EP2991788A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung des flüssigmetallspiegels in einer kokille - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur regelung des flüssigmetallspiegels in einer kokille

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EP2991788A1
EP2991788A1 EP14726085.5A EP14726085A EP2991788A1 EP 2991788 A1 EP2991788 A1 EP 2991788A1 EP 14726085 A EP14726085 A EP 14726085A EP 2991788 A1 EP2991788 A1 EP 2991788A1
Authority
EP
European Patent Office
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strand
level
casting
time
mirror
Prior art date
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Granted
Application number
EP14726085.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2991788B1 (de
Inventor
Heinz-Dieter RUMPLER
Robert ZIRKL
Silvio Cecchini
Andreas DISSAUER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tbr Casting Technologies GmbH
Original Assignee
Tbr Casting Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tbr Casting Technologies GmbH filed Critical Tbr Casting Technologies GmbH
Publication of EP2991788A1 publication Critical patent/EP2991788A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2991788B1 publication Critical patent/EP2991788B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B22D11/181Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14Closures
    • B22D41/16Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14Closures
    • B22D41/22Closures sliding-gate type, i.e. having a fixed plate and a movable plate in sliding contact with each other for selective registry of their openings

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the liquid metal level in a mold, in particular a continuous casting mold, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • the level of the mold level in a mold must be kept as constant as possible and variations in the level of the mold level must be avoided to ensure uniform shell growth and the occurrence of strand defects, such as overlaps, inclusions of mold powder, formation of To avoid cracks, etc.
  • this includes: changing the casting speed
  • a change in the casting speed represents a one-time event, which leads to a one-time exceeding the allowable fluctuation range of the G manaptapt level to the desired position and which is compensated by the G manaptregelung with some minor Nachschwankache.
  • a wear of the plug or spout opening leads to a larger flow rate and would result in an increase of the casting level at a constant withdrawal speed.
  • wear ß occurs rather slowly compared to the intervention times of the scheme, so that this effect is generally adjusted continuously without any visible effect on the level of the casting mirror.
  • a narrowing of the spout opening due to "clogging" also does not occur suddenly and is compensated by the mold level control while maintaining the take-off speed by lifting the plug (or opening the spool) the set withdrawal speed of the strand can no longer be maintained. Then the casting speed has to be reduced or in extreme cases the casting process has to be stopped.
  • G intelligentschwankungen can be effected by so-called strand outbookings, known as a "bulging" effect.
  • Strand bulging occurs in particular during casting of so-called slab formats due to the effect of ferrostatic pressure on the strand shell at locations where it is not supported, ie immediately after exit from the mold and between the strand guide rolls or support rolls.
  • strand bulges also called strand pumps
  • the casting level would be uniform if metal is fed into the mold decline. If this strand position then returns to the area of a support roll, the solidified strand shell is compressed, whereby an increase in the casting level would be effected.
  • constant casting speed, constant ferrostatic pressure and constant casting temperature these two effects compensate each other and there is no influence on the pouring level.
  • Critical is the effect of irregular strand bulges or "unsteady bulging”.
  • the volume of the liquid metal within the solidified strand shell changes with uneven strand shell growth.
  • the mold level sinks as it rises as the concave part passes through the area of the support rollers.
  • the thinner the strand shell is on exit from the mold or at the beginning of the secondary cooling zone the more pronounced the effect of strand bulking. This means that a high casting speed and low secondary cooling, apart from the properties of the casting powder used, promote strand bulging.
  • the induced by the irregular Strandausbauchungen G understandapttikschwankept have compared to the usual control fluctuations a long period and are in a time frame of 2.5 seconds. to 25 sec.
  • the present invention is based on the objective of automatically deducing the occurrence of strand bulges from the ongoing analysis of the fluctuations in the levels of the casting mirror detected by the casting level measurement without additional devices on the basis of the number and type of exceeding of defined limit values and their effect to avoid the pouring mirror by an adapted, the normal control process superimposed control algorithm.
  • the amplitude of the G manschwankacheschwankungen is constantly monitored and overruns or falls below an allowable detection limit registered.
  • a detection threshold between ⁇ 3mm and ⁇ 6mm is selected. These values are therefore outside the normal stability during normal casting, where fluctuations of ⁇ 2, Omm are normal.
  • a non-periodic disturbance such as a change in casting speed, may result in exceeding the above limit.
  • the intervals of such disturbances are shorter than those caused by irregular strand bulges and the number of deviations is limited, so that they can be corrected by the standard G manadorregelung in a short time.
