soll geregelt durch Ansteuern eines Verschlusselements, das an der Abflussöffnung des Zwischenbehälters oder in dem Gießrohr angeordnet ist.
- Beim Stranggießen von Metallen in einer Stranggießanlage wird die Breite b des Strangs mit verstellbaren Schmalseiten geregelt. Im Bereich der Sekundärkühlung, also unterhalb der Stranggießkokille, wird der Strang mit Hilfe parallel zur Breitseite des Strangs angeordneten Rollen geführt. Dadurch wird die Dicke d des Strangs gewährleistet. Die Schmalseiten des Strangs haben im Bereich unterhalb der Kokille keine Stützung. Infolge des ferrostatischen Druckes breitet und baucht sich der Strang somit im Bereich unterhalb der Kokille in Breitenrichtung, also quer zur Gießrichtung, aus. Die Breitung des Strangs kann mehrere Prozent der nominellen Breite erreichen.
- In den Fachartikeln "Numerical Simulation of Slab Broadening in Continuous Casting of Steel", Intech, Chapter 23, 2012 und "Effect of Casting Speed on Slab Broadening in Continuous Casting", steel research int. 82, No. 11, 2011 von Jian-Xun Fu und Wenig-Sing Hwang werden Numerische Simulationen durchgeführt, die den Stranggießprozeß in Bezug auf die unerwünschte Breitung des Stranges simulieren. Ergebnisse bzw. Vorschläge zur Vermeidung der Breitung sind beispielsweise eine Erhöhung der Stranggießgeschwindigkeit, geringere Sekundärkühlung oder eine Erhöhung der Härte des zu verarbeitenden Stahls. Diese Vorschläge sind in der Praxis meist unerwünscht, da gerade weiche Stahlgüten verarbeitet werden sollen.
- Weiterhin sind Lösungen, basierend auf mechanischen Kantentastern bekannt. Zu den Nachteilen solcher Systeme zählen das mechanische Spiel und die erforderliche Wartung der bewegten Komponenten in einer extrem hitzebelasteten Zone.
- Weiterhin sind optische Systeme, wie Laser-Triangulation (z.B. von LAP-Laser, LIMAB (SlabProfiler)), für die optische Breitenmessung des Strangs bekannt. Solche Laser-basierten Messsysteme werden hinter den Brennschneidmaschinen in einer Stranggießanlage eingesetzt, da die hohe Materialtemperatur eine frühere Messung verhindert.
- Bei diesen bekannten Systemen zur Breitenmessung des Strangs, wie beispielsweise die Lasermessung, ist der Abstand vom Kokillenaustritt, wo die Regelung der Strangbreite vorgenommen wird und dem Punkt, an dem die optischen Messsysteme installiert werden mehr als 20 Meter. Hieraus resultiert eine sehr große Totzeit zum Regeln der Strangbreite. Dies kann eine qualitative Herabstufung des gegossenen Produktes zur Folge haben.
- In den Druckschriften
DE 10 2009 057 861 undWO2012/168005 werden Vorrichtungen und Verfahren zur Messung des Durchflusses von flüssigem Metall mit einem Sensor beschrieben, um mittels einer Regelung die Höhe des Gießspiegels in der Stranggießkokille weitgehend konstant zu halten und somit die Produktqualität eines zu gießenden Stranges zu verbessern. - Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem bekannten Verfahren und einer bekannten Vorrichtung zum Gießen eines Stranges die Einstellung der Breite des Strangs dahingehend zu optimieren, dass eine frühe Detektion der Breitung des Strangs erfolgt, um eine sofortige Regelung der Breite des zu gießenden Stranges zu erreichen, damit die Qualität des Produktes bezüglich der Präzision der Endabmessungen des Strangs verbessert wird. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, vorhandene Komponenten einer Stranggießanlage, insbesondere vorhandene Messmittel zu verwenden, um Kosten zu sparen.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1.
- Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Breitenkorrektur Δb in Abhängigkeit einer ermittelten Volumenstromregeldifferenz aus dem gemessenen Istwert V̇Ist und dem vorgegebenen Sollwert V̇Soll des Volumenstroms V̇ unter Berücksichtigung der Dicke d des zu gießenden Stranges und der Gießgeschwindigkeit vcast in einem ersten Regler berechnet wird. Anschließend wird die berechnete Breitenkorrektur Δb als erste Stellgröße u1(t) an ein erstes Stellglied zum Verstellen mindestens einer Schmalseite der Stranggießkokille ausgegeben, so dass eine Änderung der Breite b des zu gießenden Stranges erfolgt. Eine Höhenänderung Δh der Gießspiegelhöhe h wird in Abhängigkeit der Breitenkorrektur Δb berechnet und an einen Soll-/Istwert-Vergleicher eines zweiten Regelkreises ausgegeben. Eine Gießspiegelhöhenregeldifferenz e2(t) wird aus dem gemessenen Istwert hIST, dem vorgegebenen Sollwert hSOLL und der berechneten Höhenänderung Δh der Gießspiegelhöhe h ermittelt und als Eingangsgröße einem zweiten Regler des zweiten Regelkreis zum Regeln der Gießspiegelhöhe h zugeführt. Der Volumenstrom V̇ wird unter Berücksichtigung der geänderten Gießspiegelhöhe h durch Ansteuern des Verschlusselementes geregelt.
- Dass gemäß Anspruch 1 eine Breitenkorrektur Δb in Abhängigkeit einer ermittelten Volumenstromregeldifferenz aus dem gemessenen Istwert V̇Ist und einem vorgegebenen Sollwert V̇Soll des Volumenstroms V̇ unter Berücksichtigung der Dicke d des zu gießenden Stranges und der Gießgeschwindigkeit vcast in einem ersten Regler berechnet wird, ergibt den Vorteil, dass eine Online-Kalkulation möglich ist.
- Vorteilhafterweise wird die berechnete Breitenkorrektur Δb in Form der Stellgröße u1(t) an ein erstes Stellglied zum Verstellen mindestens einer Schmalseite der Stranggießkokille ausgegeben, so dass eine Änderung der Breite b des zu gießenden Stranges erfolgt. Durch die schnelle Berechnung der Breitenkorrektur Δb ohne Totzeitbehaftung des Systems erfährt die Breite des zu gießenden Stranges eine umgehende Korrektur und Ausschuss wird vermieden. Vorteilhafterweise erfolgt eine schnelle Reaktion, also Regelung, auf die unerwünschte Breitung des zu gießenden Stranges und die aktuelle Gießbreite der Stranggießkokille wird angepasst.
- Vorteilhafterweise wird eine Höhenänderung Δh der Gießspiegelhöhe h in Abhängigkeit der Breitenkorrektur Δb berechnet, die an einen Soll-/Istwert-Vergleicher eines zweiten Regelkreises ausgegeben wird. Vorteilhafterweise wird für einen zweiten Regler des zweiten Regelkreises zum Regeln der Gießspiegelhöhe h eine Gießspiegelhöhenregeldifferenz e2(t) aus dem gemessenen Istwert hIST, dem vorgegebenen Sollwert hSOLL und der berechneten Höhenänderung Δh der Gießspiegelhöhe h als Eingangsgröße ermittelt. Die sich ändernde Gießspiegelhöhe h wird im inneren Regelkreis zeitnah ausgeregelt.
- Dadurch, dass der Volumenstrom V̇ unter Berücksichtigung der geänderten Gießspiegelhöhe h durch Ansteuern des Verschlusselements geregelt wird, ergibt sich der Vorteil, dass sich der Volumenstrom auf die aktuelle Gießbreite einstellt und die Gießspiegelhöhe h weitgehend konstant gehalten wird, damit die Produktqualität stabil bleibt.
- Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist der Sollwert V̇Soll des Volumenstroms V̇ abhängig von der Gießgeschwindigkeit vcast, der Breite b und der Dicke d des zu gießenden Stranges (V̇Soll = vcast *b*d). Vorteilhafterweise ergibt sich somit ein Zusammenhang zwischen Volumenstrom und Breite des zu gießenden Stranges.
- Dadurch, dass eine Volumenstromregeldifferenz e1(t) aus dem gemessenen Istwert V̇Ist und dem Sollwert V̇Soll des Volumenstroms V̇ als Eingangsgröße für den ersten Regler in einem ersten Regelkreis verwendet wird und die Breitenkorrektur Δb wie folgt: Δb= e1(t) * 1/(vcast*d) berechnet wird, ergibt sich der Vorteil, dass die Istbreite des zu gießenden Stranges nicht mit einer aufwendigen zusätzlichen Messeinrichtung gemessen werden muss und vorteilhafterweise nicht totzeitbehaftet ist.