  • a fault counter is incremented from zero by the number one whenever the positive or negative detection limit is exceeded. Whenever a count is made, a wait time window with a run time of 1. 0sec. up to 3.0sec. open. A further disturbance count is only made if the wait time has expired and it occurs within a certain time window, which is indicative of the effect of irregular string bulges. This collection time frame within which a count is allowed is up to 30.0sec after the wait time.
  • the setting values of the counter for the detection of "bulging” can be selected with values between 5 and 10, whereby a value of 8 is preferentially selected. If a limit value is exceeded within the waiting time, then no disturbance counting takes place.
  • This function is used to recognize Whether or not a limit value violation is caused by a non-periodic disturbance, in which the period of the oscillations is shorter than that caused by burst bulges, and only if another disturbance occurs up to 30 seconds after the expiry of the waiting time is it counted and the time slots for the waiting time and the acquisition time are reset and start to run again.
  • a deactivation time window is also opened whose period of time is equal to that of the acquisition time frame. If no further fault occurs within this period, all time windows and the fault counter are reset.
  • the timers are reset and on the other hand the fault is registered until the fault counter reaches the set value between 5 and 10.
  • the counter is set to 0 (zero) and the time window is set to its initial position, ie also 0 (zero). Only after registering a new fault, the time windows are reactivated and the counting process begins again.
  • the present invention is therefore a method by which increased G manschwankonne Heidelbergschwankache attributed to irregular strand bulges ("unsteady bulging") are clearly recognized as such without the use of additional measuring equipment and against other G manadorschwankept, as for example by a change in the Characteristic features are the acquisition and registration of additional parameters from the existing measurement and control system such as a fault count, by each of which a first following disturbance, the one, within the limits of detects a positive or negative overshoot detection limit set at least ⁇ 3mm to within ⁇ 6mm of the target level of the water level, then increments by 1 if and after a waiting time selected in the range of 1, 0sec to 3.0sec and before expiration of a starting after the end of the waiting time selectable detection period to 30,0sec.
  • Detection system will not detect unacceptable bilge disturbances due to irregular strand bulge - no further action
  • FIGS. 1 to 6 illustrate the principles of the present invention.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of a continuous slab caster. From a distribution vessel, not shown, the liquid steel 1 passes through a spout opening 2 with dip tube in the continuous casting mold 3, wherein the metal inflow is controlled by a plug 4 so that the casting level 5 approximately in accordance with the withdrawal speed V caused by the driver rollers not shown here is kept constant. Furthermore, FIG. 1 shows the guided by support rollers 6 strand, which is formed in this area of the fixed strand shell 7 and the existing of liquid steel 1 core.
  • the growth of the initial strand shell is not uniform, but may be different depending on the contact with the mold wall, the effect of the secondary cooling, etc.
  • FIG. 4 schematically illustrates the behavior of the casting mirror 5 over time when irregular bulges 8 occur using the measurement and control method according to the invention.
  • the standard controller keeps the level of the pouring mirror 5 within a range of ⁇ 1 mm to ⁇ 3 mm.
  • the standard controller can not control the pouring mirror fluctuations, so that they build up and ultimately exceed the upper and / or lower detection limit.
  • Fig. 5 summarizes the basics of the invention detection of irregular bulges 8 from the behavior of the Cast Mirrors 5.
  • the requirement for registration as an irregular bulge 8 is that the level of the pouring mirror 5 is between 5 times and 10 times, typically 8 times the set detection or detection limits, each within a selected detection time frame of up to 30.0 seconds after a waiting time of 1, 0sec- 3.0sec. exceeds.
  • FIG. 6 shows a block diagram of how the adaptation according to the invention of the controller software of a mold level control 10 and of a control algorithm 1 according to the invention adapted to leveling irregularities caused by irregular bulges 8 are compensated.
  • the signal coming from the mold level gauge 9 is analyzed in the "Bulging" detection block 12, as shown in Fig. 4 and Fig. 5. If no disturbance is detected, the controller continues to operate in the standard pouring mode mode If the occurrence of "bulging" can be recognized, the control algorithm 1 1 is changed to an increased intervention, so that these stronger and occurring at longer intervals disturbances are compensated by appropriate influence on the position of the plug 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Non-Electrical Variables (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Durch Analyse des aus der Messung eines Gießspiegels (5) erhaltenen Signals wird das Auftreten unregelmäßiger Strangausbauchungen (8) erkannt und durch Aufschaltung eines zusätzlichen Kontrollalgorithmus in der Gießspiegelregelung (10) eine verstärkte und angepasste Stopfenbewegung bewirkt, sodass damit die Schwankungen des Gießspiegels (5) um das Sollniveau in einem vorgegebenen Bereich von ± 1,0 bis ± 3,0 mm gehalten werden können.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des
Flüssigmetallspiegels in einer Kokille
BESCHREIBUNG
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Flüssigmetallspiegels in einer Kokille, insbesondere einer Stranggießkokille, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es ist bekannt, dass beim Stranggießen von Stählen das Niveau des Gießspiegels in einer Kokille möglichst konstant gehalten und Schwankungen des Niveaus des Gießspiegels vermieden werden müssen, um ein gleichmäßiges Schalenwachstum zu gewährleisten und das Auftreten von Strangfehlern, wie Überlappungen, Einschlüssen von Gießpulver, Bildung von Rissen, etc. zu vermeiden.
Dies wird im allgemeinen durch einen über einer Ausgussöffnung im Verteileroder Zwischengefäß angebrachten, in vertikaler Richtung beweglichen Stopfen oder auch horizontal beweglichen Schieber erreicht, durch dessen Stellung die Durchflussmenge des flüssigen Metalls in die Kokille gesteuert wird, und für dessen Stellmechanismus die Gießspiegelmessvorrichtung je nach Abweichung des Gießspiegels vom Sollwert ein Signal liefert. Bei ungestörtem Gießverlauf und einer konstanten Abzugsgeschwindigkeit des Stranges aus der Kokille sind nur geringe Eingriffe erforderlich, sodass ein geringfügiges Schwanken des Gießspiegels um die Sollposition auftritt, welches durch geringfügige Korrekturen der Stopfen-(Schieber-)position korrigiert wird. In diesem Fall schwankt das Niveau des Gießspiegels typischerweise um ± 1 ,5mm bis 3mm um die Sollposition, wobei die Störungen innerhalb eines Zeitrahmens von 0,3sec. bis 1 ,5sec. ausgeglichen werden können. Es kann aber im Gießbetrieb auch zu Störungen kommen, durch welche die tolerierbare Abweichung des Gießspiegelniveaus vom Sollwert deutlich überschritten wird und auf welche die Gießspiegelregelung reagieren muss.
Im Rahmen des normalen Gießbetriebs gehören dazu : Änderung der Gießgeschwindigkeit
Verschlei ß von Stopfen und Ausgussöffnung
Verengung der Ausgussöffnung durch Ablagerung
Einschlüssen bekannt als„clogging"
Eine Änderung der Gießgeschwindigkeit stellt ein einmaliges Ereignis dar, das zu einem einmaligen Über- bzw. Unterschreiten der zulässigen Schwankungsbreite des Gießspiegelniveaus um die Sollposition führt und die von der Gießspiegelregelung mit einigen kleineren Nachschwankungen ausgeglichen wird.
Ein Verschleiss von Stopfen oder Ausgussöffnung führt zu einer größeren Durchflussmenge und hätte bei konstanter Abzugsgeschwindigkeit ein Ansteigen des Gießspiegel zur Folge. Ein derartiger Verschlei ß tritt aber eher langsam im Vergleich zu den Eingriffszeiten der Regelung auf, sodass dieser Effekt im allgemeinen laufend, ohne sichtbare Auswirkung auf das Niveau des Gießspiegels ausgeregelt wird.
Eine Verengung der Ausgussöffnung durch „clogging" tritt ebenfalls nicht plötzlich auf und wird von der Gießspiegelregelung unter Beibehaltung der Abzugsgeschwindigkeit durch Anheben des Stopfens (bzw. Öffnen des Schiebers) ausgeglichen. Bei massivem „clogging" und entsprechender Verengung der Ausgussöffnung kann möglicherweise die Gießleistung für die eingestellte Abzugsgeschwindigkeit des Stranges nicht mehr gehalten werden. Dann muss die Gießgeschwindigkeit reduziert werden bzw. in extremen Fällen der Gießvorgang abgebrochen werden.
Außer den obigen Störungen können größere Gießspiegelschwankungen auch durch sogenannte Strangausbuchungen, ein als „bulging" bekannter Effekt, bewirkt werden.
Zu Strangausbauchungen kommt es insbesondere beim Gießen von sogenannten Brammenformaten durch die Wirkung des ferrostatischen Drucks auf die Stranggschale an Stellen, wo diese nicht gestützt wird, also unmittelbar nach dem Austritt aus der Kokille und zwischen den Strangführungsrollen bzw. Stützrollen.