- Vorteilhafterweise wird die Höhenänderung Δh der Gießspiegelhöhe h wie folgt berechnet: Δh= Δb /b * hSOLL
- Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Höhenregelung im inneren zweiten Regelkreis schneller und genauer erfolgt.
- Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch die beanspruchte Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 6 bis 12 gelöst. Die Vorteile dieser Lösungen entsprechen den oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteilen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und des Verfahrens der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Der Beschreibung sind insgesamt zwei Figuren beigefügt, wobei
- Figur 1
- schematisch eine Stranggießanlage und
- Figur 2
- ein Regelschema
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben.
- In
Figur 1 wird eine Stranggießanlage 100 zum Gießen von flüssigem Metall 200 mit einer Regelungseinrichtung 300 dargestellt. Das flüssige Metall 200, also die Schmelze, wird in einem Zwischenbehälter 140 mit einer Abflussöffnung 130 bereitgestellt. Die Abflussöffnung 130 wird vorzugsweise mit einem Verschlusselement 120, das einstellbar ist, verschlossen. Das Verschlusselement 120 wird von der Regelungseinrichtung 300 zum Öffnen oder Verschließen der Abflussöffnung 130 des Zwischenbehälters 140 angesteuert. Das Verschlusselement 120 ist vorzugsweise als Stopfenstange oder als Schieber ausgebildet und ist verfahrbar. Somit wird der Abfluss des flüssigen Metalls 200 aus dem Zwischenbehälter 140 heraus durch ein sich anschließendes Gießrohr 150 hindurch in eine Stranggießkokille 160 geregelt. Mit einem Durchflusssensor 440, insbesondere einem Lorentzkraft Anemometer, wird ein Volumenstrom V̇ an flüssigem Metall 200 in dem Gießrohr 150 gemessen und als Istwert des Volumenstroms V̇Ist erfasst. Die Stranggießkokille 160 mit Breitseiten und verstellbaren Schmalseiten 170 nimmt das flüssige Metall 200 auf. In der Stranggießkokille 160 bildet das flüssige Metall 200 einen Gießspiegel 210, der eine Gießspiegelhöhe h in der Stranggießkokille 160 aufweist. Die Gießspiegelhöhe h in der Stranggießkokille 160 wird mit Hilfe der Regelungseinrichtung 300 im Wesentlichen konstant gehalten, um eine erforderliche Produktqualität zu gewährleisten. In bekannter Weise wird anschließend aus dem flüssigen Metall 200 ein Strang 190 erzeugt. Die Breitseiten der Stranggießkokille 160 geben die Dicke d und die verstellbaren Schmalseiten 170 die Breite b des zu gießenden Stranges 190 vor. Im Bereich der Sekundärkühlung, also unterhalb der Stranggießkokille 160, wird der Strang 190 mit Hilfe parallel zur Breitseite des Strangs 190 angeordneten Stranggießrollen 180 geführt und gestützt. Aufgrund dieser Stranggießrollen 180 wird die vorgegebene Dicke d des Strangs 190 unterhalb der Kokille gewährleistet. - Eine derartige Führung und Stützung ist an den Schmalseiten des Stranges 190 im Bereich der Sekundärkühlung nicht gegeben. In Folge des ferrostatischen Drucks breitet und baucht sich der Strang 190 in diesem Bereich in Breitenrichtung, also quer zur Gießrichtung, aus und es entsteht eine unerwünschte Breitung des zu gießenden Strangs 190. Dies erfolgt insbesondere bei weichen Stahlgüten. Die Breitung des Strangs 190 kann mehrere Prozente der nominellen Breite b erreichen und wirkt sich nachteilig auf die Produktendabmessung und somit auf die Produktqualität aus.
- Die erfindungsgemäße Regelung wirkt dieser Breitung entgegen.