Die Wirkung von Strangausbauchungen, auch Strangpumpen genannt, auf den Gießspiegel kann wie folgt veranschaulicht werden: Kommt es bei gleichmäßiger Abzugsgeschwindigkeit des Stranges aus der Kokille zunächst zu einer Ausbauchung und Erweiterung des flüssigen Anteils des Gießquerschnitts, so würde bei gleichmäßiger Metallzufuhr in die Kokille der Gießspiegel sinken. Gelangt diese Strangposition dann wieder in den Bereich einer Stützrolle, so wird die erstarrte Strangschale zusammengedrückt, wodurch ein Ansteigen des Gießspiegel bewirkt werden würde. Bei konstanter Gießgeschwindigkeit, konstantem ferrostatischen Druck und konstanter Gießtemperatur kompensieren sich diese beiden Effekte und es kommt zu keiner Beeinflussung des Gießspiegels. Man spricht hier von einer gleichmäßigen Ausbauchung oder im Fachjargon von„steady bulging". Kritisch ist der Effekt von unregelmäßigen Strangausbauchungen oder „unsteady bulging". Hier verändert sich das Volumen des flüssigen Metalls innerhalb der erstarrten Strangschale bei ungleichmäßigem Strangschalenwachstum. Wenn sich der konvexe Teil der Strangschale zwischen den Stützrollen befindet sinkt der Gießspiegel, während er ansteigt, wenn der konkave Teil den Bereich der Stützrollen durchläuft. Grundsätzlich ist zu sagen, dass der Effekt des Strangausbauchens umso ausgeprägter ist, je dünner die Strangschale beim Austritt aus der Kokille bzw. am Anfang der Sekundärkühlzone ist. Das bedeutet, dass eine hohe Gießgeschwindigkeit und geringe Sekundärkühlung, abgesehen von den Eigenschaften des verwendeten Gießpulvers, das Strangausbauchen fördern. Die durch die unregelmäßigen Strangausbauchungen hervorgerufenen Gießspiegelschwankungen haben im Vergleich zu den üblichen Regelschwankungen eine lange Periode und liegen in einem Zeitrahmen von 2,5sec. bis 25 sec. Diese Periode ist zu lang, um vom Standardregler, der auf Perioden von 0,3sec. bis 1 ,5sec. eingestellt ist, erfasst und ausgeregelt zu werden. Im Gegenteil, es besteht die Gefahr, dass sich das System aufschaukelt. Abhilfe dagegen kann dann nur durch Ausschalten der Regelung und erneutes Starten mit geänderten Regelparametern bzw. manuellem Betrieb erreicht werden, was keineswegs als ordnungsgemäßer Regelvorgang bezeichnet werden kann.
Im einschlägigen Schrifttum werden die o.a. Störungen beschrieben, wobei vor allem durch indirekte Messverfahren auf das Auftreten von Strangausbauchungen, auch als Strangpumpen bezeichnet, geschlossen werden soll. Im wesentlichen wird bei diesen bekannten Verfahren aus der Messung der Antriebsströme der Treibrollen des Abzugsmechanismus oder einer Messung der Strangausbauchung zwischen den Strangführungsrollen oder der Messung des von der Strangschale auf die Stützrollen ausgeübten Drucks, Methoden die zum Teil zusätzliche Messvorrichtungen anwenden, auf ein Auftreten des Strangpumpens indirekt rückgeschlossen, ohne dass dadurch die tatsächliche Niveauüberschreitung oder Niveauunterschreitung erfasst wird. Damit leiden alle diese Verfahren unter dem Problem keine direkten Stellgrößen für die Ausflussregelung generieren zu können. Offenbarung der Erfindung
An dieser Stelle setzt die vorliegende Erfindung an mit der Zielsetzung, aus der laufenden Analyse der Schwankungen des von der Gießspiegelmessung ohne zusätzliche Vorrichtungen erfassten Niveaus des Gießspiegels aufgrund der Anzahl und Art der Überschreitungen definierter Grenzwerte automatisch auf das Auftreten von Strangausbauchungen zu schließen und deren Auswirkung auf den Gießspiegel durch einen angepassten, dem normalen Regelvorgang überlagerten Regelalgorithmus zu vermeiden.
Diese Aufgabe soll durch eine laufende Auswertung der Daten der mit der Gießspiegelregelung verbundenen Gießspiegelmessung ohne zusätzliche Vorrichtungen direkt erfolgen, um damit unabhängig zu sein von Konstruktionsmerkmalen der Anlage wie Abstand und Anordnung der Stützrollen aber auch von Betriebsbedingungen wie Gießgeschwindigkeit, Sekundärkühlung, etc. und somit indirekten Messdaten.
Zu diesem Zweck wird die Amplitude der Gießspiegelschwankungen laufend überwacht und Überschreitungen oder Unterschreitungen eines zulässigen Erfassungsgrenzwertes registriert.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorgangsweise zur Erkennung durch unregelmäßige Strangausbauchungen verursachter Gießspiegelschwankungen ist folgende:
Im Zusammenwirken von Messanordnung und Zuflussregelung werden verschiedene Mess- und Regelparameter wie folgt festgelegt. Als Bereich für die Erfassungsgrenzwerte für eine positive und/oder negative Überschreitung des Niveaus des Gießspiegels wird die Amplitude der zulässigen Gießspiegelschwankung auf +1 mm bis maximal +6mm festgelegt.
Beispielsweise wird demnach bei einer Gießspiegelschwankung von ±2mm um einen fiktiven Sollwert ein Erfassungsgrenzwert zwischen ±3mm und ±6mm gewählt. Diese Werte liegen damit außerhalb der Regelstabilität bei normalem Gießverlauf, bei welchem Schwankungen um ±2, Omm normal sind. Eine nichtperiodische Störung, wie beispielsweise eine Änderung der Gießgeschwindigkeit, kann zu einem Überschreiten des oben genannten Grenzwertes führen. Die Intervalle derartiger Störungen sind aber kürzer als die von unregelmäßigen Strangausbauchungen verursachten und die Zahl der Abweichungen ist begrenzt, sodass sie von der standardmäßigen Gießspiegelregelung in kurzer Zeit ausgeregelt werden können.
Um derartige Störungen von solchen Störungen zu unterscheiden, die von unregelmäßigen Strangausbauchungen hervorgerufen werden, wird erfindungsgemäß folgende Vorgangsweise vorgeschlagen:
Ein Störungszähler wird, beginnend von Null um jeweils die Zahl Eins erhöht, wann immer der positive oder negative Erfassungsgrenzwert überschritten wird. Immer wenn eine Zählung vorgenommen wird, wird ein Wartezeitfenster mit einer Laufzeit von 1 ,0sec. bis 3,0sec. geöffnet. Eine weitere Störungs-Zählung wird nur dann vorgenommen, wenn die Wartezeit abgelaufen ist und sie innerhalb eines bestimmten Zeitfensters auftritt, welches kennzeichnend für die Auswirkung unregelmäßiger Strangausbauchungen ist. Dieser Erfassungszeitrahmen innerhalb dessen eine Zählung zulässig ist beträgt bis 30,0sec im Anschluss an die Wartezeit.
Die Einstellwerte des Zählers für die Erkennung von „bulging" können mit Werten zwischen 5 und 10 gewählt werden, wobei ein Wert von 8 vorzugsweise gewählt wird. Wird ein Grenzwert innerhalb der Wartezeit überschritten, so erfolgt keine Störungszählung. Diese Funktion wird benützt um zu erkennen, ob eine Grenzwertüberschreitung durch eine nicht periodische Störung hervorgerufen wird, bei welcher die Periode der Oszillationen kürzer ist als diejenige, die durch Strangausbauchungen bewirkt wird. Erst wenn es bis 30 Sekunden nach Ablauf der Wartezeit zu einer weiteren Störung kommt, so wird diese gezählt und die Zeitfenster für die Wartezeit und die Erfassungszeit werden rückgesetzt und beginnen neu zu laufen. Bei jeder Störungszählung und Ablauf der Wartezeit wird weiterhin ein Deaktivierungszeitfenster geöffnet, dessen Zeitspanne gleich der des Erfassungszeitrahmens ist. Wenn innerhalb dieser Zeitspanne keine weitere Störung auftritt, werden alle Zeitfenster und der Störungszähler wieder zurückgesetzt.
Dies bedeutet, dass keine Strangausbauchung festgestellt wurde. Tritt innerhalb der eingestellten Zeitspanne jedoch eine Störung auf, so werden einerseits die Zeituhren zurückgestellt und andererseits die Störung solange registriert, bis der Störungszähler den eingestellten Wert zwischen 5 und 10 erreicht. Bei Erreichen der eingestellten Zahl wird der Zähler auf 0 (Null) und die Zeitfenster in ihre Ausgangsstellung, also ebenfalls 0 (Null) gesetzt. Erst nach Registrierung einer erneuten Störung werden die Zeitfenster wieder aktiviert und der Zählvorgang beginnt von Neuem.