- Die Regelungseinrichtung 300 regelt den Volumenstrom V̇ an flüssigem Metall 200, indem sie entsprechende Stellgrößen u1(t), u2(t) als Stell-Signale an die jeweiligen Stellglieder 420, 520 ausgibt. Als Eingangsgrößen erhält die Regelungseinrichtung 300 insbesondere einen Istwert des Volumenstroms V̇Ist , der von dem Durchflusssensor 440 erfasst wird, einen Istwert der Gießspiegelhöhe hIST, der von einer Gießspiegelmesseinrichtung 540 erfasst wird, und Sollwerte des Volumenstroms V̇Soll und der Gießspiegelhöhe hsoll von einer übergeordneten Ebene zur Überwachung bzw. Regelung des Gießprozesses. Weitere Größen, die von der Regelungseinrichtung 300 verarbeitet werden sind die Breite b und Dicke d des zu gießenden Stranges 190 und die Gießgeschwindigkeit vcast. Die Regelungseinrichtung 300 gibt eine erste Stellgröße u1(t) an das erste Stellglied 420, vorzugsweise einen Hydraulikzylinder oder einen Spindelantrieb, um die mindestens eine Schmalseite 170 der Stranggießkokille 160 zu verstellen. Eine zweite Stellgröße u2(t) wird von der Regelungseinrichtung 300 an das zweite Stellglied 520 ausgegeben, um die Position des Verschlusselements 120 des Zwischenbehälters 140 zu verstellen und damit den Volumenstrom durch die Abflussöffnung 130 zu regeln.
- In
Figur 2 ist ein Regelschema der Regelungseinrichtung 300 dargestellt. Das Regelschema umfasst zwei Regelkreise, die als Kaskadenregelung zusammen wirken. Die Regelgröße eines ersten Regelkreises 400 ist der Volumenstrom V̇ an flüssigem Metall 200. Die Regelgröße eines zweiten Regelkreises 500 ist die Gießspiegelhöhe h des flüssigen Metalls 200 in der Stranggießkokille 160. Der zweite Regelkreis 500 ist der innere Regelkreis der Kaskadenregelung. - Für die primär zu regelnde Regelgröße, den Volumenstrom V̇ an flüssigem Metall 200, wird ein Sollwert V̇Soll von einer übergeordneten Ebene vorgegeben und auf einen ersten Soll-/Istwert-Vergleicher 450 des ersten Regelkreises 400 geführt.
- Dieser Sollwert V̇Soll ist abhängig von der Gießgeschwindigkeit vcast, der Breite b und der Dicke d des Stranges 190 gemäß folgender Gesetzmäßigkeit: V̇Soll = vcast *b*d. Der von dem Durchflusssensor 440 erfasste Istwert des Volumenstroms V̇Ist an flüssigem Metall 200 wird ebenfalls auf den ersten Soll-/Istwert-Vergleicher 450 des ersten Regelkreises 400 gegeben. Aus dem gemessenen Istwert V̇Ist und dem vorgegebenen Sollwert V̇Soll des Volumenstroms ergibt sich eine Volumenstromregeldifferenz e1(t) als Eingangsgröße für einen ersten Regler 410 in dem ersten Regelkreis 400. Dieser erste Regler 410 berechnet die Breitenkorrektur Δb= e1(t) * 1/(vcast*d) als Stellgröße u1(t) für das erstes Stellglied 420. Das erste Stellglied 420 bewirkt, dass die mindestens eine Schmalseite 170 der Stranggießkokille 160 aufgrund der berechneten Breitenkorrektur Δb verstellt wird. Diese Korrektur der Breite der Stranggießkokille 160 wirkt der unerwünschten Breitung des zu gießenden Stranges 190 entgegen. Beispielsweise werden die Schmalseiten 170 der Stranggießkokille 160 enger eingestellt, wenn der Istwert des Volumenstroms V̇.Ist größer als der Sollwert des Volumenstroms V̇Soll ist und umgekehrt.
- Die Verstellung der mindestens einen Schmalseite 170 der Stranggießkokille 160 bewirkt eine Höhenänderung Δh=Δb/b * h der Gießspiegelhöhe h des flüssigen Metalls 200 in der Stranggießkokille 160. Diese Höhenänderung Δh, ein vorgegebener Sollwert der Gießspiegelhöhe hSOLL und ein erfasster Istwert der Gießspiegelhöhe hIST werden auf einen zweiten Soll-Istwert-Vergleicher (550) des zweiten Regelkreises 500 geführt, der aus diesen Größen eine Gießspiegelhöhenegeldifferenz e2(t) = HSOLL - HIST - Δh bildet, die als Eingangsgröße für einen zweiten Regler 510 weitergeben wird. Der zweite Regler 510 berechnet eine zweite Stellgröße u2(t) für das zweite Stellglied 520, welches die Position des Verschlusselements 120 verstellt, worauf eine Regelung des Volumenstroms V̇ erfolgt.