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich demnach um ein Verfahren durch welches erhöhte Gießspiegelschwankungen, die auf unregelmäßige Strangausbauchungen („unsteady bulging") zurückzuführen sind, ohne Einsatz zusätzlicher Messgeräte eindeutig als solche erkannt werden und gegen andere Gießspiegelschwankungen, wie sie beispielsweise durch eine Änderung der Gießgeschwindigkeit oder ähnlichem hervorgerufen werden, abgegrenzt und in der Folge ausgeregelt werden. Kennzeichnende Merkmale sind die Erfassung und Registrierung zusätzlicher Parameter aus dem vorhandenen Mess- und Regelsystem wie einer Störungszählung, durch die jede auf eine erste folgende Störung, die einen, innerhalb der Grenzen von mindestens ±3mm bis höchstens ±6mm vom Sollwert des Gießspiegels angesetzten Erfassungsgrenzwert für eine positive oder negative Überschreitung erfasst, immer dann um die Zahl 1 erhöht wird, wenn nach einer Wartezeit, die im Bereich von 1 ,0sec. bis 3,0sec. gewählt werden kann und vor Ablauf einer nach Ende der Wartezeit beginnenden wählbaren Erfassungszeitspanne bis 30,0sec. eine erneute Störung registriert wird, wobei mit Zählung der Störung die Wartezeitspanne und Erfassungszeitspanne neu zu laufen beginnen und der Störungszähler immer dann rückgesetzt wird, wenn eine vorwählbare Zahl zwischen 5 und 10 Störungen, vorzugsweise 8 erreicht ist, oder seit der letzten Zählung nach Ablauf der Wartezeit eine Zeit von bis 30,0 Sekunden verstrichen ist und in Folge ein Eingriff in die Zuflusssteuerung durch Aufschaltung eines zusätzlichen Regelalgorithmus ausgelöst wird, der dadurch gekennzeichnet ist, dass bei einer langsam ansteigenden Gießspiegelstörung mit einer gegenüber der Standardeinstellung verstärkten Gegenreaktion reagiert wird, wobei im Kontrollsystem ein asymmetrischer Regelalgorithmus zur Anwendung kommt, um ein Aufschaukeln des Systems Stopfenposition - Gießspiegel auszuschließen.
Bei der Anwendung der zusätzlichen Regelparameter und laufender aktiver Erkennung von Gießspiegelstörungen sind folgende Zustände möglich: Die Reglereinstellungen sind korrekt und vom
Erfassungssystem werden keine unakzeptablen Gießspiegelstörungen, die auf unregelmäßige Strangausbauchungen zurückzuführen sind, festgestellt - keine weitere Aktion
> Es werden erstmals oder weiterhin unzulässige
Störungen registriert, die vom Erkennungssystem auf unregelmäßige Strangausbauchungen zurückgeführt werden, so erfolgt automatisch eine Reaktion im Sinne einer verstärkten Reaktion in Bezug auf die Stopfenregelung.
> Der Gießspiegel wird instabil, was darauf schließen lässt,
dass die Reaktion der Gießspiegelreglung in Bezug auf die Stopfenregelung überhöht ist, so erfolgt eine automatische Schwächung also Rücknahme der Reaktion der Stopfenregelung. Im erfindungsgemäßen Zusammenwirken von Erfassungssystem und automatischer Einflussnahme bzw. Anpassung des Regelalgorithmus der Stopfenregelung gelingt es somit, die Auswirkungen unregelmäßiger Strangausbauchungen („unsteady bulding") auf das Niveau des Gießspiegels in der Stranggießkokille soweit zu reduzieren, dass der Gießspiegel innerhalb der vorgesehenen verfahrenstypischen Schwankungsbreite von ± 2 mm ohne Eingriffe von außen gehalten werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 6 erläutert, in welchen die Grundlagen für die vorliegende Erfindung dargestellt sind.
Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Brammenstranggießanlage. Aus einem hier nicht gezeigten Verteilergefäß gelangt der flüssige Stahl 1 durch eine Ausgussöffnung 2 mit Tauchrohr in die Stranggießkokille 3, wobei der Metallzufluss durch einen Stopfen 4 so geregelt wird, dass der Gießspiegel 5 in Übereinstimmung mit der durch hier nicht gezeigte Treiberrollen bewirkten Abzugsgeschwindigkeit V annähernd konstant gehalten wird. Weiterhin zeigt die Fig. 1 den durch Stützrollen 6 geführten Strang, der in diesem Bereich aus der festen Strangschale 7 und dem aus flüssigen Stahl 1 bestehenden Kern gebildet wird.
Wie gezeigt, ist das Wachstum der erstarten Strangschale nicht gleichmäßig, sondern kann in Abhängigkeit vom Kontakt mit der Kokillenwand, der Wirkung der Sekundärkühlung etc. unterschiedlich sein.
Die Fig. 2 zeigt das Auftreten sogenannter regelmäßiger (Strang)Ausbauchungen 8 („steady bulging"), welche durch den ferrostatischen Druck bewirkt werden. In den Bereichen, wo eine Strangabstützung fehlt, treten Ausbauchungen 8 auf, die dann im Bereich der Stützrollen 6 wieder zurückgedrückt werden. Die Effekte dieser regelmäßigen Ausbauchungen 8 und das darauffolgende Zurückdrücken kompensieren sich und haben daher keinen Einfluss auf das Niveau des Gießspiegels 5. In der Fig. 3 ist der Einfluss unregelmäßiger (Strang)Ausbauchungen 8 („unsteady bulging") auf das Niveau des Gießspiegels 5 schematisch gezeigt. Unregelmäßige Ausbauchungen 8 sind dadurch gekennzeichnet, dass die Maxima der Ausbauchungen 8 unterschiedlich hoch sein können und auch ihre Positionen an unterschiedlichen Stellen zwischen den Stützrollen 6 auftreten können, wie durch die dargestellten Pfeile angedeutet ist. Dadurch kommt es zu Volumsänderungen im flüssigen Metallsumpf und zu einer Beeinflussung des Niveaus der Gießspiegels 5, welches durch eine mit ebenfalls durch Pfeil angedeutet, Standardeinstellungen laufende Gießspiegelregelung nicht ausgeglichen werden kann.
In der Fig. 4 ist das Verhalten des Gießspiegels 5 über der Zeit bei Auftreten unregelmäßiger Ausbauchungen 8 unter Anwendung des erfindungsgemäßen Mess- und Regelverfahrens schematisch dargestellt. Im normalen, ungestörten Gießbetrieb hält der Standardregler das Niveau des Gießspiegels 5 innerhalb eines Bereiches von ±1 mm bis ±3 mm. Beim Auftreten unregelmäßiger Ausbauchungen 8 kann der Standardregler die Gießspiegelschwankungen nicht ausregeln, sodass diese sich aufbauen und letztlich die obere und/oder untere Erkennungsgrenze überschreiten.
Treten derartige Über-/Unterschreitungen nach Ablauf einer Wartezeitspanne innerhalb eines wählbaren Erkennungszeitraums von bis zu 30,0 Sekunden zweimal oder öfter auf, so ist dies ein Nachweis für das Auftreten unregelmäßiger Ausbauchungen 8, und der übergeordnete Regelalgorithmus mit verstärktem Eingriff wird aktiviert. Dadurch werden auch die durch die Ausbauchungen 8 bewirkten stärkeren Gießspiegelschwankungen ausgeregelt und der Gießspiegel 5 kann innerhalb einer gewünschten Schwankungsbreite von ±1 mm bis ±3mm gehalten werden.
Die Fig. 5 zeigt zusammenfassend die Grundlagen zur erfindungsgemäßen Erkennung unregelmäßiger Ausbauchungen 8 aus dem Verhalten des Gießspiegels 5. Voraussetzung für eine Registrierung als unregelmäßige Ausbauchung 8 ist, dass das Niveau des Gießspiegels 5 zwischen 5-mal und 10-mal, typischerweise 8-mal die eingestellten Erfassungs- oder Erkennungsgrenzen jeweils innerhalb eines gewählten Erfassungszeitrahmens von bis zu 30,0 Sekunden nach Ablauf einer Wartezeit von 1 ,0sec- 3,0sec. übersteigt.
Wird der Erfassungszeitrahmen (EZ) nach der Wartezeit (WZ) voll ausgeschöpft ohne dass eine weitere Störung registriert wird, erfolgt eine Deaktivierung d.h. Rücksetzung aller Zeitrahmen. Wird die vorgewählte Störungszahl von 5 bis 10, vorzugsweise 8 erreicht, so werden der Störungszähler und alle Zeitrahmen auf 0 (Null) zurückgesetzt und die Zählung allfälliger Überschreitungen beginnt wieder mit der Zahl 1 bei gleichzeitiger Aktivierung der Zeitfenster für Wartezeit und Erfassungszeit, respektive Deaktivierung.