- Aufgrund der Verstellung der Schmalseiten 170 ergibt sich eine Änderung der Gießspiegelhöhe h des flüssigen Metalls 200. Der Istwert der Gießspiegelhöhe hIST wird erfasst und der innere Regelkreis, also der zweite Regelkreis 500, regelt die Gießspiegelhöhe h auf den vorgegebenen Sollwert hSOLL aus.
-
- 100
- Stranggießanlage
- 120
- Verschlusselement
- 130
- Abflussöffnung
- 140
- Zwischenbehälter
- 150
- Gießrohr
- 160
- Stranggießkokille
- 170
- Schmalseite
- 180
- Stranggießrolle
- 190
- Strang
- 200
- flüssiges Metall (Schmelze)
- 210
- Gießspiegel
- 300
- Regelungseinrichtung
- 400
- erster Regelkreis
- 410
- erster Regler
- 420
- erstes Stellglied
- 430
- erste Regelstrecke
- 440
- Durchflusssensor
- 450
- erster Soll-/Istwert-Vergleicher
- 500
- zweiter Regelkreis
- 510
- zweiter Regler
- 520
- zweites Stellglied
- 530
- zweite Regelstrecke
- 540
- Gießspiegelmesseinrichtung
- 550
- zweiter Soll-/Istwert-Vergleicher
- V̇
- Volumenstrom an flüssigem Metall
- V̇Soll
- Sollwert des Volumenstroms
- V̇Ist
- Istwert des Volumenstroms
- h
- Gießspiegelhöhe
- hSOLL
- Sollwert der Gießspiegelhöhe
- hIST
- Istwert der Gießspiegelhöhe
- Δh
- Höhenänderung des Gießspiegels
- d
- Dicke
- b
- Breite
- Δb
- Breitenkorrektur
- vcast
- Gießgeschwindigkeit
- e1(t)
- Volumenstromregeldifferenz
- u1(t)
- erste Stellgröße
- e2(t)
- Gießspiegelhöhenregeldifferenz
- u2(t)
- zweite Stellgröße
Claims (12)
- Verfahren zum Gießen eines Stranges (190) mit einer Breite b und einer Dicke d, aufweisend folgende Schritte:Bereitstellen von flüssigem Metall (200) in einem Zwischenbehälter (140) mit einer Abflussöffnung (130) zum Abfließen des flüssigen Metalls (200) mit einem Volumenstrom V̇ durch ein Gießrohr (150) in eine Stranggießkokille (160) zum Gießen des Stranges (190) mit einer vorgegebenen Gießgeschwindigkeit vcast;Messen des Volumenstroms V̇ an flüssigem Metall (200) im Gießrohr (150) als Istwert V̇Ist mittels eines Durchflusssensors (440);Erfassen der Gießspiegelhöhe h des flüssigen Metalls (200) in der Stranggießkokille (160) als Istwert hIST mittels Gießspiegelmesseinrichtung (540);Regeln der Gießspiegelhöhe h und des Volumenstroms V̇ des flüssigen Metalls (200) mittels einer Regelungseinrichtung (300) nach Maßgabe der gemessenen Istwerte hIST, V̇Ist auf vorgegebene Sollwerte HSOLL, V̇Soll durch Ansteuern eines Verschlusselements (120), das an der Abflussöffnung (130) des Zwischenbehälters (140) oder in dem Gießrohr (150) angeordnet ist;gekennzeichnet durchBerechnen einer Breitenkorrektur Δb in Abhängigkeit einer ermittelten Volumenstromregeldifferenz e1(t) aus dem gemessenen Istwert V̇Ist unddem vorgegebenen Sollwert V̇Soll , unter Berücksichtigung der Dicke d des zu gießenden Stranges (190) und der Gießgeschwindigkeit vcast in einem ersten Regler (410);Ausgeben der berechneten Breitenkorrektur Δb in Form einer Stellgröße u1(t) an ein erstes Stellglied (420) zum Verstellen mindestens einer Schmalseite (170) der Stranggießkokille (160), so dass eine Änderung der Breite b des zu gießenden Stranges (190) erfolgt;Berechnen einer Höhenänderung Δh der Gießspiegelhöhe h in Abhängigkeit der Breitenkorrektur Δb zum Ausgeben an einen zweiten Soll-/Istwert-Vergleicher (550) eines zweiten Regelkreises (500);Ermitteln einer Gießspiegelhöhenregeldifferenz e2(t) aus dem gemessenen Istwert hIST, dem vorgegebenen Sollwert hSOLL und der berechneten Höhenänderung Δh der Gießspiegelhöhe h als Eingangsgröße für einen zweiten Regler (510) des zweiten Regelkreises (500) zum Regeln der Gießspiegelhöhe h; undRegeln des Volumenstroms V̇ unter Berücksichtigung der geänderten Gießspiegelhöhe h durch Ansteuern des Verschlusselements (120).
- Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sollwert V̇Soll des Volumenstroms V̇ abhängig ist von der Gießgeschwindigkeit vcast, der Breite b und der Dicke d des zu gießenden Stranges gemäß der folgenden Gesetzmäßigkeit: V̇Soll = vcast *b*d. - Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Volumenstromregeldifferenz e1(t) aus dem gemessenen Istwert V̇Ist und dem vorgegebenen Sollwert V̇Soll des Volumenstroms V̇ als Eingangsgröße für den ersten Regler (410) in einem ersten Regelkreis (400) verwendet wird. - Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Breitenkorrektur Δb wie folgt berechnet wird: Δb= e1(t) * 1/(vcast*d). - Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Höhenänderung Δh der Gießspiegelhöhe h wie folgt berechnet wird: Δh= Δb /b * hSOLL. - Vorrichtung (100) zum Gießen eines Stranges (190) mit einer Breite b und einer Dicke d zum Durchführen des beanspruchten Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5, aufweisend:einen Zwischenbehälter (140) zum Bereitstellen von flüssigem Metall (200) mit einer Abflussöffnung (130) zum Abfließen des flüssigen Metalls (200) mit einem Volumenstrom V̇ durch ein Gießrohr (150) in eine Stranggießkokille (160) zum Gießen des Stranges (190) mit einer vorgegebenen Gießgeschwindigkeit vcast;ein Verschlusselement (120) an der Abflussöffnung (130) des Zwischenbehälters (140) oder in dem Gießrohr (150) zum Beeinflussen des Volumenstroms V̇ an flüssigem Metall (200);einen Durchflusssensor (440) zum Messen des Volumenstroms V̇ an flüssigem Metall (200) im Gießrohr (150) als Istwert V̇Ist ;eine Gießspiegelmesseinrichtung (540) zum Erfassen der Gießspiegelhöhe h des flüssigen Metalls (200) in der Stranggießkokille (160) als Istwert hIST;eine Regelungseinrichtung (300) zum Regeln der Gießspiegelhöhe h und des Volumenstroms V̇ des flüssigen Metalls (200) nach Maßgabe der gemessenen Istwerte hIST, V̇Ist auf vorgegebene Sollwerte HSOLL, V̇Soll durch Ansteuern des Verschlusselements (120);dadurch gekennzeichnet, dassein erster Regler (410) in der Regelungseinrichtung (300) ausgebildet ist zum Berechnen einer Breitenkorrektur Δb der Breite b des zu gießenden Stranges (190) und ausgebildet ist zum Berechnen einer Höhenänderung Δh der Gießspiegelhöhe h in Abhängigkeit der Breitenkorrektur Δb;ein erstes Stellglied (420) ausgebildet ist zum Verstellen mindestens einer Schmalseite (170) der Stranggießkokille (160), im Ansprechen auf die Breitenkorrektur Δb in Form der Stellgröße u1(t), wobei eine Änderung der Breite b des zu gießenden Stranges (190) erfolgt;ein zweiter Regler (510) in der Regelungseinrichtung (300) ausgebildet ist zum Regeln der Gießspiegelhöhe h unter Berücksichtigung der berechneten Höhenänderung Δh; unddas Verschlusselement (120) zum Regeln des Volumenstroms V̇ im Ansprechen auf die geänderte Gießspiegelhöhe h ansteuerbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Stellglied (420) in Form eines Hydraulikzylinders oder eines Spindelantriebs ausgebildet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verschlusselement (120) als eine Stopfenstange oder als ein Schieber ausgebildet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stopfenstange vertikal verfahrbar oberhalb der Abflussöffnung (130) angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schieber unterhalb der Abflussöffnung (130) des Zwischenbehälters (140) zum Verschließen der Abflussöffnung (130) horizontal verfahrbar angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Durchflusssensor (440) als Lorentzkraft Anemometer ausgebildet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regelungseinrichtung (300) mit mindestens 2 Regelkreisen (400,500) ausbildbar ist, die kaskadenförmig angeordnet sind.
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