Die Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild wie durch die erfindungsgemäße Anpassung der Regler-Software einer Gießspiegelregelung 10 und eines erfindungsgemäß angepassten Kontrollalgorithmus 1 1 Gießspiegelstörungen, die durch unregelmäßige Ausbauchungen 8 hervorgerufen werden, ausgeregelt werden. Das von der Gießspiegelmesseinrichtung 9 kommende Signal wird im„Bulging" Erkennungsblock 12 analysiert, wie in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigt. Wird keine Störung registriert, so arbeitet der Regler weiter im Modus für den standardmäßigen Gießbetrieb. Werden Störungen registriert, die das Auftreten von „Bulging" erkennen lassen, so wird der Kontrollalgorithmus 1 1 auf einen verstärkten Eingriff geändert, sodass auch diese stärkeren und in größeren Zeitabständen auftretenden Störungen durch entsprechende Einflussnahme auf die Position des Stopfens 4 ausgeregelt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Verfahren zur Regelung eines innerhalb einer zulässigen Bandbreite konstanten Niveaus eines Gießspiegels (5) in einer Kokille (3), aus der der gebildete Metallstrang mittels einer elektrisch oder hydraulisch betätigten Strangabzugsvorrichtung durch an die Kokille (3) anschließende Rollen (6) mit annähernd konstanter Geschwindigkeit (V) abgezogen wird, durch Steuerung der Metallzufuhr aus einem Verteileroder Zwischengefäß mittels einer Stopfen- oder Schieberregelung, die ihr Stellsignal von einer Gießspiegelmesseinrichtung (9) erhält, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits durch Analyse der von der Gießspiegelmesseinrichtung (9) laufend registrierten Schwankungen des Niveaus des Gießspiegels (5) auf das Auftreten unregelmäßiger Strangausbauchungen (8) geschlossen wird und dass andererseits deren Einfluss auf das Niveau des Gießspiegels (5) automatisch durch eine Anpassung eines Kontrollalgorithmus (1 1 ) für die Stopfen- bzw. Schiebersteuerung des Metallzuflusses in die Kokille (3) geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Gießspiegelmesseinrichtung (9) mehr als einfaches abwechselndes und zyklisches Über- oder Unterschreiten der Grenzen einer zulässigen Bandbreite von höchstens ±6mm des Niveaus des Gießspiegels (5) innerhalb eines wählbaren Zeitraums von bis zu 30,0sec. nach Ablauf einer auf jede registrierter Störung folgende Wartezeit von 1 ,0sec. bis 3,0sec. als Anzeichen für das Auftreten von Strangausbauchungen (8) gewertet wird und ein zusätzlicher Algorithmus zur konventionellen Zuflussregelung aktiviert wird, dass der Zyklus der unzulässigen Überbzw. Unterschreitungen der Bandbreite des Niveaus des Gießspiegels (5) durch eine asymmetrische Gegenbewegung der Stellung eines Stopfens (4) oder Schiebers im Verteilergefäß im Sinne weniger Metallzufuhr bei Überschreitung, mehr Zufluss bei Unterschreitung und damit entsprechende Anpassung der Metallzufuhr in die Kokille (3) soweit ausgeglichen wird, dass der Gießspiegel (5) innerhalb der vorgegebenen Bandbreite von höchstens ± 3,0mm gehalten wird, wobei die Asymmetrie der Bewegung des Stopfens (4) bzw. Schiebers so gesteuert wird, dass eine Überlagerung der Frequenz der Schwankung des Gießspiegels (5) mit der Frequenz der Steuerung des Stopfens (4) bzw. Schiebers vermieden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch einen zusätzlichen Algorithmus zur Konstanthaltung des Gießspiegel (5) bewirkten stärkeren Schwankungen der Position des Stopfens (4) bzw. Schiebers als Indikator für das Auftreten und das Ausmaß von Strangausbauchungen (8) gewertet und registriert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine einmalige Über- oder Unterschreitung der zulässigen Bandbreite des Gießspiegels (5) nicht als Anzeichen für eine Strangausbauchung (8) gewertet wird und damit kein zusätzlicher Algorithmus zur konventionellen Zuflussregelung aktiviert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrfaches nicht zyklisches Über- oder Unterschreiten der zulässigen Bandbreite des Gießspiegels (5) nicht als Anzeichen für das Auftreten von Strangausbauchungen (8) gewertet wird und damit kein zusätzlicher Algorithmus zur konventionellen Zuflussregelung aktiviert wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zulässige Bandbreite der Schwankung des Gießspiegels (5) ±2mm beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Über- oder Unterschreitungen der zulässigen Bandbreite nur dann als Anzeichen einer unregelmäßigen Strangausbauchung (8) vom Störungszähler gezählt werden, wenn nach einer Störung nach einer Wartezeit von 1 ,0sec. bis 3,0sec. und vor Ablauf einer daran anschließenden Erfassungszeit von bis zu 30,0sec. eine erneute Störung registriert wird, wobei Warte- und Erfassungszeit neu zu laufen beginnen und der Störungszähler dann rückgesetzt wird, wenn eine vorwählbare Störungszahl zwischen fünf und zehn erreicht ist und/oder seit der letzten Störung ein der Erfassungszeit entsprechender Deaktivierungszeitrahmen von bis zu 30,0 Sekunden im Anschluss an die Wartezeit verstrichen ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise eine Wartezeit von 1 ,5sec. und eine daran anschließende Erfassungszeit von 20,0sec. gewählt und die Deaktivierungszeitspanne entsprechend der Erfassungszeitspanne sowie die maximale, die Rücksetzung auslösende Störungszahl mit acht festgelegt werden.
9. Vorrichtung, umfassend eine Gießspiegelregelung (10), die nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 arbeitet.
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